1.引言
活檢槍被廣泛的應(yīng)用在腎穿刺、肝活檢、乳腺癌活檢、前列腺活檢以及肺活檢。在檢測(cè)過程中使用的活檢槍有半自動(dòng)和全自動(dòng)兩種類型。但是現(xiàn)有的活檢槍不管是半自動(dòng)還是全自動(dòng)，都沒有傾角測(cè)量顯示裝置，對(duì)病灶的采樣大多都是靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和可視性檢查系統(tǒng)如超聲、CT。在活檢槍上增加角度測(cè)量顯示儀[1]，使角度精確到0.1度，這樣微型病灶的采樣檢測(cè)及化驗(yàn)成為可能，并且增加了診斷的可靠性和安全性，所以在活檢槍上加上角度儀，非常有意義而且實(shí)用。
2.活檢槍角度儀工作原理
活檢槍角度儀的工作原理如圖1所示：角度傳感器SCA61T輸出的是角度的數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)為串行數(shù)據(jù)，要經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換器件，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，然后通過單片機(jī)的并行口將數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)，數(shù)據(jù)在單片機(jī)中經(jīng)過處理之后，送到LED顯示模塊，將角度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。角度傳感器SCA61T所需要的觸發(fā)脈沖信號(hào)由單片機(jī)控制產(chǎn)生。
3.角度儀的硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)醫(yī)院活檢槍的測(cè)量要求，角度儀中的傳感器采用芬蘭VTI公司的最新款角度傳感器SCA61T。串并轉(zhuǎn)換和邏輯序列發(fā)生器件采用軟件的方法實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)運(yùn)算、控制顯示采用單片機(jī)AT89S52[1]。LED顯示模塊采用四個(gè)數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.1SCA61T傳感器芯片的介紹
SCA61T是一種傾角傳感器，當(dāng)該傳感器靜止時(shí)，作用在它上面的只有重力加速度。重力和傾角傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角。其測(cè)量的范圍為-90度到+90度，輸出信號(hào)有模擬和數(shù)字兩種。其中數(shù)字信號(hào)為11位，該數(shù)字信號(hào)的精度可以達(dá)到0.088度，完全能夠滿足醫(yī)用活檢槍所要求的 0.1度。并且，該傳感器內(nèi)置溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，可以直接寫入和讀取溫度數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行自檢。下圖為SCA61T[2]的控制功能表。
(1) 測(cè)量模式（MEAS）。上電后的標(biāo)準(zhǔn)工作模式。
(2) 讀寫溫度數(shù)據(jù)模式。
(3) 讀寄存器狀態(tài)。
(4) 復(fù)位內(nèi)置的數(shù)據(jù)輸出存儲(chǔ)器。
(5) X通道自測(cè)試。
(6) 讀取X通道的加速度。數(shù)據(jù)的讀取是通過SPI端口。讀取存放在加速度寄存器的加速度信號(hào)。正常工作時(shí)，加速度寄存器X每150微秒加載一次。0代表負(fù)的角度，1代表正的角度。
在活檢槍角度儀中，要得到的是角度的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)上面的圖2控制功能表，可以知道在SPI口要輸入的控制命令數(shù)據(jù)為00010000。SPI接口共有三根線，一是時(shí)鐘線(SCK)，二是主出叢入線即 MOSI,三是主入從出線即MISO。這三根線和片選信號(hào)線（CSB）必須嚴(yán)格按照?qǐng)D3的時(shí)序，才能使傳感器芯片正常工作，時(shí)序錯(cuò)誤，SCA61T不會(huì)工作，甚至有可能將傳感器芯片SCA61T燒壞。
當(dāng)片選信號(hào)線（CSB）處于低電平時(shí)，數(shù)據(jù)通信才可以進(jìn)行。每次數(shù)據(jù)的傳輸都是由CSB的下降沿開始，上升沿結(jié)束。
對(duì)于MISO數(shù)據(jù)，SCK的下降沿有效；對(duì)于MOSI數(shù)據(jù)，SCK的上升沿有效。先讀取的為角度的符號(hào)位。當(dāng) COMMAND 命令一結(jié)束，就開始輸出測(cè)量數(shù)據(jù)。
