CN109010978A - 一种全自动血管造影注射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动血管造影注射系统，包括压动操作单元，注射器面板，注射器机头单元和电源动力单元，所述压动操作单元与注射器面板相连接，注射器面板还连接注射器机头单元，注射器机头单元与电源动力单元相连接，本发明操作安全简单，首先系统通过压动操作单元将手指按压力转化为血管造影注射系统实时注射速率，实现可变流速注射，减少造影剂使用量，降低辐射；此外，系统通过安全监控组件实时监测注射状态，保证注射过程中安全可靠；最后，系统使用配套耗材，可自动切换造影剂注射管路与盐水冲洗管路，进行实时血压监测，方便医生操作。

Description

一种全自动血管造影注射系统

技术领域

本发明涉及一种注射系统，具体是一种全自动血管造影注射系统。

背景技术

数字减影血管造影(DSA)是通过电子计算机进行辅助成像的血管造影方法，是70年代以来应用于临床的一种崭新的X线检查新技术。它是应用计算机程序进行两次成像完成的。在注入造影剂之前，首先进行第一次成像，并用计算机将图像转换成数字信号储存起来。注入造影剂后，再次成像并转换成数字信号。两次数字相减，消除相同的信号，得知一个只有造影剂的血管图像。这种图像较以往所用的常规脑血管造影所显示的图像，更清晰和直观，一些精细的血管结构亦能显示出来。

血管造影注射系统是一种在造影检查时进行造影剂注射的系统，通过按照设定的程序注射造影剂以增强组织对比度，提高病变分辨率及诊断的准确性。

目前注射造影剂的装置在技术上存在一些弊端，比如，依靠医护人员对注射装置进行“摇头”，从而进行吸药，排气，打药动作；无法在注射过程中改变速率，从而满足医生“冒烟”的操作；注射前及注射过程中，依靠医护人员进行气泡监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全自动血管造影注射系统，以解决背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种全自动血管造影注射系统，包括压动操作单元，注射器面板，注射器机头单元和电源动力单元，所述压动操作单元与注射器面板相连接，注射器面板还连接注射器机头单元，注射器机头单元与电源动力单元相连接。

作为本发明的优选方案：所述注射器机头单元包括注射机头控制器、机头控制板、伺服电机、蠕动泵、电位器、限位开关、造影剂传感器、阀门传感器、空气柱传感器、多路阀传感器、注射舱传感器和背光灯，注射机头控制器分别连接机头控制板、伺服电机、蠕动泵、电位器、限位开关、造影剂传感器、阀门传感器、空气柱传感器、多路阀传感器、注射舱传感器和背光灯。

作为本发明的优选方案：所述造影剂传感器指用于检测瓶内造影剂是否存有造影剂的传感器；阀门传感器指用于检测注射针筒内是否存在气泡的传感器；多路阀传感器指用于检测多路阀状态的传感器，空气柱传感器指用于检测通向人体的高压管路内是否存在空气柱的传感器，盐水注射及造影剂注射为一条管路；注射舱传感器指用于检测注射舱关闭与否的传感器。

作为本发明的优选方案：所述注射器面板上连接有显示屏与触摸屏组件、蜂鸣器、工作灯和待机按钮。

作为本发明的优选方案：所述压动操作单元包括压动操作器和与压动操作器相连接的两个气体检测单元，气体检测单元由依次连接的气压传感器、滤波电路、放大电路、隔离电路和采集电路组成，其中气压传感器还与压动操作器相连接，采集模块连接注射器面板。

作为本发明的优选方案：所述注射机头控制器上还连接有FLASH存储器。

作为本发明的优选方案：所述限位开关有两个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.减少医患X射线摄入量，通过压控操作单元，实时可变流速，可变流量，精确连贯的造影剂注射，减少病人的造影剂注射量，并减少医患射线摄入量。2.降低手术风险，探测到一次性使用管路内有空气，系统会向临床医生报警，并停止注射。3.简化操作流程。从小剂量冠状动脉注射到心室和外周血管的大剂量注射，使用本发明可以简化全部心血管介入时造影剂注射流程。4.简化控制。只通过压控操作单元就可以完成造影剂加注，造影剂排气，造影剂注射，盐水注射等常规功能，生成优质图像，让术者更关注病人与手术操作。5.提高工作效率。

