專利名稱：具有低輸入功率的注射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于注射醫(yī)用流體的動(dòng)力注射器，更具體地，其涉及具
背景技術(shù)：
本部分意圖向讀者介紹與將在以下描述和/或要求權(quán)利的本發(fā)明各方面 相關(guān)的領(lǐng)域的各方面內(nèi)容。這部分討論對(duì)于為讀者提供背景信息非常有用， 有助于更好地理解本發(fā)明的各方面。因此，需理解應(yīng)該依據(jù)以上角度閱讀這 些陳述，而并非認(rèn)為是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說明。
一般，動(dòng)力注射器被用于將諸如藥物或造影劑這樣的醫(yī)用流體注射到患 者體內(nèi)。典型地，動(dòng)力注射器內(nèi)的馬達(dá)用于將針筒的柱塞向前驅(qū)動(dòng)以從其注 射醫(yī)用流體。供電裝置通常將能量提供給馬達(dá)。通常，供電裝置遠(yuǎn)離動(dòng)力注 射器，以減少來自供電裝置的干擾諸如醫(yī)療成像設(shè)備這樣的其它醫(yī)用設(shè)備的 電磁發(fā)射的可能性。
不幸的是，向馬達(dá)供電通常展現(xiàn)出對(duì)動(dòng)力注射器制造者的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在 移動(dòng)針筒的柱塞時(shí)，馬達(dá)通常以高級(jí)別消耗能量。供電裝置和馬達(dá)之間的電 線典型地用于攜帶大電流和/或電壓，來將充足的功率供應(yīng)至馬達(dá)。具有足夠 能力傳送該功率的電線非常昂貴。這種花費(fèi)有助于電線的厚度和/或用于構(gòu)造 這樣的電線的高成本材料。例如，適用于高壓的電線通常具有很貴的絕緣裝 置。此外，因?yàn)楣╇娧b置通常遠(yuǎn)離動(dòng)力注射器，連接二者的電線通常非常長。 因此，用于將高功率傳送給動(dòng)力注射器的電線使設(shè)計(jì)的成本明顯增加。

發(fā)明內(nèi)容
以下闡述了本發(fā)明的一些示例方面。應(yīng)理解，這些方面僅用于向讀者提 供本發(fā)明所采取的 一 些形式的簡要總結(jié)，而這些方面并不意圖限制本發(fā)明的 范圍。實(shí)際上，本發(fā)明可涵蓋沒有在以下明確指出的各方面。
在一些方面，本發(fā)明大致涉及動(dòng)力注射器，其在不使用時(shí)以低速(例如，以低功率)逐漸存儲(chǔ)能量，然后在操作期間(例如，在注射期間)以高速(例 如，以高功率)傳送能量。能量可存儲(chǔ)在高響應(yīng)的能量存儲(chǔ)裝置中，諸如電 容器，用于將電力快速地傳送給馬達(dá)。在一些實(shí)施例中，將動(dòng)力注射器連接 至供電裝置的電線可以是小且便宜的(相對(duì)于注射器和供電裝置之間的傳統(tǒng) 互連電線)，因?yàn)殡娋€上的電流和電壓負(fù)載很低(再次，相對(duì)于注射器和供 電裝置之間的傳統(tǒng)互連電線)。
本發(fā)明的第 一方面涉及動(dòng)力注射器，其包括具有功率輸入部分和功率輸 出部分的能量存儲(chǔ)裝置、聯(lián)接至能量存儲(chǔ)裝置功率輸出部分的馬達(dá)和耳關(guān)接至 馬達(dá)并具有針筒柱塞接口的壓頭。能量存儲(chǔ)裝置的功率輸出部分的電流載流 容量比能量存儲(chǔ)裝置的功率輸入部分的電流載流容量大(且在一些情況下為 大得多)。
本發(fā)明的第二方面涉及與在其中具有醫(yī)用流體(例如，造影劑、放射性 藥物、鹽水等)的針筒使用的電注射器。該注射器包括多個(gè)彼此串聯(lián)聯(lián)接的 超級(jí)電容器、與該多個(gè)超級(jí)電容器并聯(lián)聯(lián)接的馬達(dá)和聯(lián)接至馬達(dá)的針筒接 d 。
本發(fā)明的第三方面涉及用于醫(yī)用流體注射器的方法。在該方法中，輸入 功率從供電裝置以輸入瓦數(shù)被注射器接收。輸入功率被注射器存儲(chǔ)。然后，
放出功率以輸出瓦數(shù)被注射器輸出，該輸出瓦數(shù)至少是輸入瓦數(shù)的2倍。
