專利名稱：注射器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將藥液注射到動物體內的注射器總成。
背景技術：
在很多醫(yī)學場合，在診斷或治療過程中需要將藥液注射到患者體內。一個例子是， 利用一個帶動力裝置的自動注射器將造影劑注射到患者體內，以增強CT、血管造影、磁共振或超聲波造影的效果。適合于這種以及類似應用的注射器通常必須采用相對大容量的注射管并能夠產生相對大的流速和注射壓力。出于這個原因，這種應用中的注射器通常為機動的并包含一個體積大、重量大的注射器電機和傳動鏈。為方便使用，電機和傳動鏈通常容納于一個注射器頭中，而注射器頭則通過安裝在地板、墻壁或天花板上的臂支撐著。注射器頭通常以鉸軸的方式安裝在臂上，這樣，注射器頭可以向上傾斜(使注射管嘴高于注射管其他部位)，以便于向注射管中充入液體，并可以向下傾斜(使注射管嘴低于注射管其他部位)以實施注射。以這種方式傾斜注射器頭便于在注射中將空氣排出注射管，從而減少空氣被注射進接受注射的對象體內的可能性。盡管如此，偶然將空氣注射進患者體內仍是一個嚴重的安全性問題。除了上面討論的注射器頭以外，很多注射器包含一個分開的控制臺以控制注射器。控制臺通常包含可編程電路，用以通過程序自動控制注射器，從而使注射器以可預知的方式操作并可以與其他設備，例如掃描儀或成象設備的操作同步進行。因此，至少一部分注射過程通常是自動控制的；然而，充液過程以及注射過程中通常會有幾個部分要由操作者利用注射器頭的手動運動控制器來完成。通常，手動運動控制器包括按鈕，用以控制注射器傳動筒反向和正向運動，以分別充入或排空注射管。在某些情況下，要采用一組按鈕以使傳動筒開始運動或控制傳動筒的運動速度。注射器頭通常還包含一個儀表或顯示器，以向操作者顯示注射參數(shù)，例如注射管剩余容積，以供操作者在控制注射器時使用。遺憾的是，操作者發(fā)現(xiàn)，使用手動運動按鈕并閱讀注射器頭儀表和顯示器是很煩瑣的，這是由很多原因造成的，其中至少包括需要將注射器頭在向上的充液位置與向下的注射位置之間傾斜、改變手動運動按鈕相對于操作者的位置以及在某些傾角上時儀表或顯示器會難以讀取。一種具有上述特征的注射器見于國際專利申請NO.W092A1392中，其中提出了一種帶一個可更換注射管的動物用液體注射器。該注射器以可傾斜的方式安裝在一個控制臺上，控制臺帶有一個顯示器，以顯示有關注射器狀態(tài)的信息。而注射器本身則不帶任何顯示 在很多應用場合，希望注射器帶有多個不同尺寸的注射管。例如，希望用于兒科的注射管小于成人的。為便于使用不同尺寸的注射管，注射器上裝有可拆卸的面板，每個不同的面板的形狀適合于一個特點尺寸的注射管。通常，可以通過探測哪個面板安裝在注射器上來調節(jié)注射器的注射參數(shù)，這種探測可以，例如，通過一個安裝在注射器殼上的磁探測器探測面板上是否存在磁體而實現(xiàn)。遺憾的是，在注射器頭的外殼中安裝磁探測器會增加注射器頭的制造復雜性與費用。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，對普通注射器操作中的這些方面作了改進。具體地講，一種根據(jù)本發(fā)明的注射器的特征是包含一個氣泡探測系統(tǒng)，該氣泡探測系統(tǒng)安置在鄰近注射管嘴處，用于探測注射管中是否有空氣存在。與注射器中的控制電路直接電氣連接著的氣泡探測系統(tǒng)使得注射器可以探測注射管嘴中的空氣，而且，如果有空氣被探測到，將停止任何將要進行或正在進行的注射。由于空氣是在離開注射管之前并且在通過引向患者的導管之前，而不是在導管的某些中間點上被探測到，因此注射器更有希望在足夠早的時候探測到空氣，從而在空氣到達患者之前阻止或中止注射。在特別提出的實施例中，空氣探測器產生一個光束并將這個光束指向注射管嘴中，光束會被注射管嘴的內壁反射并返回到一個探測器中。其他空氣探測方法，例如超聲波空氣探測，也可以通過一個安置在注射管嘴上并具有同樣優(yōu)點的探測器實現(xiàn)，并且包含在本發(fā)明的范圍之內。注射器的另一個特征是注射管嘴，該注射管嘴包含一個外伸的透明段，其機械式連接著空氣探測器中的光源，以便于使光線通入注射管嘴并從嘴的內壁反射而返回到探測器中。外伸段形成一個透鏡，用于使光線聚集并射入注射管嘴中，從而使這束光線在注射管嘴內壁被適宜地反射。根據(jù)本發(fā)明的注射器還包含一個手動充液/排液控制桿，用以方便操作者控制注射器。該控制桿包含一個可以在原始、正向和反向位置之間移動的桿，其中，該桿向著正向位置的移動可導致注射器將活塞傳動筒正向移動以將液體從注射管中排出，而該桿向著反向位置的移動可導致注射器將活塞傳動筒反向移動以將液體吸入注射管。在特別實施例中，該桿安置在一個鉸軸上，并被位于桿的相反兩側的復位彈簧推向原始位置。桿從原始位置旋轉開時，隨著桿的旋轉角度增大，桿將逐漸彎曲兩個彈簧。一個探測器，特別是一個旋轉電位計，用于探測桿的旋轉角度，以使這個角度能被用于控制活塞傳動筒的運動速度。采用這種結構和控制桿，桿的相對位置以及(如果需要的話)彈簧施加到桿上的復位力矩可以構造得大致與液體流入或流出注射管的流速成正比，從而提供給操作者有關注射器操作的直覺反饋信息?；蛘?，注射器可以控制由注射器根據(jù)桿的旋轉角度產生的注射壓力，從而提供給操作者有關施加的注射壓力的反饋信息。作為一個安全特征，在所提出的特別實施例中，所述復位彈簧與桿作為一個電路中的元件，該電路用于產生一個運動控制信號。當所述復位彈簧中有一個斷裂時，中央處理器根據(jù)這個信號顯示一個故障信號或使手動運動控制桿停止工作，從而控制注射器，因而在這種情況下，注射器不會響應可能因一個彈簧斷裂而引起的桿無意中從原始位置偏移的動作。作為注射管充液過程的一個輔助裝置，一個附加的止動彈簧相對于桿定位，以便在桿從原始位置旋轉超過一個給定角度時改變施加在桿上的復位力矩。其結果是產生一個可以被操作者識別的“止動”信號，即一個角度，在該角度上阻力矩顯著增大。這個止動角度可以具有任何所需的意義，但在提出的實施例中，這個角度對應于一個推薦的注射管充液最大速度，即液體可以被吸入注射管而又沒在氣泡產生過程中顯著增加的最大速度。與其他彈簧一樣，止動彈簧可以是一個電氣觸點，用于產生一個用于表示桿已經(jīng)旋轉到止動角度的第二控制信號，從而使得注射器控制電路可以在桿接觸到止動彈簧時校準速度，從而使這個桿位置對應于推薦的最大速度?；蛘?，第二控制信號也可以用于阻止操作者試圖以任何更快的流速給注射管充液。作為對從前面所述的充液/排液桿所獲得的直覺反饋功能的補充，根據(jù)本發(fā)明的注射器的特征是一個傾斜補償顯示器。注射器頭包含一個傾斜角度傳感器，用以探測注射器頭的傾斜角度，注射器頭根據(jù)這個傾斜角度選擇兩個顯示方位中的一個。其結果是，不論注射器是向上傾斜以充液還是向下傾斜以注射，顯示器總能保持一個適于操作者閱讀的方位。在特別提出的實施例中，顯示器是發(fā)光二極管顯示器，其所包含的元件的安置使得顯示器不論在豎直方位還是在反向方位，均顯示相同的信息。然而，也可以采用其他實施例，例如采用一個液晶顯示器，或者是允許顯示器特性與方位完全改變的滿象素顯示器。作為這個特征的附加方面，注射器中還采用了傾斜探測電路以確保注射器適宜的操作。例如，當注射器頭向上傾斜時，手動運動控制桿提供的充液和排液速度范圍要大于注射器頭向下傾斜時的充液和排液速度范圍。此外，注射器可以防止自動注射，除非注射器頭是向下傾斜的，和/或當注射器頭沒有達到足夠的下斜角度時，注射器將在可能出現(xiàn)空氣注射時警告操作者。根據(jù)本發(fā)明的注射器頭具有緊湊的模塊式結構，以便于制造和使用。具體地講，為此可將所有控制電路組合在一塊單一的印刷電路板上。