附图说明

图1是本发明提供的用于全自动高压注射电控系统的结构示意图。

图2是本发明提供的全自动高压注射电控系统的机头单元结构示意图。

图3是本发明提供的全自动高压注射系统的面板单元结构示意图。

图4为本发明具体实施结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，实施例1：一种全自动血管造影注射系统，至少包括压动操作单元，注射器面板，注射器机头单元，电源动力单元等几个主要部分。

压动操作单元连接在注射器面板上，按压下压动操作单元造影剂注射键，通过气压传感器将压控气管(造影剂)内压力信号转化为电信号，电信号经由处理电路后，由注射面板采集分析，分析过程中将气管内的压力与注射流速校对关联。实时处理分析压动操作单元压力，经由注射面板控制器转化为注射流速，通过串口发送给注射器机头单元，控制器控制伺服电机转速，电机经由皮带轮带动转动效率极高的滚珠丝杠推动活塞进行注射；按压下压动操作单元注射盐水键，通过气压传感器将压控气管(盐水)内压力信号转化为电信号，电信号经由处理电路后，由注射面板采集分析，通过串口发送给注射器机头单元，驱动蠕动泵转动，从而进行盐水冲刷注射。电源动力可以来源于墙体市电也可来源于DSA(血管造影机)的导管床。系统配备外部联动接口，可以与DSA(血管造影机)进行射线联动延时注射，以及注射延时出线等联动。

本系统机头单元除机械部分以外，主要包括注射机头控制器，机头控制板，伺服电机，蠕动泵，蠕动泵，电位器，限位开关，造影剂传感器，阀门传感器，空气柱传感器，多路阀传感器，注射舱传感器及背光灯等。伺服电机，蠕动泵，电位器，限位开关及传感器都与注射机头控制器进行连接。其中，造影剂传感器指用于检测瓶内造影剂是否存有造影剂的传感器；阀门传感器指用于检测注射针筒内是否存在气泡的传感器；多路阀传感器指用于检测多路阀状态，打开状态下系统为注射造影剂情况，关闭状态为系统注射盐水状态；空气柱传感器指用于检测通向人体的高压管路内是否存在空气柱的传感器，盐水注射及造影剂注射为一条管路；注射舱传感器指用于检测注射舱关闭与否的传感器。

1.自动吸药与自动排气功能

非联动功能下，系统转化电位器电压值为造影剂剩余量，在准备注射状态下，系统自动对比剩余造影剂量与目标注射造影剂量，如果剩余造影剂量低于目标注射造影剂量时，此种情况下，按下操作单元造影剂注射键，系统进行造影剂自动吸药，如果造影剂瓶里存在造影剂时，再次按下操作单元造影剂注射键，系统自动进行排气；否则，系统自动停止，并弹出提示对话框，提示造影剂不足，点击确定后，系统自动排气。排气过程中，实时监测阀门传感器与多路阀传感器，检测到阀门传感器关闭且多路阀传感器未打开，即系统完成排气过程。

2.注射功能

本发明造影剂注射模式分为固定速率注射与可变流速注射，固定速率注射指通过注射器面板设置好注射速率，注射流量，注射压力及上升时间进行注射。注射速率指注射过程中的造影剂流速；注射流量指单次注射完成后，注射的造影剂体积；注射压力指注射过程中的管路内的压力限值；上升时间指从开始触发注射至所设定注射速率的时间。可变流速注射指将手指按压注射手柄力转化为注射速率，从而实时改变注射速率，其中注射速率，注射流量，注射压力不超过系统面板单元所设定值，此模式下，上升时间无效。

盐水注射模式，采用常开开关形式，按下抬起操作单元的盐水注射键，系统驱动蠕动泵转动，进行盐水注射；再次按下抬起，盐水注射关闭。如开启盐水注射功能后，不进行关闭，系统运行20s后自动停止。

3.气泡监测功能

本发明从造影剂入口到造影剂出口，多层次进行气泡检测。抽吸造影剂过程中，系统实时监测造影剂传感器状态，监测造影剂瓶内液体状态，减少注射针筒气体的吸入；系统实时监测阀门传感器，监测注射针筒内气体，如果针筒内存在气体，系统无法进入注射准备状态且会提示医护者，指导医护者进行气体排空；更重要的是，系统实时监测通向人体的高压管路，无论盐水注射及造影剂注射，监测到管路内存在气体，系统都会停止注射，并指示医护者进行排空关内气体的操作。以上检测方式都为非接触式。

