關(guān)于造影劑專用泵系統(tǒng)的研究

　　造影劑專用泵系統(tǒng)是自主研發(fā)的，以單片機(jī)為核心控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)全自動，多功能隔室遙控的造影劑專用泵，代替了原來完全手動的造影劑注射。該系統(tǒng)具有造影過程中的造影劑藥液量動態(tài)兩地顯示，可任意兩地控制起動，停止及造影劑流速快慢，以及各種狀態(tài)聲光報(bào)警等特點(diǎn)。操作者在操作間即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢查，造影過程對造影劑遠(yuǎn)距離，高準(zhǔn)確性和高可靠性的控制，減輕了勞動強(qiáng)度，避免了X射線的輻射。該泵可以廣泛地應(yīng)用于T形管造影，靜脈腎盂造影，下肢靜脈血管造影，泌尿系逆行造影及新生兒上消化道鋇餐造影等造影劑的注入。

　　2系統(tǒng)的組成及工作原理

　　2.1主機(jī)電路

　　主機(jī)部分主要由單片機(jī)AT89S52，遙控接收發(fā)射模塊及編解碼電路部分，霍爾傳感器檢測，鍵盤電路，數(shù)碼管顯示及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，以及各種狀態(tài)指示，報(bào)警電路及電源電路等組成。各部分的工作原理簡述如下。

　　2.1.1單片機(jī)AT89S52.主機(jī)電路以單片機(jī)AT89S52為核心，其內(nèi)部有8K字節(jié)的程序存儲器FlashROM和256字節(jié)的隨機(jī)存儲器RAM，完全能滿足系統(tǒng)的要求，故不需擴(kuò)展程序存儲器和RAM.單片機(jī)AT89S52外部配置了一片存儲容量為512字節(jié)的非易失性存儲器EEPROMAT24C02B，它是具有串行接口的，電可擦除的可編程只讀存儲器，用于存儲控制系統(tǒng)的起始數(shù)據(jù)和斷電后的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)可編程ISP（In-System Programming）功能是AT89S52的突出特點(diǎn)之一，用戶可以通過計(jì)算機(jī)方便地對單片機(jī)進(jìn)行編程，修改和調(diào)試。

　　單片機(jī)多功能控制的實(shí)現(xiàn)，主要由寫入其內(nèi)的程序軟件決定，既要對各種關(guān)鍵信息，步進(jìn)電機(jī)的檢測信息進(jìn)行查詢，又要對遙控指令進(jìn)行識別處理，以及霍爾傳感器輸出的轉(zhuǎn)動脈沖分析計(jì)算等。單片機(jī)根據(jù)各種輸入狀態(tài)信息，經(jīng)軟件處理后，輸出相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，加減速，數(shù)碼顯示及各種狀態(tài)指示，報(bào)警等控制信號。

　　2.1.2主機(jī)遙控接收電路。遙控接收電路由NR230，解碼電路PT2272，反相器CD4069等組成。來自天線的已調(diào)編碼信號經(jīng)NR230接收解調(diào)后，得到低頻脈沖串行數(shù)據(jù)信號，輸入至解碼電路PT2272.經(jīng)解碼電路內(nèi)部處理比較，若代表地址位的脈沖編碼信號，與遙控器發(fā)射電路中編碼電路PT2262的地址編碼一致，則對應(yīng)的四路數(shù)據(jù)位之一即有高電平輸出，再經(jīng)CD4069反相后，輸出對應(yīng)的低電平加至單片機(jī)，以便執(zhí)行單片機(jī)軟件設(shè)定的步進(jìn)電機(jī)的控制程序。

　　2.1.3主機(jī)遙控發(fā)射電路�；魻杺鞲衅鳈z測的，來自步進(jìn)電機(jī)傳動軸上的轉(zhuǎn)動脈沖信號，配合注射器推板上的微動行程開關(guān)的檢測信號，經(jīng)單片機(jī)AT89S52運(yùn)算處理后，輸出造影劑總量，以及造影過程中的動態(tài)藥液剩余量的脈沖信號，經(jīng)遙控發(fā)射電路PT2262編碼后，送至發(fā)射模塊NT230，發(fā)回至手持遙控器，以便觀察，控制造影過程。

