CN110869071A - 流体注入器系统中的动态压力控制的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了多阶段注入期间动态压力控制的方法，其中控制流体递送系统的各种储器的流体的压力，以提供预期流体递送参数。该方法包含：推进第一驱动构件，以从第一储器将第一流体排出到管道中，其中流体被加压至第一流体压力；测量第一流体压力，以提供目标值；在第二储器与管道流体隔离时，推进或缩回第二驱动构件，以将第二储器中的第二流体的流体压力增大或减小到目标值；将第二储器置于与管道流体连通；以及推进第二驱动构件，以从第二储器将第二流体排出到管道中。

Description

流体注入器系统中的动态压力控制的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月31日提交的题为“System and Method for DynamicPressure Equalization in a Fluid Injector System”的美国临时申请No.62/552,433的优先权，其公开整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及流体递送系统和方法，并且特别地涉及使用具有注入方案期间的两种或更多种流体的动态压力控制的流体递送系统进行注入的系统和方法。
背景技术
在许多医疗诊断和治疗过程中，诸如内科医生的执业医师向患者注入一种或多种医疗流体。近年来，已经开发了若干流体递送系统，其具有注入器致动的针筒和流体注入器，以用于流体的加压注入，例如造影溶液(通常简称为“造影”)、冲洗剂(例如生理盐水)和其他医疗流体，以用于诸如血管造影术、计算机断层扫描(CT)、超声、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)和其他成像程序之类。通常，这些流体递送系统被设计成以预期流率递送预定量的流体。典型地，对于多阶段注入，流体在造影阶段、随后的生理盐水冲洗阶段被递送。造影流体提供对诊断图像的增强，盐水阶段增加了造影通量，并提供与造影的鲜明区分。
对于多阶段注入而言，预期流率和流体体积之间的差异可能尤其明显，其中从两个或更多个针筒递送两种或更多种流体，两个或更多个针筒由流体注入器的驱动构件以顺序方式独立地驱动。因此，在进行多阶段注入时，重要的是要考虑容纳两个阶段流体的方式。如果流体储器或针筒在开放系统中连接，则由于两个或多个针筒之间的流体连通，在注入期间两个流体位置中的压力期望是大致相同的。然而，在容纳两个储器或针筒的开放系统中，容纳第一流体的储器或针筒中压力的升高可能导致流体从第一储器移动到第二储器或针筒，取决于系统的柔度。这可能会导致意外混合。对于单患者系统，这种混合可能是可允许的；然而，对于多患者装置，流体储器的交叉污染可能是不可接受的。
为了隔离多个流体储器并防止混合，可以使用诸如止回阀、旋塞阀的阀或流体歧管来构造流体递送系统，以隔离相应的流体储器和/或针筒。隔离流体储器可防止流体储器的被动交叉污染。然而，在没有任何校正或补偿的情况下，隔离流体储器可能降低通过流体递送系统的实际流量或引起其波动。例如，因为必须以足够的压力驱动第二或生理盐水流体通过系统，以驱动第一阶段并消除在注入的第一阶段期间引入系统的任何松弛，实际流体流率可能降低。
因此，在本领域中需要用于监测和控制通过包含多个针筒或流体储器的流体递送系统的流体流率的改善的方法和系统。例如，这样的系统可以解决控制通过系统的流率并防止不同针筒或储器中容纳的流体的交叉污染的问题。本文公开的系统和方法适于解决这些问题。
发明内容
本公开的各种示例描述了在多阶段/多流体注入期间在流体递送系统中的方法和流体注入器系统，该方法和流体注入器系统包括动态压力控制，该流体压力控制包含在两个或多个储器中的流体之间的压力控制或均等化，其包含提供多阶段流体递送系统，该系统具有配置为容纳第一流体的至少第一流体储器，配置为容纳第二流体的至少第二流体储器，用于从第一储器和第二储器将流体引导到患者的流体管道，以及注入器，注入器具有用于从第一储器排出流体的至少第一驱动构件和用于从第二储器排出流体的至少第二驱动构件。
本公开的各种实施例提供了动态压力和流体流控制的方法。在某些实施例中，该方法包括在第一注入阶段期间推进第一驱动构件以将第一流体从第一储器排出到管道中，其中将第一流体加压到第一流体压力。该方法包括然后在第一注入阶段期间测量第一流体压力以提供目标值，其中该目标值至少基于所测量的第一流体阶段的流体压力。在确定目标值之后，并且在第二储器与管道流体隔离时，该方法包含推进或缩回第二驱动构件以将第二储器中的第二流体的流体压力增大或减小到目标值。可以通过关闭诸如旋塞阀、夹管阀、高压开启阀等的阀将第一储器和第二储器置于与管道流体隔离。该方法包含然后将第二储器置于与管道流体连通，推进第二驱动构件，从而以等于目标值的压力将第二流体从第二储器排出到管道中。
根据各种实施例，目标值可以基本上等于第一流体压力。在其他实施例中，目标值可以大于第一流体压力。在其他实施例中，目标值可以小于第一流体压力。可以由与流体注入器相关联的处理器基于特定的流体注入参数和方案来确定目标值，例如，通过基于各种因素(诸如，第一流体和第二流体的预期流率、流体类型(例如，造影对生理盐水)、系统容量、是否需要双流注入、回流是否可能成为问题以及其他因素)计算目标值。
在某些实施例中，推进第二驱动构件以将第二流体从第二储器排出的步骤还可以包括继续推进第一驱动构件以将第一流体从第一储器排出，以提供预定比例的第一流体和第二流体的双流体递送。预定比例可以是从第一流体与第二流体1:99到第一流体与第二流体的99：1范围内的特定比例，其可以由用户对特定注入方案预编程到处理器中。
在其他实施例中，该方法还可以包括：在将第二流体储器置于与管道流体连通之前，或者，替代地，在推进第二驱动构件以将第二流体从第二储器排出到管道中之前，将第一储器与跟管道的流体连通隔离。根据这些实施例，注入方案可以包含将注入从第一流体过渡到第二流体，同时避免在过渡期间流体流的波动，例如当第一流体和第二流体之间存在粘度差异时(例如造影介质的粘度范围为2.0至30.0cP(20℃下)，到粘度较低的流体，诸如粘度为1.0至1.5cP(20℃下)的生理盐水)，或避免第二流体回流到第一流体储器中，反之亦然。在各种实施例中，第一流体可以是造影成像剂，诸如CT造影、CV造影、MR造影或PET造影；并且第二流体可以是冲洗流体，诸如生理盐水、林格氏乳酸盐、水等。替代地，第一流体可以是冲洗剂，第二流体可以是造影，如本文所述。
根据其他实施例，流体注入器还可以包括至少第三流体储器，第三流体储器与管道处于可选择的流体连通并且与流体注入器的至少第三驱动构件可操作地接合，以将至少第三流体排出到管道中。第三流体可以与第一流体和/或第二流体相同或不同。
在其他实施例中，本公开提供了配置为在多阶段/多流体注入期间进行动态压力控制的流体递送系统，其中所述流体递送系统包括：至少第一储器，配置为用于容纳第一流体；至少第二储器，配置为用于容纳第二流体；连接到第一储器和第二储器的管道，用于将流体从储器导引到患者；流体注入器，具有用于从第一储器排出流体的至少第一驱动构件和用于从第二储器排出流体的至少第二驱动构件；以及控制器，与包含计算机可读存储器的流体注入器电子通信。控制器可以与流体注入器、独立运行的计算机、可移动的操作存储介质、医院信息网络或外部计算机相关联。存储器包括指令，在由控制器执行所述指令时，使控制器执行以下操作：命令注入器在第一注入阶段期间推进第一驱动构件以从第一储器排出第一流体，其中第一流体被加压至第一流体压力；在所述第一注入阶段期间测量所述第一流体压力以提供目标值，其中所述目标值基于所述第一流体阶段的所测量的流体压力；在第二储器与管道流体隔离时，命令注入器推进第二驱动构件以将第二储器中的第二流体的流体压力加压至目标值；命令注入器将第二储器置于与管道流体连通；以及命令注入器推进第二驱动构件，从而以等于目标值的压力将第二流体从第二储器排出到管道中。流体递送系统可以被编程为或者可选地产生并显示通知，该通知指令用户在第二储器和管道之间建立流体连通。本文描述了处理器内的其他编程指令。
条款1、在多阶段/多流体注入期间的流体递送系统中的动态压力控制的方法，包括：提供多阶段流体递送系统，所述多阶段流体递送系统包括配置为用于容纳第一流体的至少第一流体储器，配置为用于容纳第二流体的至少第二流体储器，用于将所述第一流体从所述第一储器并将所述第二流体从所述第二储器引导到患者的流体管道，以及注入器，所述注入器包括用于将所述第一流体从所述第一储器排出的至少第一驱动构件和用于将所述第二流体从所述第二储器排出的至少第二驱动构件；在第一注入阶段期间，推进所述第一驱动构件，以将所述第一流体从所述第一储器排出到所述管道中，其中第一流体被加压至第一流体压力；在所述第一注入阶段期间测量所述第一流体压力，以提供目标值，其中目标值是基于所述第一流体阶段的所测量的流体压力；在所述第二储器处于与所述管道流体隔离时，推进或缩回所述第二驱动构件，以将所述第二储器中的第二流体的流体压力增大或减小到所述目标值；将所述第二储器置于与所述管道流体连通；以及推进所述第二驱动构件，从而以等于所述目标值的压力将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中。可以推进第二驱动构件以从第二储器排出第二流体，以为第二流体的至少初始部分提供等于目标值的压力。