片選信號(hào)CSB為低電平有效。但是要輸出穩(wěn)定可靠的信號(hào)，每次測(cè)量CSB都要保持高電平至少150微秒。時(shí)鐘信號(hào)SCK的上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)的寫入，下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)的讀取。在這種情況下，可以得出，要想獲得某一時(shí)刻的角度數(shù)據(jù)至少需要19個(gè)時(shí)鐘脈沖。當(dāng)不需要讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以通過拉高片選信號(hào)CSB使傳感器芯片處于未使能狀態(tài)，即降低了功耗，又可以保護(hù)傳感器芯片SCA61T的安全。上面的時(shí)序圖也是編寫傳感器芯片驅(qū)動(dòng)程序的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 單片機(jī)AT89S52與傳感器芯片SCA61T的連接
單片機(jī)的P1口作為數(shù)據(jù)的輸出口，連接到LED顯示器，用于采集到的測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示。P3.0口接SCA61T的2腳，用于接受傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)。P3.1口接傳感器的1腳，用于產(chǎn)生傳感器芯片的時(shí)鐘脈沖。P2.7腳接傳感器芯片的3腳，用于給SCA61T提供控制信號(hào)，來(lái)控制芯片的相關(guān)工作。上面的 P2.7、P3.0、P3.1腳通SCA61T的SPI接口相連，完成對(duì)傳感器芯片的控制、驅(qū)動(dòng)和對(duì)角度數(shù)據(jù)的采集。傳感器SCA61T和單片機(jī)AT89S52[3]的其他外圍電路請(qǐng)分別參考各自的使用手冊(cè)。如3所示。
4. 軟件模塊的設(shè)計(jì)
在程序中，數(shù)據(jù)計(jì)算處理過程采用部分查表的方法。在數(shù)據(jù)的計(jì)算過程中，傳感器芯片的片選信號(hào)始終保持高電平，為下次讀取數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。在整個(gè)數(shù)據(jù)的讀取過程中，用定時(shí)器控制方波信號(hào)作為傳感器的時(shí)鐘信號(hào)，傳感器讀入數(shù)據(jù)時(shí)為上升沿觸發(fā)，傳感器輸出數(shù)據(jù)時(shí)為下降沿觸發(fā)。在這個(gè)過程中，必須保證方波的同步，這樣就可以避免信號(hào)的丟失。
在活檢槍傾角儀的設(shè)計(jì)中，要寫入傳感器的數(shù)據(jù)為8bit的傳感器工作狀態(tài)選擇信號(hào)，要讀取的數(shù)據(jù)為11bit的串行傾角數(shù)據(jù)，所以在程序中需要設(shè)計(jì)一個(gè) 19 位的不斷循環(huán)的脈沖時(shí)鐘信號(hào)。
單片機(jī)將從傳感器采集到的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，要送往LED進(jìn)行顯示。對(duì)于顯示的驅(qū)動(dòng)和控制方法，可以采用順序查詢的方法，也可以采用中斷的方法。這兩種不同的顯示方法，各自有各自的好處，應(yīng)根據(jù)具體的情況來(lái)選擇采用哪一種方法，以便達(dá)到最好的效果。
本設(shè)計(jì)采用了中斷的方法。部分?jǐn)?shù)據(jù)處理程序：
num=gao[1]<<1;
temp1=num|gao[2];
num1[6]=di[6]<<1;
num1[5]=di[5]<<2;
num1[4]=di[4]<<3;
temp2=num1[4]|num1[5]|num1[6]|di[7];
switch(temp1)
{
case 0x00: shi=0x00; break;
case 0x01: shi=0xe1; break;
case 0x02: shi=0x1c2; break;
case 0x03: shi=0x2a3; break;
}
xiao=table3[temp2];
ge=table2[temp3];
xianshi=shi+ge+xiao;
shuzi(xianshi);
5.結(jié)論
該活檢槍角度儀的精度為0.1度，達(dá)到了醫(yī)用活檢槍的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。不僅方便了醫(yī)生的使用，而且使得病理取樣更加精確，提高了病理診斷的準(zhǔn)確性和安全性。