特征也可以并入到這些各方面。這些改進(jìn)和其它特征可以單獨(dú)或結(jié)合地存 在。例如，以下相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例討論的各特征可單獨(dú)或任意 結(jié)合地并入到本發(fā)明的上述任意方面。再次，上述的簡要總結(jié)僅意圖使讀者 了解本發(fā)明的 一些方面和內(nèi)容，而不限制權(quán)利要求的主題。


在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明后，本發(fā)明的這些或其它特征、方面和優(yōu) 點(diǎn)將更加容易理解，在這些附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件，其中 圖l是示例注射系統(tǒng)的框圖； 圖2是圖1的注射系統(tǒng)中的動(dòng)力注射器的框圖； 圖3是圖1的動(dòng)力注射器的正-見圖； 圖4是闡釋示例注射過程的流程圖；圖5是闡釋另一示例注射過程的流程圖6是示例動(dòng)力注射器的橫截面圖7是示例雙針筒注射器的橫截面圖；和
圖8是用于動(dòng)力注射器的示例馬達(dá)和壓頭的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡 要說明，實(shí)際實(shí)施方案的所有特征都不在本說明書中描述。應(yīng)該理解，任意 工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的任意這樣的實(shí)際實(shí)施方案的改進(jìn)、大量的具體實(shí)施決定 都應(yīng)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)者的具體目標(biāo)，例如遵守在每個(gè)實(shí)施方案中均不同的與系統(tǒng)相 關(guān)和與商業(yè)有關(guān)的限制。此外，應(yīng)該理解，這樣的改進(jìn)可能是復(fù)雜且耗時(shí)的， 但對(duì)于得到所公開內(nèi)容利益的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，這些都是設(shè)計(jì)、制
造和生產(chǎn)中的常規(guī)任務(wù)。
當(dāng)介紹本發(fā)明各實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞"一個(gè)(a)"、"一個(gè)(an)"、"該" 和"所述"意圖表示存在一個(gè)或多個(gè)元件。術(shù)語"包括"、"包含"和"具有" 意圖是包含性的，并且表示還存在除了所列元件之外的其它元件。此外，"頂 部"和"底部"、"前，，和"后"、"以上，，和"以下"及它們的變體和取向的 其它術(shù)語均為了方便而使用，而部件的特定取向不是必須的。此外，如在此 所用的術(shù)語"高功率"和"低功率，，是指相對(duì)于彼此高或低的功率水平，而 不是高于或低于絕對(duì)臨界值的功率。術(shù)語"聯(lián)接"是指兩個(gè)或多個(gè)物體直接 接觸或互連(即，直接或間接地連接)。術(shù)語"流體地聯(lián)接"是指兩個(gè)或多 個(gè)物體以流體能從一個(gè)物體流至另一個(gè)的方式聯(lián)接的條件。
圖1示出了具有動(dòng)力注射器12的示例注射系統(tǒng)10，該動(dòng)力注射器通過 電力電纜16聯(lián)接至供電裝置14。有利地， 一些實(shí)施例可包括相對(duì)低成本的 電力電纜16。如將在以下解釋的，圖1的示例動(dòng)力注射器12存儲(chǔ)以相對(duì)的 低輸入功率水平傳送的能量，由此潛在地減小由電力電纜16攜帶的峰值功 率。然后，動(dòng)力注射器12在注射期間以高輸出功率水平使用被存儲(chǔ)的能量。 一些實(shí)施例可包括相對(duì)小、便宜和/或長的纜線，將功率傳送至動(dòng)力注射器。 這些實(shí)施例中的一些有助于動(dòng)力注射器相對(duì)于電源的遠(yuǎn)程放置。在詳細(xì)描述 動(dòng)力注射器12之前，將解釋供電裝置14的特征。
圖1的供電裝置14包括功率調(diào)節(jié)器18和整流器20。功率調(diào)節(jié)器18可包括或被稱作限流器、變換器或電源控制器，整流器20可被稱作或包括交