特別是，本發(fā)明的注射器的一個特征是，采用了磁導體，以使位于注射器面板中的磁體發(fā)出的磁場能量經(jīng)過注射器容殼并傳輸?shù)桨惭b在主電路板上的磁探測器(例如霍爾效應開關)附近。通過采用攜帶著磁場通過注射器容殼的磁導體，可以采用可安裝在電路板上的磁探測器，這樣，同購買用于安裝在注射器容殼中的單個包裝的探測器相比，可以顯著降低總體費用。除了前面所述的安全特征以外，根據(jù)本發(fā)明的注射器還包含一個硬件安全特征， 用以探測處理器或軟件故障并防止錯誤注射。具體地講，注射器頭中包含一個用于控制注射器頭所有功能的中央處理器，以及一個用于監(jiān)視中央處理器的工作的監(jiān)視微控制器。中央處理器將反映其工作狀態(tài)的信息傳輸?shù)奖O(jiān)視微控制器中。監(jiān)視微控制器還用于監(jiān)視對注射器頭的手動控制動作以及注射器傳動筒的運動，以確保這些控制動作和運動與中央處理器反應出的處理器狀態(tài)相互一致，如果二者不一樣，監(jiān)視微控制器會停止注射器頭的操作。在特別提出的實施例中，在注射器頭、控制臺和動力組三者中的每個上分別包含一個中央處理器，三個中央處理器之間彼此相互通訊以將注射器在各種狀態(tài)下操作，而且每個中央處理器均與監(jiān)視微控制器連接，而監(jiān)視微控制器也進行同樣的雙向通訊，以確保所述中央處理器單獨地并共同地正確運行。通過附圖以及對附圖所作的解釋可以使本發(fā)明的上述以及其他特征、方面、目標和優(yōu)點更加清楚。


結合在此并構成本說明書的一部分的附圖顯示了本發(fā)明的一些實施例，并且與上面給出的本發(fā)明的一般說明以及下面給出的實施例詳細說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的一個注射器總成的透視圖，包含一個動力頭、控制臺和動力組(在一個罩蓋下面)，而注射管、壓力套、加熱墊和空氣探測模塊被拆走；圖2是圖1所示注射器的動力頭的透視圖，其上裝有一個壓力套、注射管和加熱墊，顯示了動力頭顯示器、手動控制桿和支撐臂固定件的詳細結構；圖3是圖2所示動力頭的內部結構分解圖，詳細顯示了面板、電路板、活塞筒傳動裝置及容殼；圖4是一個組裝好的動力頭內部結構沿圖3中的4-4線的局部剖視圖；圖5是沿圖4中的5-5線的局部剖視圖，顯示了電路板、容殼、顯示器以及容殼中的磁導體的相對位置；圖6是手動控制桿總成的局部剖開透視圖；圖7A是圖6所示手動控制桿總成沿圖6中的7A-7A線的橫截面圖，顯示了復位和
止動彈簧；圖7B是手動控制桿總成的橫截面圖，顯示了手動控制桿從原始位置移動到與止動彈簧接觸的位置；圖7C是由手動控制桿、復位和止動彈簧構成的電路的電氣示意圖；圖8是用于加熱注射器的注射管中的液體的加熱墊的透視圖；圖9是空氣探測模塊就位時裝于壓力套中的注射管的局部橫截面圖，顯示了空氣探測模塊的內部結構及其與注射管嘴的相互作用關系；圖10是空氣探測模塊沿圖9中的10-10線的視圖，其中注射管和壓力套拆走；圖IlA是動力頭中的模擬電路的電氣框圖，包括溫度控制、空氣探測以及手動控制電路；圖IlB是動力頭中的數(shù)字控制電路的電氣框圖，包括中央處理器、監(jiān)視微控制器、 數(shù)字狀態(tài)、控制及界面連接；圖IlC是動力頭、動力組、控制臺中的中央處理器、監(jiān)視微控制器及其相互連接關系的電氣框圖；圖12顯示了動力頭的中央處理器中的加熱墊的溫度控制算法；圖13A顯示了由動力頭微處理器中的用于控制注射器操作的軟件確定的傾斜范圍，圖1 顯示了動力頭的顯示器中的元素，以及當動力頭位于第一傾斜角度時顯示器的典型輸出模式，以及圖13C顯示了與圖1 類似的當動力頭位于第二傾斜角度時顯示器輸出的相同信息。
具體實施例方式請參考圖1，一個根據(jù)本發(fā)明的注射器總成20包含各種功能部件，例如一個動力頭22、一個控制臺M以及一個動力組沈(安裝在一個罩蓋下面)。一個注射管36 (圖2) 安裝在注射器總成20上并位于動力頭22的面板觀中，還有各種控制桿用于向注射管中充液，例如CT、血管造影或其它過程所需的造影劑，之后，該造影劑會在操作者或預編程控制器的監(jiān)測下注射到一個對象中。動力頭22包含一個手動運動控制桿四用以控制內部驅動電機的運動，以及一個顯示器30用以向操作者顯示注射器的當前狀態(tài)和工作參數(shù)?？刂婆_M包含一個觸摸屏顯示器32，其可以被操作者使用而遙控注射器總成20的操作，還可以用于編制和存儲自動控制注射器總成20操作的程序，之后，在操作者啟動注射器后，這些程序可以被注射器自動執(zhí)行。動力頭22和控制臺M通過電纜(未畫出)連接著動力組26。動力組沈包含一個注射器電源、用于連接控制臺M和動力頭22的界面電路以及用于將注射器總成20與遙控系統(tǒng)，如遙控臺、手或腳遙控開關連接的附加電路，或者還包含原始設備制造商(OEM)提供的其它遙控接頭，這些遙控接頭用于，例如，使注射器20的操作與造影系統(tǒng)X射線的曝光同步。動力頭22、控制臺M和動力組沈安裝在一個底盤34上，底盤34包含一個支撐著動力頭22的支撐臂35，以便于動力頭22在檢驗對象附近定位。然而，也可以采用其它安裝方式；例如，控制臺M和動力組沈可以放在一個臺子上或安裝在檢驗室的一個電子儀器架上，而動力頭22可以由安裝在天花板、地板或墻壁上的支撐臂支撐著。現(xiàn)在請參考圖2，在操作中，一個注射管36和壓力套38安裝在動力頭22上，這樣動力頭22內部的電機可以被通電以帶動一個活塞37在注射管36的桶中向著和背離注射管的一個排液嘴40移動，從而將液體從注射管36中排出或將液體充入注射管。壓力套38 用于支撐注射管36的外壁以保護注射管36的壁，以免在注射壓力較高時失效。注射管36和壓力套38由一種透明塑料制成，操作者可以透過它們看到活塞37的當前位置以及活塞37與排液嘴40之間是否存在液體或空氣。這樣，如上所述，操作者可以向上傾斜動力頭22，從一個液體源將液體充入注射管36并視覺監(jiān)視充液過程，之后將注射器與通向患者的導管連接起來，從導管和注射管中排出空氣并視覺監(jiān)視注射管中的液位， 當空氣被排出后，向下傾斜注射器并將液體注射到一個對象中。為了方便充液過程以及在向對象注射過程中的其他操作，動力頭22包含手動運動控制桿，該裝置的形式為可旋轉桿四。具體地講，桿四可以繞著一個位于動力頭22中的旋轉軸線旋轉。當手動運動控制桿四位于它的原始位置時，如圖2所示，動力頭22中不會產生活塞運動。然而，當手動運動控制桿四向著注射管36旋轉時，動力頭22中會產生正向的活塞運動，從而將液體或空氣從注射管36中排出。另外，當手動運動控制桿四從注射管36旋轉開時，動力頭22中會產生反向的活塞運動，從而將液體或空氣充入注射管36中。 手動運動控制桿四的詳細結構和操作將在后面通過圖6-7C進行解釋。為確保注射到對象中的液體保持在體溫左右，一個加熱墊42頂靠著壓力套38的外壁安裝著。加熱墊42包含一個電熱器，其產生熱量以調節(jié)注射管36中的液體的溫度。加熱墊42 (單獨顯示于圖8中)安裝在一個支柱44上，支柱44從面板觀上伸出并保持加熱墊42與壓力套38導熱接觸。在動力頭22的后端有一個指示燈46 (被一個光線散射蓋覆蓋著)，用以顯示動力頭的狀態(tài)，如后面詳細討論?，F(xiàn)在請參考圖3，以解釋動力頭的內部結構。動力頭22由兩個外部半殼47a和47b構成。半殼47a和47b配合起來形成動力頭22的完整容殼。上半殼47a包含一個用于使顯示器30顯示出來的開孔、指示燈46以及用于支撐一個軸48的支撐面，手動運動控制桿四即附著到該軸48上。安裝在上半殼47a 內部的手動運動控制桿的詳細結構將在后面進一步詳細討論。