条款2、如条款1所述的方法，还包括在推进所述第二驱动构件以将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中之前，将所述第一储器与跟所述管道的流体连通隔离。
条款3、如条款1或2所述的方法，其中所述目标值基本上等于所述第一流体压力。
条款4、如条款1或2所述的方法，其中所述目标值大于所述第一流体压力。
条款5、如条款1或2所述的方法，其中所述目标值小于所述第一流体压力。
条款6、如条款1至5中任一项所述的方法，其中推进所述第二驱动构件还包括继续推进所述第一驱动构件，以从所述第一储器排出所述第一流体，从而提供预定比例的所述第一流体和所述第二流体的双流流体递送。
条款7、如条款6所述的方法，还包括调整所述第一流体压力和所述第二流体压力以提供所述双流流体递送，其中预定比例是在从所述第一流体与所述第二流体1：99至所述第一流体与所述第二流体99：1的范围内的指定比例。
条款8、如条款1至7中任一项所述的方法，其中第一流体包括成像造影介质，并且所述第二流体包括生理盐水。
条款9、如条款1至8中任一项所述的方法，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是独立地选自以下项构成的组的流体储器：针筒、蠕动泵，以及可压缩袋。
条款10、如条款1至9中任一项所述的方法，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器中的至少一者是针筒。
条款11、如条款1至10中任一项所述的方法，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是针筒。
条款12、如条款1至11中任一项所述的方法，还包括至少一个第三流体储器，所述至少一个第三流体储器与所述管道可选择地流体连通并与所述流体注入器的至少一个第三驱动构件可操作地接合，以将至少第三流体排出到所述管道中。
条款13、如条款1至12中任一项所述的方法，其中每个流体储器通过相应的阀与所述管道独立地处于选择性流体连通。
条款14、如条款13所述的方法，其中所述相应的阀中的每一个包括第一填充位置，第二关闭位置，以及第三递送位置，其中在第一填充位置，所述流体储器与流体容器流体连通但与所述管道流体隔离，在第二关闭位置，所述流体储器与所述相应的流体容器和所述管道流体隔离，在第三递送位置，所述流体储器与所述管道流体连通但与所述流体容器流体隔离。
条款15、如条款13或14所述的方法，其中由所述流体注入器的处理器可操作地控制所述相应的阀中的每一个。
条款16、流体递送系统，配置为用于多阶段/多流体注入期间的动态压力控制，包括：至少第一储器，配置为用于容纳第一流体；至少第二储器，配置为用于容纳第二流体；管道，连接到所述第一储器和所述第二储器，以将流体从所述第一储器和所述第二储器引导到患者；流体注入器，包括用于将所述第一流体从所述第一储器排出的至少第一驱动构件和用于将所述第二流体从所述第二储器排出的至少第二驱动构件；以及控制器，与所述流体注入器电子通信，包括含有指令的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：在第一注入阶段期间，命令所述注入器推进所述第一驱动构件以从所述第一储器排出所述第一流体，其中第一流体被加压至第一流体压力；在所述第一注入阶段期间测量所述第一流体压力以提供目标值，其中目标值是基于所测量的所述第一流体阶段的流体压力；在所述第二储器与所述管道流体隔离时，命令所述注入器推进所述第二驱动构件以将所述第二储器中的第二流体的流体压力增大到所述目标值；命令所述注入器将所述第二储器置于与所述管道流体连通；以及命令所述注入器推进所述第二驱动构件，从而以等于所述目标值的压力将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中。
条款17、如条款16所述的流体递送系统，其中控制器包括含有指令的其他的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：在命令所述注入器推进所述第二驱动构件以将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中之前，命令所述注入器将所述第一流体储器与跟所述管道的流体连通隔离。
条款18、如条款16所述的流体递送系统，其中控制器包括含有指令的其他的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：在命令所述注入器推进所述第二驱动构件以排出所述第二流体同时，命令所述注入器继续推进所述第一驱动构件以从所述第一储器排出所述第一流体，从而提供预定比例的所述第一流体和所述第二流体的双流流体递送。
条款19、如条款18所述的流体递送系统，其中控制器包括含有指令的其他的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：在所述双流流体递送期间，命令所述流体注入器调整所述第一流体压力和所述第二流体压力，以提供所述双流流体递送，其中预定比例是在从所述第一流体与所述第二流体1：99到所述第一流体与所述第二流体99：1的范围内的指定比例。
条款20、如条款16至19中任一项所述的流体递送系统，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是独立地选自由以下各项构成的组的流体储器：针筒、蠕动泵，以及可压缩袋。
条款21、如条款16至20中任一项所述的流体递送系统，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器中的至少一者是针筒。
条款22、如条款16至21中任一项所述的流体递送系统，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是针筒。
条款23、如条款16至22中任一项所述的流体递送系统，其中流体注入器还包括至少一个第三流体储器，所述至少一个第三流体储器与所述管道可选择地流体连通，并且与所述流体注入器的至少一个第三驱动构件可操作地接合，以将至少第三流体排出到所述管道中。
条款24、如条款16至23中任一项所述的流体递送系统，其中每个流体储器通过相应的阀与所述管道独立地处于选择性流体连通。
条款25、如条款16至24中任一项所述的流体递送系统，其中所述相应的阀中的每一个包括第一填充位置，第二关闭位置，以及第三递送位置，在所述第一填充位置流体储器与流体容器流体连通但与所述管道流体隔离，在第二关闭位置流体储器与所述相应的流体容器和所述管道流体隔离，在第三递送位置所述流体储器与所述管道流体连通但与所述流体容器流体隔离。
条款26、如条款24或25所述的流体递送系统，其中所述相应的阀中的每一个由所述流体注入器的处理器可操作地控制。
参照附图考虑以下描述和所附权利要求，用于进行具有动态压力控制注入的流体递送系统和流体注入器的这些和其他特征和特性，与结构和零件的组合相关的元件的操作和功能以及制造的经济性将变得更加明显，所有这些均形成本说明书的一部分，其中，相同的附图标记在各个附图中表示对应的部分。然而，应该明确地理解，附图仅是出于说明和描述的目的。
附图说明
图1是根据本公开的示例的流体递送系统的立体图；
图2是配置为用于与图1的流体递送系统一起使用的针筒的侧视截面图；
图3是根据本公开的另一示例的流体递送系统的立体图；
图4是配置为用于与图3的流体递送系统一起使用的针筒的侧视截面图；
图5是根据本公开的另一示例的流体递送系统的立体图；
图6是配置为用于与图5的流体递送系统一起使用的多次使用可丢弃系统的正视立体图；
图7是流体递送系统的另一示例的示意图；
图8是根据本公开的示例的具有动态压力控制的流体递送方法的流程图；
图9是绘示进行根据图8的方法的流率关于时间的图；
图10是绘示在没有动态压力控制的情况下进行流体注入的流率关于时间的图；
图11是绘示具有压力控制和没有压力控制的情况下进行的注入的压力关于时间的图；并且
图12A和图12B是图示注入期间由针筒的位移造成的松弛示意图。
具体实施方式
如说明书和权利要求书中所使用的，单数形式的“个”和“该”包含复数对象，除非上下文另外明确指出。
