CN112494093B - 可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置 - Google Patents

可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，包括控制台和执行结构，所述执行结构包括第一注射器、第二注射器、注射器固定装置、注射器推动装置、注射器行程限位装置、控制器二和串口显示屏；所述控制台包括控制器一，所述控制器一分别连接控制器二以及触摸显示屏、上电按钮、安全机制按钮、实时速度控制摇杆、最大压力控制旋钮、最大速度控制旋钮、模拟信号采集器、散热模块。本发明操作简单可靠，可实现远程无接触式无菌药物和栓塞材料混合注射操作振动器混合药物和颗粒性栓塞材料，精确的注射速度控制和剂量控制，实时监测注射流量和压力，达到精准栓塞疗效，大大减少介入医师手术注射药物的曝光时间，降低医师的工作强度。

Description

可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置
技术领域
本发明涉及可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，属于医疗用品领域。
背景技术
随着人民物质生活水平提高，对于医疗的需求也日益增加。介入治疗技术因创伤小、恢复快、疗效好的特点深受患者欢迎。肿瘤血管介入治疗是通过血管导管将药物和栓塞材料输送到肿瘤区域达到治疗的一种方法，在推注药物及栓塞剂时需要在X线透视下监控药物和栓塞剂流向，目前这都由手术医生人手操作完成。因此介入手术医生需要承受X线暴露及穿戴铅衣负重风险。同时术中药液冲配转移和注射过程中不可避免少量化疗药物对手术环境的毒性污染，以及注射放射性药物辐射污染问题。此外术中一些化疗药物需要和栓塞材料混合后注射，手工混合往往不能达到理想的状态，久置后会产生分层或沉淀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：肿瘤血管栓塞介入治疗中需要在X线透视下人手推注药物及栓塞剂，手术医生存在长期X线暴露、铅衣负重以及注射过程中化疗药物毒性污染风险，注射放射性药物辐射污染问题和混合不均匀、人手推注药物无法实现精准速度和流量控制的问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，其特征在于：包括控制台和执行结构，所述控制台与执行结构连接用于对执行结构进行控制；所述执行结构包括第一注射器、第二注射器、注射器固定装置、注射器推动装置、注射器行程限位装置、控制器二和串口显示屏；
所述第一注射器和第二注射器通过注射器固定装置固定，通过注射器推动装置推动完成注射操作，所述注射推动装置通过控制器二将推动速度和推动压力传输至串口显示屏实时显示；所述注射器限位装置用于对注射器的行程进行限位并通过控制器二将限位信息传输至串口显示屏实时显示；
所述控制台包括控制器一，所述控制器一分别连接控制器二以及
触摸显示屏，用于设置混合注射装置运行参数并实时显示；
上电按钮，用于提供混合注射装置运行所需电源；
安全机制按钮，用于紧急情况控制混合注射装置启动或停止运行；
实时速度控制摇杆，用于控制注射器的注射速度和注射剂量；
最大压力控制旋钮和最大速度控制旋钮，用于控制注射器最大注射压力和最大注射速度；
模拟信号采集器，用于采集最大压力控制旋钮、最大速度控制旋钮以及实时速度控制摇杆的模拟量数据通过控制器一传输至触摸显示屏实时显示；
散热模块，用于控制台散热。
优选地，所述注射器固定装置包括第一注射器固定模块、第二注射器固定模块、第一注射器固定电磁装置、第二注射器固定电磁装置，所述第一注射器借靠第一注射器固定电磁装置对第一注射器固定模块的压力固定在执行结构上；所述第二注射器借靠第二注射器固定电磁装置对第二注射器固定模块的压力固定在执行结构上。
优选地，所述注射器推动装置包括第一注射器推动器、第二注射器推动器、第一推动器驱动机构、第二推动器驱动机构、第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一推动器驱动机构和第二推动器驱动机构分别通过第一注射器推动器和第二注射器推动器与第一压力传感器和第二压力传感器连接，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别与第一注射器和第二注射器连接，第一压力传感器和第二压力传感器推动第一注射器和第二注射器的同时将压力信号通过控制器二传输至控制器一。