下半殼47b包含一個開孔，一個旋鈕49通過該開孔連接到內部傳動鏈上。可以用手旋轉旋鈕49以移動活塞傳動筒的傳動鏈，從而精確控制傳動筒的運動，并且即使有電氣故障使得動力頭22失效，也能夠使動力頭運動。下半殼47b上的一個第二開孔51用于使動力頭電路板陽(見下文)與從加熱墊42(見圖2，8)和空氣探測器附件(見圖9，10)引出的電線連接起來。下半殼47b上還包含一個安裝導軌(位于下半殼47b內的凹槽50的相反側)，用以接收一個固定件52，固定件52則用于將半殼47b安裝在一個活節(jié)臂上，例如圖1和2中所示的臂35。固定件52可以從動力頭22的任意一側插入下半殼47b的安裝導軌中，以便于將動力頭22安裝在一個檢驗臺的任意一側。一個旋鈕53用于將固定件52固定在下半殼47b的安裝導軌中。動力頭22的內部結構包含一個電路板55，該電路板上攜帶著幾乎所有的控制動力頭22操作的電路。電路板55上值得注意的部件包括磁探測器56a、56b和56c以及標志傳感器58。磁探測器56a、56b、56c和標志傳感器58的功能將在下文中詳細解釋。在動力頭22中的電路板55的下面安裝著傳動鏈60，用以移動活塞傳動筒62。傳動鏈60包含一個由電路板55控制的旋轉電機63，該電機(通過一個齒輪箱68)帶動一個傳動齒輪64旋轉。傳動齒輪64與一個主齒輪65嚙合，主齒輪65又帶動一個滾珠絲杠66 旋轉?；钊麄鲃油?2安裝在一個滾珠絲杠螺母67上，滾珠絲杠螺母67可以將滾珠絲杠66 的旋轉運動轉換成活塞傳動筒62進出動力頭22的直線移動，從而使安裝在動力頭22上的一個注射管36的活塞37(圖幻移動。旋鈕49連接到傳動齒輪64的軸線上，從而可以用手旋轉傳動鏈60并移動活塞傳動筒。傳動鏈60的這些元件安裝在一個傳動殼69上。當上下半殼47a和47b圍繞著傳動殼69組裝在一起后，傳動殼69的前表面70是暴露在外的。注射器的面板28固定到前表面70上，從而使得一個注射管可以安裝到傳動殼69的前表面70上，以使活塞傳動筒62 可以嚙合并移動活塞37。面板28利用一個鉸銷72而鉸接在前表面70上。當面板28通過鉸銷72連接在前表面70上后，面板觀可以沿著方向73在鉸銷72上旋轉，并且可以沿著鉸銷在方向74上移動一段有限的距離。這種旋轉和移動的組合使得面板觀可以與前表面70咬合和脫離， 從而可以將注射管向面板觀安裝和取走，并同時將注射管活塞與活塞傳動筒62連接或脫開。當面板28完全咬合在前表面70上后，面板28上的翼板7 和7 會分別配合在前表面70的槽76a和76b內。這種配合關系如圖4所示。如需將面板觀與前表面70脫離，可使面板28沿方向74移動以將翼板7 和7 從槽76a和76b中脫開，從而使面板28 能夠繞著鉸銷72沿方向73(圖幻旋轉，這樣可以接觸到安裝在面板觀上的注射管。為了便于沿方向74移動面板觀，有一個凸輪桿78安裝在傳動殼69上并位于面板觀與傳動殼69之間。凸輪桿78固定在一個安裝在傳動殼69中的凸輪桿軸79上并可旋轉該凸輪桿軸。凸輪桿78包含一個伸向面板觀的圓鈕81。圓鈕81與一個成形于面板 28內表面上的槽道80配合(見圖4)，這樣，凸輪桿78的旋轉可以帶動圓鈕81，以使面板 28沿方向74移動，從而使翼板7 和75b與槽76a和76b咬合或脫開。一個標志墊片82安裝在凸輪桿軸79上并被一個螺母83保持就位。標志墊片82 和凸輪桿78上的連接著凸輪桿軸79的孔是鍵連接的，這樣，凸輪桿78和標志墊片82可以彼此相對與對方保持方位一致。由于標志墊片82和凸輪桿78均通過鍵連接在軸79上，因此旋轉凸輪桿78將帶動軸79和標志墊片82旋轉。標志表面84從標志墊片82上伸出；因凸輪桿78旋轉引起的標志表面的運動將如后文所述被檢測到并用于確定面板觀是否與動力頭22咬合?，F(xiàn)在請參考圖3和4，當動力頭22位于圖4所示位置時，標志墊片82位于電路板 55上的標志傳感器58的對面。標志傳感器58產生一個光束，當標志表面84位于傳感器 58對面時，光束將反射回去并被傳感器58探測到。凸輪桿78和標志墊片82鍵連接在軸 79上，從而使得只有當凸輪桿78位于圖4所示位置時標志表面84才能在傳感器58對面旋轉，在圖4所示位置，凸輪桿78使面板觀移動到與傳動殼69的前表面70咬合的位置。這樣，當標志表面84位于傳感器58的對面時，這意味著面板位于關閉位置，已準備好可以充液或注射。動力頭22包含一個安全鎖，用以在活塞傳動筒62不是完全縮回的時候防止凸輪桿78旋轉到一個脫開位置。具體地講，請參考圖4，一個彈簧加載的鎖板86安裝在傳動殼 69上，其安裝方式使得它可以沿方向90平移運動。螺釘87將鎖板86保持在傳動殼69上并允許這種平移運動。彈簧88連接在鎖板86與傳動殼69之間，以提供力，使鎖板86有向傳動殼69的前表面70滑動進入圖4所示位置的趨勢。當鎖板86位于這個最前方位置上時，鎖板86的前角部89鄰近于標志墊片82，如圖4所示。其結果是，標志墊片82上的刻槽85(見圖幻與鎖板86的前角部89之間的干涉作用可以防止標志墊片82 (以及凸輪桿78)離開圖4所示的咬合位置旋轉到一個脫離位置上，在該脫離位置，面板與傳動殼69的前表面70脫離并可以從前表面70旋開以更換一個注射管。然而，當鎖板沿著方向90反向滑動時(抵抗著彈簧88的力)，前角部89與刻槽 85之間的干涉消除，使得凸輪桿78可以向著一個脫離位置旋轉。一個位于活塞傳動筒62上的接頭91咬合著鎖板86，這樣，當活塞傳動筒62從面板觀處撤回到一個最后方位置時，接頭91會咬合鎖板86并將鎖板移動到它的后方位置上。然而，當活塞傳動筒62從這個位置正向移動時，彈簧88的力將帶動鎖板移動到它的前方位置上。這樣，作為活塞傳動筒62、鎖板86和標志墊片82之間相互作用的結果，面板觀不能沿方向74平移運動，即從傳動殼69的前表面70脫離，除非活塞傳動筒62位于其最后方位置上。這種聯(lián)鎖功能可以在活塞傳動筒62伸入一個安裝在面板觀上的注射管的內部時，防止操作者試圖將面板28從面板70上脫開。
現(xiàn)在請參考圖4和5，圖中顯示了三個磁導體94a、94b和94c。這些導體由高導磁性、低頑磁性的材料，例如鋼或鐵制成，并且插入傳動殼69的前表面70上的孔中。每個面板觀上可以裝有一些永磁體，這些永磁體插這樣的位置上，即這些位置與三個磁導體94a、94b和Mc的位置對齊?？梢匝b有三個、兩個、一個或沒有永磁體，而且磁體可以以它們的北極或南極面對磁導體94a、94b和94c。圖4所示的面板28中包含兩個永磁體96a和96b，它們分別與磁導體9 和94b 對齊。然而，圖4所示的面板28中沒有磁體位于磁導體Mc對面。在圖3和4所示的動力頭22中可以采個多種不同的面板觀?？梢圆捎貌煌拿姘逵^以適應于動力頭22采用不同類型的注射管36 ；例如，一個面板的尺寸適用于低容量的兒科注射管，而另一個面板的尺寸適用于成人容量的注射管。同空著購買的注射管相比， 預充液注射管可以具有不同的尺寸或規(guī)格。需要不同的面板觀以容納這些不同尺寸的注射管。電路板55上的電路需要能夠探測到是哪個面板安裝在動力頭22上。首先，控制電路必須確定是否有一個空氣探測模塊附加在面板上。此外，不同類型的注射管36的長度可以不同，在這種情況下，在確定活塞傳動筒的運行終點位置并計算注射管36中的液體體積時，動力頭22必須能夠補償這種長度變化。同樣，在活塞傳動筒62的運行速度相同的情況下，不同直徑的注射管的流速不同；在將所需流速換算成活塞傳動筒62的運行速度時， 控制電路必須補償這種差別。出于識別的目的，每個不同的面板觀上安裝著的與傳動殼69的前表面70中的磁導體94a、94b和Mc相對齊的永磁體的組合方式均是唯一的。具體地講，圖4所示的面板中包含兩個永磁體，它們分別面對著磁導體9 和94b。另一個面板上可以只有一個永磁體， 其面對著磁導體94b。