流(AC)到直流(DC)的轉(zhuǎn)換器。功率調(diào)節(jié)器18可具有諸如可控硅整流器 和控制電路這樣的AC功率調(diào)節(jié)器，和/或諸如開關(guān)式調(diào)節(jié)器或者分流器或分 壓器這樣的DC功率調(diào)節(jié)器。在一些實(shí)施例中，整流器20可具有低通濾波 器和半波濾波器或全波濾波器。此外， 一些實(shí)施例可包括帶通濾波器以減小 到達(dá)動(dòng)力注射器12的高頻和低頻電石茲信號(hào)的可能性。供電裝置14連接至電 源，如電力網(wǎng)22。
在所示實(shí)施例中，動(dòng)力注射器12包括保護(hù)電路24、能量存儲(chǔ)裝置26、 控制器28、馬達(dá)30、壓頭32和針筒34。保護(hù)電路24可包括適于限制流入 到能量存儲(chǔ)裝置26的電流大小的裝置，諸如熔斷器、電流斷路器或分流器。
能量存儲(chǔ)裝置26可包括或^^皮稱作是本地能量源、本地能量存儲(chǔ)器、機(jī) 載電源和/或集成電源。能量存儲(chǔ)裝置26可包括各種被構(gòu)造用于接收、存儲(chǔ) 和供應(yīng)能量的裝置。例如，能量存儲(chǔ)裝置26可包括電容器，諸如超級(jí)電容 器(1列^口，可乂人Maxwell Technologies of San Deigo, California獲4尋)。^口在 此所用的，術(shù)語"超級(jí)電容器，，是指具有比重能量密度(gravimetric energy density)大于0.4焦/克的電容器。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置26可包 括表現(xiàn)出大于或等于l法、10法、30法、100法、200法、300法、350法、 500法、1000法、1500法、2000法或甚至更多的電容量的電容器。替換地 或附帶地，能量存儲(chǔ)裝置26可包括電池，諸如鉛酸電池、鋰離子電池、鋰 離子聚合物電池、鎳離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、硫氯電池或鎳鋅電池。
控制器28可包括電路和/或代碼，其適于控制從能量存儲(chǔ)裝置26到注射 器12的馬達(dá)30的能量流。在一些實(shí)施例中，控制器28可包括邏輯電路， 諸如中央處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、特定應(yīng)用集成電路、微控制器等?？刂?器28可裝備有開關(guān)，該開關(guān)能夠響應(yīng)來自邏輯電路的信號(hào)防止或調(diào)整來自 能量存儲(chǔ)裝置26的電流流動(dòng)。例如， 一些實(shí)施例可包括集成門雙極型晶體 管(IGBT )、雙極面結(jié)型晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET )、 機(jī)械繼電器、螺線管或固體繼電器?？刂破?8可包括或聯(lián)接至用戶界面， 用戶可通過該用戶界面向控制器28發(fā)信號(hào)以起動(dòng)注射。例如，用戶界面可 包括圖形用戶界面。
在所示實(shí)施例中，馬達(dá)30和壓頭32可包括各種用于將電能轉(zhuǎn)換為所需 形式的機(jī)械能的裝置。例如，馬達(dá)可包括各種類型的電馬達(dá)，諸如步進(jìn)馬達(dá)、電刷DC馬達(dá)、無刷DC馬達(dá)、線性馬達(dá)或壓電驅(qū)動(dòng)器。壓頭32可包括針筒 接口和傳動(dòng)裝置。針筒接口可包括或被稱作柱塞接口 、推擠表面和/或施壓器。
傳動(dòng)裝置包括或被稱作是驅(qū)動(dòng)器、變速箱、旋轉(zhuǎn)到直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置和/或馬 達(dá)-針筒機(jī)械接口。
所示實(shí)施例的針筒34可包括柱塞、筒體和放置在筒體內(nèi)的醫(yī)用流體。 針筒內(nèi)的醫(yī)用流體可以是任意適當(dāng)?shù)尼t(yī)用流體，諸如但不限于，鹽水、造影 劑、藥物、放射性藥物或其組合。在當(dāng)前實(shí)施例中，柱塞被放置在筒體內(nèi)， 并且柱塞和筒體一起容納醫(yī)用流體。柱塞的背面包括被設(shè)計(jì)/構(gòu)造用于與壓頭 32的針筒接口分界的表面和/或結(jié)構(gòu)。