通过以上的方案，首先解决了目前高压注射装置的吸药排气打药过程繁琐，且主要以人作为气泡监测的问题，其次，本系统兼容常规恒速注射功能，使用压控单元解决了造影剂注射过程中的无法实时改变注射流速的问题，最后，系统通过多维度的传感器搭建，从“入口”到“出口”的传感器架设，极大的提高了注射过程中的安全，使医护人员只需要辅助监测气泡。

实施例2，在实施例1的基础上，本设计的具体实施结构图如图4所示。其中注射面板控制器可为一款TI ARM Conrtex-A8高性能处理器AM3354，主频1GHz，运算能力1600DMIPS；注射机头控制器可为STM32F103ZET6芯片，所述芯片具有最高性能的RISC内核、USB接口、JTAG(控制程序的下载口)，其最高工作频率为72MHZ。

在具体的实施方式中，分为以下几种物理连接。

1.压动操控器上两路导管分别连接在两个气压传感器上，将手指压力信号转化为电信号，电信号经由0-100Hz的低通滤波电路，将信号复合的杂波滤除，之后经过放大电路和接入采集模块，其中采集模块可使用AM3354芯片片内12位SAR 8通道通用ADC，可以读取传感器输出的压控操作器的管内压力，并能得到手指按压操控键的力度大小。

2.显示器屏附有4线电阻触摸屏，电阻触摸屏与显示器都连接在LCD驱动控制器上，经由13LCD驱动控制器转接及滤波，连接在注射面板控制器上，触摸屏的X+、X-、Y+、Y-四路AD信号也采用AM3354片内12位ADC处理，进行触摸位置的校对与采集，从而进行人际交互。根据安装向导，分步骤安装一次性盐水管路、注射针筒、一次性高压管路、一次性压力传感器。

3.控制器通过DDR数据总线与GPMC数据总线连接NANDFLASH(NANDFLASH存储器是flash存储器的一种，但速度更快容量更大)和DDR3内存(DDR3是一种计算机内存规格。它属于SDRAM家族的内存产品，提供了相较于DDR2SDRAM更高的运行效能与更低的电压，是DDR2SDRAM(同步动态动态随机存取内存)八倍)。

4.控制器外设设有SD卡、CAN、串口、音频及IO口外设，SD卡使用AM3354片内MMC模块，通过MMC总线与SD卡物理连接；控制器通过ADUM1201(双通道数字隔离器。隔离器件将高速CMOS与单芯片变压器技术融为一体，具有优于光耦合器替代器件的出色性能特征)隔离芯片引脚，之后接入TJA1040T(TJA1040T是NXP公司推出的一款针对汽车电子行业使用的高性能CAN收发器。和TJA1050T一样，自动EMC调整斜率，无需进行斜率电阻调整)；串口使用片内串口模块连接点频转换芯片MAX232；音频使用片内MCASP(multichannel audio serialport，是通用音频接口)，连接TLV320A(TI生产的TLV320AIC3106)音频编码器，通过DAC转化后播放提示音；IO外设隔离后连接指示灯和按键，指示灯显示当前系统状态。

系统启动后，在压力选择界面，长按触摸屏三秒，进入压力校准界面。之后，依次点击界面出现的十字交叉，完成触摸屏校准后系统自动重新启动。根据安装向导进行系统设置，如下所示：

1.选择压力模式，PSI或者KPA。

2.移除一次性耗材，点击完成按钮进行注射栓塞校准运行。

3.系统进行栓塞校准，校准前限位位置、后限位位置及栓塞是否正常运动。

4.打开注射针筒套装；向外拉白色插销并向下旋转打开舱门；将造影注射器插入承载舱然后完全关闭舱门,保证承载舱锁紧。

5.点击完成按钮，系统自动进行注射针筒栓塞啮合，栓塞前进到制定位置后停止。

6.将压力转换器连接到注射针筒上；向下旋转压力转换器将其插入固定夹内；将造影剂注射器上的穿刺式吸药器插入造影剂瓶中,悬挂于造影剂挂架上；将造影剂的管路放入造影剂传感器内；点击完成按钮。

7.系统进行造影剂抽吸，抽吸25毫升后，点击完成按钮，系统进行自动排气功能。排气过程中，系统监测位于注射针筒左上方的阀门传感器，阀门传感器检测到触发信号，完成排气过程。