第三個面板上可以有三個永磁體，它們分別面對著所有磁導體94a、 94b和94c。在每個位置上可以沒有磁體，也可以改變磁體極性，這樣，這些磁體可以一共產生27(3 種磁體組合方式，因此，通過這種方式可以使27個不同的面板具有唯一的標識。為了探測面板中永磁體的數(shù)量和位置，動力頭22中的控制電路包含磁探測器 56a、56b和56c，它們可以是，例如霍爾效應傳感器(或者，也可以是舌簧開關)。這三個磁探測器56a、56b和56c位于電路板55的一個邊緣處，并對準三個磁導體94的內端，比較圖 4和5可以看到這點。通常，傳動殼69由非磁性材料，如鋁制成。這樣，永磁體96a和96b 產生的磁場可以通過導磁性磁導體94a、94b和94c，并進入磁探測器56a、56b和56c附近， 從而可以通過電路板55在遠離面板洲處探測到面板28上是否存在永磁體。這些磁導體通過將磁場從面板28上的永磁體傳導到位于電路板55上的遠距離探測器上，從而顯著降低了動力頭22上的電子裝置部分的費用。雖然可以購買到獨立的磁探測器并將它們安裝到傳動殼69的前表面70上，但獨立的磁探測器通常要比可安裝到印刷電路板上的探測器昂貴。此外，采用獨立的磁探測器需要制造多個分開的電路板和/或線束并將它們安裝在動力頭的容殼中，再通過適宜的電纜連接到主電路板上，因此，同本實施例中將探測器安裝在主電路板上的結構相比，前面的結構會使得動力頭22的制造更加復雜、昂貴和耗時。因此，采用磁導體94a、94b和Mc可以顯著降低動力頭22的制造費用。請參考圖6，現(xiàn)在可以解釋手動運動控制桿。如前面所示，手動運動控制桿四沿正向或反向旋轉分別表示操作者希望將活塞傳動筒正向或反向移動。為確定桿四的旋轉方向和角度，有一個旋轉電位計98連接著桿四的軸48，這樣桿四的旋轉將帶動電位計98 內部的一個電刷旋轉，從而產生一個變化著的電阻，該電阻可以被動力頭控制電路檢測。如前面所示，當控制桿四沿方向99正向旋轉時，控制電路會根據(jù)電位計98產生的電信號而檢測到這個旋轉動作，從而使活塞的傳動筒62正向移動，即從動力頭的容殼向外移動，移動速度與控制桿四從圖6所示原始位置偏移的角度成正比。另一方面，當控制桿四沿方向100反向旋轉時，控制電路會根據(jù)電位計98產生的電信號而檢測到這個旋轉動作，從而使活塞的傳動筒62反向移動，即移入動力頭的容殼，移動速度與控制桿四從圖 6所示原始位置偏移的角度成正比。圖6顯示了兩個復位彈簧10 和102b，它們頂靠著軸48并產生力矩使軸48有返回圖6所示原始位置的趨勢。此外，還顯示了組合標志/接觸板104，其環(huán)繞著軸48并可以與復位彈簧10 和102b接觸。復位彈簧10 和102b與標志/接觸板104接觸時，可以使它們之間形成電氣連接，并施加彈簧力矩使軸48有向原始位置返回的趨勢。還可以看到一個止動彈簧106，其功能將在下文中詳細解釋。還有一個標志傳感器108，其為光學探測器， 可產生脈沖光線并使脈沖光線穿過一個間隙，檢測間隙的另一側接收到的脈沖光線并產生一個數(shù)字信號，以顯示間隙是否被堵住而阻止了光學的傳輸?，F(xiàn)在請參考圖6、7A和7B，可以看到，當桿四位于原始位置時(見圖6和7A)，標志/接觸板104位于復位彈簧10 和102b之間的等距位置上，兩個復位彈簧向桿四施加方向相反的力矩，以使該桿四有被保持在這個原始位置的趨勢，在這個位置上，標志/接觸板104的標志板105位于標志傳感器108中，使標志傳感器108產生一個數(shù)字信號，以顯示桿四位于其原始位置上。在這種情況下，動力頭22的控制電路可以判斷出，不需要通過手動運動控制桿使活塞運動。然而，當桿四從其原始位置旋轉開后，例如到達圖7B所示位置時，標志板105移到標志傳感器108形成的間隙的外面，從而使標志傳感器108產生一個數(shù)字信號，以顯示桿 29離開了其原始位置。在這種情況下，控制電路可以讀取電位計98產生的電信號，以確定桿四的位置并使活塞傳動筒產生適宜的運動。如前面所示，活塞傳動筒的移動速度與桿四偏移開原始位置的程度成正比。同時，隨著桿四從原始位置旋轉并增大夾角，復位彈簧10 和102b的機械結構可以確保有一個復位力矩施加到桿四上。根據(jù)彈簧10 和102b的剛度以及桿四的運動范圍，這種復位力矩可以在所有偏移角度內幾乎相等，或者可以隨著偏移角度的增大而增大或減小。如果復位力矩隨著偏移角度的增大而增大的話，那么可以使操作者獲得附加的活塞速度反饋功能。如圖7B所示，當桿四沿反向旋轉并增大夾角時，最終會使標志板105接觸到止動彈簧106并使止動彈簧106開始與復位彈簧10 和102b —起彎曲。這將導致施加的力矩增大，并被操作者覺察到，從而作為手動運動控制桿旋轉中的一個“止動器”。在向一個注射管充液時，有一個理想的最大速度，在這個速度上，由于液體處于非層流狀態(tài)，因此液體可以抽入注射管中而不形成氣泡。在提高注射管的充液速度時，一旦達到了這個理想速度，操作者應當?shù)玫椒答佇盘?，以使注射管在理想速度充液。止動彈?06 的目的是向操作者提供桿四偏移角度的機械式反饋信號，此位置對應于理想充液速度。更具體地講，當桿四的旋轉使得標志板105與止動彈簧106接觸時，動力頭22的控制電路可以確認使活塞傳動筒在理想充液速度附近移動。這樣，希望在理想速度附近充液的操作者可以旋轉桿四直至增加的止動力矩可以覺察到，然后可以將桿四保持在止動位置而進行充液。復位彈簧102、標志/接觸板104和止動彈簧106不僅機械式運行以向操作者提供機械式反饋信號，而且還作為動力頭22的控制電路中的電氣元件。具體地講，請參考圖 7C，這些元件中的每一個均是電路中的電路元件，以產生動力頭22的控制電路所需的數(shù)字控制信號。從圖7C可以看到，復位彈簧10 和102b以及二者之間的標志/接觸板104與一個電阻110串聯(lián)在一個數(shù)字式+5伏電源與地極之間。一個信號線115從電阻110與復位彈簧10 之間伸出并攜帶著一個邏輯電壓信號，用以顯示在復位彈簧10 和102b與標志 /接觸板104之間是否有電氣接觸。在正常狀態(tài)下，有一個從這個線路到地極的電氣通路， 以保持線115上的電壓處于低階。然而，如果彈簧10 和102b中的任何一個失效并且不再與標志/接觸板104接觸了，那么這種電氣觸點就斷開了，而線路115上的電壓會升到一個高階上，以顯示一個復位彈簧失效。雖然只有在兩個復位彈簧均失效時桿四才會無意中從其原始位置偏移開，但只要有一個復位彈簧失效就可以通過監(jiān)視線路115上的電壓而探測到。一旦探測到這種失效，會向操作者發(fā)出一個警告，或者可以使手動運動控制桿停止工作。與前面的方式類似，止動彈簧106構成一個電氣觸點并與一個電阻111串聯(lián)，一個止動信號線116從電阻111與止動彈簧106之間伸出。如果控制桿四沒有旋轉到止動彈簧中，線路116上的電壓會升到一個高階上，以顯示控制桿四不在止動位置。然而，如果控制桿四的旋轉使得標志板105與止動彈簧106接觸時，線路116上的電壓會降到低階，以顯示控制桿四旋轉到了止動位置。線路116上的信號可以用于多種途徑。例如，該信號可以用于校正手動運動控制桿，以使桿在止動位置的旋轉角度對應于理想充液速度。或者，該信號可以用于防止活塞傳動筒以一個高于理想充液速度的速度反向運動。最后，該信號可以用于建立一個運動“死區(qū)”，在此活塞傳動筒將以理想充液速度移動，同時又使控制桿能夠旋轉超過“死區(qū)”，以產生更快的反向速度。圖7C中還顯示了標志傳感器108的電路詳圖；通過一個電阻113可以使一個發(fā)光二極管被一個偏流充電；當光線穿過傳感器108中的間隙并且射到傳感器108中的光電晶體管的基部時，光電晶體管會使一個電流通過電阻112，從而使線路117上的原位信號降到一個低電壓值，以顯示控制桿四不在其原始位置上。