保護(hù)電路24被顯示為電設(shè)置(即，參考電子流定位)在能量存儲(chǔ)裝置 26和供電裝置14之間，控制器28顯示為電放置在能量存儲(chǔ)裝置26和馬達(dá) 30之間。保護(hù)電路24可串聯(lián)聯(lián)接至電力電纜16和能量存儲(chǔ)裝置26。能量 存儲(chǔ)裝置26可經(jīng)由控制器28串聯(lián)聯(lián)接至馬達(dá)30。控制器28可聯(lián)接至保護(hù) 電路24。馬達(dá)30可機(jī)械連接至壓頭32的傳動(dòng)裝置，壓頭32可被設(shè)計(jì)為經(jīng) 由針筒接口與針筒34的柱塞分界(例如，機(jī)械聯(lián)接至柱塞)。
圖1的動(dòng)力注射器12可經(jīng)由導(dǎo)管和中空的皮下注射針而流體聯(lián)接至患 者36或其它生物體。在一些實(shí)施例中，成像裝置38可用于在醫(yī)用流體注射 到患者36體內(nèi)時(shí)和/或之后對(duì)患者36成像。成像裝置38是指或包括各種成 像系統(tǒng)，諸如投影放射透視系統(tǒng)(例如，X光系統(tǒng))、熒光透視系統(tǒng)、X線 斷層攝影系統(tǒng)(例如，計(jì)算軸向X線斷層攝影系統(tǒng))、磁共振成像(MRI) 系統(tǒng)和/或超聲系統(tǒng)。
在一些實(shí)施例中，動(dòng)力注射器12、患者36和成像裝置38可遠(yuǎn)離供電裝 置14。例如，在圖l的注射系統(tǒng)中，它們處于不同的房間，其中，供電裝置 14放置在設(shè)備室40中，其它部件在成像室42中。在一些實(shí)施例中，為了延 長這些房間40、 42之間的距離，電力電纜16可長于1米、2米、3米、6 米、10米、20米、50米或更多。成像室42可包括各種形式的屏蔽裝置來使 成像裝置38與干擾源隔絕，諸如電磁屏蔽裝置。在一些實(shí)施例中，成像室 42可基本沒有含鐵材料，這種材料會(huì)吸引磁體和/或?qū)е翸RI機(jī)器成偽像。 有利地，通過將供電裝置14定位為遠(yuǎn)離動(dòng)力注射器12,注射系統(tǒng)IO傾向于 減小成像裝置38與供電裝置14的干擾。
參考圖2,示例能量存儲(chǔ)裝置26被詳細(xì)示出。所示能量存儲(chǔ)裝置26包括一組串聯(lián)聯(lián)接的超級(jí)電容器44。本實(shí)施例包括15個(gè)超級(jí)電容器44,但其 它實(shí)施例可包括任意適當(dāng)和/或需要數(shù)量的超級(jí)電容器。例如， 一些實(shí)施例包 括多于l個(gè)超級(jí)電容器、多于2個(gè)、多于3個(gè)、多于4個(gè)、多于5個(gè)、多于 10個(gè)、多于20個(gè)、多于50個(gè)或甚至多于IOO個(gè)超級(jí)電容器。當(dāng)充滿電時(shí)， 串聯(lián)連接的超級(jí)電容器44以大約38伏的平均電壓輸出大約40安的電流。 換句話說，能量存儲(chǔ)裝置26輸出大約1500瓦的功率。能量存儲(chǔ)裝置26的 其它實(shí)施例提供其它平均瓦數(shù)的輸出。例如，在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝 置26可輸出多于500瓦、多于700瓦、多于1000瓦、多于1200瓦、多于 1500瓦、多于1700瓦、多于2000瓦、多于2500瓦，或甚至更多。
為了傳輸該功率，在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置26的功率輸出部分 46可聯(lián)接至高電流(或電壓)容量導(dǎo)體48。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體48可以 是具有相對(duì)短長度的低標(biāo)準(zhǔn)線(例如，長度短于兩英尺的10至14AWG標(biāo) 準(zhǔn)線)。即，導(dǎo)體48可具有導(dǎo)電部分，其橫截面面積大于或等于大約3.3x 10—3平方英寸、大于或等于大約5.2x 10—3平方英寸、大于或等于大約8.2x 10—3平方英寸或大于或等于大約1.3x 10—2平方英寸。