8.安装盐水管路。打开Angiotec公司的血压传感器产品；将血压传感器的瓶塞穿刺器插入盐水袋中，并将盐水袋悬挂在注射头右上角的挂件上；在压力转换器的末端连接一个手动注射器,并通过盐水管缓慢抽吸，保证从管线，传感器和压力转换器中移除空气；将黑色V型牙导向块向内捏，然后将其移动到最高位置，用以验证V型牙的中心在管路的中心的上方，导向块可以固定管路并防止管路扭曲；从左侧到右侧顺时针旋转泵手柄到锁紧位置关闭盐水泵，取下手推注射器，将废液排到废液容器里面；按触摸屏上的"完成"按钮。

9.冲刷盐水管路内的空气。将管路末端放入一个废液容器内或者在高压注射器管路接一个手动注射器,然后按“盐水冲刷”(冲洗过程中,轻敲管路,压力转换器和接头,需要时也需要敲击压力传感器元件以排除管路全部气体.)；若管路中没有气泡,点击"完成"按钮。

10.清除造影剂管路内的空气。轻点"排气"按钮,将位于压力转换器与造影注射器针头之间的一小段造影剂管路的空气排掉(当清除时,检查管路和连接部是否还有气泡,如果有需要,再次重复此操作.)；若管路中没有气泡,点击"完成"按钮。

11.空气检查。完整检查系统,确保没有任何气体后按"完成"按钮。(如果有气泡,按"返回"按钮,重复盐水管路与造影剂管路排气操作。)

12.Angiotec手柄安装。使用一个透明的无菌保护罩,将其罩在触摸屏上；将手柄包装内的部件全部放在无菌区域；无菌操作人员应手握高压连接管的一端交给无菌区域外的操作人员.此人将其与压力转换器连接,然后将高压连接管放入空气泡监测传感器内.同时无菌操作人员,将三通连接到高压连接管的另一端。

13.进入主界面后，进行压动控制器的校准。医生进行过程1，系统根据过程3中读取的手控校准算法，将手控压力与系统标称值进行阶段校对，同时进行最小二乘线性拟合，得出两者关系。

至此，完成注射前的准备工作。系统工作模式，分为固定流速注射和可变流速注射两种模式。

在进行可变流速注射时，医护人员点击TFT显示屏，设置注射速率、注射流量、压力及上升时间。之后点击显示屏幕注射按钮处，系统根据实时读取的传感器状态，判断系统是否准备就(判断注射舱内是否有气体存在；判断压力转换器是否打开；判断注射舱门是否关闭等)，如果准备就绪，指示灯常量，并且TFT显示屏显示准备就绪状态。压动操作器将气体导管分别连接在2个气体压力传感器上，医生按下压动操作器的造影剂注射按钮，按钮按下导致气管容积减小，气管内压强增大，并且气体压力处处相等，所以通过气压传感器测量管内压力，通过滤波电路滤除杂波、放大电路放大信号、隔离电路去除采集电路对信号的干扰，最后进行采集模块的AD采集，注射面板获取采集模块采集的电压后，根据过程4所校准所得的关系，换算为伺服驱动器的转动速度。注射面板控制器通过串口发送给注射机头控制器，注射头控制器接收到注射面板控制器发送的指令并解析，转化为脉冲频率，通过LS31芯片转化为差分信号，控制伺服电机准确转动，电机通过皮带轮带动高精密的滚珠丝杠推动栓塞进行造影剂的注射，实时改变压控操作器的所受的压力就可以实时改变栓塞的注射速率。可变流速注射过程中，显示实时注射流速及实时流量，当单次注射流量达到设定值时，停止注射；或者松开压控操作器造影剂注射按钮时，停止造影剂注射。

在进行固定流速注射时，医护人员点击TFT显示屏，设置注射速率、注射流量、压力及上升时间。之后点击显示屏幕注射按钮处，系统根据实时读取的传感器状态，判断系统是否准备就(判断注射舱内是否有气体存在；判断压力转换器是否打开；判断注射舱门是否关闭等)，如果准备就绪，指示灯常量，并且TFT显示屏显示准备就绪状态。压动操作器将气体导管分别连接在2个气体压力传感器上，医生按下压动操作器的造影剂注射按钮，按钮按下导致气管容积减小，气管内压强增大，并且，气体压力处处相等，所以通过气压传感器测量管内压力，通过滤波电路滤除杂波、放大电路放大信号、隔离电路去除采集电路对信号的干扰，最后进行采集模块的AD采集，注射面板获取采集模块采集的电压后，系统解析采集的电压与校对时的电压阈值，系统在上升时间时达到设定的注射速率，之后按照设定速率进行注射；当采集的电压值小于阈值时，停止注射。固定流速注射过程中，显示实时注射流速及实时流量，当单次注射流量达到设定值时，停止注射；或者松开压控操作器造影剂注射按钮时，停止造影剂注射。

