CN103007381B - 流体驱动医用注射器 - Google Patents

Abstract

本发明的一些注射器包括对工作流体（例如，液体、气动的、或其二者）压力作出响应的流体驱动器，以施加一系列力来驱动传送装置（例如，针筒），从而传送医用流体（例如，造影剂、放射药剂、药物或其组合）。一些注射器可包括构造为传送工作流体（例如，空气）和光信号（例如，红外线）的多介质管道。一些注射器可包括响应工作流体压力的蠕动驱动器。

Description

流体驱动医用注射器

本申请是发明名称为“流体驱动医用注射器”、申请人为2008年8月13日、申请号为“200880103653.5”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2007年8月20日递交、题为FLUID DRIVEN MEDICALINJECTORS的顺序号为No.60/965,364的美国临时申请。

技术领域

本发明大体涉及医用流体注射器，并更具体地涉及一种用于在医用成像过程中使用的造影剂注射器。

背景技术

本部分意图向读者介绍与将在以下描述和/或要求权利的本发明各方面相关的本领域的各方面内容。这部分讨论对于为读者提供背景信息非常有用，有助于更好地理解本发明的各方面。因此，需理解应该依据以上角度阅读这些陈述，而并非是对现有技术的承认。

在各种医用设备中，动力注射器用于为患者注射医用流体，诸如药物、造影剂、放射药剂或其组合。典型的动力注射器包括对推杆进行驱动的马达，该推杆继而驱动针筒柱塞。不利的是，马达和动力头中的其它电子器件通常发射射频（RF）辐射，其有害地影响诸如磁共振成像（MRI）系统这样的医用设备的操作。另外，诸如MRI系统这样的医用设备通常发射RF辐射，其有害地影响动力头的操作。尽管用于MRI应用的现有动力注射器通常包括辐射屏蔽件，但是RF辐射的有害影响仍然妨碍动力头和医用设备二者的正常功能。

除了RF辐射的问题，现有动力注射器通常过大、笨拙或不适于与将患者放置在MRI系统的磁体孔内。替换地，动力头放置在磁体孔之外，长管道用于将针筒尖端与注射部位相连。适当长度的管道可大致为60至90英寸，且包含4至5毫升的流体。不利地，在将针筒内的流体注射之后，该体积的流体留在管道内，因为针筒柱塞的运动不能将其注射到患者。通常的MRI协议可规定，对于20毫升的造影剂来说，在注射后管道内可残留大致4至5毫升造影剂（25%）。规定造影剂的25%的缺少会妨碍图像增强。MRI造影剂，诸如钆，是非常贵的且成本上禁止每次处理都浪费4至5毫升造影剂。现有MRI注射器通常具有第二针筒，其填充有冲洗溶剂，诸如盐水。造影注射完成时，注射器用盐水将造影剂向下驱逐出管道。该方法确保整个体积的造影剂已经被注射到患者。由此，仅浪费4至5毫升的盐水，这与MRI造影剂相比要便宜得多。不利的是，注射的盐水量不能为患者提供任何成像好处，且还增加为处理增加复杂性、成本和时间。

发明内容

以下阐述了本发明的一些示例方面。应理解，这些方面仅用于向读者提供本发明所采取的一些形式的简要总结，而这些方面并不意图限制本发明的范围。实际上，本发明可涵盖没有在以下明确指出的各方面。

本发明的第一方面涉及一种医用流体注射器，其包括流体驱动器，该驱动器响应工作流体的压力（例如，液体的、气体的，或二者）以施加一系列力来驱动传送装置（例如，针筒）以传送医用流体（例如，造影剂、盐水、放射药剂、药物或其组合）。该一系列力可限定为一连串分离和不连续的力，它们一个接一个地产生和/或发生，而不是一个恒定力。换句话说，该一系列力可限定为脉冲似的顺序或力的节律性的重现。该一系列力包括蠕动，其可限定为流体通道的节律性收缩，以将工作流体通过流体通道排出。例如，蠕动可包括流体通道在沿流体通道长度的一个接一个的轴向位置处按顺序的收缩。该一系列力还可包括脉动力、振荡力、步进力或其组合。例如，通过以不连续的步进一个接一个地接合齿，例如，接触第一齿、向前推它、步进到第二齿、向前推它，等等，该一系列力可逐渐地迫使齿轮旋转。一系列力中的每个力可以相等或不等。并且一系列力中的每个力可以在时间和/或空间位置中分开。

本发明的第二方面涉及一种医用流体注射器，其包括具有气动驱动部分（例如，活塞-缸体结构）的多流体驱动器，该气动驱动部分联接至液体控制部分（例如，活塞-缸体结构）。气动驱动部分响应工作气动介质（例如，空气）的压力以引起运动。液体控制部分可包括对身上运动作出响应以控制运动速度的工作液体（例如，油、水、酒精等）。该运动可用于驱动传送装置（例如，提供医用流体从传送装置的排放，例如在其为针筒形式的时候）。