为了下文的描述目的，术语“上”，“下”，“右”，“左”，“垂直”，“水平”，“顶”，“底”，“横”，“纵”及其衍生词应与本公开在附图中的含义相关。
空间或方向性术语，例如“左”，“右”，“内”，“外”，“上”，“下”等，不应被视为限制，因为本发明可以设想各种其他方向。
在全部情况下，在说明书和权利要求书中使用的全部数字应理解为被术语“约”修饰。术语“约”是指所述值的正负百分之十的范围。
除非另外指出，否则本文公开的全部范围或比例应理解为涵盖其中包含的任何和全部子范围或子比例。例如，规定的范围或比例“1到10”应被视为包括最小值(最小值1)和最大值(最大值10)(含)之间的任何和全部子范围；也就是说，以最小值1或更大的值开始并且以最大值10或更小的值结束的全部子范围或子范围，例如但不限于1到6.1、3.5到7.8和5.5到10。
术语“至少”是指“大于或等于”。
术语“包含”与“包括”同义。
当关于针筒和/或柱塞使用时，术语“近”是指当针筒和/或柱塞被取向用于连接至流体注入器时，针筒和/或柱塞的最接近流体注入器的部分。术语“远”是指当针筒和/或柱塞被取向用于连接到流体注入器时，针筒和/或柱塞的最远离流体注入器的部分。术语“径向”是指在法向于在近端和远端之间延伸的针筒、柱塞和/或活塞的纵向轴线的截面中的方向。术语“圆周向”是指围绕针筒、柱塞和/或活塞的侧壁的内表面或外表面的方向。术语“轴向”是指沿着在近端和远端之间延伸的针筒、活塞和/或活塞的纵向轴线的方向。当用于指代流体递送部件时，术语“开放”是指系统与出口流体连接，例如通过喷嘴或管路部件或导管的开放端。在开放系统中，可以例如通过迫使流体通过小直径流体路径来限制流体流，其中流可以由系统和流体的物理参数(例如管路直径、流体路径收缩、施加的压力、粘度等)确定。术语“封闭”在用于指代流体递送部件时，是指系统未与出口流体连接，例如在流体流被阀(例如旋塞阀、高开启压力阀(high crack pressure valve)、夹管阀等)停止流动的情况。如本文所用，术语“松弛”是指机械松弛，包含机械装置中的空隙或空转，其由零件之间的间隙、在施加负载(例如通过施加压力)下机械部件的压缩、在施加负载(例如通过施加压力)下机械部件的挠曲造成，这会导致在施加力后从流体注入中加压流体的递送延迟。
应当理解，除非明确相反地指出，否则本公开可以采取替代的变化和步骤顺序。还应当理解，附图中示出的以及以下说明书中描述的具体装置和过程仅仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的示例有关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是限制性的。
表征流体递送系统的阻抗以最小化预期的和实际的流体递送系统性能之间的差异，需要考虑来自能量源的能量如何在系统中使用或移动通过系统。来自流体递送系统的能量输出或损失可以是通过摩擦力的热损失或在流体递送系统上做功的形式。例如，加压流体在压力下通过导管递送时所携带的一些能量会因流体的阻力、摩擦或散热而损失掉。另外，如本文所讨论的，就系统部件的总体积的增加或系统部件上的压缩力的增加而言，流体的加压递送也可能增加系统的势能。此外，移动通过流体递送系统的加压流体的动能可能影响流体递送系统的总体性能。例如，移动的造影材料的惯性力以及与该系统相关联的容器和/或管路的膨胀可能导致针筒柱塞在注入器针筒内的运动与造影材料从导管中移出并进入患者之间的运动的相位滞后。
由于高的注入压力(在某些血管造影过程中可能约为1200psi量级)，可能存在流体递送系统的各种部件(例如，针筒、连接到患者的管路、以及流体注入器的部件)的膨胀，使得可能存在超过为注入过程所选择的体积。流体量的这种增加由于系统容量而产生。总系统容量(也称为柔度或弹性)表示在流体递送系统各部件的膨胀中捕获的流体量(即，过量体积)。通常，容量与注入压力直接相关，并且与针筒中的造影介质和生理盐水的体积负(inversely)相关。换句话说，容量随着注入压力的增加和针筒中加压的流体体积的增加而增加。总系统容量是每个流体递送系统固有的，并且取决于系统中剩余的流体的压力和体积以外的多种因素，包含但不限于注入器构造，用于构造针筒、柱塞、针筒周围的压力套、将流体递送到患者的流体线的材料的机械性质，针筒、柱塞、压力套的尺寸，以及流体特性，例如温度、粘度和密度。
注入率或递送体积还可能受针筒或储器约束在流体注入器中的方式影响。例如，在可丢弃针筒与注入器的界面包含公差，以允许用户在不需过分力量的情况下连接可丢弃针筒，并且防止可丢弃针筒在附接期间的损坏。虽然包含这些公差是为了易用性和制造可行性，但这样的公差的存在允许(多个)针筒随着驱动构件或活塞驱动流体通过针筒而移动。在一些情况下，针筒的平移或移动由于活塞运动导致递送不足体积，这导致可丢弃针筒的移动不能产生递送的流体。
本公开的各种示例描述了方法和流体递送系统，其包括诸如本文所描述的流体注入器，包含动态压力控制，包含两个或更多个储器中的流体之间的压力控制或均等化，在流体递送系统中多阶段/多流体注入期间包含：提供多阶段流体递送系统，具有配置为用于容纳第一流体的至少第一流体储器，配置为用于容纳第二流体的至少第二流体储器，由于将流体从第一储器和第二储器引导到患者的流体管道，以及注入器，注入器具有用于从第一储器排出流体的至少第一驱动构件和用于从第二储器排出流体至少第二驱动构件。在各种实施例中，流体注入器系统可以包括至少第三流体储器，至少第三流体储器与管道可选择流体连通，并与流体注入器的至少一个第三驱动构件可操作地接合，以将至少第三流体排出到管道中。其他实施例还可以包含附加流体储器。
流体注入器和对应的流体储器和驱动构件可以独立设计为针筒(如本文所描述的)、具有蛤壳或其他压缩驱动构件的可压缩袋，以及具有旋转驱动构件的蠕动泵。例如，在某些实施例中，第一流体储器、第二流体储器，和/或第三流体储器中的至少一者可以是针筒，例如前载式针筒或滚动膜片针筒，其可操作地连接到驱动构件，诸如附接到针筒柱塞或滚动膜片的近端壁的活塞。在特定实施例中，第一储器、至少第二储器、至少第三储器以及任意其他储器中的每一者可以是可操作地连接到驱动构件的针筒。
根据各种实施例，每个储器(诸如第一储器、至少第二储器、至少第三储器等)可以通过相应的第一阀、第二阀、第三阀(第一阀、第二阀、第三阀等控制系统与管道流体连通还是流体隔离)等独立地与管道选择性流体连通。根据某些实施例，相应的阀中的每一个可以包括第一填充位置，其中流体储器与流体容器流体连通，但与管道流体隔离，使得在针筒的情况下驱动构件的近向移动将流体从流体容器抽吸到流体储器。根据各种实施例，相应的阀中的每一个可以包括第二关闭位置，其中流体储器与至少管道流体隔离，并且在特定实施例中，也与流体容器流体隔离，使得流体储器是封闭系统。相应的阀中的每一个可以包括第三递送位置，其中流体储器与管道流体连通，但与流体容器流体隔离，使得流体储器是开放系统。相应的阀中的每一个可以由流体递送系统的处理器或控制器独立控制，从而在编程的流体注入方案期间，操作阀以控制第一流体、第二流体的流体流，并且在适当情况下，控制第三流体的流体流。与推进对应的驱动构件组合，流体阀的控制允许流体递送系统控制医疗流体的流动。
本公开的各种实施例提供了动态压力和流体流控制的方法。在某些实施例中，该方法包括，在第一注入阶段期间，推进第一驱动构件以将第一流体从第一储器排出到管道中，其中第一流体被加压至第一流体压力。方法然后包含，在第一注入阶段期间测量第一流体压力以提供目标值，其中目标值至少基于第一流体阶段的测量的流体压力。在确定目标值之后且在第二储器与管道流体隔离时，方法包含，推进第二驱动构件以将第二储器中的第二流体的流体压力增加到目标值。方法然后包含，将第二储器置于与管道流体连通，并且推进第二驱动构件，从而以等于目标值的压力将第二流体从第二储器排出到管道中。
根据各种实施例，目标值可以基本上等于第一流体压力。如本文中所使用的，术语“基本上等于”是指在参考值的10％以内，例如目标值的从90％至110％。当目标值基本上等于第一流体压力时，获得第一流体储器与第二流体储器之间的压力均等化。在开放的流体注入系统(即，没有阀隔离任何流体储器)中，流体储器彼此流体连通并且观察到压力均等化，例如，第一流体储器的加压导致第二流体储器的加压，因为流体路径提供针筒储器之间的流体连通。这可能具有以下缺点：第一加压的流体的体积随着第一流体被加压而流入到第二储器中，导致第二储器中的流体的混合物，并且在某些实施例中，增大到达预期流体流率的时间。当第二储器被加压大于第一流体储器时可能发生相反情况。由流体从一个储器到另一个储器的此“回流”而产生的储器中的流体的混合物可能导致递送的流体的体积上的不精确性。根据实施例，在通过推进第一驱动构件加压第一流体储器期间推进第二驱动构件加压第二流体储器可以最小化第一流体回流到第二流体储器中。在某些实施例中，推进第二驱动构件的速率可以等于推进第一驱动构件的速率，从而每个储器中的压力是相似的。替代地，推进第二驱动构件的速率小于推进第一驱动构件的速率，但为足够快的速率以最小化第一流体到第二储器中的回流混合。推进第二驱动构件速率相对于推进第一驱动构件的速率可以通过以下因素确定，诸如流体类型、流体粘度上的差异、预期注入流率、包含流体线和导管的管道直径、双流方案的使用、流体的双流比例、系统容量、系统松弛、流体路径的长度、流体路径的体积等。在封闭系统中，由于流体注入器隔离其他流体储器的能力(例如通过可控制阀)，回流顾虑可以被最小化，可以基本上最小化加压的流体回流到第二流体储器中。根据各种实施例，封闭流体储器允许流体储器内的流体的加压基本上消除当流体储器处于与管道流体连通时管道内的其他加压的流体的回流。