优选地，所述第一推动器驱动机构包括第一直流有刷伺服电机微型驱动器和第一直流有刷电机，所述第二推动器驱动机构包括第二直流有刷伺服电机微型驱动器和第二直流有刷电机，所述第一直流有刷伺服电机微型驱动器和第二直流有刷伺服电机微型驱动器分别与第一直流有刷电机和第二直流有刷电机连接，第一直流有刷电机和第二直流有刷电机分别通过第一传动机构和第二传动机构与第一注射器推动器和第二注射器推动器连接。
优选地，所述第一传动机构包括第一同步带轮组件和第一丝杠，所述第一直流有刷电机通过第一同步带轮组件与第一丝杠连接，驱动第一丝杠转动进行带动第一注射器推动器动作；所述第二传动机构包括第二同步带轮组件和第二丝杠，所述第二直流有刷电机通过第二同步带轮组件与第二丝杠连接，驱动第二丝杠转动进行带动第二注射器推动器动作。
优选地，所述第一同步带轮组件包括设在第一直流有刷电机上的第一同步带轮和设在第一丝杠上的第三同步带轮；所述第二同步带轮组件包括设在第二直流有刷电机上的第二同步带轮和设在第二丝杠上的第四同步带轮；所述第一同步带轮和第三同步带轮之间、第二同步带轮和第四同步带轮之间通过同步带相连。
优选地，所述注射器行程限位装置包括限位传感器和限位触发挡片，限位传感器通过限位触发挡片感应第一注射器和第二注射器的位置并将位置信号发送至第一直流有刷伺服电机微型驱动器和第二直流有刷伺服电机微型驱动器实现注射器限位控制。
优选地，所述限位触发挡片包括第一限位触发挡片和第二限位触发挡片，所述第一限位触发挡片和第二限位触发挡片分别设在第一注射器和第二注射器上；所述限位传感器包括第一限位传感器、第二限位传感器、第三限位传感器和第四限位传感器，所述第一限位传感器和第三限位传感器分别设置于第一注射器行程的端点位置，所述第二限位传感器和第四限位传感器分别设置于第二注射器行程的端点位置。
优选地，所述第一注射器和第二注射器上设有第一振动器和第二振动器用于防止注射器内药物产生沉淀。
优选地，所述控制台上设有第三方接入接口实现远程无接触控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)控制精确
采用直流有刷伺服电机作为动力源，通过同步带轮和丝杠传动，可精确控制药物注射速度和剂量。
2)安全可靠
设计有以太网口、无线WiFi连接接口，采用4G/5G/WIFI通信进行数据传输，低延迟可保证远程无接触式无菌药物混合注射操作稳定可靠。
3)实时监测注射状态
实时监测注射器的注射流量、注射量，以及注射进度和注射点的压力等重要参数。
4)友好的人机交互
控制台内采用树莓派用于运行人机交互界面程序，触摸显示屏可直观显示设备各模块运行情况，也可设置混合注射器参数和控制模式。
5)操作简便
手动模式下，通过控制台的旋钮和摇杆即可控制设备注射速度和剂量。
自动运行模式下，第三方控制设备可通过4G/5G/WIFI和以太网直连等方式与控制台通信，发送实时注射速度即可进行注射操作。
本发明操作简单可靠，可实现远程无接触式无菌药物和栓塞材料混合注射操作，振动器混合药物和颗粒性栓塞材料，精确的注射速度控制和剂量控制，实时监测注射流量和压力。从而达到大大减少介入医师手术注射药物的曝光时间，降低医师的工作强度的目的，并能自主压力分析自动保护患者，达到精准栓塞疗效。
附图说明
图1为控制台整体结构示意图；
图2为控制台内部结构示意图；
图3为执行机构整体结构示意图；
图4为执行机构内部结构示意图一；
图5为执行机构内部结构示意图二。
附图标记说明：
控制台1；触摸显示屏1-1；上电按钮1-2；急停按钮1-3；驱动按钮1-4；实时速度控制摇杆1-5；最大压力控制旋钮1-6；最大速度控制旋钮1-7；第一散热风扇1-8；第二散热风扇1-9；触摸显示屏固定板1-10；基于4/5G/WIFI通信的嵌入式控制器1-11；模拟信号采集器1-12；