本发明的第三方面涉及一种医用流体注射器，其包括被构造为使工作流体（例如空气）和光信号（例如红外线）通过的多介质管道。基于不同类型的介质（例如，空气、红外线等）多介质管道能够发送数据、控制信号、机动力或其组合。由此，多种类型的介质经过单个管道（例如，多介质管道），由此减少在注射过程中使用的管道的量。工作流体被流体驱动器使用，以驱动传送装置（例如，提供医用流体从传送装置的排放，例如在其为针筒形式的时候），而光信号用于控制阀，该阀进而控制或影响工作流体的流动。

本发明的第四方面涉及一种医用流体注射器，其包括对工作流体（例如，气动、液体或其二者）压力作出响应的蠕动驱动器（例如，相继的运动以驱动流体）。例如，蠕动驱动器可包括一系列机构（例如活塞），其相继地挤压管道以产生有节律的收缩来推进医用流体。活塞可被工作流体移动。

本发明的第五方面涉及一种医用流体注射器的操作方法。该方法包括响应工作流体（例如，气动、液体或其二者）的压力来施加一系列力以驱动传送装置（例如，针筒、针头、或其二者），从而传送医用流体。例如，一系列控制信号或空气脉冲可引起一系列活塞一个接一个地对流体通道施加力，由此形成流体通道的有节律的收缩，来沿流体通道推进医用流体。

本发明的第六方面涉及一种对患者成像的方法。在该方法中，造影剂注射器的动力头可拆除地安装在患者身上（例如，经由一个或多个围绕患者的四肢布置的带）。当动力头可拆除地安装在患者身上时，造影剂被注射到患者体内。此外，当动力头可拆除地安装在患者身上上时，患者还可以被成像（例如，经由磁共振成像系统）。

以上相对于本发明的各示例方面所述的特征存在各种改进。其它特征也可以并入到这些各方面。这些改进和其它特征可以单独或结合地存在。例如，以下相对于一个或多个示例性实施例讨论的各特征可单独或任意结合地并入到本发明的上述任意方面。再次，上述的简要总结仅意图使读者了解本发明的一些方面和内容，而不限制权利要求的主题。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，本发明的这些或其它特征、方面和优点将更加容易理解，在这些附图中，相同的标号表示相同的部件，其中：

图1是放置在成像系统的成像孔中的流体驱动注射器的示意图；

图2是具有气动和液体驱动部分的流体驱动注射器的示意图；

图3是流体驱动注射器的示意图；

图4是具有流体驱动棘轮和齿轮组件的注射器的示意图；

图5是图4的棘轮和齿轮组件的示意图；

图6是具有对接装料站的流体驱动注射器的示意图；

图7是图6的注射器和站的实施例的示意图；

图8和9是具有气动和液体驱动部分的替换流体驱动注射器的示意图；和

图10是经由多介质管联接至对接装料站的流体驱动注射器的示意图。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要说明，实际实施方案的所有特征不都在本说明书中描述。应该理解，任何工程或设计项目中的任何这样的实际实施方案的开发、大量的具体实施方案都应实现开发者的具体目标，例如遵守在彼此不同的每个实施方案中与系统相关和与商业有关的限制。此外，应该理解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于得到所公开内容利益的本领域普通技术人员来说，这些都是设计、制造和生产中的常规任务。

当介绍本发明各实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含性的，并且表示还存在除了所列元件之外的其它元件。此外，“顶部”和“底部”、“以上”和“以下”及这些术语的变化形式均为了方便而使用，而部件的具体取向不是必须的。如在此所用，术语“联接”是指直接或间接地连接或接触的状态。另外，“流体连通”或“流体地联接”是指流体和/或流体压力可从一个物体传送到另一物体。

图1是示例性成像套件10的示意图，该套件包括放置在成像系统16的成像孔14内的流体驱动注射器12。该所示注射器12包括流体驱动器18、反馈传感器20和医用流体传送装置22。传送装置22接收和/或储存医用流体24，该医用流体用于在成像步骤期间输送给位于成像孔14内的患者。成像套件10还包括控制器26、流体泵28和工作流体30。成像系统16还包括联接至孔14的成像电路32和联接至成像电路32和控制器26的成像控制站34。

在所示实施例中，成像套件10可用作闭环控制系统。例如，控制器26可向流体泵28输出控制信号36，由此触发泵28，以接收工作流体30和并将工作流体传送至流体驱动器18，分别如箭头38和40所示。由此，箭头36可代表电子、光学或其它适当的控制线路；而箭头38和40可代表流体管道。例如，工作流体30可包括气体物质、液体物质或其组合。气体物质可包括空气、氮气或其它的适当的不可燃气体。液体可包括水、油或适当的液压流体。

