基于SCA61T角度傳感器的醫(yī)用活檢槍角度儀設(shè)計(jì)

摘要：為了解決目前醫(yī)療用活檢槍沒有傾角測量與顯示裝置的缺陷，給出了采用角度傳感器SCA61T來在醫(yī)用活檢槍上增加角度測量和顯示的實(shí)現(xiàn)方法，同時對SCA61T角度傳感器及其與單片機(jī)的接口電路進(jìn)行了介紹，最后給出了采用中斷方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部分程序。
關(guān)鍵詞：角度傳感器；醫(yī)療器械；活檢槍；角度測量

0 引言
一般情況下，病灶經(jīng)過CT或超聲等檢測出來以后，還需要進(jìn)行取樣和病理分析才能夠得出結(jié)論。而活檢槍則是活檢病理學(xué)分析的重要工具，可廣泛應(yīng)用在腎穿刺、肝活檢、乳腺癌活檢、前列腺活檢以及肺活檢等方面。目前在檢測過程中使用的活檢槍有半自動和全自動兩種類型。但是，現(xiàn)有的活檢槍不管是半自動還是全自動，都沒有傾角測量和顯示裝置。對病灶的采樣大多都是依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和可視性檢查系統(tǒng)(如超聲、CT)來進(jìn)行判斷。因此，在活檢槍上增加角度測量和顯示，以便更好地檢測及化驗(yàn)微型病灶，增加診斷的可靠性和安全性，無疑是非常有意義的。本文給出了一種在活檢槍上增加角度儀的設(shè)計(jì)方法。

1 活檢槍角度儀的結(jié)構(gòu)原理
本活檢槍角度儀的工作原理框圖如圖1所示。圖1中，角度傳感器SCA61T輸出的是角度的數(shù)字信號，該數(shù)字信號為串行數(shù)據(jù)，要經(jīng)過串／并轉(zhuǎn)換來將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，然后通過單片機(jī)的并行口將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，之后冉送到LED顯示模塊將角度數(shù)據(jù)顯示出來。系統(tǒng)中的SCA61T角度傳感器所需要的觸發(fā)脈沖信號一般可以由單片機(jī)來控制產(chǎn)生。

根據(jù)醫(yī)院活檢槍的測量要求，角度儀中的傳感器可用芬蘭VTI公司的角度傳感器SCA61T，串并轉(zhuǎn)換和邏輯序列發(fā)生器可用軟件方法實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)運(yùn)算、控制顯示采用單片機(jī)AT89S52來完成，LED顯示模塊可采用四個數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。

2 SCA61T角度傳感器
VTI公司的角度傳感器SCA61T是由高質(zhì)量硅電容傳感器元件和接口電予組成，被裝配在特定的應(yīng)用包裝中。硅電容傾角傳感器的元件由單晶硅和玻璃做成的。這種設(shè)計(jì)能確保相對于時間和溫度的可靠性，優(yōu)異的準(zhǔn)確性和優(yōu)秀的穩(wěn)定性。SCA61T角度傳感器能承受多余40 000 g的加速度。
SCA61T是一種基于3D MEMS的單軸傾角計(jì)，可提供水平測量儀表級別的性能。SCA61T傳感器的傳感元件在測量時需要與測量平臺保持平行，并且傳感器雙軸需相互垂直。這種傳感器對于振動不靈敏，因?yàn)樵趥鞲性?nèi)部增加了阻尼。圖2所示是基于3D MEMS傳感技術(shù)的SCA61T角度傳感器的外型結(jié)構(gòu)示意圖。

SCA61T角度傳感器的核心部分是微機(jī)械加速度傳感器元件的對稱電容塊，它由三片相互被薄玻璃膜隔離的硅片組成。中間硅片是懸臂多射線式結(jié)構(gòu)，在它上面有一個大的質(zhì)量塊，電容和彈性系數(shù)能獨(dú)立的得到最佳結(jié)果。這正是SCA61T能在低g值量程內(nèi)取得很好測量結(jié)果的原因。有時候作用在硅片上的重力和加速的力量會使單晶硅電射束振蕩彎曲，這種偏差能被以兩金屬膜為電極的電容之間的距離變化測量出來。微機(jī)械片能使相對大的電容和電容變化的檢測變得相對容易。
雙電容結(jié)構(gòu)和它的對稱性同時可改進(jìn)零點(diǎn)的穩(wěn)定性。發(fā)生在它們之中的一個電容中的任何變化都會使得對面電容中的相似變化得到補(bǔ)償。另外，對稱性能會導(dǎo)致交叉軸誤差較大。事實(shí)上，在VTI加速傳感器的裝配中，對稱性是由角度的準(zhǔn)確度而確定的。不同的量程一般由調(diào)節(jié)弦片的厚度來實(shí)現(xiàn)。傳感器元件的濕度由密封洞穴中的壓力所決定，此密封洞穴由中間硅片、弦片和外層硅片構(gòu)成?？梢酝ㄟ^調(diào)整傳感器元件來滿足不同用途的需要，密封性是通過陽極與硅片牢固粘合實(shí)現(xiàn)的。這樣也省去了額外包裝的需要，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。