在包含封闭系统的其他实施例中，目标值可以大于第一流体压力。根据这些实施例，当第二储器处于与管道流体连通时，第二储器加压到大于第一流体压力的目标值可以迅速地发起第二流体的注入，使得流体流突跳起动(kickstart)和/或防止回流到第二储器中，这可以导致更锐利的(sharper)团剂。此外，这样的更高的目标值可以最小化系统柔度的效应，例如，第一流体的压力使第二储器的系统部件膨胀的一部分。
在其他实施例中，目标值可以小于第一流体压力。根据这些实施例，第二储器加压到小于第一流体压力的目标值可以提供预期的防止第二流体回流到第一储器中和/或防止系统的过度加压。在其他实施例中，可以选择第二流体压力的目标值相对于第一流体压力的差异，以提供适当双流注入方案的流体流比例或可以更容易地允许斜坡变化到预期的双流比例。
目标值可以由与流体注入器相关联的处理器基于特定流体注入参数和方案确定，例如通过基于各种因素(诸如，第一流体和第二流体的预期流率、流体类型(例如，造影对生理盐水)、系统容量、是否预期双流注入、回流是否可能成为问题，以及其他因素)计算目标值。
在某些实施例中，在预期双流注入方案的情况下，即，在方案要求第一流体和第二流体的特定混合物同时注入的情况下，推进第二驱动构件以从第二储器排出第二流体的步骤还可以包括继续推进第一驱动构件以从第一储器排出第一流体，从而提供预定比例的第一流体和第二流体的双流流体递送。预定比例可以是在从第一流体比第二流体1：99至第一流体比第二流体99：1范围内的指定比例，其可以由用户为某些注入方案预编程到处理器中或可以是由注入器的制造商提供的预定或标准的注入方案，以提供预期注入模式。
在其他实施例中，方法还可以包括，在将第二流体储器置于与管道流体连通之前，替代地，在推进第二驱动构件以从第二储器排出第二流体到管道中之前，将第一储器与跟管道的流体连通隔离。根据这些实施例，注入方案可以包含将注入从第一流体过渡到第二流体，同时避免过渡期间的流体流增大和/或波动，例如当第一流体和第二流体的粘度之间存在差异的情况(诸如造影介质，可以在从2.0至30.0cP(20℃下)的范围内，到较低粘度的流体，诸如生理盐水，其具有1.0至1.5cP(20℃下)的粘度)，或避免第二流体回流到第一流体储器中，反之亦然。
在其他实施例中，本公开提供流体递送系统，其配置为用于多阶段/多流体注入期间的动态压力控制，其中流体递送系统包括：配置为用于容纳第一流体的至少第一储器；配置为用于容纳第二流体的至少第二储器；管道，连接到第一储器和第二储器，以将流体从储器引导到患者；流体注入器，具有用于从第一储器排出流体的至少第一驱动构件和用于从第二储器排出流体的至少第二驱动构件；以及控制器，与流体注入器的电子通信，包含计算机可读存储器。控制器可以与以下相关联：流体注入器、独立运行的计算机、可移动操作储存介质、医院信息网络、或外部计算机。存储器包含指令，当由控制器执行所述指令时，使控制器：在第一注入阶段期间，命令注入器推进第一驱动构件以从第一储器排出第一流体，其中第一流体被加压至第一流体压力；在第一注入阶段期间测量第一流体压力以提供目标值，其中目标值是基于测量第一流体阶段的流体压力；在第二储器与管道流体隔离时，命令注入器推进第二驱动构件以将第二储器中的第二流体的流体压力增大到目标值；命令注入器将第二储器置于与管道流体连通；以及命令注入器推进第二驱动构件，从而以等于目标值的压力从第二储器将第二流体到管道排出。
根据本文所描述的各种实施例的各种流体压力控制方法的优点包含跨阶段过渡维持流率的能力。例如，这可以跨阶段过渡保持碘通量，这相对于具有流率上的瞬间下降的相同注入提高了图像增强。因此，压力均等化是给定造影体积和冲洗、造影体积和双流、造影体积以及随后的造影等的最优使用。压力控制方法还可以提供防止回流的机制。通过在随后阶段的储器中累积压力，来自第一阶段的流体不进入随后的阶段储器。通过防止回流，团剂锐度相对于发生回流混合的情形改善。此外，根据本文所描述的实施例的压力控制方法可以用于对在注入期间跨多个阶段使用单个储器以递送流体的情形降低过流率。例如如果储器在某阶段期间以200psi递送流体并随后通过关闭阀而封闭，则200psi被困于储器中，例如作为加压的流体和系统容量。如果储器在注入期间被再次使用，则200psi的被困压力可能大于中间阶段的压力，导致流体流上的波动。因此，预加压的控制可以用于降低被困的压力，例如通过适当推进或缩回驱动构件，从而其与紧接的之前阶段的注入线压力相同。压力控制还可以用于消除由之前注入阶段产生的系统松弛(例如机械松弛)和系统柔度，从而跨多阶段注入维持体积精确。
参考附图，其中若干视图通篇相同附图标记指代相同零件，本公开总体上涉及流体注入器中的动态压力控制的流体注入器系统和方法。涉及容量发展和与流体注入系统相关联的问题的相关公开在提交于2017年3月3日的PCT国际申请No.PCT/US2017/020637中描述，其公开通过此引用并入本文。
参考图1，流体注入器10(后文称为“注入器10”)(诸如自动化或动力流体注入器)适配为与一个或多个针筒12(后文称为“针筒12”)相接并将其致动，针筒12可以填充有流体F，诸如造影介质、生理盐水溶液，或任意预期医疗流体。注入器10可以在医疗过程期间用于通过用驱动构件驱动每个针筒12的柱塞14(诸如活塞19(图2所示)，诸如线性致动器或活塞元件)将医疗流体注入到患者体内。注入器10可以是多针筒注入器，其具有两个、三个或更多个针筒，其中若干针筒12可以取向为并排或其他关系并且可以被与注入器10相关联的相应的驱动构件/活塞16分开地致动。在具有两个或更多个针筒(例如，布置为并排或其他关系并且填充有两种不同流体)的示例中，注入器10可以配置为按顺序或同时从针筒12中的一者或两者递送流体。根据一个实施例，流体注入器10可以是双头注入器，其具有两个针筒12a和12b，第一针筒12a用于递送造影介质或其他医疗流体，并且其第二针筒12b用于递送生理盐水或其他医疗批准的冲洗剂来将造影介质向患者冲洗。在其他实施例中，流体注入器10可以具有三个针筒12，第一和第二针筒用于递送一种或两种不同造影介质或其他医疗流体，并且第三针筒用于递送生理盐水或其他医疗批准的冲洗剂以将造影介质向患者冲洗。根据各种实施例，流体注入器10可以配置为分开地递送造影和生理盐水(例如，在特定时间递送特定体积生理盐水，之后在特定时间递送特定体积造影，之后是在特定时间递送第二体积的生理盐水以将造影介质从管路冲洗到患者中)。根据各种实施例，流体注入器10可以配置为分开地递送造影和生理盐水或作为混合物(例如，在特定时间递送特定体积生理盐水，之后在特定时间递送特定体积的造影或指定比例的造影和生理盐水(即，在“双流”过程中)，之后在特定时间递送第二体积的生理盐水以将造影介质从管路冲洗到患者中)。技术人员可以将特定注入方案编程到注入器中(或使用预写入的方案)，从而以预期流率、时间以及每种溶液的体积递送预期体积的生理盐水、造影、特定比例的造影和生理盐水混合物等。流体注入器10可以具有至少一个体相流体源(未示出)，以用流体填充针筒12，并且在某些实施例中，流体注入器10可以具有多个体相流体源，多个针筒中的每一个有一个体相流体源，以用预期的流体填充多个针筒中的每一个。
诸如流体路径套件17的管道可以与每个针筒12流体连通，以使每个针筒与导管流体连通，以将流体F从每个针筒12递送到在血管接入位置处插入患者的导管(未示出)。在某些实施例中，可以通过流体控制模块(未示出)来调节来自一个或多个针筒12的流体流，该流体控制模块操作各种驱动构件、阀、旋塞阀和流量调节结构，以基于用户选择的注入参数(诸如，注入流率、持续时间、总注入体积和来自针筒12的流体比例，包含双流注入方案中每种流体的特定比例)调节生理盐水溶液和造影向患者的递送。
参照图2，驱动构件19(例如由电机31移动的往复驱动活塞)可以配置为通过注入器壳体前端的开口延伸到相应的针筒端口13中以及从相应的针筒端口13中延伸出。在包括多个针筒的流体注入器实施例中，可以为每个针筒12提供分开的驱动构件/活塞19。每个驱动构件/活塞19配置为向针筒12的至少一部分(例如柱塞14或滚动膜片针筒的远端)施加动力(例如，如PCT/US2017/056747；WO 2016/172467；和WO2015/164783中所述，其公开通过引用整合到本文中)。驱动构件或活塞19可以经由机电驱动部件(诸如电机31驱动的滚珠丝杠轴、音圈致动器、齿条齿轮传动装置、线性电机、线性致动器，等等)往复地操作。电机31可以是电力电机。