响应工作流体30的压力，流体驱动器18可将驱动力42施加到传送装置22上。例如，流体驱动器18可移动活塞、推杆、棘轮和齿轮组件、蠕动装置（peristaltic device）或其组合，从而产生驱动力42以使医用流体24在传送装置22内移位。在一些实施例中，传送装置22可包括具有柱塞的针筒，该柱塞放置在筒体内。由此，医用流体24可储存在针筒内，直到流体驱动器18施加驱动力42。

反馈传感器20可监视流体驱动器18的一个或多个参数。例如，传感器20可获得关于被检测参数的数据，如箭头44所指。例如，被检测的参数44可包括流体驱动器18的位置、速度、加速度、温度、压力或其它工作特性。在其他实施例中，传感器20可包括电位计（例如线性的或旋转的）或光学编码器。然后，传感器20向控制器26提供反馈信号46。基于信号46，控制器26可经由控制信号36增加、减小、终止或维持泵28的输出。结果，成像组件10具有流体驱动注射器12的比例、伺服反馈控制。

如图1所示，注射器12和孔14在成像套件10中位于壁48的第一侧上，而控制器26、泵28、工作流体30、成像电路32和控制站34在成像套件10中位于壁48的另一侧上。壁48可包括一定屏蔽材料，诸如电磁屏蔽材料，其可基本上减小成像孔14和控制器26、流体泵28、电路32及控制站34之间的不必要干扰。所示注射器12可基本上或完全不具有铁、或磁或铁磁材料。注射器12可基本上不具有可发射RF辐射或被RF辐射不利影响的电子器件、马达或其它装置。例如，流体驱动器18和传送装置22可基本上或完全由塑料、陶瓷、玻璃或其组合制成。

再有，注射器12通过由泵28供应的工作流体30的流体压力驱动。假设泵28和控制器26放置在壁48的相反侧上的空间之外，则这些部件26和28不与成像孔14干扰，反之亦然。替换地，仅工作流体30可从壁48的一侧传递到另一侧，由此以相对于成像系统16没有干扰的方式驱动注射器12。另外，注射器12具有相对紧凑的尺寸和流线形的形状，这特别适于装在成像孔14内的患者身上或患者附近。因此，传送装置22可放置为非常靠近患者，由此基本减小或消除从传送装置22到患者的长距离管道。有利地，该非常靠近的特点可减小或消除对诸如盐水这样的冲洗溶剂的需求。

所示成像系统16可以是磁共振成像（MRI）系统或其它医用成像设备。在操作中，电路32接收和处理数据，以产生在成像孔14内的患者的图像。控制站34使得用户能控制成像电路32、控制器26或其组合的操作。例如，用户可经由成像控制站34起动注射协议，如箭头50所示。作为另一例子，控制站34可经由成像电路32起动成像协议。

图2是成像套件10的另一实施例的示意图，其中，注射器12具有多流体驱动器（multi-fluid dirive）60。具体地，多流体驱动器60可包括联接至液体驱动部分64的气动驱动部分62。注射器12还包括被多流体驱动器60驱动的针筒66。此外，系统10包括联接至控制器74的反馈传感器68、70和72，该控制器74进而联接至气动泵76。在操作中，控制器74将控制信号78提供给泵76，由此触发泵76，以吸入工作气体介质80并传送至气动驱动部分62，分别如箭头82和84所示。响应来自泵76的气动压力，气动驱动部分62向流体驱动部分64提供气动驱动压力或力86，由此使得液体驱动部分64向针筒66提供液体驱动力或压力88。具体地，液体驱动部分64可迫使柱塞90沿针筒66的筒体92纵向地移动。有利地，工作气体介质80向多流体驱动器60提供大致清洁的动力，而放置在液体驱动部分64中的液体工作介质提供对赋予针筒66的运动和/或力88的更精确的控制。

反馈传感器68、70和72可监视和获得分别关于部分62、部分64和柱塞90的一个或多个被检测参数94、96和98的数据。例如，参数94、96和98可包括关于位置、速度、加速度、温度、压力或其组合的数据，数据被传送至控制器74，作为各反馈信号100、102和104。由此，类似于图1的实施例，图2的成像套件10可操作为闭环控制系统。

图3是成像套件10的另一实施例的示意图，其中，注射器12包括蠕动流体驱动器110，其被构造为形成引起蠕动流体流的一系列力。在所示实施例中，蠕动流体驱动器110可包括具有多个缸体114、116、118和120（蠕动流体驱动器110可以使用任意适当数量的缸体）的缸体模块112，这可被设置为大致横向或垂直于通道122（例如，缸体114、116、118和120可与通道122对齐）。蠕动流体驱动器110包括多个活塞124、126、128和130，分别放置在缸体114、116、118和120（例如，每个缸体包括相应的活塞）中。此外，柔性导管132可纵向地延伸穿过通道122。如图所示，活塞124、126、128和130被构造为以往复的方式在相应缸体114、116、118和120内向上和向下移动，从而，活塞124、126、128和130以按顺序的方式打开和关闭通道122，以便形成沿纵向穿过通道122的蠕动波。通过安装在通道122内的柔性导管132，活塞124、126、128和130在柔性导管132上施加的顺序向下运动（例如，一系列力）形成柔性导管132的有节律收缩，以通过蠕动流体驱动器110将医用流体134推到医用流体传送装置136中。换句话说，活塞124、126、128和130沿着柔性导管132在不同时刻和轴向位置产生一系列分离和不连续的力。以此方式，通过沿柔性导管132的长度以在一个轴向位置接着另一个地顺序压缩柔性导管132，活塞124、126、128和130可产生蠕动流体流动。在一些实施例中，医用流体134可包括药物、造影剂、放射性药物、盐水或其组合。此外，传送装置136可包括中空注射针头、短程的管道或另一适当的注射装置。