否則，如果光線不能到達傳感器108 中的光電晶體管的基部，就不會有電流流過電阻112而且線路117上的原位信號會升到一個高電壓值，以顯示控制桿四在其原始位置上。因此，動力頭22的控制電路可以利用線路 117上的信號以確定是否要終止活塞傳動筒的運動?，F(xiàn)在請參考圖8，動力頭22中采用的根據(jù)本發(fā)明的加熱墊42包含一個環(huán)形塑料段 118和一個模塑成形出的塑料基座。塑料段118包含一個由電阻絲制成的電熱絲120，當一個電流從一個適宜的電源開始流過電熱絲時，電熱絲可以產生熱量。電熱絲120伸展通過環(huán)形塑料段118的整個區(qū)域，當加熱墊42安裝到支柱44上時，如圖2所示，電熱絲120將與壓力套38接觸，電熱絲120兩端連接著包圍在絕緣電纜117中的電線，絕緣電纜117可以通過開孔51(圖3)而插入動力頭22的控制電路中，如圖2所示。當電流從動力頭開始經(jīng)過電纜117中的電線并流經(jīng)電熱絲120時，電熱絲120將均勻地產生熱量，以加熱壓力套 38中的注射管中的液體。環(huán)形段118可以是不透明的，或者也可以是透明或半透明的。如果環(huán)形段118是透明的，電熱絲120可以被看到(象汽車除霜器或紗窗中的那樣)，這樣，操作者可以通過環(huán)形段、壓力套38和注射管壁看到注射管中的液體。這樣有利于在使用中使操作者的主要視線到達注射管內部，而在其它情況下注射管會被加熱墊擋住。加熱墊的基座119由軟塑料制成，并且模塑成形在一個彈性骨架外部。彈性骨架成形為盤121的形式，盤121的尺寸使之與支柱44略有干涉。其結果是，加熱墊42可以壓緊配合在支柱44上以實現(xiàn)普通的安裝與拆卸(例如用于清潔)?，F(xiàn)在請參考圖9和10，以解釋整體式空氣探測系統(tǒng)。空氣探測模塊122安裝在支柱44的端部，并且成形為包裹在壓力套38的遠端部分周圍并與一個環(huán)繞著注射管36的排液頸并向外伸出的套環(huán)12 相接觸。在與套環(huán)12 的接觸點處，空氣探測模塊122包含一個光源1 和一個光傳感器127。光傳感器127是一個可以購買到的電路，其包含一個傳感器127和一個振蕩器，振蕩器可以產生一個觸發(fā)信號，以顯示應在何時向光源1 通電以產生一個光束。傳感器127的輸出為數(shù)字信號，以顯示在光源被觸發(fā)后是否有光束被傳感器接收。圖9和10顯示了光源1 發(fā)出的光束的軌跡。光源1 包含一個整體式聚焦透鏡，而位于注射管36的排液頸上的套環(huán)12 則構成一個第二聚焦透鏡。這些透鏡協(xié)同工作，以使光源126發(fā)出的光線沿著軌跡129向著位于注射管36的排液頸上的套環(huán)124b傳輸。套環(huán)124b的內部形狀構成一個角部反射器，這樣，從光源1 發(fā)出的光線照射在套環(huán) 124b上后，會被向著傳感器127反射。這種結構的結果是，當注射管36的頸部充滿液體時，從光源1 發(fā)出的光線會通過注射管頸部中的軌跡并被反射而返回到光傳感器127，如圖9和10中的軌跡1 所示。 因此，在這種狀況下，傳感器127將產生一個用以顯示接收到光線的數(shù)字信號，這就表明在注射管頸部沒有空氣。(光源1 與套環(huán)12 處的透鏡的焦距之和大于光線沿著軌跡1 傳輸?shù)木嚯x，即大于套環(huán)12 與套環(huán)124b之間距離的兩倍)。然而，如果注射管頸部含有空氣或氣泡，光線在氣/液或氣/注射管邊界的衍射會使得光線從圖9和10中的軌跡1 偏移開。具體地講，射入注射管36頸部的光線將沿著圖9中所示軌跡130或圖10中所示軌跡131傳輸。在任何一種情況下，氣泡的存在將阻止從光源1 發(fā)出的光線在注射管頸部反射到光傳感器127，從而使得光傳感器產生一個用以顯示未能接收到光線的信號，這就表明在注射管頸部存有空氣。為了獲得穩(wěn)定的可重復性結果，空氣探測模塊122的結構可以確保光源126、光傳感器127與注射管36的套環(huán)12 的表明緊密接觸。具體地講，空氣探測模塊122具有一個彈簧金屬制成的內骨架133，該內骨架通過模塑成形的一個軟彈性塑料134包裹。彈簧金屬骨架133的一端通過螺釘135 (其可以通過包裹塑料134中的空間觸及)安裝在支柱44 上。骨架133的另一端支撐著空氣探測模塊，空氣探測模塊中包含一個硬塑料模塑件136， 該模塑件136支撐著光源1 和光傳感器127。模塑件136中包含一個傾斜段137，傾斜段 137的尺寸適于壓力套38的開口處的倒角138中。傾斜段137與倒角138的相互作用可以確保將光源126和光傳感器127相對于壓力套38精確定位。
注射管36的頸部的尺寸適合于稍有干涉地配合，這樣，當注射管36插入壓力套38 后，套環(huán)12 會接觸并使空氣探測模塊122稍微偏移，從而彎曲彈簧骨架133并使光源1 和光傳感器127向注射管36的套環(huán)12 施加一個均勻的力。這個施加的力可以確保光源 126發(fā)出的光線以良好的傳輸途徑進入注射管36的頸部，再從注射管36的頸部進入光傳感器 127ο現(xiàn)在請轉向圖11Α，以解釋空氣探測模塊以及其他模擬電氣系統(tǒng)的電路詳圖。具體地講，在空氣探測模塊中采用了一個可以購買到的同步探測電路140，該電路140中包含一個可以在線路141上產生觸發(fā)脈沖的內部振蕩器，而且電路140可以在每個觸發(fā)脈沖的同時探測線路142上的用于顯示光線被光傳感器127接收的信號。只要在每個觸發(fā)脈沖的同時探測到光線，就會在線路143上產生一個高階信號。在采用了根據(jù)本發(fā)明的電路140的情況下，線路143上的信號顯示出在注射管36的頸部是否有空氣被探測到。動力頭22的控制電路可以控制施加到空氣探測器上的光線強度，以控制探測器的靈敏度。為此，控制電路在線路145上產生了一個脈沖寬度調節(jié)(PWM)數(shù)字信號。該PWM 信號被一個低通濾波器146濾波以產生一個模擬控制電壓，用以控制可調調節(jié)器147在線路148上產生電路140的電源信號。作為對線路141上的觸發(fā)信號的響應，一個PNP光晶體管149接通，從而導致線路 148上的電源信號給光源1 通電。這樣，線路148上的電源信號的電壓直接影響光源1 產生的光線的強度。為了使控制電路能夠監(jiān)視空氣探測電路140可能出現(xiàn)的故障，線路141上的觸發(fā)信號通過一個光隔離器150中的發(fā)光二極管連接到PNP光晶體管149的基極。這樣，一旦啟動了觸發(fā)信號，光隔離器150中的光晶體管就會接通，從而導致線路151中的電壓變?yōu)榈碗A。這樣，如果同步空氣探測電路140正常工作并產生周期性觸發(fā)信號，則線路151中會出現(xiàn)脈沖，這些脈沖可以被控制電路探測到，以確定電路140中的振蕩器是正常工作的。圖IlA還顯示了模擬-數(shù)字(A/D)轉換器152，其裝于動力頭控制電路中，用以將各個電氣元件產生的模擬信號數(shù)字化。例如，電位計98 (見圖6)連接著充液/排液桿四的軸48。該電位計的電刷連接著一個信號線154，信號線IM攜帶著用于顯示充液/排液桿軸48的旋轉位置的模擬電壓。電位計的相反端部分別連接著一個參考電壓和地極，這樣， 線路巧4上的電壓位于這兩個極限之間并取決于充液/排液桿四的旋轉位置。線路巧4 連接著A/D轉換器152，而轉換器152可以將線路巧4上的模擬電壓轉換成一個數(shù)字信號， 該數(shù)字信號位于一個“SPI”串行接口總線156上，以供CPU(見圖11B)使用，這樣，CPU可以確定充液/排液桿四的旋轉位置并作出反應?？諝饽M電壓也要輸入A/D轉換器152中。