　　2.1.4鍵盤電路。該單片機(jī)系統(tǒng)除采用無線遙控外，還可以通過設(shè)備面板按鍵控制。有起動，停止，加，減速鍵，持續(xù)按住加，減速鍵，能夠快速改變造影劑注射速度。手持遙控器也有四個(gè)按鍵與此具有相同的功能。

　　2.1.5造影劑藥液量兩地顯示及控制電路。造影注射器滑動板上的行程開關(guān)，接通瞬時(shí)的狀態(tài)信息，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算處理后，作為造影劑起始藥液總量，經(jīng)數(shù)碼管顯示，并發(fā)回手持遙控器作藥液量顯示。造影完畢，終點(diǎn)停止用行程開關(guān)動作，并由蜂鳴器報(bào)警，發(fā)光二極管指示。

　　2.1.6輸出驅(qū)動電路。驅(qū)動電路主要由ULN2803AG組成，ULN2803AG是高耐壓，大電流達(dá)林頓陣列集成電路，由八個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成八路驅(qū)動輸出，有較強(qiáng)的驅(qū)動負(fù)載能力。八路驅(qū)動輸出中的四路接至四位數(shù)碼管，其中兩位數(shù)碼管用來顯示造影時(shí)間，另兩位顯示造影劑起始總量及動態(tài)藥液剩余量，驅(qū)動電路ULN2803AG的另四路輸出驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。

　　2.1.7步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號，變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的精密機(jī)電執(zhí)行元件。應(yīng)用單片機(jī)程序軟件，經(jīng)集成電路直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，既降低了硬件成本，又提高了控制的靈活性，多功能性，準(zhǔn)確性和可靠性。通過控制步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖數(shù)量，頻率及電機(jī)各相繞組的接通順序，可以準(zhǔn)確控制位移量，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。

　　2.2.1遙控器發(fā)射電路。手持遙控器發(fā)射部分由按鍵矩陣電路，發(fā)射編碼電路，發(fā)射模塊NT230等組成。當(dāng)接至發(fā)射編碼電路PT2262數(shù)據(jù)輸入端的任何一個(gè)鍵按下時(shí)，PT2262對應(yīng)的數(shù)據(jù)位和地址位的狀態(tài)，均轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字編碼脈沖信號。發(fā)射模塊NT230，在編碼集成電路PT2262輸出的串行數(shù)字脈沖信號調(diào)制下，產(chǎn)生高頻鍵控調(diào)幅信號，通過天線發(fā)射給主機(jī)系統(tǒng)。

　　2.2.2遙控器接收電路。手持遙控器的接收部分主要由NR230接收模塊，接收解碼電路PT2272及十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017等組成，它與主機(jī)系統(tǒng)的發(fā)射部分，構(gòu)成了雙向遙控的第二部分――回收回路。雙向遙控系統(tǒng)采用不同的地址編碼和頻率，它們互不干擾，工作可靠。來自主機(jī)系統(tǒng)發(fā)回的動態(tài)造影劑用量的數(shù)字信號，經(jīng)手持遙控器接收模塊NR230接收，PT2272解碼后，輸入至十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017，CD4017的輸出端Q0~Q9驅(qū)動相應(yīng)的LED2～LED11逐個(gè)點(diǎn)亮，用來指示逐漸遞減的造影劑量。

　　3控制系統(tǒng)的工作過程和實(shí)現(xiàn)的功能

　　3.1主要工作過程

　　造影劑準(zhǔn)備就緒后，接通電源，系統(tǒng)即進(jìn)入復(fù)位后的準(zhǔn)備狀態(tài)。若按動主機(jī)面板上的或遙控器上的起動鍵，單片機(jī)接收到此控制信號后，在其內(nèi)部軟件的控制下，開始正常工作，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的推板前行，當(dāng)碰觸到造影劑注射器針?biāo)〞r(shí)，其上的微動開關(guān)動作，此時(shí)單片機(jī)對霍爾傳感器轉(zhuǎn)換的傳動軸的轉(zhuǎn)動信息，進(jìn)行處理后，即可計(jì)算出造影劑的劑量。