活塞124、126、128和130的顺序运动可通过一个或多个流体导管实现，该一个或多个流体导管联接到布置在壁48的与注射器12相反的侧上的一个或多个流体泵。例如，在所示实施例中，成像套件10可包括总管146以及分别联接至缸体114、116、118和120的流体导管138、140、142和144。总管146可包括或联接到一个或多个阀148和一个或多个流体泵150。例如，成像套件10可包括单个流体泵150和阀148，该阀与流体驱动器的缸体和活塞的数量（在所示实施例中为四个）相对应。替换地，成像套件10可包括流体泵150和阀148，该流体泵和阀与流体驱动器110的缸体和活塞的数量（在所示实施例中为四个）相对应。

响应来自控制器156的一个或多个控制信号154，流体泵（一个或多个）150可吸入和传送工作流体152。响应控制信号（一个或多个），流体泵（一个或多个）150和阀148协作，以按照一个接一个的顺序脉冲向各缸体114、116、118和120供应工作流体152，由此使得活塞124、126、128和130顺序地压缩布置在通道122内的柔性导管132。与图1和2的实施例类似，所示蠕动流体驱动器110可以是非磁的、非铁的或其组合。由此，流体驱动器110不会干扰到MRI系统或受到MRI系统相关的RF辐射或磁场的不利影响。

图4是成像套件10的替换实施例的示意图，其中，注射器12包括联接至齿轮和棘轮组件162的流体驱动器160，以产生一系列力。所示流体驱动器160可包括可移动地布置在缸体166内的活塞164，其中，活塞164联接至杆168。所示活塞164将缸体166分为第一腔室170和第二腔室172，这两个腔室经由相应的第一和第二导管176和178联接至总管174。类似于图3的实施例，总管174可包括或联接到一个或多个阀180和一个或多个流体泵182，从而，工作流体184可被迫以往复的方式经由第一和第二导管176和178流动到第一和第二腔室170和172。例如，随着工作流体184从总管174流向第一腔室170，工作流体从第二腔室172流向总管174。在颠倒活塞164的方向时，工作流体184从总管174流进第二腔室172，而工作流体184从第一腔室170流向总管174。箭头176和188示出第一和第二导管176和178内的往复流动。作为该往复流动的结果，活塞164和杆168以往复方式（如图4所示视图中向上和向下）在缸体166内移动，由此在齿轮和棘轮组件162上赋予往复力。

齿轮和棘轮组件162可包括推杆190、联接至推杆190的滚珠丝杠192、联接至滚珠丝杠192的齿轮194、联接至齿轮194和/或滚珠丝杠192的一个或多个轴承196和棘轮组件198。棘轮组件198可构造为以步进的方式相应杆168的往复运动逐渐接合齿轮194。棘轮组件198包括第一臂200、第二臂202以及布置在第一臂200和第二臂202之间的第三臂204。此外，第三臂204在旋转接头206和208处与第一和第二臂200和202二者可旋转地联接。最后，第三臂204可联接至轴承210。因此，第一臂200可绕旋转接头206旋转，如箭头212所示，第二臂202可绕旋转接头208旋转，如箭头214所示，第三臂204可相对于轴承210旋转，如箭头216所示。第一臂200和第二臂202每个的特征在于棘轮组件198的棘轮。

响应杆168的往复运动，第一和第二臂200和202可向前和向后往复运动，以便以一系列力沿齿轮194的齿218步进并推动所述齿，由此渐进地驱动齿轮194以旋转滚珠丝杠192。再次，该一系列力可限定为一系列分离和不连续的力，这些力可一个接一个地产生和/或发生，而不是单个恒定力。在所示实施例中，例如，通过以不连续的步进来一个接一个地接合齿218，例如，接触第一齿218、向前推它、步进到第二齿218、向前推它，等等，由第一和第二臂200和202施加的一系列力可渐进地迫使齿轮194旋转。随着滚珠丝杠192旋转，推杆190可被迫使让放置在针筒224的筒体222内的柱塞220平移。具体地，柱塞220可包括围绕柱塞头228设置的多个密封件，该柱塞头被联接到导向推杆190的驱动轴230。