在美国专利No.5383858；7,553,294；7,666,169；9,173,995；9,199,033；和9,474,857中；以及在PCT申请公开No.WO 2016/191485和WO 2016/112163中公开了合适的前载式流体注入器10的示例，其公开通过引用整体并入。
已经描述了流体注入器10的特定实施例的一般结构和功能，现在将参照图2描述配置为与注入器10一起使用的针筒12的实施例。针筒12总体上具有圆柱形针筒筒体18，其由玻璃、金属或合适的医疗级塑料制成，符合预期地为透明或基板上半透明的塑料材料。合预期地选择针筒12的材料，以满足所需的拉伸应力和平面应力要求、水蒸气透过率以及化学/生物相容性。筒体18具有近端20和远端24，侧壁119在其间沿着延伸穿过筒体18的中心的纵向轴线15的长度延伸。在一些示例中，远端24可以具有锥形形状，其从圆柱形筒体18在远向方向上变窄。喷嘴22从远端24延伸。筒体18具有外表面21和内表面23，其具有内部体积25，以在其中接收流体。筒体18的近端20可以用柱塞14密封，柱塞14通过对应的活塞19或驱动构件的往复运动而可往复移动通过筒体18。当柱塞14被推进移动通过筒体18时，柱塞14对筒体18的内表面23形成液密密封。
在一些示例中，针筒12的近端20的尺寸设定为并适配为可移除地插入注入器10的针筒端口13(如图1所示)中。在一些示例中，针筒12的近端20限定插入段30，插入段30配置为可移除地插入到注入器10的针筒端口13中，而针筒12的其余部分保持在针筒端口13的外部。
在一些示例中，例如图3中所示，注入器10可以配置为在注入器10的每个针筒端口13内接收并保持压力套32，尽管图1和图3示出了具有两个针筒端口13的流体注入器10，对于图3中所示的注入器10，每个具有对应的压力套32，但是流体注入器10的其他示例可以包含单个针筒端口13，并且可选地，包括对应的压力套32或具有两个以上的针筒端口13，其具有可选的对应的数目的压力套32。在包括压力套的实施例中，每个压力套32可以配置为接收针筒(例如用于血管造影(CV)过程的针筒)或滚动膜片针筒34(在PCT/US2017/056747；WO2016/172467；和WO 2015/164783中描述了适合的示例)。类似于图1所示的流体路径套件17的流体路径套件可以与每个滚动膜片针筒34的排放端流体连接，以通过连接到导管、针或在血管接入位置插入患者体内的其他流体递送连接(未示出)从针筒34递送流体。根据各种实施例，针筒12或34可以是预填充的针筒，即，当由针筒制造商提供时，可以用诸如造影剂或生理盐水之类的医疗流体预填充针筒。根据某些实施例，如本文所述，在注入过程之前，可能需要在排放端对预填充的针筒用尖刺或以其他方式刺穿，以允许流体从针筒排出到去往患者的流体线中。
参考图4，滚动膜片针筒34总体上包含限定内部体积38的中空主体36。主体36具有前或远端40、后或近端42和在其间延伸的柔性侧壁44。如本文所述，近端42可配置为用作活塞以对针筒内部加压以从其吸入或排出流体。滚动膜片针筒34的侧壁44限定了柔软、柔韧或柔性的、而又自支承的主体，该主体配置为在流体注入器10的驱动构件或活塞的作用下自身滚动，作为“滚动膜片”。驱动器构件/活塞19可配置为可释放地接合在滚动膜片针筒34的近端42处的驱动构件接合部分52(其示例在PCT/US2017/056747中描述)。在操作中，侧壁44配置为，当驱动构件/活塞19在远向方向上移动近端42时滚动，使得其外表面在径向向内方向上折叠和倒转，并且当驱动构件/活塞19在近向方向上缩回近端42时，在径向向外方向上以相反的方式铺展和展开。
继续参考图4，侧壁44的后或近部分连接至封闭端壁46，并且侧壁44的前或远部分限定与封闭端壁46相对的排放颈48。封闭端壁46可具有凹面形状，以促进侧壁44的翻转或滚动的开始，增强封闭端壁46的机械强度，和/或提供接收凹部以接收驱动构件/活塞19的远端。例如，封闭端壁46可限定用于直接与驱动构件/活塞19的类似形状的远端相接的接收端凹部。在一些示例中，驱动构件/活塞19的至少部分可以成形为与封闭端壁46的形状基本匹配，或者替代地，当驱动构件/活塞19向远向移动时来自驱动构件/活塞19的压力可以使端壁46顺应，从而与驱动构件/活塞19的至少部分的形状基本匹配。
端壁46可以具有中央部分50和驱动构件接合部分52，中央部分50具有基本圆顶形的结构，驱动构件接合部分52从中央部分50向近向延伸。驱动构件接合部分52配置为例如当驱动构件/活塞缩回时与流体注入器10的驱动构件/活塞19上对应的接合机构可释放地相互作用。滚动膜片针筒34可以由任何合适的医疗级塑料或聚合物材料制成，合预期地是透明或基本半透明的塑料材料。合预期地选择滚动膜片针筒34的材料以满足所需的拉伸应力和平面应力要求、水蒸气透过率以及化学/生物相容性。
参考图5，示出了根据本公开的另一示例的流体注入器10。注入器10具有壳体54，壳体54围封各种机械驱动部件、驱动机械驱动部件所需的电力和动力部件、以及控制部件，例如用于控制可往复运动的活塞(未示出)的操作的电子存储器和电子控制装置。流体注入器10还具有与流体注入器10可移除地连接的多患者可丢弃系统(MUDS)56。MUDS 56具有一个或多个针筒或泵58。在一些方面，针筒58的数目对应于流体注入器10的活塞的数目。在一些例子中，如图6所示，MUDS 56具有并排布置的三个针筒58a-58c。每个针筒58a-58c具有用于经由MUDS流体路径62连接到相应的体相流体源(未示出)的体相流体连接器60。MUDS流体路径62可以形成为在其末端具有尖刺元件的柔性管，其连接到体相流体连接器60。如图5所示的注入器10和对应的MUDS 56在WO 2016/112163中详细描述，其公开内容通过引用并入本文。
MUDS 56可以包括一个或多个针筒或泵58a-58c。在一些方面中，针筒58的数目对应于流体注入器10上的驱动构件/活塞的数目。在一些示例中，诸如图5和图6中所示，MUDS56具有布置为并排布置的三个针筒58a-58c。每个针筒58a-58c具有体相流体连接器60，以经由MUDS流体路径62连接到相应的体相流体源(未示出)。MUDS流体路径62可以形成为柔性管，其连接到在其末端处具有尖刺元件的体相流体连接器60。
参考图6，MUDS 56具有用于支承一个或多个针筒58的框架64。针筒58a-58c可以可移除地或不可移除地连接至框架64。每个针筒58a-58c具有长形的、基本上圆柱形的针筒主体。每个针筒58a-58c具有与MUDS流体路径62流体连通的填充端口66，以用来自体相流体源的流体填充针筒58a-58c。每个针筒58a-58c在其远端的末端部分处还具有排放出口或管道68。每个针筒58a-58c的排放出口68与歧管70流体连通。阀72与每个排放出口68相关联，并且可在填充位置与递送位置之间操作，在填充位置，填充端口66与针筒内部流体连通，而排放出口68与针筒内部流体隔离，在递送位置，排放出口68与针筒内部流体连通，而填充端口66与针筒内部流体隔离。歧管70具有与每个针筒58a-58c流体连通的流体通路，并且与流体出口线74流体连通，流体出口线74与端口76流体连通，端口76配置为连接至单次使用流体路径元件(未示出)以将流体递送至患者。
在各种实施例中，对于流体注入器10，例如图1、3和5中所示的任何流体注入器，电机31(图2)提供动力以在远向方向上往复驱动驱动构件/活塞19，并且排放针筒12、34或MUDS 56内的流体。电机31可以具有驱动部件，例如齿轮和轴，其可操作地连接至驱动构件/活塞19，以往复地移动驱动构件/活塞19。每个电机31必须被校准以使其诸如输入电流或输出转矩之类的操作特性与流率或压力以及与其相关的公差相关联。如本文所述，可能期望校准以补偿来自流体注入器10的任何不同部件的任何变化或不合规格的行为，例如电机性能特性的任何变化，特别是在具有由两个或更多个电机驱动的流体注入器的情况下。例如，一个电机31的电机输入扭矩到注入器输出压力的转换对于另一电机31可能是不同的。该变化可能被流体注入器10的传动系统的公差的变化进一步加剧。流体注入器10中的流率或压力的精确性与用于校准电机31的系统和方法直接相关。