执行机构2；串口显示屏2-1；第一注射器2-2；第二注射器2-3；第一注射器固定模块2-4；第二注射器固定模块2-5；第一注射器固定电磁装置2-6；第二注射器固定电磁装置2-7；第一注射器推动器2-8；第二注射器推动器2-9；第一直流有刷电机2-10；第二直流有刷电机2-11；第一同步带轮2-12；第二同步带轮2-13；第三同步带轮2-14；第四同步带轮2-15；第一限位传感器2-16；第二限位传感器2-17；第一丝杠2-18；第二丝杠2-19；第三限位传感器2-20；第四限位传感器2-21；第一限位触发挡片2-22；第二限位触发挡片2-23；第一振动器2-24；第二振动器2-25；第一压力传感器2-26；第二压力传感器2-27；第一直流有刷伺服电机微型驱动器2-28；第二直流有刷伺服电机微型驱动器2-29；包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器2-30。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置包括如图1和图2所示的控制台1以及如图3至图5所示的执行机构2，控制台1和执行机构2都包含4G、5G和WIFI通信模块，两者可通过4G、5G或WIFI连接，控制台也设计有以太网口，提供第三方接入接口，可实现远程无接触式无菌药物混合注射操作。
控制台1：
触摸显示屏1-1通过触摸显示屏安装板1-10安装在控制台1正面内部，第一散热风扇1-8和第二散热风扇1-9安装在控制台1左右两侧用于散热。触摸显示屏1-1与基于4G/5G/WIFI通信的嵌入式控制器1-11通过HDMI和USB数据线连接，基于4G/5G/WIFI通信的嵌入式控制器1-11与包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器2-30通过4G、5G或WIFI连接，最大压力控制旋钮1-6和最大速度控制旋钮1-7用于设置混合注射器运行参数，实时速度控制摇杆1-5则用于控制注射速度和注射剂量。模拟信号采集器1-12用于采集最大压力控制旋钮1-6和最大速度控制旋钮1-7以及实时速度控制摇杆1-5的模拟量数据，模拟信号采集器1-12与基于4/5G/WIFI通信的嵌入式控制器1-11通过RS485通信。急停按钮1-3和驱动按钮1-4为安全机制按钮，防止误操作。
执行机构2：
串口显示屏2-1与包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器2-30通过串口通信，实时显示第一直流有刷电机2-10和第二直流有刷电机2-11的实时速度以及第一限位传感器2-16、第二限位传感器2-17、第三限位传感器2-18、第四限位传感器2-19的触发状态。第一直流有刷伺服电机微型驱动器2-28和第二直流有刷伺服电机微型驱动器2-29通过CAN总线与包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器2-30通信。第一注射器2-2借靠第一注射器固定电磁装置2-6对第一注射器固定模块2-4的压力固定在执行机构2上；第二注射器2-3借靠第二注射器固定电磁装置2-7对第二注射器固定模块2-5的压力固定在执行机构2上。第一同步带轮2-12固定在第一直流有刷电机2-10上和固定在第一丝杠2-18上的第三同步带轮2-14通过同步带相连，第二同步带轮2-13固定在第二直流有刷电机2-11上和固定在第二丝杠2-19上的第四同步带轮2-15通过同步带相连。第一丝杠2-18和第二丝杠2-19转动分别带动第一注射器推动器2-8和第二注射器推动器2-9。第一注射器推动器2-8和第二注射器推动器2-9再分别作用在第一压力传感器2-26、第二压力传感器2-27，第一压力传感器2-26、第二压力传感器2-27推动第一注射器2-2和第二注射器2-3的同时将压力值通过串口通信传输到包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器2-30，最后传输到基于4/5G/WIFI通信的嵌入式控制器1-11。第一限位触发挡片2-22和第二限位触发挡片2-23分别固定在第一注射器推动器2-8和第二注射器推动器2-9上，四个限位传感器用于保证直流有刷电机在安全行程运动，当第一限位触发挡片2-22随第一注射器推动器2-8行驶至第一限位传感器2-16时，第一直流有刷电机2-10停止向第一限位传感器2-16方向运动，当第一限位触发挡片2-22随第一注射器推动器2-8行驶至第三限位传感器2-20时，第一直流有刷电机2-10停止向第三限位传感器2-20方向运动；当第二限位触发挡片2-23随第二注射器推动器2-9行驶至第二限位传感器2-17时，第二直流有刷电机2-11停止向第三限位传感器2-20方向运动，当第二限位触发挡片2-23随第二注射器推动器2-9行驶至第四限位传感器2-21时，第二直流有刷电机2-11停止向第四限位传感器2-21方向运动。第一振动器2-24和第二振动器2-25分别固定在第一注射器2-2和第二注射器2-3上，可按需开启振动器防止注射器内药物产生沉淀。