图4所示的成像套件10可包括一个或多个反馈传感器232，其被构造为监视推杆190的位置、速度、加速度或其组合，如箭头234所示。进而，该一个或多个传感器232可向控制器238提供反馈信号236，该控制器向流体泵182提供闭环控制信号240。与上述实施例类似，所示注射器12可基本或完全不含铁材料、磁材料或其组合。另外，所示注射器12可基本或完全不具有可潜在地发射与MRI系统干扰的RF辐射、磁场或潜在其它干扰的电子器件或其它部件。再次，所示控制器238、流体泵182和任何铁或磁材料可相对于流体驱动注射器12布置在壁48的相反侧。

图5是联接至图4的实施例的齿轮和棘轮组件162的流体驱动器160的局部示意图。如图所示，通过导管176到达和/或来自第一和第二腔室170和172的相反往复流186和188使得活塞164和杆168向内和向外地往复运动，如箭头250所示。响应该往复运动250，杆168使得第三臂204以往复的方式绕轴承210旋转，如箭头216所示。进而，第三臂204的往复旋转216导致第一和第二臂200和202相对于齿轮194向前和向后往复运动，如箭头252和254所示。例如，随着第一臂200朝向齿轮194向前运动，第二臂202移离齿轮194。反之亦然。随着第二臂202朝向齿轮194向前运动，第一臂200移离齿轮194。在这些往复运动期间，第一和第二臂200和202中的一个推靠齿轮194上的其中一个齿218，而另一臂退回并进入齿轮194上的下一个齿218。由此，第一和第二臂200和202在推靠齿218以驱动齿轮194的向前运动和步进到下一个齿218的相反运动之间交替，由此以步进的方式产生一系列力来旋转齿轮194。再次，该一系列力可限定为一系列分离和不连续的力，所述力一个接一个地产生和/或发生，而不像单个恒定力。在本实施例中，通过在不连续的步进中一个接一个地接合齿218，例如，接触第一齿218、向前推它、步进到第二齿218、向前推它，等等，该一系列力可逐渐地推动齿轮194旋转。一系列力中的每个力可相等或不等。并且，一系列力中的每个力可以在时间和/或空间位置上分离。并且，流体驱动器160以及齿轮和棘轮组件162的部件可基本或完全不含铁材料、磁材料和可发射RF辐射、磁场等或被RF辐射、磁场不利地影响的部件。

图6是成像套件10的替换例的示意图，其中，注射器12包括注射器动力头260，该动力头与对接装料站（docking recharge station）262匹配。所示动力头260可包括气动装料口264、气动促动器口266、气动供应部268、气动开关/阀270、流体驱动器272、一个或多个反馈传感器274和医用流体传送装置276。站262可包括收回器278、一个或多个控制器280、气动供应部282、气动充料口284和气动促动器口286。注射器12可包括外气动源288，其被构造为用于经由一个或多个可去除的导管290将气动工作介质供应到口264、口284或其组合。由此，源288可经由口264和284对气动供应部268和282进行补充。口284和286可经由导管292和294联接至供应部282。导管292和294可包括一个或多个阀，诸如止回阀296和298，以便控制气动流动。气动供应部282可包括一个或多个阀来控制到达和来自口284和286的气动流动。例如，所示供应部282可包括阀300，其被构造为打开和关闭通过导管294和口286的气动流动。例如，阀300可被一个或多个控制器280控制。控制器280可包括阀促动器、流量计或其组合。

动力头260可被构造为与站262分离或与之连接。例如，口286可拆除地经由气动导管302与口266联接。导管302可将来自供应部282的气动工作介质经由阀270供应到流体驱动器272。但是，在所示实施例中，流体驱动器272从当地气动供应部268接收气动工作介质，而阀270响应通过口266供应的气动压力打开和关闭。换句话说，阀270通过由站262提供的气动压力促动，而实际的气动工作介质局部地储存在供应部268内。由此，口266经由导管304向阀270提供气动控制压力。响应气动控制压力打开阀270时，供应部268中的气动工作介质通过导管306和308流动到流体驱动器272。进而，流体驱动器272响应来自供应部268的气动压力对传送装置276施加驱动力310。在动力头260操作期间，一个或多个反馈传感器274可监视流体驱动器272和传送装置276的状态312和314，并向站262中的控制器（一个或多个）280提供反馈信号316。

在动力头260完成医用流体注射之后，气动供应部268可被源288装料。气动介质可经过口264、通过导管318并进入到供应部268中。另外，站262上设置的收回器278可用于使流体驱动器272的位置收回，用于下一次注射。例如，收回器278可包括手动或机动收回器，其可使推杆收回到预注射位置。图6所示的成像套件10可包括控制器320，该控制器相对于注射器12布置在壁48的相反侧上。再次，动力头260和站262可大致或完全不具有铁材料、磁材料和潜在地产生RF辐射、磁场等或被产生RF辐射、磁场不利地影响的电子器件。但是，在一些实施例中，控制器（一个或多个）280和/或阀300可包括在MRI系统的成像过程中基本不运转的电子器件。

