摘 要：研制了基于工控機(jī)進(jìn)行藥劑分裝稀釋與配制的遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品，本產(chǎn)品尤其適合放射性藥劑的稀釋配制。它利用氣動(dòng)裝置進(jìn)行工作，利用步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行可精確控制的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)蠕動(dòng)泵完成試劑的轉(zhuǎn)移、稀釋與分裝，利用工控機(jī)可遠(yuǎn)程操作的特點(diǎn)克服了傳統(tǒng)人工放射性藥劑稀釋與配制操作中對(duì)操作人員的輻射危害，采取整體標(biāo)定和取液偏移量處理等方法，使計(jì)量準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有低污染、高效率、高精度的特點(diǎn)，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的要求。

關(guān)鍵詞：藥劑稀釋; 配制; 放射性核素

1、引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)探傷、核子秤、料位計(jì)等射線裝置、放射性核素等得以不斷應(yīng)用，輻射技術(shù)越來越廣泛地運(yùn)用于各行各業(yè)，放射工作人員相應(yīng)增多，搞好放射防護(hù)，預(yù)防和控制職業(yè)病的危害，成為醫(yī)療設(shè)備研制的重要方向[1]。

盡管放射性核素診斷和治療技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，但目前國(guó)內(nèi)外放射性核素藥源的稀釋和配制仍然主要靠人工完成。這一方面會(huì)造成核素稀釋和分裝的精度不高，影響診斷或治療效果，同時(shí)也可能對(duì)患者造成不必要的損害。另一方面，從事放射性核素稀釋和分裝的醫(yī)護(hù)人員長(zhǎng)期受到放射性照射，身體會(huì)造成極大傷害。因此，迫切需要一種能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程放射性核素精確稀釋和配制的設(shè)備。

2、系統(tǒng)硬件組成

為適應(yīng)藥劑稀釋和配制的需要，我們研制了本套系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件主要有機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)組成。

2.1機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣源、機(jī)械手、氣缸、針組件、蠕動(dòng)泵等（如圖1）

本系統(tǒng)部分采用高壓氣源作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)各個(gè)氣缸完成移藥源的動(dòng)作。氣缸運(yùn)動(dòng)是二位操作，其特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)操作簡(jiǎn)單，不易出現(xiàn)齒輪絲桿傳動(dòng)等的卡死危險(xiǎn)，其磨損及運(yùn)動(dòng)誤差小。

移藥源過程主要分為取蓋、插針、移液、歸位幾部分。當(dāng)藥源連同藥源防護(hù)瓶放入工作平臺(tái)后，機(jī)械手在氣缸帶動(dòng)下抓取防護(hù)瓶蓋，隨后工作平臺(tái)移到末位置，由于此過程是否到位對(duì)后續(xù)過程至關(guān)重要，所以設(shè)置位置傳感器確認(rèn)。當(dāng)藥源瓶到位后，針組件在氣缸帶動(dòng)下下降，針頭插入藥源瓶?jī)?nèi)，針組件為特為本系統(tǒng)移藥源專門設(shè)計(jì)的，分為高、低位雙針頭組件。用于稀釋的溶劑從高位針孔由蠕動(dòng)泵泵入，使藥源瓶?jī)?nèi)壓力增加，從而使藥源壓出，且隨著轉(zhuǎn)移藥液過程的推移，瓶?jī)?nèi)的藥液濃度逐漸降低起到了沖洗藥源瓶的作用，保證了藥源的全部轉(zhuǎn)移。

本系統(tǒng)取液執(zhí)行機(jī)構(gòu)為蠕動(dòng)泵，其取液精度取決于壓迫滾柱的步距行程及乳膠管的內(nèi)徑。步距行程又由步進(jìn)電機(jī)的步距角和壓迫滾柱的外緣直徑?jīng)Q定，蠕動(dòng)泵電機(jī)為二相四拍步進(jìn)電機(jī)步距角為0.9°乳膠管為高耐磨乳膠管，內(nèi)徑為0.5mm步進(jìn)電機(jī)的蠕動(dòng)泵泵頭壓迫滾柱外緣直徑為45mm，所以其精度約為0.278mm3，此精度遠(yuǎn)高于滿足醫(yī)療口服放射性核素分藥的應(yīng)用精度要求。移藥源過程系統(tǒng)根據(jù)所配濃度要求及藥源信息錄入，自動(dòng)計(jì)算出所需溶劑的量，從而確定控制蠕動(dòng)泵泵入相應(yīng)的溶劑量。

本分裝儀有兩組防輻射鉛罐，分別用于高低濃度藥液的配制和存儲(chǔ)。高濃度液的配制由從藥源瓶壓入的藥源和蠕動(dòng)泵泵入的溶劑混合而成，低濃度液配制由原始數(shù)據(jù)和錄入的配制要求，經(jīng)工控機(jī)自動(dòng)換算完成配制，低濃度液的配制由高濃度液作原液，求所需溶劑的量由系統(tǒng)計(jì)算，由蠕動(dòng)泵泵入。每次泵入一定劑量后，由蠕動(dòng)泵前端電磁閥切換通入空氣，將部分管路及藥源瓶中的余液全部泵出。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2電氣控制部分