在本实施例中，控制台1和执行机构2分离，控制台1远程控制执行机构2运行完成远程药物混合的步骤，减少了人工操作引起的误差，在控制台1中触摸显示屏1-1设置混合注射器运行参数，旋转最大压力控制旋钮1-6和最大速度控制旋钮1-7设置第一直流有刷电机2-10、第二直流有刷电机2-11相关参数，实时速度控制摇杆1-5控制第一直流有刷电机2-10、第二直流有刷电机2-11实时速度，第一直流有刷电机2-10带动第一同步带轮2-12，第一同步带轮2-12通过同步带带动第三同步带轮2-14，第三同步带轮2-14带动第一丝杠2-18，第一丝杠2-18带动第一注射器推动器2-8，第一注射器推动器2-8经过第一压力传感器2-26推动第一注射器2-2进行注射；第二直流有刷电机2-11带动第二同步带轮2-13，第二同步带轮2-13通过同步带带动第四同步带轮2-15，第四同步带轮2-15带动第二丝杠2-19，第二丝杠2-19带动第二注射器推动器2-9，第二注射器推动器2-9经过第二压力传感器2-27推动第二注射器2-3进行注射；包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器2-30将采集到的注射压力值、注射流量值和注射速度值等数据传输到基于4/5G/wifi通信的嵌入式控制器1-11，最后在触摸显示屏1-1上显示。
本发明操作简单，通过上电按钮1-2上电即可使用，可选择手动模式或自动控制模式。手动模式下，在触摸显示屏1-1设置系统运行参数，通过最大压力控制旋钮1-6和最大速度控制旋钮1-7设置注射最大速度，实时速度控制摇杆1-5设置注射实时速度和剂量。自动控制模式下，第三方设备与控制台1建立TCP通信，给控制台1发送实时注射速度即可。在注射过程中可按需开启第一振动器2-24和第二振动器2-25防止药物沉淀。

Claims (5)

1.可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，其特征在于：包括控制台(1)和执行结构(2)，所述控制台(1)与执行结构(2)连接用于对执行结构(2)进行控制，控制台(1)远程控制执行机构(2)运行完成远程药物混合的步骤；所述执行结构(2)包括第一注射器(2-2)、第二注射器(2-3)、注射器固定装置、注射器推动装置、注射器行程限位装置、控制器二和串口显示屏(2-1)；
所述第一注射器(2-2)和第二注射器(2-3)通过注射器固定装置固定，通过注射器推动装置推动完成注射操作，所述注射器 推动装置通过控制器二将推动速度和推动压力传输至串口显示屏(2-1)实时显示；所述注射器行程 限位装置用于对注射器的行程进行限位并通过控制器二将限位信息传输至串口显示屏(2-1)实时显示；控制器二采用包含4/5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器(2-30)；
所述控制台(1)包括控制器一，控制器一为基于4G /5G/WIFI通信的嵌入式控制器(1-11)，所述控制器一分别连接控制器二以及
触摸显示屏(1-1)，用于设置混合注射器运行参数并实时显示，触摸显示屏(1-1)与基于4G/5G/WIFI通信的嵌入式控制器(1-11)通过HDMI和USB数据线连接，基于4G/5G/WIFI通信的嵌入式控制器(1-11)与包含4G /5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器(2-30)通过4G、5G或WIFI连接；
上电按钮(1-2)，用于提供混合注射器运行所需电源；
安全机制按钮，用于紧急情况控制混合注射器启动或停止运行；
实时速度控制摇杆(1-5)，用于控制注射器的注射速度和注射剂量；
最大压力控制旋钮(1-6)和最大速度控制旋钮(1-7)，用于控制注射器最大注射压力和最大注射速度；
模拟信号采集器(1-12)，用于采集最大压力控制旋钮(1-6)、最大速度控制旋钮(1-7)以及实时速度控制摇杆(1-5)的模拟量数据通过控制器一传输至触摸显示屏(1-1)实时显示；
散热模块，用于控制台(1)散热；
所述注射器推动装置包括第一注射器推动器(2-8)、第二注射器推动器(2-9)、第一推动器驱动机构、第二推动器驱动机构、第一压力传感器(2-26)和第二压力传感器(2-27)，所述第一推动器驱动机构和第二推动器驱动机构分别通过第一注射器推动器(2-8)和第二注射器推动器(2-9)与第一压力传感器(2-26) 和第二压力传感器(2-27)连接，所述第一压力传感器(2-26)和第二压力传感器(2-27)分别与第一注射器(2-2)和第二注射器(2-3)连接，第一压力传感器(2-26)和第二压力传感器(2-27)推动第一注射器(2-2)和第二注射器(2-3)的同时将压力信号通过控制器二传输至控制器一；