根据本公开的一个示例，以上关于图1-6所述的流体注入器10可以配置为进行多阶段流体注入，其包含在第一阶段期间注入第一流体F1，之后在第二阶段期间注入第二流体F2。在第一阶段期间，第一流体F1被从至少第一针筒(例如图1的针筒12a或图5-6的针筒58b和/或58c之一)注入。在第二阶段期间，第二流体F2被从至少第二针筒(例如图1的针筒12b或图5-6的针筒58a)注入。后文中，第一和第二针筒将参考图5-6讨论，并且将因此称为第一针筒58b和第二针筒58a。然而，应理解，本文所描述的系统和方法同样适用于以下中的任意者：图1的针筒12a-12b，如图3-4所示的具有两个或更多个滚动膜片针筒34的注入器，或流体注入系统中的至少两个针筒的任意其他集合。
第一针筒58b的第一流体F1和第二针筒58a的第二流体F2可以是不同流体，诸如具有不同性质的医疗流体，诸如不同粘度。替代地，第一流体F1和第二流体F2可以是相同流体，例如医疗流体，但浓度或温度不同，或以不同流率递送的相同流体。例如，第一和第二流体F1、F2可以具有不同的粘度、温度，和/或密度中的一者或多者。在本公开的一个示例中，第一流体F1可以是造影介质，如本文所描述的，其具有第一粘度，并且第二流体F2可以是生理盐水，其具有第二粘度，第二粘度典型地低于第一粘度。在某些实施例中，流体注入器可以具有第三针筒58c，其可以容纳第三流体F3，第三流体F3可以与第一流体F1和第二流体F2相同或不同。例如，F3可以是造影介质，其可以与第一流体F1相同，或F3可以是与F1不同的造影剂，或F3可以是与F1相同的造影类型但与F1浓度不同。在多阶段注入的第一阶段期间，第一流体F1(即造影)可以被从第一针筒58b以编程到注入器10中的第一预定流率注入。以第一预定流率递送第一流体F1通过向第一针筒58b中的第一流体F1施加压力实现，诸如通过用活塞19驱动第一针筒58b的柱塞，其中达到预期第一预定流率所需施加的压力是第一流体F1的第一粘度的函数。由于与具有较低粘度的流体(诸如生理盐水)达到相同流率所需施加的压力相比，总体上第一流体F1的造影的粘度越高，达到预定流率通常所需施加的压力越高。在多阶段注入的第一阶段之后，第二阶段包含从第二针筒58a注入第二流体F2(即生理盐水)。第二流体F2的第二预定流率可以相同于、大于或小于第一流体F1的第一预定流率。在第一和第二预定流率目标相同的流体注入中，由于第一流体F1的第一粘度与第二流体F2的第二粘度之间的差异，递送第二流体F2所需的压力可能不同于递送第一流体F1所需的压力。在本示例中，施加到第一流体F1(即造影介质)的压力通常高于施加到第二流体F2(即生理盐水)的压力，以便获得相同流率。在其他示例中，第二流体F2的第二预定流率可以不同于第一流体F1的第一预定流率，而达到第一流体F1和第二流体F2的预定流率所需的压力仍可能不同。
图7中示出了相似于图1、3和6中所示的系统10的流体递送系统102的示意图。系统102包含第一储器，诸如第一针筒112，其容纳第一流体F1。在一些示例中，第一流体F1可以是造影剂，如多阶段注入的第一或造影阶段中通常使用的。系统102还包含第二储器，诸如第二针筒114，其容纳第二流体F2。例如，第二流体F2可以是多阶段注入的第二或生理盐水冲洗阶段中使用的生理盐水流体。替代地，第二流体可以是与第一溶液相同，即，溶液可以都是造影剂，其具有相同或不同浓度。系统102还包含管道117，诸如医疗管路、流体路径套件、歧管或相似的流体引导结构，以将流体从第一针筒112从第二针筒114输送到患者。例如，管道117连接到患者导管，以用于在血管接入部位处流体递送到患者的静脉。管道117可以在结构和功能上与流体路径套件17(图1中所示)或与MUDS流体路径套件62(图6中所示)中所示的歧管和流体路径相似。
在一些示例中，系统102还包含流体注入器110，其配置为接收针筒112、114，或MUDS 56。针筒112、114可以是具有可移动柱塞以从之排出流体的前载式针筒，如前所述的滚动膜片针筒，或本领域已知的其他类型的可丢弃或重复使用针筒。注入器110可以相似于前载式注入器10(图1中所示)或相似于多患者注入器10(图6中所示)。流体注入器110可以包含独立驱动构件119，诸如可移动活塞或线性致动器，以从针筒112、114排出流体F1、F2。例如，如前所述，驱动构件可以配置为接合针筒112、114的柱塞以推进柱塞在轴向方向上通过针筒112、114的筒体以从之排出流体。
在一些示例中，系统102还包含流体控制装置，诸如阀178、180，以限制流体在针筒112、114与管道117之间流动。用于调节流体流动通过系统102的阀可以包含例如旋塞阀、单向阀、球阀、膜片阀以及其他类型的手动或自动可致动阀，如本领域已知。在一些示例中，不同针筒的阀可以组合为单个歧管装置，诸如歧管70，如图6所示。在其他示例中，阀178、180可以是分开的结构或装置，其可以由用户独立操作。阀178、180配置为在关闭位置到打开位置之间过渡，在关闭位置防止流体在针筒112、114与管道117之间流动，在打开位置允许流体流动。在其他实施例中，阀178、180可以配置为通过部分打开以控制流体从储器流动通过的孔口大小而进一步控制流体流动。在流体注入的其他实施例中，系统中可能没有阀。在一些示例中，阀178、180连接到每个针筒112、114的管口和/或在针筒管口与管道117之间，以防止当阀178、180处于关闭位置时流体在针筒112、114之间管道117通过。在其他示例中，阀178、180可以设置在管道117中并且打开和关闭以限制流体通过其流动。
在一些示例中，系统102还包括传感器106、108，其与第一针筒112和/或第二针筒114相关联，或与跟每个针筒相关联的流体路径相关联。各种不同类型的传感器可以用于测量关于以下的信息：针筒类型，针筒112、114中容纳的流体F1、F2，正在进行的注入的注入参数，或靠近注入器110的环境条件(例如，环境温度)。在一些示例中，传感器106、108可以是流体压力换能器、压力计、应变计或传感器，其配置为测量针筒112、114或管道117中的流体压力。针筒压力还可以通过监测注入器110的电机电流以确定驱动柱塞通过针筒筒体所需的力而测量。根据各种实施例，压力控制可以用于消除在注入期间累积的松弛。作为示例，(多个)针筒可以展现加压下的柔度或阻抗，诸如在以下情况下：针筒轴向地拉伸，注入器/针筒界面挠曲和/或位移，或约束件弯曲。由于活塞可以移动离开不正在注入的储器/针筒上的柱塞，这导致松弛。图12A和图12B中示出了流体递送系统102的示意表示，其示出了在注入期间由于针筒部件的挠曲而造成的松弛。如图12A中所示，在注入之前，针筒112、114附接到约束件结构150并被其约束。如图12B中所示，因为增大的加压，注入期间来自活塞和柱塞的压力使针筒112、114少量拉伸或位移。例如，针筒112、114可以拉伸或位移由虚线152指示的轴向距离，其表示针筒112、114由注入造成的松弛的量或松弛距离。
在一些示例中，系统102还包含控制器104，控制器104与注入器110，阀178、180，传感器106、108，以及系统102的其他部件电连通。控制器104通常配置为通过致动注入器110的(多个)驱动构件以控制流体递送，从而控制注入过程。控制器104还可以配置为记录关于注入过程的信息，并且在一些实例中，通过与控制器104相关联的收发器或通信装置控制将记录的信息传输到远程源。控制器104可以是与计算机可读存储器相关联的计算机处理器或处理装置，以操作流体递送系统102的部件。在一些示例中，控制器104是容纳在注入器壳体内的注入器110的电子部件。在该情况下，控制器104可以配置为控制或管理注入器110的其他电气部件，诸如视觉显示器、控制面板、用户输入装置，以及其他。在其他示例中，控制器104可以是分开的电子装置，诸如计算机平板、智能电话，或个人计算机，其与注入器110电连通。在该情况下，控制器104可以配置为从注入器110，传感器106、108或阀178、180接收信息和指令，处理接收的信息，并且基于处理信息将指令传输到系统102的部件。在一些示例中，如结合图8所描述的，控制器104可以配置为管理流体递送系统中的动态压力控制过程，以确保流体被提供为基本上连续的流体流，而没有压力降或其他不连续性。
参考图8，绘示了流体递送系统的动态压力控制的方法或过程。方法或过程适配为预加压或预载流体储器和/或预载流体注入器的驱动构件或活塞，以考虑到在先前注入阶段期间流体递送系统中累积的柔度和/或系统松弛，以便维持跨阶段过渡不变的流率。例如，本文中公开的方法或过程可以适配为降低或消除注入的第一或造影阶段与注入的第二或生理盐水冲洗阶段之间的松弛。方法或过程还可以使用柔度表征和/或实时压力监测消除注入线(例如，流体管道或流体路径套件)与隔离的流体储器之间的压力差异，以便防止流体储器的交叉污染。
在一些示例中，方法包含提供如步骤210所示的多阶段流体递送系统。多阶段流体递送系统可以包含图1-7中所示的系统、注入器和针筒的部件。例如，流体递送系统可以包含第一流体储器，诸如可丢弃或多次使用针筒或针筒套件，其包含弹性柱塞以从之排出流体。在特定实施例中，第一流体储器可以还包含如本文所描述的滚动膜片针筒。储器可以容纳第一流体。流体递送系统可以还包含容纳第二流体的第二流体储器(诸如针筒)，第二流体可以是与第一储器中容纳的流体相同的流体或不同的流体，以及流体管道(诸如流体路径套件)以从第一储器和第二储器引导流体。系统还包含注入器，包含用于从第一储器排出流体的第一驱动构件用于从第二储器排出流体的第二驱动构件。