图7是图6的动力头260和站262的实施例的示意图，进一步示出这些部件260和262的结构特性。在所示实施例中，动力头260可包括多个患者身体安装部，诸如臂/腿带330。这些带330可经由按钮、卡扣件、钩环材料、扣件和/或其它适当联接方式联接在一起。动力头260可描述为患者可安装的注射器（例如，可拆除地安装），其特别适于与成像孔14内的患者放置在一起，如上参考图1所述。患者可安装的注射器的其中一个优点是，对于注射来说，与安装在支架、壁或天花板上的传统注射器相比，需要更少的管道。所示动力头260包括流动调整器332和针筒调整器334。此外，动力头260包括针筒接收器336，其被构造为支撑针筒338。如上参考图6所述，布置在动力头260内的流体驱动器272响应气动压力，以驱动针筒338的柱塞340。流体驱动器272可通过气动脉冲或压力触发，该脉冲或压力从站262通过导管302供应到动力头260。此外，布置在站262上的控制器280可用于控制动力头260的各方面。站262可包括流动阀调整器或调整连接件342和344。最后，所示收回器278可以是手动收回机构，其可插入到针筒接收器336中，以将流体驱动器272的推杆推回到预注射位置。替换地，收回器278可具有压力或马达辅助的机构，以将动力头260的推杆推回到准备注射位置。所示站262可经由电缆350和352联接至主控制器346和控制器320的用户接口348。但是，主控制器346和用户接口348可被构造为在用动力头260进行注射的过程中不操作。因此，动力头260和站262将不与MRI系统的操作干涉。

图8是图6和7的动力头260的示例性实施例的示意图，还示出了与参考图2所述的实施例类似的流体驱动器272的多流体构造。在所示实施例中，流体驱动器272包括联接到液体驱动部分362的气动驱动部分360。具体地，部分360和362可被活塞364分开，该活塞可移动地布置（例如，能够前后滑动，或以往复的方式运动）在缸体366内。液体驱动部分362可包括通向贮存器370的导管368，其中，多个阀372和374布置在贮存器370和活塞364之间，以在活塞364运动期间控制液体376流向贮存器370。导管368还可包括泵378，该泵被构造为迫使流体在液体驱动部分362和贮存器370之间流动，如下所述。活塞364可联接至推杆380，其被构造为将柱塞340驱动到针筒338中。

在图8的实施例中，在打开阀270时，响应通过口266提供的气动控制压力，供应部268内的气动工作介质可提供压力以移动活塞364。由此，气动工作介质迫使活塞364使推杆380抵靠柱塞340移动，而液体驱动部分362内的液体376经由阀372和374精确地控制活塞364的移动。例如，阀372和374可通过站262调整或设定，由此控制液体376向贮存器370的流速。以此方式，部分362内的液体压力至少部分地抵抗气动驱动部分360中的气动压力，由此减慢活塞364的运动，以便用针筒338提供受控的注射。在完成注射时，泵378可被站262接合，使得液体压力克服空气压力将活塞364返回到预注射状态。在图8所示的实施例中，流体驱动器272大致或完全为非铁、非磁的，且没有电子器件。

图9是图6-8的流体驱动器272的替换实施例的示意图，示出了由多流体驱动组件驱动的双针筒构造。具体地，图9的流体驱动器272可包括第一活塞390，该第一活塞可移动地布置在第一缸体392中，从而第一推杆394可在第一针筒398中移动第一柱塞396。流体驱动器272包括第二活塞400，该第二活塞可移动地布置在第二缸体402中，从而第二推杆404可在第二针筒408中移动第一柱塞推杆404。第一活塞390将第一缸体392分为第一气动腔室410和第一液体腔室412。类似地，第二活塞400将第二缸体402分为第二气动腔室414和第二液体腔室416。第一和第二气动腔室410和414可彼此分开或彼此流体连通。例如，在所示实施例中，腔室410和414是共用气动腔室418的一部分。在一些实施例中，腔室418向环境敞开，而腔室418的其它实施例在适当的压力下，以顶着第一和第二活塞390和400提供驱动力。

流体驱动器272包括液体贮存器420，该液体贮存器与第一和第二液体腔室412和416流体连通。所示的贮存器420可经由一个或多个液体导管422、424、426、428和430联接至第一和第二腔室412和416，其可以包括各种阀、泵或其组合。例如，所示导管422和424可包括压电选择阀432以控制液体流经由随后的导管从腔室412或腔室416或从这两个腔室到达液体贮存器420。导管426可包括压电伺服阀434，其被构造对在腔室412及416与贮存器420之间的液体流动提供速度控制。导管428可包括止回阀436和齿轮泵438，以将液体从贮存器420提供回腔室412、腔室416或这二者。由此，止回阀436可限制从腔室412和416到贮存器420的流动，而允许从贮存器420到腔室412和416的反向流动。

