陳 霖,李正東,楊子晨,王 搏,黎海濤 (.第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院放射科,重慶 40008;.重慶通信學(xué)院基礎(chǔ)部電子技術(shù)教研室,重慶 40005;.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)員旅五隊(duì),重慶 40008)
在螺旋CT增強(qiáng)掃描中,成像質(zhì)量的優(yōu)劣直接受到對(duì)比劑注射方法及流量、壓力等因素的制約。要取得一份優(yōu)質(zhì)的CT增強(qiáng)掃描圖像,需在極短時(shí)間內(nèi)將足量對(duì)比劑注入人體血管,以提高組織分辨率及病變?cè)\斷的準(zhǔn)確性。高壓注射器的應(yīng)用為CT增強(qiáng)掃描質(zhì)量的提高增添了有力幫助,但因注射壓力高,且是隔室操作,難以即時(shí)準(zhǔn)確觀(guān)察到注射情況,導(dǎo)致對(duì)比劑外滲和增強(qiáng)失敗發(fā)生。對(duì)比劑泄漏至皮下軟組織內(nèi),因碘濃度及高滲透壓的作用,可使局部組織在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生程度不同的毒性作用和并發(fā)癥,則引起局部疼痛,重則可出現(xiàn)組織壞死、肢體功能障礙等,增加了受檢者的痛苦和不必要的費(fèi)用,對(duì)患者造成了醫(yī)療傷害[1-3]。據(jù)此,我們研發(fā)了高壓注射器防滲漏導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng),通過(guò)即時(shí)感應(yīng)皮膚張力變化,準(zhǔn)確實(shí)施對(duì)比劑的導(dǎo)流、警示功能,將對(duì)比劑滲漏的危害控制在滲漏初期。
采用上位機(jī)模塊控制微處理器與電腦間的通信以及程序的下載;壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注射點(diǎn)附近皮膚張力的變化,一旦出現(xiàn)因?qū)Ρ葎B漏引起的注射區(qū)皮膚張力改變,壓力傳感器模塊立即轉(zhuǎn)換信號(hào)并傳送到微處理器;微處理器模塊將傳入的信號(hào)與閾值壓力比較,如果大于閾值電壓,則發(fā)送報(bào)警信號(hào)到功率放大器模塊,同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)啟動(dòng)電磁閥;電磁閥接收到微處理器的傳輸信號(hào),打開(kāi)導(dǎo)流閥的導(dǎo)流通道,并同時(shí)關(guān)閉連接靜脈的通道,通過(guò)電磁閥擊打自毀導(dǎo)流閥主軸以實(shí)現(xiàn)通道的切換、自毀。功率放大器模塊放大報(bào)警信號(hào)并將信號(hào)傳入揚(yáng)聲器輸出;鍵盤(pán)輸入模塊輸入閾值電壓;液晶顯示模塊顯示閾值電壓值(圖1)。
本系統(tǒng)由壓力傳感模塊、主控制系統(tǒng)模塊、報(bào)警模塊、切換導(dǎo)流模塊和電源模塊(圖2a)等5個(gè)模塊組成。壓力傳感器模塊:采用FS2050壓力傳感器進(jìn)行高精度壓力檢測(cè),其內(nèi)置放大模塊,可直接測(cè)量力的變化,具有便捷、低噪音、過(guò)載能力及可靠性高、反映靈敏等特點(diǎn)。工作電壓范圍3.3~5.0 V,在5 V工作電壓下輸出電壓范圍可達(dá)1~4 V。壓力量程范圍0.5~1.5 kg/f。主控制系統(tǒng)模塊:MSP430F449低功耗微處理器可直接驅(qū)動(dòng)2-mux,3-mux,4-mux液晶屏,顯示實(shí)時(shí)壓力及閾值電壓數(shù)據(jù)。并可根據(jù)臨床需要修改相關(guān)的閾值電壓數(shù)值。本系統(tǒng)采用其完成信號(hào)、檢測(cè)處理,實(shí)時(shí)采集壓力傳感器輸出電壓,當(dāng)高于預(yù)設(shè)的閾值電壓時(shí),瞬即啟動(dòng)聲光報(bào)警,并觸發(fā)伺服電機(jī)進(jìn)行導(dǎo)流切換。聲、光報(bào)警模塊:系統(tǒng)需瞬時(shí)、有效對(duì)高壓注射器對(duì)比劑滲漏事件的發(fā)生做出敏捷反應(yīng),經(jīng)測(cè)試選擇發(fā)光二極管報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警2種聲、光報(bào)警模塊。切換導(dǎo)流模塊:經(jīng)比較測(cè)試,速度為0.18 ~0.16 s/600,扭力 15 kg,工作電壓為 5~7.2 V的伺服電機(jī)具有相應(yīng)速度和扭力以有效旋轉(zhuǎn)三通閥,可滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,瞬時(shí)完成導(dǎo)流切換功能。電源模塊:電壓轉(zhuǎn)換芯片NCP1117可將經(jīng)直流穩(wěn)壓電源輸出的5 V轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)微控制器所需的工作電壓3.3 V,以實(shí)現(xiàn)直流電壓轉(zhuǎn)換。
本系統(tǒng)采用的主控制器為MSP430F449控制器(TI公司),其具備高性能的16位RISC微控制器,內(nèi)置120 kB的FLASH和4 kB的RAM等5種工作模式,并集成了12位的A/D變換器和12位的D/A變換器、16位的定時(shí)器、USART、IIC和SPI等通信接口,能對(duì)160字段液晶完成直接驅(qū)動(dòng)。具有處理功能強(qiáng)、集成度高、外圍設(shè)備豐富、以及功耗超低等特點(diǎn),適應(yīng)于對(duì)處理要求較高的嵌入式系統(tǒng)。