本系統(tǒng)電氣控制部分由工控機(jī)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制板組成，如圖2。工控機(jī)和分裝系統(tǒng)分別位于控制室和分裝室，兩者相距15米左右，使用排線、雙絞線和同軸電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸。

圖2 電路控制示意圖

工控機(jī)系統(tǒng)由工控機(jī)和各種控制卡組成，基于ISA總線的MPC01控制卡是步進(jìn)電機(jī)的上位控制單元，它與工控機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)，工控機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的各項(xiàng)操作，MPC01控制卡完成細(xì)節(jié)工作，每塊MPC01控制卡可控制3軸步進(jìn)電機(jī)并支持多卡共用，同時(shí)可外接位置、速度、限位等信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)、保護(hù)等功能，各種開關(guān)信號(hào)由MPC01控制卡自動(dòng)檢測(cè)并作出反應(yīng)。MPC01控制卡帶有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，用戶使用C/C++或Visual Basic編程語言能方便的進(jìn)行2次開發(fā)。本系統(tǒng)共使用了三臺(tái)二相四拍步進(jìn)電機(jī)，安裝了一塊MPC01控制卡。

PCL724數(shù)字I/O口卡有32位數(shù)字輸出和32位數(shù)字量輸入，本系統(tǒng)使用其數(shù)字輸入輸出端口經(jīng)光電隔離控制繼電器[2]。

采用增量式光電編碼器對(duì)蠕動(dòng)泵的運(yùn)動(dòng)形成速度反饋，檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況.

SDK-2000視頻卡是基于PCI總線的高速視頻采集單元，同時(shí)提供兩路視頻信號(hào)輸入，并具有豐富的DLL動(dòng)態(tài)庫(kù)、OCX控件和函數(shù)庫(kù)，使用VC或VB等編程語言能很方便地進(jìn)行二次開發(fā)。本系統(tǒng)在移藥源過程中使用了攝像頭進(jìn)行監(jiān)視，以確保移藥源過程準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行，由于需要分源室全景監(jiān)視，在外部安裝了一個(gè)攝像頭用于分裝藥監(jiān)視和取服藥監(jiān)視。本系統(tǒng)共使用了兩個(gè)攝像頭，由于各個(gè)板卡均需占用系統(tǒng)的地址和中斷號(hào)，考慮到微機(jī)的系統(tǒng)資源和成本因素，只使用一塊視頻卡，圖像顯示通過PCI一724卡數(shù)字輸出控制相應(yīng)的繼電器進(jìn)行顯示轉(zhuǎn)換。終端控制單元包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位置開關(guān)、各種控制繼電器和視頻頭等。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)來自微機(jī)系統(tǒng)的脈沖進(jìn)行細(xì)分和相序分配以及電流放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。位置開關(guān)用于對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行限位，起保護(hù)作用。

3、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)分裝儀的軟件主要包括移藥源、稀釋、分裝高、低濃度藥液和數(shù)據(jù)庫(kù)管理幾部分，軟件基本結(jié)構(gòu)如圖3。

軟件根據(jù)板卡生產(chǎn)商提供的DDl動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和各類函數(shù)，使用Visual C++編程語言實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分裝儀的設(shè)計(jì)[3]。

圖3 系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)框圖

配高濃度溶液過程中，程序控制機(jī)械手及各氣缸依次運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開蓋、工作臺(tái)平移、插針、并根據(jù)藥源信息和操作人員輸入的配制濃度要求，程序自動(dòng)算出所需溶劑量并轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)控制蠕動(dòng)泵泵入，直接將藥液壓入防輻射鉛罐，配制出高濃度液以供治療。配置過程同時(shí)顯示濃藥液鉛罐內(nèi)數(shù)據(jù)信息和當(dāng)前所泵入的溶劑量。

稀釋過程根據(jù)操作人員輸入的所需放射性量和濃度，并考慮當(dāng)前的濃度鉛罐中所剩余的藥量，自動(dòng)計(jì)算所需高濃度液的體積和所需溶劑量，軟件控制相應(yīng)蠕動(dòng)泵泵取。由于放射性核素的衰變，剩余藥物量根據(jù)所選放射性核素的半衰期自動(dòng)換算，顯示值均為衰減后的當(dāng)前值。

本控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)采用Excel數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要是病人資料的管理，包括病人基本信息的錄入、修改、刪除、查詢等;用藥信息管理，包括當(dāng)前防輻射鉛罐內(nèi)藥量信息、衰變后的量，我們把數(shù)據(jù)庫(kù)和常用操作緊密結(jié)合，對(duì)每個(gè)病人的用藥情況進(jìn)行記錄，并在第一時(shí)間打印病人的用藥單。另外，系統(tǒng)還對(duì)放射性核素藥液的使用和轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，作為執(zhí)法機(jī)關(guān)備查資料。