在固定流速及可变流速注射时，注射机头控制器实时采集限位开关P、限位开关N、阀门传感器、注射舱传感器、多路阀传感器、空气柱传感器、电位器状态，造影剂传感器，其中，电位器的输出电压经过二阶滤波电路、放大电路、隔离电路处理后，接入注射机头控制器，换算为当前栓塞位置，进行剩余剂量、已注射剂量的计算；造影剂传感器的输出电压经过二阶滤波电路、放大电路，隔离电路处理，接入注射机头控制器，控制器转换所采集AD电压，根据电压判断当前液体类型(造影剂、水、盐水等)；通过空气柱传感器模块，发送高频PWM波给空气柱传感器，并通过空气柱传感器模块采集接受信号，分析一次性高压管路内是否存在气泡。

当在可变流速状态或者固定流速状态时，当按下压控操作器造影剂注射按钮时时，系统对比剩余造影剂量与设定注射造影剂量，当剩余造影剂量<设定造影剂注射量时，系统自动抽吸造影剂。当造影剂传感器监测到造影剂瓶内没有液体时，系统自动停止造影剂抽吸，并提示进行造影剂排空气体，点击完成按钮进行造影剂排气，通过阀门传感器的状态判断注射针筒内的是否排气完成；当造影剂传感器监测到造影剂瓶内存在液体，且医护人员再次按下压控操作器造影剂注射按钮时，系统自动进行排气按钮，通过阀门传感器的状态判断注射针筒内的是否排气完成。

当在可变流速注射或者固定流速注射时，一次性高压管路都卡入空气柱传感器，进行空气检测，系统检测到一次性高压管路内存在空气泡，系统立刻停止注射，并提示操作人员，进行排气操作。医护人员，旋转三通，关闭联动患者一端，之后点击管路排气按钮，进行排气，排气完成后再次点击注射按钮，进入准备注射状态，从而进行正常注射。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种全自动血管造影注射系统，包括压动操作单元，注射器面板，注射器机头单元和电源动力单元，其特征在于，所述压动操作单元与注射器面板相连接，注射器面板还连接注射器机头单元，注射器机头单元与电源动力单元相连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动血管造影注射系统，其特征在于，所述注射器机头单元包括注射机头控制器、机头控制板、伺服电机、蠕动泵、电位器、限位开关、造影剂传感器、阀门传感器、空气柱传感器、多路阀传感器、注射舱传感器和背光灯，注射机头控制器分别连接机头控制板、伺服电机、蠕动泵、电位器、限位开关、造影剂传感器、阀门传感器、空气柱传感器、多路阀传感器、注射舱传感器和背光灯。

3.根据权利要求2所述的一种全自动血管造影注射系统，其特征在于，所述造影剂传感器指用于检测瓶内造影剂是否存有造影剂的传感器；阀门传感器指用于检测注射针筒内是否存在气泡的传感器；多路阀传感器指用于检测多路阀状态的传感器，空气柱传感器指用于检测通向人体的高压管路内是否存在空气柱的传感器，盐水注射及造影剂注射为一条管路；注射舱传感器指用于检测注射舱关闭与否的传感器。

4.根据权利要求1所述的一种全自动血管造影注射系统，其特征在于，所述注射器面板上连接有显示屏与触摸屏组件、蜂鸣器、工作灯和待机按钮。

5.根据权利要求1所述的一种全自动血管造影注射系统，其特征在于，所述压动操作单元包括压动操作器和与压动操作器相连接的两个气体检测单元，气体检测单元由依次连接的气压传感器、滤波电路、放大电路、隔离电路和采集电路组成，其中气压传感器还与压动操作器相连接，采集模块连接注射器面板。

6.根据权利要求2所述的一种全自动血管造影注射系统，其特征在于，所述注射机头控制器上还连接有FLASH存储器。

7.根据权利要求2或3所述的一种全自动血管造影注射系统，其特征在于，所述限位开关有两个。