流体驱动器272可包括第一和第二位置传感器440和442，所述传感器被构造为分别检测第一和第二活塞390和400的位置。由此，由传感器440和442检测的位置用于经由压电伺服阀434控制第一和第二活塞390和400的运动。在其它实施例中，阀432和434可被其它适当的阀组件替换，诸如气动控制阀、光学控制阀等。

再有，腔室418内的气动压力大体驱动活塞390和400。腔室412和416内的液体压力大致调节活塞390和400的运动，由此提供柱塞396和406到相应针筒398和408中的精确运动控制。此外，所示流体驱动器272可基本或完全没有铁材料、磁材料或其组合。由此，注射器12特别适用于与MRI系统操作，并相对地紧凑且是患者可安装的，以便放置在成像孔14内，如上参考图1所述。

图10是图6的成像套件10的替换例的示意图，其中，动力头260和站262被构造有与气动控制组合的光纤器件。具体地，动力头260可包括多介质口450、气动阀452、光/灯开关454、流体驱动器456、医用流体传送装置458和一个或多个反馈传感器460。站262可包括收回器462、一个或多个控制器464、气动供应部466、光/灯源468、装料口470和多介质口472。另外，注射器12包括多介质导管474，其可拆除地联接至450和472。

在所示实施例中，多介质导管474被构造将在口450和472之间传递气动工作介质和光/灯信号二者。具体地，口472可经由导管476从供应部266接收气动工作介质，经由导管478从源468接收信号。这些传送可通过控制器（一个或多个）464和/或用户与控制器480的互动而起动。由此，气动工作介质以及光和/或灯信号可同时通过导管474传递，如箭头482和484指示。在口450处接收时，气动工作介质可经由导管486传递至阀452，而光/灯信号可经由导管488传递至开关454。

进而，开关454大致控制阀452的操作。例如，信号484可触发开关454打开或关闭阀452，由此控制气动工作介质482经由导管490朝向流体驱动器456流动。供应到流体驱动器456的气动压力随后产生驱动力或压力492，其将医用流体从医用流体传送装置458驱动到患者体内。在操作期间，传感器（一个或多个）460可监视流体驱动器456和传送装置458的状况494和496，并将反馈信号（一个或多个）498传递至控制器（一个或多个）464。类似于图6的实施例，装料口470可通过导管502接收来自外气动源900的气动工作介质的附加供应。有利地，多介质导管474可实现不同类型的介质的传递，以便在站262和动力头260之间同时提供动力和控制功能二者。

虽然本发明对各种修改和变化形式是敏感的，通过在附图中的例子显示特定实施例并详细地描述。但是，应理解，本发明并不意图限制在此披露的具体形式。相反，本发明应覆盖落入由所附权利要求所限定的本发明精神和范围内的所有修改、等同物和替换。

Claims (26)

1.一种用于MRI过程的医用流体注射器，包括:

基本上非铁的且基本上非磁性的流体驱动器，该流体驱动器响应工作流体的压力以施加一系列力来驱动传送装置，使医用流体流动，其中，该流体驱动器包括设置在缸体中的多个活塞、联接到活塞的杆和联接到杆的旋转棘轮，其中：

流体驱动器被构造为不与磁共振成像相干扰；

旋转棘轮配置为响应于活塞在缸体中的往复运动以及相应的杆的往复运动而顺序地接合齿轮的齿；

旋转棘轮包括第一臂，所述第一臂顺序地接合齿轮的齿，且所述第一臂响应于活塞在缸体中的往复运动以及相应的杆的往复运动而围绕第一旋转接头向两个不同方向旋转，全部使所述齿轮向第一旋转方向运动；

旋转棘轮包括第二臂，所述第二臂顺序地接合齿轮的齿，且响应于活塞在缸体中的往复运动以及相应的杆的往复运动而围绕第二旋转接头向两个不同方向旋转，全部使所述齿轮向第一旋转方向运动，其中所述第一旋转接头和第二旋转接头彼此间隔开，且其中所述第二臂在第一臂顺序地接合齿轮的齿分开的位置顺序地接合齿轮的齿；且

当注射器的柱塞与所述齿轮互连时，齿轮向第一旋转方向的运动使得该柱塞沿流体排放方向平移。

2.如权利要求1所述的注射器，其中流体驱动器配置为不发射或检测射频辐射。

3.如权利要求1所述的注射器，其中注射器配置为安装在磁共振成像(MRI)系统的成像孔内。

4.如权利要求1所述的注射器，其中齿轮被联接到滚珠丝杠。

5.如权利要求4所述的注射器，其中传送装置包括放置在筒体中的柱塞，且滚珠丝杠联接至柱塞。

6.如权利要求1所述的注射器，其中第一和第二臂每个都相对于齿轮往复运动，其中，当第一和第二臂中的一个推压在齿轮的个别齿上时，第一和第二臂中的另一个从齿轮的另一个别齿上退回。