具體地講，一個單片式加速計采用了一個傾角傳感器158的形式，以在線路159上產生一個模擬電壓，以顯示傳感器158的傾斜角度。(一種適用于這種用途的單片式加速計可以從馬薩諸塞州的Analog Devicesof Norwood公司購買，貨號為ADXL05AH。)傳感器158安裝在電路板55上并用于產生輸出電壓，以顯示動力頭22相對于地球重力方向的傾斜角度。這個模擬傾角信號被轉換并輸入 CPU以供使用，如下文所述，以控制動力頭22的顯示器和其他操作部件。第三個模擬信號由一個線性電位計160產生，線性電位計160的電刷機械式連接著活塞傳動筒62，并根據(jù)活塞傳動筒的運動而運動。這樣，在線路161上的電刷電壓是一個代表傳動筒位置的模擬信號，該位置在最前方位置與最后方位置之間。這個信號被轉換并輸入CPU以供使用，以確定傳動筒的位置以及注射管剩余容量等其他參數(shù)。兩個附加的模擬信號由熱敏電阻163a和16 產生，二者分別與偏壓電阻串聯(lián)以在線路16 和164b上產生反映熱敏電阻溫度的信號。從熱敏電阻上獲得的溫度測量值用于控制施加到加熱墊上的電能，而加熱墊用于加熱注射管36中的液體。具體地講，施加到注射管上的加熱功率隨著外界溫度而變化，而外界溫度由熱敏電阻163a和16 測量，這樣可以保持液體處于目標溫度，例如30攝氏度。熱敏電阻163a和16 是彼此重復的，也就是說，它們測量的溫度相同并且它們的測量值要相互比較以確保幾乎相等。其結果是，如果某一個熱敏電阻失效了，那么可以從兩個熱敏電阻測量出的溫度之間出現(xiàn)差別而判斷出來，以此防止對溫度控制的失誤。熱敏電阻163a和16 可以在動力頭22內部安裝在電路板55上?；蛘撸瑹崦綦娮?163a和16 也可以安裝在容器外面，以確保更精確的溫度讀數(shù)，或者也可以提供全部兩種可能以供選擇，即裝有內置熱敏電阻，而如果用于替換的外置熱敏電阻連接到了動力頭22 上，則內置熱敏電阻停止工作。如上所述，采用了熱敏電阻163a和16北，動力頭22可以控制通過加熱墊42施加到注射管36上的加熱功率。為實現(xiàn)這個功能，CPU(見圖11B)在線路166上產生一個脈沖寬度調節(jié)(PWM)控制信號，用以控制施加到加熱墊電熱絲120上的加熱功率。具體地講，線路166上的PWM控制信號被一個低通濾波器167濾波以產生一個用于控制可調調節(jié)器168 的模擬控制信號。調節(jié)器168輸出到線路169上的信號是一個可變電壓，該電壓施加到加熱墊電熱絲120上，以使電熱絲120產生熱量。一個為施加在電熱絲120上的電壓濾波并調節(jié)的測量放大器170在線路171產生一個模擬輸出信號，該信號與施加在電熱絲120上的電壓成正比。一個檢測電阻173與電熱絲120串聯(lián)，以使電熱絲120中的電流流過檢測電阻 173，在檢測電阻上產生的電壓與流過電熱絲120的電流成正比。檢測電阻的電阻遠小于電熱絲120的電阻，這樣，檢測電阻173上的小的壓降遠小于電熱絲120上的壓降。檢測電阻173上的壓降被一個增益/濾波電路172放大并濾波，從而在線路174 上產生一個模擬電壓，該電壓與流過電熱絲120的電流成正比。線路171和174連接到A/D轉換器152，從而將線路171和174上的電壓轉換為可供CPU讀取的數(shù)字信號。這樣，CPU可以確定出電熱絲120中的電流和壓降，并利用這些數(shù)值決定電熱絲120的輸出熱量。這樣使得CPU可以對加熱墊的輸出熱量進行閉環(huán)控制，如下文中結合圖12所作討論?，F(xiàn)在請參考圖11B，以理解動力頭22的CPU的連接方式。CPU175可以是一個68332 微處理器，可從摩托羅拉(Motorola)公司購買到，CPU 175控制著數(shù)據(jù)和地址總線176，后者將CPU 175連接到隨機存取存儲器(RAM) 178和一個快擦寫存儲器177。CPU175還控制著一個SPI串行接口總線156，用于與A/D轉換器152、顯示器30和一個監(jiān)視微控制器192進行通訊。CPU 175還包含一個RS-422串口 179，用以將CPU 175連接到動力組(見圖11C)。CPU 175包含一組數(shù)字數(shù)據(jù)輸入線，以監(jiān)視動力頭22的操作。具體地講，CPU 175 接收線路116上的止動信號、線路115上的安全信號和線路117上的原位信號，以使CPU 175接收到有關前面所述的手動運動控制桿的操作狀態(tài)的輸入信號。CPU 175還接收線路143上的氣泡信號，這樣，CPU 175可以探測到注射管頸部的空氣并采取適宜的行動，此外， CPU 175還接收線路151上的氣泡探測振蕩器信號，如前所述，用以確認空氣探測模塊122 中的振蕩器是否正常工作。此外，CPU 175還接收標志傳感器58的輸出信號，這樣，CPU 175 可以確定面板是否被鎖緊在動力頭22上。此外，CPU 175還接收從三個磁探測器56a、56b 和56c發(fā)出的數(shù)字信號，這些信號可以顯示若干可用的面板中的哪一個安裝在動力頭22上了，以使CPU 175隨之調整它的操作。CPU 175還接收并聯(lián)旋轉編碼器182發(fā)出的數(shù)字信號，編碼器182在線路183a和 18 上產生脈沖信號，用以顯示活塞傳動鏈的旋轉情況。這些脈沖被CPU 175使用，以確定活塞傳動筒的運動。線路183a和18 還連接著動力組(見圖11C)，這樣，動力組的CPU可以通過為編碼器的脈沖計數(shù)并將接收到的脈沖速率與所需速率比較，從而閉環(huán)控制活塞運動。在美國專利No. 4，812,7 中提出了一種閉環(huán)控制法，該專利整體結合在此作為參考。CPU 175還產生多個數(shù)字控制信號，包括前面提到的那些，例如，線路145上的氣泡探測器電源PWM信號、線路166上的加熱墊電源PWM信號，這兩個信號都被CPU 175進行了脈沖寬度調制，以產生所需的電源級別。CPU 175還在線路187上產生輸出信號，以點燃指示燈46(圖幻中的發(fā)光二極管，指示燈46用以顯示注射器的工作狀態(tài)。輸出到SPI串行接口總線156上的附加信號用于控制顯示器30。CPU 175利用前面所述的輸入和輸出信號通過軟件實現(xiàn)對動力頭22的基本控制， 軟件駐留在CPU 175中或從RAM 178讀取。如前所述，CPU 175還通過SPI串行接口總線156 連接著一個微控制器192，微控制器192用作一個監(jiān)視器，以監(jiān)視CPU 175的工作，確保沒有軟件或硬件故障。(微控制器可以是一個單片式微控制器，可以從Microchip Technologies 公司購買到，貨號為no.PIC16C63)微控制器192通過總線156接收用于顯示CPU 175工作狀態(tài)的信號，以完成它的這種功能。具體地講，CPU 175通過總線156顯示CPU 175的工作狀態(tài)，S卩，CPU 175是否要求活塞運動、所要求的運動是否響應于手動或自動(程序)控制、以及其它可能的特殊信息， 例如所要求的運動速度等。監(jiān)視微控制器192讀取總線156上的這些狀態(tài)信息，并將這些信息與動力頭22傳來的重要數(shù)字輸入信號進行比較，以確保它們之間相互吻合。例如，微控制器192接收線路115上的安全信號和線路117上的原位信號。如果這些信號顯示出手動控制桿位于原始位置，則CPU 175不會在手動控制桿下產生運動。如果一個彈簧失效(將被線路115上的信號顯示出)，這將會在CPU 175的狀態(tài)中顯示出來。 這樣，在這種狀態(tài)下，微控制器192從總線156上讀取信息，以確保CPU 175不會作出與手動控制桿發(fā)出的信號不相容的動作。