所述第一推动器驱动机构包括第一直流有刷伺服电机微型驱动器(2-28)和第一直流有刷电机(2-10)，所述第二推动器驱动机构包括第二直流有刷伺服电机微型驱动器(2-29)和第二直流有刷电机(2-11)，所述第一直流有刷伺服电机微型驱动器(2-28)和第二直流有刷伺服电机微型驱动器(2-29)分别与第一直流有刷电机(2-10)和第二直流有刷电机(2-11)连接，第一直流有刷电机(2-10)和第二直流有刷电机(2-11)分别通过第一传动机构和第二传动机构与第一注射器推动器(2-8)和第二注射器推动器(2-9)连接；
所述注射器行程限位装置包括限位传感器和限位触发挡片，限位传感器通过限位触发挡片感应第一注射器(2-2)和第二注射器(2-3)的位置并将位置信号发送至第一直流有刷伺服电机微型驱动器(2-28)和第二直流有刷伺服电机微型驱动器(2-29)实现注射器限位控制；
所述限位触发挡片包括第一限位触发挡片(2-22)和第二限位触发挡片(2-23)，所述第一限位触发挡片(2-22)和第二限位触发挡片(2-23)分别设在第一注射器(2-2)和第二注射器(2-3)上；所述限位传感器包括第一限位传感器(2-16)、第二限位传感器(2-17)、第三限位传感器(2-20)和第四限位传感器(2-21)，所述第一限位传感器(2-16)和第三限位传感器(2-20)分别设置于第一注射器(2-2)行程的端点位置，所述第二限位传感器(2-17)和第四限位传感器(2-21)分别设置于第二注射器(2-3)行程的端点位置；
所述控制台(1)上设有第三方接入接口实现远程无接触控制；
串口显示屏(2-1)与包含4G /5G/WIFI通信模块的嵌入式ARM控制器(2-30)通过串口通信，实时显示第一直流有刷电机(2-10)和第二直流有刷电机(2-11的实时速度以及第一限位传感器(2-16)、第二限位传感器(2-17)、第三限位传感器(2-18)、第四限位传感器(2-19)的触发状态。
2.如权利要求1所述的可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，其特征在于：所述注射器固定装置包括第一注射器固定模块(2-4)、第二注射器固定模块(2-5)、第一注射器固定电磁装置(2-6)、第二注射器固定电磁装置(2-7)，所述第一注射器(2-2)借靠第一注射器固定电磁装置(2-6)对第一注射器固定模块(2-4)的压力固定在执行结构(2)上；所述第二注射器(2-3)借靠第二注射器固定电磁装置(2-7)对第二注射器固定模块(2-5)的压力固定在执行结构(2)上。
3.如权利要求1所述的可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，其特征在于：所述第一传动机构包括第一同步带轮组件和第一丝杠(2-18)，所述第一直流有刷电机(2-10)通过第一同步带轮组件与第一丝杠(2-18)连接，驱动第一丝杠(2-18)转动进行带动第一注射器推动器(2-8)动作；所述第二传动机构包括第二同步带轮组件和第二丝杠(2-19)，所述第二直流有刷电机(2-11)通过第二同步带轮组件与第二丝杠(2-19)连接，驱动第二丝杠(2-19)转动进行带动第二注射器推动器(2-9)动作。
4.如权利要求3所述的可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，其特征在于：所述第一同步带轮组件包括设在第一直流有刷电机(2-10)上的第一同步带轮(2-12)和设在第一丝杠(2-18)上的第三同步带轮(2-14)；所述第二同步带轮组件包括设在第二直流有刷电机(2-11)上的第二同步带轮(2-13)和设在第二丝杠(2-19)上的第四同步带轮(2-15)；所述第一同步带轮(2-12)和第三同步带轮(2-14)之间、第二同步带轮(2-13)和第四同步带轮(2-15)之间通过同步带相连。
5.如权利要求1所述的可远程控制的一种药物及栓塞颗粒混合注射装置，其特征在于：所述第一注射器(2-2)和第二注射器(2-3)上设有第一振动器(2-24)和第二振动器(2-25)用于防止注射器内药物产生沉淀。
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