摘 要：研制了基于工控機進(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。它利用氣動裝置進(jìn)行工作，利用步進(jìn)電機運行可精確控制的特點，驅(qū)動蠕動泵完成試劑的轉(zhuǎn)移、稀釋與分裝，利用工控機可遠(yuǎn)程操作的特點克服了傳統(tǒng)人工放射性藥劑稀釋與配制操作中對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，使計量準(zhǔn)確。實際應(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，達(dá)到了實際應(yīng)用的要求。

關(guān)鍵詞：藥劑稀釋; 配制; 放射性核素

1、引言

隨著社會的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)探傷、核子秤、料位計等射線裝置、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，同時也可能對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)人員長期受到放射性照射，身體會造成極大傷害。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)硬件主要有機械執(zhí)行機構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)組成。

2.1機械執(zhí)行機構(gòu)包括氣源、機械手、氣缸、針組件、蠕動泵等（如圖1）

本系統(tǒng)部分采用高壓氣源作為動力，驅(qū)動各個氣缸完成移藥源的動作。氣缸運動是二位操作，其特點是運動操作簡單，不易出現(xiàn)齒輪絲桿傳動等的卡死危險，其磨損及運動誤差小。

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)瓶放入工作平臺后，機械手在氣缸帶動下抓取防護(hù)瓶蓋，隨后工作平臺移到末位置，由于此過程是否到位對后續(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，針組件在氣缸帶動下下降，針頭插入藥源瓶內(nèi)，針組件為特為本系統(tǒng)移藥源專門設(shè)計的，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泵泵入，使藥源瓶內(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，瓶內(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)行機構(gòu)為蠕動泵，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)電機的步距角和壓迫滾柱的外緣直徑?jīng)Q定，蠕動泵電機為二相四拍步進(jìn)電機步距角為0.9°乳膠管為高耐磨乳膠管，內(nèi)徑為0.5mm步進(jìn)電機的蠕動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，自動計算出所需溶劑的量，從而確定控制蠕動泵泵入相應(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。高濃度液的配制由從藥源瓶壓入的藥源和蠕動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)工控機自動換算完成配制，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)計算，由蠕動泵泵入。每次泵入一定劑量后，由蠕動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系統(tǒng)和驅(qū)動控制板組成，如圖2。工控機和分裝系統(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)行信號傳輸。

圖2 電路控制示意圖

工控機系統(tǒng)由工控機和各種控制卡組成，基于ISA總線的MPC01控制卡是步進(jìn)電機的上位控制單元，它與工控機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)，工控機負(fù)責(zé)人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的各項操作，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)電機并支持多卡共用，同時可外接位置、速度、限位等信號，以實現(xiàn)位置檢測、保護(hù)等功能，各種開關(guān)信號由MPC01控制卡自動檢測并作出反應(yīng)。MPC01控制卡帶有強大的運動函數(shù)庫，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)共使用了三臺二相四拍步進(jìn)電機，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蠕動泵的運動形成速度反饋，檢測步進(jìn)電機的運動情況.

SDK-2000視頻卡是基于PCI總線的高速視頻采集單元，同時提供兩路視頻信號輸入，并具有豐富的DLL動態(tài)庫、OCX控件和函數(shù)庫，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)共使用了兩個攝像頭，由于各個板卡均需占用系統(tǒng)的地址和中斷號，考慮到微機的系統(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)電機驅(qū)動器、位置開關(guān)、各種控制繼電器和視頻頭等。步進(jìn)電機驅(qū)動器對來自微機系統(tǒng)的脈沖進(jìn)行細(xì)分和相序分配以及電流放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機。位置開關(guān)用于對運動部件進(jìn)行限位，起保護(hù)作用。

3、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

自動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動態(tài)鏈接庫和各類函數(shù)，使用Visual C++編程語言實現(xiàn)自動分裝儀的設(shè)計[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，程序控制機械手及各氣缸依次運動，實現(xiàn)開蓋、工作臺平移、插針、并根據(jù)藥源信息和操作人員輸入的配制濃度要求，程序自動算出所需溶劑量并轉(zhuǎn)換為控制信號控制蠕動泵泵入，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，自動計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)庫采用Excel數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫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)庫和常用操作緊密結(jié)合，對每個病人的用藥情況進(jìn)行記錄，并在第一時間打印病人的用藥單。另外，系統(tǒng)還對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)確計量的重要部分，由于步進(jìn)電機步距數(shù)正比與蠕動泵泵出藥量，可采用每步距泵出量進(jìn)行計量，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)行計量。同時本系統(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輸出藥液，所以存在一定的偏移量，管路長短及內(nèi)徑?jīng)Q定了偏移量的大小，標(biāo)定過程采用大劑量測試和平均步距輸出來確定，初步確定偏移量后，利用測試程序運行此偏移量并進(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)實際測試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

本藥劑自動稀釋與配制系統(tǒng)采用工控機遠(yuǎn)程控制、精密蠕動泵取液控制、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、計量不準(zhǔn)確等問題，采用氣缸和蠕動泵裝置極大的簡化了機械結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)運行更安全可靠，實現(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。

（2）放射性藥量的自動換算及余藥信息顯示。

（3）配制與稀釋,根據(jù)不同需要可同時配制和儲存高、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，防止了核素對環(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;對機械機構(gòu)進(jìn)行順序鎖定以減少誤操作，并對運行過程中出現(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)自動清洗功能,系統(tǒng)能在兩個防輻射罐內(nèi)無藥液的情況下進(jìn)行清洗，對管路及器皿進(jìn)行清洗，以減少不同溶液的交叉污染。

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

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

本系統(tǒng)可用于危險藥劑（強誘發(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。僅就危險藥劑稀釋分裝一項而言就有全國約有3000家醫(yī)院及300多家生物研究所對此產(chǎn)品有需求。本裝置售價若為10萬元，利潤30%，投放市場后，若有十分之一以上上述單位即330多家單位購買該設(shè)備，每家一臺，則有近3300萬元的產(chǎn)值和990萬元的利潤。

參考文獻(xiàn)

[1]李強，衛(wèi)增泉.放射性核素在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用.核技術(shù),2002，25（1）：7l-77。

[2]呂霞付，羅欽林.放射性同位素自動稀釋和分源系統(tǒng).醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備2004，6：23-25。

[3]劉福才，張海良.一種基于VC的Modem分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.微計算機信息，2006，9-1：100-103。