作為第二個例子，微控制器192接收編碼器182輸出到線路183a和18 上的信號。微控制器192檢測這些信號以確定活塞傳動筒是否在移動，從而確保只在CPU 175的狀態(tài)顯示傳動筒應該移動時，傳動筒才能移動，而在其它狀態(tài)則不能移動。此外，在這個方面，應注意的是，微控制器192接收門標志傳感器58發(fā)出的門標志信號。如果該信號指示動力頭22的門沒有處于鎖緊位置，CPU 175不能要求活塞傳動筒動作，而微控制器192將通過檢測沒有脈沖從編碼器182發(fā)出以確定這一點?，F(xiàn)在請參考圖11C，以進一步理解動力頭22、動力組沈和控制臺M的相互作用關系。具體地講，動力頭22、動力組沈和控制臺M中均分別包含一個CPU 175、192、194。這些CPU通過外部接口的相互作用而實現(xiàn)對注射器的控制。例如，活塞傳動筒可以通過動力頭22上的桿四控制(如前面所討論)，或者也可以由操作者利用控制臺M的觸摸屏32 (采用CPU 194)輸入注射器程序再啟動注射程序而自動控制。注射參數(shù)，例如電機速度和注射量，可以由CPU 194產生，CPU 194與動力組的CPU 192通訊，以實現(xiàn)這些程序控制的動作。 此外，一個自動注射過程可以利用觸摸屏32實現(xiàn)，或者一個注射過程可以采用連接著動力組沈的一個手動開關或OEM遙控觸發(fā)器啟動。在任何一種情況下，CPU192和194中適宜的一個將產生一個啟動信號，以開始自動注射。如前所述，動力頭的CPU 175與一個監(jiān)視微控制器192連接，監(jiān)視微控制器192用于監(jiān)視CPU 175狀態(tài)以確保CPU 175的動作與來自動力頭22的輸出信號一致。同樣，CPU 192和194也分別連接著監(jiān)視微控制器196和198，兩個監(jiān)視微控制器監(jiān)視著相連CPU 192 和194的的動作，以確保一致的無故障動作。監(jiān)視微控制器192、196和198之間的通訊與CPU 175、192和194之間的通訊是并行的。具體地講，三個監(jiān)視微控制器互相交換它們從相連CPU得到的狀態(tài)信息，以確保三個 CPU處于相同的工作狀態(tài)，例如，手動運動、自動運動、沒有運動等。此外，每個微控制器接收外部輸入信號以確保應當發(fā)生的狀態(tài)轉換真正發(fā)生。這樣，微控制器196接收手動或OEM 出發(fā)信號，以使微控制器196可以確定自動注射過程是何時啟動的。微控制器198接收觸摸屏32發(fā)出的輸入信號，這樣，它也能夠確定自動注射過程是何時啟動的。也可以實現(xiàn)其它監(jiān)視功能，以確保CPU 175、192和194的操作正確且一致。如上所述，動力頭的CPU 175向動力組沈傳輸一個控制信號，請求一個傳動筒動作。動力組沈中包含電機伺服控制電路，用以在線路200上產生一個適宜的電源信號以驅動電機63并根據(jù)線路183上的編碼器脈沖而實現(xiàn)對電機運動的閉環(huán)控制。在故障狀態(tài)，各監(jiān)視微控制器可以通過使硬件停止工作而切斷流向電機63的電能，從而停止活塞傳動筒的任何運動，該硬件指的是串聯(lián)在電源線200中的開關202。這種硬件停止工作可以確保各監(jiān)視微控制器能夠防止在故障狀態(tài)下錯誤地注射液體?，F(xiàn)在請參考圖12，以解釋動力頭的CPU 175的加熱墊的控制功能。為實現(xiàn)加熱墊控制，CPU 175首先通過第一和第二熱敏電阻163a和16 測量外界溫度(第204和206 步)。(作為這些步驟中的一部分，CPU 175首先要查詢校正表，以將熱敏電阻的電壓轉換成相應溫度。)之后，CPU 175將判斷這些溫度讀數(shù)是否一致(第208步)。如果不一致， 則表示有一個熱敏電阻有故障，將產生一個警告信號并使加熱墊停止工作(第210步)。如果熱敏電阻的溫度讀數(shù)一致，則CPU 175將運行，即根據(jù)測量到的外界溫度 Tambient確定一個所需加熱墊輸出功率級Pot (第210步)。一個熱模型用于計算為將液體溫度保持在37°C所需的功率。功率可以在外界溫度0°C至32°C范圍內根據(jù)這個熱模型而變化。當外界溫度超過32°C后，加熱墊將關閉以防止液體過熱。當外界溫度低于0°C時，加熱墊產生的功率被限制在8瓦，以防止加熱墊中的電熱絲120過熱。一個簡單的熱模型是線性模型，在線性模型中輸出功率由這個公式確定=Pot = B-A Tambient，其中B和A分別是經(jīng)驗計算出的修正和放大系數(shù)，而Pot被限制在8瓦。也可以采用其他模型，特別是非線性模型。為產生所需的輸出熱能，CPU 175在線路166(圖11A)上每個工作周期產生一個 PWM信號(第212步)。從所選擇的第一個工作周期開始加熱注射管中的液體。當這個PWM工作周期產生后，CPU 175將從線路171和174上(通過A/D轉換器152)讀取用于顯示施加在電熱絲120上的電壓和電流(第214和216步)。將這些數(shù)值相乘可以得到加熱墊的實際輸出功率，這個功率將與前面計算的所需輸出功率相比較(第 218步)。如果當前輸出功率與所需功率基本相等，則當前PWM工作周期是正確的，而CPU 175將返回到第204步以重新測量外界溫度，從而連續(xù)控制加熱器輸出功率。然而，如果加熱器輸出功率太大或太小，則CPU 175將先進行第220步，并調節(jié)PWM工作周期以根據(jù)需要改變輸出加熱功率(如果太大則縮短工作周期，如果太小則增大工作周期)。之后，CPU 175 將返回到第204步，以重新測量外界溫度，從而連續(xù)控制加熱器輸出功率。這種溫度控制法可以補償因外界溫度變化所造成的液體溫度變化，從而可以確保對注射管36中的液體進行精確的控制，這樣減少因注射液體不在所需溫度而造成的對注射對象的熱沖擊。現(xiàn)在請參考圖13A-13C，以理解可逆顯示器的操作。具體地講，如前所述，CPU 175 從傾角傳感器158接收一個用于顯示動力頭22相對于地球重力方向傾斜角度的信號。CPU 175反復從這個信號采樣，以確定動力頭22相對于地球重力方向(方向12 的傾斜角度。 所有可能的旋轉角度被劃分為六個操作區(qū)域，如圖13A所示。區(qū)域1為“充液”區(qū)；在為注射管充液時，動力頭22應位于該區(qū)域中的角度上。當動力頭22位于區(qū)域1中的角度時，或者位于相鄰的區(qū)域2A或2B中時，動力頭允許活塞傳動筒沿正向或反向作手動運動，以使操作者可以向注射管充液或在初始充液之后將空氣從注射管排出。通過手動運動控制桿可以獲得一個大范圍的運動速度，從而可以為注射管快速充液。當動力頭22在區(qū)域1、2A或2B中時，程序控制的注射操作會被禁止；這樣，當動力頭22位于右上方位置時，操作者不能根據(jù)預編程注射方案向對象開始注射。這樣可以使誤將空氣注射到對象中的可能性最小化。區(qū)域4是“注射”區(qū)域。當動力頭22傾斜到這個區(qū)域后，可以開始程序控制的注射操作。此外，手動運動控制桿四可以用于將活塞傳動筒沿正向或反向移動；然而，同區(qū)域 1、2A或2B相比，由手動運動控制桿產生的運動速度范圍相對較窄。這樣，可以通過手動運動控制桿實現(xiàn)精確調節(jié)控制的液體注射操作。區(qū)域3A和;3B也可以用于注射。如果一個肥大的患者或其他障礙使得操作者無法將動力頭旋轉到區(qū)域4中的完全向下位置，則動力頭可以采用區(qū)域3A和:3B中的傾斜角度。 然而，由于有將空氣注射到對象中的可能，因此不提倡在區(qū)域3A和:3B中操作，這樣，在通過控制臺觸摸屏32進入一個過載軟件之前，操作者不能在這兩個區(qū)域操作。