如步骤212所示，过程包含推进第一驱动构件以在第一注入阶段期间将流体从第一储器排出到管道中。例如，用户可以通过按压注入器上的适当按键或控制盘来致动第一驱动机构，以使活塞或线性致动器朝向针筒的柱塞推进，接合柱塞，并且推进柱塞通过针筒以从之排出流体。如步骤214所示，在第一注入阶段期间测量注入的流体压力。流体压力可以通过位于针筒的筒体中的或管道或流体路径套件的部分中的压力换能器或应变计测量。在其他示例中，流体压力可以直接测量，诸如通过测量通过针筒和/或管道的流体流率，并且基于流体密度确定压力。在其他示例中，压力可以基于注入器汲取的电机电流来确定。在一些示例中，在整个第一注入阶段期间持续地测量流体压力，如例如在使用模拟气体计发生的。在其他示例中，可以周期性测量流体压力，诸如以第一注入阶段期间的预定间隔。
在第一注入阶段期间，在一个实施例中，如步骤216所示，系统可以配置为确保连接到第二针筒或与之相关联的阀处于关闭位置，和/或第二针筒不与管道流体连通，从而第二储器可以通过移动活塞和柱塞被加压。在其他示例中，阀不需关闭。在该情况下，活塞可以向前移动以产生匹配的压力(例如，匹配第一阶段压力的压力)。然而，让阀保持打开可能导致流体混合，这取决于流体的流体性质和取向以及其他因素。在其他示例中，为了降低或消除混合，阀(诸如旋塞阀)可以部分打开至一定小的打开尺寸，并且活塞可以向前移动以产生预期压力。在其他示例中，可以替代旋塞阀使用夹管阀、滚筒阀或夹子。
在其他实施例中，在第二储器或针筒不与管道流体连通时，如步骤218所示，第二驱动构件被推进通过第二储器，以增大第二储器中的流体压力。驱动构件继续推进，直到第二储器中的流体压力增大到基于第一注入阶段期间测量的流体压力确定的目标值。在一些示例中，目标值等于之前在第一注入阶段期间测量的流体压力。在其他示例中，目标值可以是之前测量的压力值的百分比。例如，目标值可以在之前测量的流体压力的约0％与200％之间。例如，如果测量的注入压力是100psi而目标是约80％，则第二储器活塞将移动直到压力是80psi。
在一些示例中，第二储器或针筒中的流体压力可以使用与储器流体连通的电子压力换能器或传感器测量。在该情况下，系统控制器可以配置为继续推进注入器的驱动构件，直到传感器的测量确认已经获得目标压力。当获得目标压力时，控制器可以配置为向注入器提供指令，以使注入器停止推进驱动构件。在其他示例中，可以基于第一注入阶段期间测量的流体压力和驱动构件的当前位置计算驱动构件和/或针筒柱塞的最终位置。例如，控制器可以配置为获得关于驱动构件的位置和预期的最终流体压力的信息。控制器可以计算必须推进柱塞多远以获得目标压力。在其他示例中，如果第一流体注入压力下降，则驱动活塞可以向后移动/缩回(例如以不变的速率或阶梯速率)，以根据目标压力而降低压力。然后，控制器可以使驱动机构将柱塞推进计算的距离。以此方式，控制器可以使第二针筒的针筒压力增大而不需连续或周期性测量第二针筒的流体压力。在各种实施例中，在此过程期间可能不需要第二储器中的第二流体的压力的测量。
一旦获得第二针筒中的目标流体压力，流体递送系统准备好开始将第二流体或造影递送到患者(例如，第二注入阶段)。除压力之外的因素对于确定何时开始第二注入阶段也可能是相关的。然而，在大部分示例中，第二注入阶段应仅在一经达到目标压力时开始。为了进行第二注入阶段，如220所示，阀被手动或自动打开，以建立第二储器的内部与流体管道或流体路径套件之间的流体连通。一旦将阀打开，驱动构件可以继续推进，以将流体从第二储器排出并到管道中，如步骤222所示。可选地，第一针筒的阀可以被关闭以将第一针筒与流体路径隔离，或替代地，被部分关闭以允许针筒之间的压力控制，同时最小化在第一针筒中第二流体与第一流体的混合。
例如，根据3阶段注入方案(诸如造影–生理盐水–造影注入方案)的非限制性示例，第一造影阶段可以产生100psi的压力，第二生理盐水阶段可以产生20psi的压力。当从造影过渡到生理盐水时，在造影储器被用阀流体隔离之后，100psi的造影压力被困在造影储器中，并且由于流体线中的匹配的压力，生理盐水阶段开始于100psi，并且然后降至20psi。在生理盐水阶段注入期间，造影储器中被困的压力必须被降至生理盐水的压力(即，20psi)，从而在第三阶段(第二造影阶段)的开始，第三阶段中的造影的压力匹配来自生理盐水阶段的20psi系统压力，从而消除造影的流率波动和到生理盐水储器中的潜在回流。在注入方案结束时，全部储器可以由对应的阀流体隔离，并且每个储器内的压力返回到0psi，以为下一注入方案准备系统。
与没有压力控制的过程相比，如本文所描述的压力控制过程为多阶段注入器系统提供若干益处。例如，向前驱动第二驱动构件或活塞以增大第二流体储器或针筒的压力确保第二针筒的柱塞保持与流体接触，以用于任何随后的阶段。此外，向前驱动第二针筒的柱塞消除由于可丢弃针筒在之前注入阶段期间的移动而被引入系统的松弛，从而改善体积精确性并消除阶段过渡流率上的下降。
加压随后的注入阶段(诸如注入过程的生理盐水或第二阶段)还消除隔离的第二储器的柔度。消除第二储器的柔度确保随后的阶段的全部活塞移动导致流体递送而非系统的膨胀。这也最小化或消除从一个注入阶段过渡到另一注入阶段时的流率的任何下降，如图9-11中的图所示。
在一些示例中，本文所描述的压力控制过程还可以适配为与单个针筒一起使用。在其他示例中，具有多于两个针筒和用于包含双流阶段的注入过程的注入系统。有利地，压力控制过程改善双流比例精确性，因为流体在整个双流阶段期间被从加压的储器递送。在造影中，当不进行压力控制时，阶段的部分花费于占据系统柔度。
在一些示例中，可以为具有单个针筒注入的注入器的第一阶段进行压力控制。目标压力可以是设定值(例如100psi)或可以基于系统的柔度确定。有利地，预加压第一注入阶段将消除达到预期流率所需的斜坡时间。预加压第一注入阶段还将导致更锐利的团剂。参见图9，第二注入阶段318。
根据其他方面，压力控制过程防止流体储器之间的交叉污染，其提供更锐利的团剂/过渡，因为造影或生理盐水的浓度在相应的储器中保持纯净。避免流体储器之间的交叉污染对多患者系统是重要的，其中流体储器的交叉污染将在系统的整个使用寿命累积。
示例
与如图10所示的没有压力控制的注入方案相比，图9中示出了使用上述过程进行的注入的注入参数的图。具体地，图9示出了对于使用上述压力控制过程进行的流体注入的流率(mL/s)312关于时间314的图310。如图9中所示，注入的第一阶段316发生在约0至16秒之间。在约5秒的第一阶段316的短斜坡时间之后，流率在项目316中稳定在约5mL/s。在一些示例中，斜坡时间可以通过在第一阶段期间或之前预加压针筒消除。注入的第二阶段318发生在约16秒与30秒之间。在整个第二阶段318期间提供约5mL/s的流率。特别地，注意到，因为上述压力控制过程，在流率稳定之前不需斜坡时间。反之，在从第一阶段到第二阶段过渡期间和整个注入的第二阶段提供流体的约5mL/s的基本上连续的流动。
图10示出了对于没有压力控制的多阶段注入的流率(mL/s)412关于时间414的图410。如图410所示，注入的第一阶段416发生在约0秒与16秒之间。如图9中的情况，第一阶段416包含约5秒斜坡时间，并且然后流率稳定在约5mL/s。注入的第二阶段418发生在约16秒与30秒之间。与之前示例不同，第二阶段418包含约16秒与20秒之间的斜坡时间。在斜坡时间之后，流率稳定在约5mL/s。如图410所示，在没有压力控制的情况下，斜坡时间或不连续性发生在第一阶段416与第二阶段418之间。这样的不连续性是不合预期的，因为其可能导致诊断图像的较低成像增强和导管的移动(动量改变)。此外，跨阶段过渡维持基本上不变的流率被认为更高效使用造影体积。
图11是示出由流体管道或管路套件中的压力换能器测量的压力(psi)关于时间的图510。第一线512示出了对具有压力控制的注入的压力随时间的改变。如图9中所示，当提供压力控制时，在第一阶段516的约5秒的短斜坡时间之后，以基本上不变的压力递送流体，如线512所示，而没有阶段516、518之间的不连续性或压力降。在造影中，线514示出了对于没有压力控制的注入的压力关于时间。如线514所示，注入的第一阶段516的压力稳定在约250psi。然而，注入的第二阶段518期间的压力开始于约50psi并且在约20秒与27秒之间增加到250psi。因此，图510中的线514示出了多阶段注入的阶段之间的不连续性或显著压力降，当提供压力控制时可以将其避免。如果两个储器都对患者线打开，则该不连续性可能导致交叉污染，以及在图9和图10中观察到流率不连续性。