　　造影劑的初始總藥液量，以及造影過程中的動態(tài)剩余藥液量信息，一路輸出到數(shù)碼管顯示器顯示，另一路輸入至主機(jī)發(fā)射電路，以便發(fā)回至手持遙控器顯示。

　　遙控器接收到來自單片機(jī)的信息后，由10位LED顯示造影過程中的動態(tài)藥液量，以便醫(yī)務(wù)人員在操作間及時(shí)了解造影劑的用量，并能通過遙控器的操作鍵方便地控制起動，停止及造影劑注入速度的快慢，準(zhǔn)確地配合了醫(yī)生對造影部位詳細(xì)地觀察和造影拍片等操作。

　　3.2實(shí)現(xiàn)的主要功能

　�。�1）整個(gè)造影過程，都能在操作間進(jìn)行遙控控制。醫(yī)護(hù)人員不需要在X射線下作任何操作，不會無辜地遭受X射線<7>的輻射，減少或避免了職業(yè)病的發(fā)生。

　�。�2）檢查或造影過程中，通過遙控器，可任意控制起動，停止及造影劑流速的快慢，有效地配合了醫(yī)生對造影部位的詳細(xì)觀察和拍片。

　�。�3）控制系統(tǒng)的雙向遙控功能，使受控主機(jī)的工作狀態(tài)及時(shí)回饋至遙控器上，以利進(jìn)行隨時(shí)調(diào)控。

　�。�4）遙控操作時(shí)，無論是主機(jī)，還是遙控器，控制有效時(shí)，均有狀態(tài)指示。

　�。�5）當(dāng)放射室內(nèi)的主機(jī)數(shù)碼管顯示，由于病人遮擋等原因而影響視線，或者醫(yī)生在操作間不便觀察時(shí)，被控主機(jī)的狀態(tài)也能通過回饋在遙控器上的顯示信息，及時(shí)地進(jìn)行觀察，給造影，檢查帶來了極大的方便。

　　（6）單片機(jī)外接具有串行接口的電可擦除，可編程的只讀存儲器，可用于存儲控制系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)，以及正�；蛞馔鈹嚯姾蟮臄�(shù)據(jù)，以便重新通電后繼續(xù)工作。

　�。�7）造影注射完畢時(shí)，專用泵自動停止，主機(jī)發(fā)光二極管，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號，遙控器發(fā)光二極管停止指示。

　�。�8）電路采用單片機(jī)直接經(jīng)ULN2803AG集成電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，成本低，工作可靠，達(dá)到了準(zhǔn)確定位的目的。

　�。�9）本次造影劑注射結(jié)束后，若需再次注射造影劑，按動一次返回鍵，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滑動推板，快速返回至觸碰到起始微動行程開關(guān)后，即復(fù)位停止，下一次工作即可重新開始。

　�。�10）電路采用抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì)，使設(shè)備具有較強(qiáng)的抑制干擾和噪聲能力，給系統(tǒng)可靠工作帶來了保障。

　　4結(jié)論

　　本控制系統(tǒng)由于采用單片機(jī)為核心的遙控電路，實(shí)現(xiàn)了造影過程的多功能控制，既可在主機(jī)上進(jìn)行面板控制，又可遠(yuǎn)距離或隔室遙控。在操作間的遙控操作中，不但具有遙控起停，加減速的任意調(diào)節(jié)，而且，還具有造影藥液量多少的信息反饋功能。該設(shè)備代替了原來完全靠手動的造影劑注射，整個(gè)造影過程實(shí)現(xiàn)了靈活方便，準(zhǔn)確可靠的遙控操作，不但大大減輕了醫(yī)護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，更重要的是工作人員不再受到X射線的直接傷害，避免了X射線的不良影響，減少了職業(yè)病的發(fā)生。