7.如权利要求1所述的注射器，其中在任意给定时刻，第一和第二臂中仅有一个推压在齿轮的个别齿上。

8.如权利要求1所述的注射器，进一步包括联接至流体驱动器的泵，其中所述泵使活塞相对于缸体前进。

9.如权利要求8所述的注射器，进一步包括从泵通到流体驱动器的导管。

10.如权利要求8所述的注射器，进一步包括联接至泵的控制器。

11.如权利要求10所述的注射器，进一步包括联接至控制器的反馈传感器，其中，反馈传感器被构造为监视传送装置和流体驱动器中的至少一个。

12.如权利要求11所述的注射器，其中反馈传感器从包括电位计、光学编码器或其组合在内的组中选出。

13.如权利要求8所述的注射器，其中泵向流体驱动器提供工作流体。

14.一种注射系统，包括如权利要求1中任一项所述的注射器，和包括针筒的传送装置。

15.如权利要求14所述的注射系统，进一步包括患者安装部，其被构造为支撑传送装置和流体驱动器中的至少一个。

16.一种注射系统，包括如权利要求1所述的注射器，和包括大致靠近流体驱动器布置的输出部的传送装置。

17.如权利要求16所述的注射系统，进一步包括还包括患者安装部，其被构造为支撑传送装置和流体驱动器中的至少一个。

18.一种用于MRI过程的医用流体注射器，包括:

基本上非铁且基本上非磁性的流体驱动器，其对工作流体的压力做出响应，其中流体驱动器配置为不与磁共振成像干涉，且其中流体驱动器包括放置在缸体中的活塞和联接至活塞的杆；

带齿构件，包括多个间隔开的齿，其中带齿构件包括可旋转齿轮；

推杆，与带齿构件互连；

第一棘轮臂，其与流体驱动器的杆互连且与带齿构件接合，且所述第一棘轮臂通过活塞在缸体中的往复运动以及相应的杆的往复运动而能够围绕第一旋转接头向两个不同方向旋转，全部使所述带齿构件向第一旋转方向运动；和

第二棘轮臂，其与流体驱动器的杆互连且在与第一棘轮臂不同的位置与所述带齿构件接合，且所述第二棘轮臂通过活塞在缸体中的往复运动以及相应的杆的往复运动而能够围绕第二旋转接头向两个不同方向旋转，全部使所述带齿构件向第一旋转方向运动，其中所述第一旋转接头和第二旋转接头彼此间隔开；

其中活塞响应于工作流体压力的往复运动造成支撑杆的往复运动，这又造成第一棘轮臂和第二棘轮臂的交替运动，这又造成带齿构件向第一旋转方向步进运动，这又让推杆沿医用流体排放方向前进，使得注射器的柱塞在与推杆互连时平移。

19.如权利要求18所述的注射器，其中第一棘轮臂允许带齿构件沿第一旋转方向运动，但是不让带齿构件沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向运动。

20.如权利要求18所述的注射器，进一步包括共用旋转接头，位于流体驱动器的杆和第一及第二棘轮臂的每一个之间。

21.如权利要求18-20中任一项所述的注射器，其中第一和第二棘轮臂的每一个允许带齿构件沿第一旋转方向运动，但是不让带齿构件沿与第一旋转方向相反的第二方向旋转运动。

22.如权利要求18-20中任一项所述的注射器，其中活塞响应于工作流体的压力沿一个方向的运动对杆进行推动，这又造成第一棘轮臂在带齿构件的个别齿上推动，以让带齿构件沿第一旋转方向运动，且使得第二棘轮臂远离带齿构件的另一个别齿退回。

23.如权利要求22所述的注射器，其中活塞响应于工作流体的压力沿相反方向的运动对杆进行拉动，这又造成第二棘轮臂推压带齿构件的个别齿，以让带齿构件沿第一旋转方向运动且使得第一棘轮臂远离带齿构件的另一个别齿退回。

24.如权利要求23所述的注射器，其中活塞将缸体分为第一和第二腔室，其中工作流体被包含在第一和第二腔室每一个中，其中将工作流体的流动引入到第一腔室中能让活塞沿一个方向运动，且将工作流体的流动引入到第二腔室中能让活塞沿相反方向运动且将工作流体的流动引出第一腔室。

25.如权利要求18-20中任一项所述的注射器，其中活塞在缸体中往复运动，这使得第一和第二棘轮臂每一个相对于带齿构件以交替的方式往复运动，其中当第一和第二棘轮臂中的一个推压带齿构件的个别齿上以使所述带齿构件向第一旋转方向运动时，第一和第二棘轮臂中的另一个远离带齿构件中的另一个别齿退回。

26.如权利要求18-20中任一项所述的注射器，其中在任意给定时刻，第一和第二棘轮臂中仅一个推压在带齿构件的个别齿上。