尽管基于当前认为最实用和优选的示例出于说明目的对本公开进行了详细描述，应理解，这种细节仅出于该目的，并且本公开不限于所公开的示例，而是相反地，意图覆盖修改和等同布置。例如，应理解，本公开考虑到，在可能的范围内，任何示例的一个或多个特征可以与任何其他示例的一个或多个特征组合。

Claims (26)

1.在多阶段/多流体注入期间的流体递送系统中的动态压力控制的方法，包括：
提供多阶段流体递送系统，所述多阶段流体递送系统包括配置为用于容纳第一流体的至少第一流体储器，配置为用于容纳第二流体的至少第二流体储器，用于将所述第一流体从所述第一储器并将所述第二流体从所述第二储器引导到患者的流体管道，以及注入器，所述注入器包括用于将所述第一流体从所述第一储器排出的至少第一驱动构件和用于将所述第二流体从所述第二储器排出的至少第二驱动构件；
在第一注入阶段期间，推进所述第一驱动构件，以将所述第一流体从所述第一储器排出到所述管道中，其中所述第一流体被加压至第一流体压力；
在所述第一注入阶段期间测量所述第一流体压力，以提供目标值，其中所述目标值是基于所述第一流体阶段的所测量的流体压力；
在所述第二储器处于与所述管道流体隔离时，推进或缩回所述第二驱动构件，以将所述第二储器中的所述第二流体的流体压力增大或减小到所述目标值；
将所述第二储器置于与所述管道流体连通；以及
推进所述第二驱动构件，从而以等于所述目标值的压力将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在推进所述第二驱动构件以将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中之前，将所述第一储器与所述管道隔离流体连通。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中目标值基本上等于所述第一流体压力。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述目标值大于所述第一流体压力。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述目标值小于所述第一流体压力。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中推进所述第二驱动构件以从所述第二储器排出所述第二流体还包括继续推进所述第一驱动构件，以从所述第一储器排出所述第一流体，从而提供预定比例的所述第一流体和所述第二流体的双流流体递送。
7.如权利要求6所述的方法，还包括调整所述第一流体压力和所述第二流体压力以提供所述双流流体递送，其中所述预定比例是在从所述第一流体与所述第二流体1：99至所述第一流体与所述第二流体99：1的范围内的指定比例。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一流体包括成像造影介质，并且所述第二流体包括生理盐水。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是独立地选自以下项构成的组的流体储器：针筒、蠕动泵，以及可压缩袋。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器中的至少一者是针筒。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是针筒。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，还包括至少一个第三流体储器，所述至少一个第三流体储器与所述管道可选择地流体连通并与所述流体注入器的至少一个第三驱动构件可操作地接合，以将至少第三流体排出到所述管道中。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中每个流体储器通过相应的阀与所述管道独立地处于选择性流体连通。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述相应的阀中的每一个包括第一填充位置，第二关闭位置，以及第三递送位置，其中在所述第一填充位置，所述流体储器与流体容器流体连通但与所述管道流体隔离，在所述第二关闭位置，所述流体储器与所述相应的流体容器和所述管道流体隔离，在所述第三递送位置，所述流体储器与所述管道流体连通但与所述流体容器流体隔离。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中由所述流体注入器的处理器可操作地控制所述相应的阀中的每一个。
16.流体递送系统，配置为用于多阶段/多流体注入期间的动态压力均等化，包括：
至少第一储器，配置为用于容纳第一流体；
至少第二储器，配置为用于容纳第二流体；
管道，连接到所述第一储器和所述第二储器，以将流体从所述第一储器和所述第二储器引导到患者；
流体注入器，包括用于将所述第一流体从所述第一储器排出的至少第一驱动构件和用于将所述第二流体从所述第二储器排出的至少第二驱动构件；以及
控制器，与所述流体注入器电子通信，包括含有指令的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：
在第一注入阶段期间，命令所述注入器推进所述第一驱动构件以从所述第一储器排出所述第一流体，其中第一流体被加压至第一流体压力；
在所述第一注入阶段期间测量所述第一流体压力以提供目标值，其中所述目标值是基于所述第一流体阶段的所测量的流体压力；
在所述第二储器与所述管道流体隔离时，命令所述注入器推进所述第二驱动构件以将所述第二储器中的第二流体的流体压力增大到所述目标值；
命令所述注入器将所述第二储器置于与所述管道流体连通；以及
命令所述注入器推进所述第二驱动构件，从而以等于所述目标值的压力将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中。
17.如权利要求16所述的流体递送系统，其中所述控制器包括含有指令的其他的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：
在命令所述注入器推进所述第二驱动构件以将所述第二流体从所述第二储器排出到所述管道中之前，命令所述注入器将所述第一流体储器与所述管道隔离流体连通。
18.如权利要求16所述的流体递送系统，其中所述控制器包括含有指令的其他的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：
在命令所述注入器推进所述第二驱动构件以排出所述第二流体同时，命令所述注入器继续推进所述第一驱动构件以从所述第一储器排出所述第一流体，从而提供预定比例的所述第一流体和所述第二流体的双流流体递送。
19.如权利要求18所述的流体递送系统，其中所述控制器包括含有指令的其他的计算机可读存储器，当由所述控制器执行所述指令时，使所述控制器：
在所述双流流体递送期间，命令所述流体注入器调整所述第一流体压力和所述第二流体压力，以提供所述双流流体递送，其中所述预定比例是在从所述第一流体与所述第二流体1：99到所述第一流体与所述第二流体99：1的范围内的指定比例。
20.如权利要求16至19中任一项所述的流体递送系统，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是独立地选自由以下各项构成的组的流体储器：针筒、蠕动泵，以及可压缩袋。
21.如权利要求16至20中任一项所述的流体递送系统，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器中的至少一者是针筒。
22.如权利要求16至21中任一项所述的流体递送系统，其中所述第一流体储器和至少所述第二流体储器是针筒。
23.如权利要求16至22中任一项所述的流体递送系统，其中所述流体注入器还包括至少一个第三流体储器，所述至少一个第三流体储器与所述管道可选择地流体连通，并且与所述流体注入器的至少一个第三驱动构件可操作地接合，以将至少第三流体排出到所述管道中。
24.如权利要求16至23中任一项所述的流体递送系统，其中每个流体储器通过相应的阀与所述管道独立地处于选择性流体连通。
25.如权利要求16至24中任一项所述的流体递送系统，其中所述相应的阀中的每一个包括第一填充位置，第二关闭位置，以及第三递送位置，在所述第一填充位置，所述流体储器与流体容器流体连通但与所述管道流体隔离，在所述第二关闭位置，所述流体储器与所述相应的流体容器和所述管道流体隔离，在所述第三递送位置，所述流体储器与所述管道流体连通但与所述流体容器流体隔离。
26.如权利要求24或25所述的流体递送系统，其中所述相应的阀中的每一个由所述流体注入器的处理器可操作地控制。
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