系統(tǒng)研發(fā)采用CT增強(qiáng)專(zhuān)用高壓注射器(missouri),由德國(guó)歐利奇(Ulrich)公司提供。
雄性大耳兔8只(由第三軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供),體質(zhì)量(3.0±0.5)kg。測(cè)量體質(zhì)量后,用30%戊巴比妥鈉(1 mg/kg)經(jīng)耳緣靜脈注射麻醉,將兔俯臥位固定于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)板,四肢環(huán)形備皮;于刺入針頭前方0.5 cm處平貼本系統(tǒng)的壓力感受器,感受器與肢體用醫(yī)用膠帶環(huán)形固定。將本系統(tǒng)與高壓注射器相接并連于頭皮針,擇其單肢,將頭皮針刺入皮下。用高壓注射器注射生理鹽水制作對(duì)比劑外滲模型,使壓力感受器貼于實(shí)驗(yàn)肢體處迅速形成皮丘。觀(guān)察報(bào)警系統(tǒng)即時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)導(dǎo)流裝置的敏感性和確定性(圖2b、c)。
圖1 高壓注射器導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖
圖2 高壓注射器導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)
本研究采用高壓注射器防滲漏智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)對(duì)兔進(jìn)行了32次(8只×4肢)防滲漏導(dǎo)流報(bào)警實(shí)驗(yàn),均能在對(duì)比劑外滲約2 mL致皮丘膨脹時(shí)瞬間報(bào)警并迅即啟動(dòng)導(dǎo)流裝置。
高壓注射器作為臨床影像醫(yī)學(xué)中為配合增強(qiáng)CT掃描的輔助裝置,具有可根據(jù)掃描需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量及流速的優(yōu)點(diǎn),除CT增強(qiáng)掃描外、也為核磁共振增強(qiáng)掃描以及血管成像等檢查技術(shù)帶來(lái)安全、快速和準(zhǔn)確的增強(qiáng)方法而被臨床廣泛運(yùn)用。在臨床實(shí)際工作中,由于高壓注射器注射對(duì)比劑時(shí)注射速度快、壓力高使之易發(fā)生對(duì)比劑滲漏[4]。雖然高壓注射器本身也具備壓力改變監(jiān)測(cè)裝置,但是由于其監(jiān)測(cè)的是高壓注射管的內(nèi)部壓力變化,這種間接測(cè)量方法不能及時(shí)、有效監(jiān)測(cè)到對(duì)比劑滲漏到病人皮膚的瞬間變化。常常由于觀(guān)察到的時(shí)間滯后于對(duì)比劑發(fā)生滲漏的時(shí)間,當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)病人肢體常常已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的腫脹和損害現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)廣泛性組織壞死[5-8]。
目前,國(guó)內(nèi)外雖有作者針對(duì)患者局部皮膚壓力的變化檢測(cè)采用相關(guān)裝置做過(guò)一些防護(hù)研究,觀(guān)察高壓注射器使用過(guò)程中注射局部壓力的改變,以監(jiān)測(cè)和杜絕對(duì)比劑外滲帶來(lái)的損害。但是,這些裝置不能瞬時(shí)完成相應(yīng)的報(bào)警、導(dǎo)流和自毀功能,這樣仍然不能避免組織產(chǎn)生序貫性損害的現(xiàn)象;此外,機(jī)械裝置的使用壽命也有限,且價(jià)格昂貴[9]。本系統(tǒng)為解決這一難題提供了有效方法,可明顯增加高壓注射器應(yīng)用中的安全性,及時(shí)控制對(duì)比劑滲漏于血管外,杜絕并發(fā)癥的發(fā)生,減少藥物浪費(fèi)和避免醫(yī)患矛盾的產(chǎn)生。
本報(bào)警系統(tǒng)保證了在高壓注射器對(duì)比劑外漏瞬時(shí)警示、導(dǎo)流和自毀功能的準(zhǔn)確性和高效性,有效杜絕了由于對(duì)比劑外滲產(chǎn)生的序貫性損害,這是本研究裝置有別于其他類(lèi)型注射器報(bào)警裝置的重要特點(diǎn)。本裝置將壓力傳感器袖帶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與基本壓力閾值比對(duì)。當(dāng)出現(xiàn)異常信號(hào)后啟動(dòng)自毀式導(dǎo)流閥工作,同時(shí)進(jìn)行切換通道、報(bào)警、自毀序列功能,及時(shí)解決了高壓注射器停止工作后由于其慣性壓力導(dǎo)致的繼續(xù)滲漏[10]。實(shí)驗(yàn)表明該報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠,可及時(shí)、有效防止高壓注射器對(duì)比劑外滲對(duì)肢體的損害,為臨床影像增強(qiáng)掃描提供了幫助。
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