在進入過載軟件之前，顯示器30將閃爍，而注射器不能進行程序控制的注射操作。一旦進入了過載軟件，顯示器會停止閃爍，而注射器可以進行程序控制的注射操作。此外，在區(qū)域4中，手動運動控制桿四可以用于將活塞傳動筒以一個范圍很窄的移動速度沿正向或反向移動，這樣，可以通過手動運動控制桿實現(xiàn)精確調節(jié)控制的液體注射(或排出)操作。上面提到的各種角度區(qū)域還涉及到顯示方位。具體地講，如圖1 和13C所示，動力頭22的顯示器30是一個分段式顯示器這些段可以被照亮，以顯示注射信息，例如已注射量、剩余量以及當前流速。這些段的安排使得上面提到的信息既可以顯示于一個第一方位 (見圖13B)，也可以顯示于一個第二方位(見圖13C)。當動力頭22的角度位于區(qū)域1、2A或2B中時，動力頭22中的CPU 175驅動著顯示器30以產生顯示方位，使顯示器元件采用圖13C中所示方式。此外，在區(qū)域3A JB或4中，CPU 175驅動著顯示器30以產生圖13B中所示顯示方位。其結果是，顯示器30上顯示的信息相對于操作者來說總是向上的，以便于使用顯示器。(在圖13A所示的各區(qū)域之間的邊界方向上有一個阻滯功能，以防止無意中停留在區(qū)域之間)。 雖然通過對各種實施例的解釋使本發(fā)明得到說明，而且這些實施例被相當詳細地描述過，但本申請人的目的不是將附屬權利要求書中的范圍限制或在任何方面局限于這些詳細說明中。附加的優(yōu)點和修改可以提供給本技術領域的技術人員。例如，控制電路可以使一個注射壓力或充液量與控制桿四相對于原始位置的角位移成正比，而不是使一個速度與旋轉程度成正比。氣泡探測可以由一個超聲波源和連接在注射管頸部的超聲波探測器完成，在這種情況下，由于聲音在空氣中的衰減較在液體中嚴重，因而可以探測出空氣。氣泡探測器可以安裝在注射管其他位置而不是頸部。此外，氣泡探測器可以與動力頭控制電路一起使用，以實現(xiàn)注射管自動充液功能，例如，在充液之后探測空氣是何時從注射管排出的。此外，一個滿象素顯示器可以采用在動力頭22中并被動力頭CPU控制，以產生各種顯示方位。因此本發(fā)明在其擴展方面不局限于此處顯示和描述的特定細節(jié)、代表性的設備和方法以及解釋性示例上。
權利要求
1.一種注射器，其用于將液體從一個注射管注射到一個動物對象體內，其包含一個容殼，一個活塞傳動筒，其安裝在所述容殼中，電機，用于將所述活塞傳動筒移入或移出所述容殼，一個面板，其安裝在所述容殼的一個外表面上，該外表面用于接收一個用于將一個注射管相對于所述注射器容殼定位的可拆卸面板，從而使得所述活塞傳動筒可以咬合一個活塞并使該活塞移入或移出所述注射管，所述面板中包含一個或多個磁場能量源，所述磁場能量源在一個給定面板中的存在與否或方位可以顯示所述面板的屬性以及通過所述面板安裝在所述注射器上的一個注射管的類型，一個或多個由導磁性材料制成的磁導體，它們從所述面板開始伸展并安裝在所述容殼中，所述磁導體的位置使得它們可以將所述一個或多個磁場能量源發(fā)出的磁場能量傳輸?shù)剿鋈輾ぶ?，以及一個控制電路，其連接著所述電機并控制所述電機使其移動所述筒和活塞，以注射所述注射管中的液體，所述控制電路中包含一個或多個磁場探測器，所述磁場探測器位于所述容殼內部并鄰近于所述磁導體，以探測通過所述磁導體而傳輸進所述容殼中的磁場，所述控制電路響應于所述磁場探測器，基于所述磁場探測器探測到的磁場能量的存在與否或方位而識別安裝在所述注射器上的一個面板，并且以一個適合于一個注射管的方式運轉所述電機，而注射管可以通過所述面板安裝到所述注射器上。
2.一種注射器，其用于將液體從一個注射管注射到一個動物對象體內，其包含一個活塞傳動筒，一個電機，其用于移動所述活塞傳動筒，一個注射管支架，其用于固定一個注射管，以使注射管相對于所述注射器定位，從而使得所述活塞傳動筒可以咬合一個活塞并使該活塞移入或移出所述注射管，一個手動運動控制桿，其用以產生一個用于顯示操作者希望所述活塞傳動筒運動的運動要求信號，一個編碼器，其連接著所述電機，用以產生一個用于顯示所述活塞傳動筒運動的運動信號，一個電機控制電路，其連接著所述電機，所述手動運動控制桿和所述編碼器控制所述電機使其移動所述筒和活塞，以注射所述注射管中的液體，所述電機控制電路響應于所述運動要求信號以指揮所述電機移動所述筒和活塞，所述電機控制電路還產生一個用于顯示所述電機控制電路工作狀態(tài)的狀態(tài)信號，并將所述狀態(tài)信號通過所述電機控制電路的一個監(jiān)視器接口傳輸出去，所述狀態(tài)信號至少能顯示所述電機控制電路是否通過運轉所述電機而響應于所述運動要求信號，一個電機監(jiān)視電路，其連接著所述電機控制電路、所述編碼器和所述電機控制電路的所述監(jiān)視器接口，以監(jiān)視所述運動要求信號、所述運動信號和所述狀態(tài)信號，所述電機監(jiān)視電路用于確定所述狀態(tài)信號與所述運動要求信號和所述運動信號一致，這種確定過程需要至少確定當所述運動要求信號顯示希望所述電機運轉，而且所述狀態(tài)信號顯示所述電機控制電路響應于所述運動要求信號而運轉所述電機時，所述運動信號顯示出所述電機是在根據(jù)所述運動要求信號而運轉著。
3.根據(jù)權利要求2的注射器，其中，如果所述狀態(tài)信號與所述運動要求信號和所述運動信號不一致，則所述電機監(jiān)視電路產生一個警告信號。
4.根據(jù)權利要求3的注射器，其中，當所述電機監(jiān)視電路產生所述警告信號時，所述電機響應于所述警告信號而阻止所述活塞傳動筒的進一步運動。
5.根據(jù)權利要求2的注射器，還包含一個控制臺，其使得一個操作者可以編制一個關于所述活塞傳動筒的所需運動的程序，一個控制臺控制電路，其連接著所述控制臺，用于獲得并存儲一個操作者編制的所需運動的程序，所述控制臺控制電路根據(jù)所述存儲的所需運動的程序而產生一個運動要求信號。
6.根據(jù)權利要求5的注射器，其中，所述控制臺控制電路產生一個用于顯示所述控制臺控制電路工作狀態(tài)的控制臺狀態(tài)信號，而且還包含一個控制臺監(jiān)視器電路，其與所述控制臺控制電路通訊以獲得所述控制臺狀態(tài)信號，一旦所述控制臺控制電路產生了所述運動要求信號以證實所述電機控制電路響應于由所述電機監(jiān)視電路確定的所述運動要求信號， 則所述控制臺監(jiān)視器電路還會與所述電機監(jiān)視電路通訊。
全文摘要
將液體從注射管注射到動物對象體內的注射器包含活塞傳動筒；移動活塞傳動筒的電機；固定注射管的注射管支架，其使注射管相對于注射器定位從而使活塞傳動筒咬合活塞并使活塞移入或移出注射管；顯示注射器操作動作和狀態(tài)信息的電子顯示器，其在至少一個第一和一個第二方位上顯示信息；產生顯示注射器相對于地球重力方向的傾斜角度的傾斜角度信號的傾角傳感器，以及控制電路，其連接電機并控制電機移動活塞傳動筒和活塞以將注射管中的液體射出，控制電路產生顯示信息并將信息傳輸?shù)斤@示器，響應于傾斜角度信號，對于傾斜角度信號值的一個第一范圍，顯示器在第一方位顯示信息，對于傾斜角度信號值的一個第二范圍，顯示器在第二方位顯示信息。
文檔編號A61M5/20GK102172420SQ201110134220
公開日2011年9月7日 申請日期1997年11月18日 優(yōu)先權日1996年11月22日
發(fā)明者加里.S.瓦格納, 帕梅拉.K.雅各布斯, 彼得.J.施塔茨, 斯泰韋.P.韋爾迪諾, 查爾斯.S.內爾, 米切爾.G.施特恩, 約翰.N.明尼克, 羅伯特.G.貝爾根, 詹姆斯.E.克尼普費爾, 詹姆斯.H.歌德爾, 達內.J.巴蒂亞蒂 申請人:利貝爾-弗拉施姆公司