系統(tǒng)標(biāo)定部分直接關(guān)系到分裝、稀釋的精度，是保證準(zhǔn)確計(jì)量的重要部分，由于步進(jìn)電機(jī)步距數(shù)正比與蠕動(dòng)泵泵出藥量，可采用每步距泵出量進(jìn)行計(jì)量，但由于步距泵出量很難精確得出，加之上萬控制脈沖的輸出量會(huì)放大這種誤差，所以本系統(tǒng)標(biāo)定采用整體標(biāo)定的方式，即根據(jù)大劑量輸出算出其平均步距輸出，可較精確的進(jìn)行計(jì)量。同時(shí)本系統(tǒng)采用封閉管路輸送藥液或溶劑，只有當(dāng)把管內(nèi)一定的空氣泵出后才會(huì)輸出藥液，所以存在一定的偏移量，管路長(zhǎng)短及內(nèi)徑?jīng)Q定了偏移量的大小，標(biāo)定過程采用大劑量測(cè)試和平均步距輸出來確定，初步確定偏移量后，利用測(cè)試程序運(yùn)行此偏移量并進(jìn)行調(diào)整，以臨界出藥作為最終的偏移量值;誤差處理是針對(duì)管路殘留藥量來采取措施保證其精度，采用反向打空管路來保證每次具有相同的偏移量，由于管內(nèi)水膜的表面張力作用，打空后會(huì)再次匯聚成小段水柱，當(dāng)采用多次重復(fù)打空后可極大的減少誤差。通過以上措施經(jīng)實(shí)際測(cè)試1～3ml小劑量取液誤差在2%左右，大劑量取液誤差在1%左右。

4、結(jié)束語

本藥劑自動(dòng)稀釋與配制系統(tǒng)采用工控機(jī)遠(yuǎn)程控制、精密蠕動(dòng)泵取液控制、防輻射屏蔽等技術(shù)，解決了放射性核素分裝的輻射污染、放射性照射、計(jì)量不準(zhǔn)確等問題，采用氣缸和蠕動(dòng)泵裝置極大的簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)運(yùn)行更安全可靠，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）藥源的轉(zhuǎn)移與分裝,并將藥源的產(chǎn)品信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）放射性藥量的自動(dòng)換算及余藥信息顯示。

（3）配制與稀釋,根據(jù)不同需要可同時(shí)配制和儲(chǔ)存高、低濃度的藥液，所配濃度可根據(jù)需要任意設(shè)定。

（4）視頻監(jiān)視和對(duì)講功能。

（5） 安全防護(hù)與故障處理功能,本系統(tǒng)的藥液在3.5cm厚的防輻射鉛罐內(nèi)進(jìn)行稀釋和存儲(chǔ)，防止了核素對(duì)環(huán)境的放射污染。并采用遠(yuǎn)程控制的方式使操作人員遠(yuǎn)離輻射源;對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行順序鎖定以減少誤操作，并對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的可能事故做出判斷并作相應(yīng)的故障處理，故障處理也可在人工干預(yù)下進(jìn)行。

（6）系統(tǒng)自動(dòng)清洗功能,系統(tǒng)能在兩個(gè)防輻射罐內(nèi)無藥液的情況下進(jìn)行清洗，對(duì)管路及器皿進(jìn)行清洗，以減少不同溶液的交叉污染。

測(cè)試表明該分裝系統(tǒng)安全防護(hù)性能好，自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單，分裝精度高、功能完善，是一套適合實(shí)用要求的藥劑稀釋與配制系統(tǒng)。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用現(xiàn)代的機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)械、精密蠕動(dòng)泵和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，開發(fā)一種具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且能滿足危險(xiǎn)性藥物稀釋和配制的智能裝置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手自動(dòng)開蓋、密閉條件下的藥液稀釋配制和藥劑的批量配制，解決了危險(xiǎn)藥物稀釋配制中長(zhǎng)期存在的劇毒污染、放射性照射污染、計(jì)量不準(zhǔn)確等問題。

本系統(tǒng)可用于危險(xiǎn)藥劑（強(qiáng)誘發(fā)性、劇毒性、放射性）藥劑單劑、批量稀釋配置分裝，也適用于普通醫(yī)藥、化工藥劑分裝。僅就危險(xiǎn)藥劑稀釋分裝一項(xiàng)而言就有全國(guó)約有3000家醫(yī)院及300多家生物研究所對(duì)此產(chǎn)品有需求。本裝置售價(jià)若為10萬元，利潤(rùn)30%，投放市場(chǎng)后，若有十分之一以上上述單位即330多家單位購(gòu)買該設(shè)備，每家一臺(tái)，則有近3300萬元的產(chǎn)值和990萬元的利潤(rùn)。

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