相對(duì)地，連接能量存儲(chǔ)裝置26和供電系統(tǒng)14的電線包括電力電纜16 ， 并具有比導(dǎo)體48小得多的電流載流容量。例如，電力電纜16可由具有D殼 引線連接器的25-引線電纜和22標(biāo)準(zhǔn)線(具有直徑大約為2.5x 10-2英寸的電 線)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，電力電纜16可包括或主要具有一根或多根具 有導(dǎo)電部分的電線，該導(dǎo)電部分的橫截面面積小于或等于大約2.6x 1(^平方 英寸、小于或等于大約1.2x 10_3平方英寸、小于或等于大約8.0x 10'4平方 英寸、小于或等于大約5.0x 10—4平方英寸、小于或等于大約2.5x 10—4平方 英寸或小于或等于大約1.6x 10'4平方英寸。電力電纜16可聯(lián)接至能量存儲(chǔ) 裝置16的功率輸入部分50。在一些實(shí)施例中，電纜16的五根電線攜帶地電 壓，五#^電線可通過功率1俞入部分50傳導(dǎo)凈皮小于42伏的DC電壓驅(qū)動(dòng)的電 流。有利地，電力電纜16和供電裝置14中的電子設(shè)備可以比適于在從供電 裝置14到馬達(dá)30的整個(gè)距離上傳送1500瓦功率的部件便宜。
圖3是示例動(dòng)力注射器12的正視圖。如圖3所示，動(dòng)力注射器12包括 機(jī)架組件52、支撐臂54和動(dòng)力頭56。所示機(jī)架組件52包括四組輪子58、 底盤60、垂直支撐件62、手柄64和顯示部66。垂直支撐件62將手柄64、 顯示部66和支撐臂54舉在底盤60以上，并且在一些實(shí)施例中，其可以具有凹進(jìn)部分，電力電纜16通過該凹進(jìn)部分行進(jìn)。顯示部66可包括液晶顯示 部、陰極射線管顯示部、有機(jī)光發(fā)射二極管顯示部、表面發(fā)射顯示部或其它
適當(dāng)?shù)娘@示部，并且其聯(lián)接至控制器28。
如圖3所示的注射器12的支撐臂54包括多軸線4吏接構(gòu)件68、 70。所示 鉸接構(gòu)件68由于兩個(gè)垂直的旋轉(zhuǎn)軸線72、 74而相對(duì)于底盤60具有兩個(gè)自 由度。類似地，示例鉸接構(gòu)件70由于兩個(gè)垂直的旋轉(zhuǎn)軸線76、 78而相對(duì)于 4史接構(gòu)件68具有兩個(gè)自由度。電力電纜16被顯示為沿4交接構(gòu)件68、 70行 進(jìn)到動(dòng)力頭56。
圖3的動(dòng)力頭56經(jīng)由連結(jié)部聯(lián)接至鉸接構(gòu)件70，該連結(jié)部相對(duì)于4交接 構(gòu)件70提供兩個(gè)自由度。因而，在本實(shí)施例中，動(dòng)力頭56可繞軸線80、 82 旋轉(zhuǎn)。總的來說，所示動(dòng)力頭56相對(duì)于底盤60具有6個(gè)自由度。其它實(shí)施 例可包括更多或更少的自由度。
動(dòng)力頭56包括顯示部84、流體控制一奉86和空氣4全測器88。流體控制 棒86輔助針筒34中的柱塞的手動(dòng)操作，空氣檢測器88在檢測到針筒34中 留有空氣時(shí)向控制器28發(fā)信號(hào)。
在本實(shí)施例中，動(dòng)力頭56容納保護(hù)電路24、能量存儲(chǔ)裝置26、控制器 28、馬達(dá)30、壓頭32和一部分針筒34。在其它實(shí)施例中，大量這些部件或 這些部件的一部分可在動(dòng)力注射器12上或在注射系統(tǒng)10中分配在任何地方 (圖1)。
動(dòng)力注射器12可根據(jù)圖4所示的示例注射過程90進(jìn)行操作。能量存儲(chǔ) 裝置26以低功率接收能量，如塊92所示。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置 26可經(jīng)由電力電纜16從電力裝置14接收該能量。在該步驟92期間，充電 電流流過能量存儲(chǔ)裝置26的功率輸入部分50。充電電流可以低功率傳送， 諸如低于500瓦、低于400瓦、低于300瓦、低于200瓦、j氐于100瓦、低 于50瓦、低于10瓦或更少。隨著能量被電力電纜16傳送，可以存儲(chǔ)在能 量存儲(chǔ)裝置26中，如塊94所示。例如，電荷堆積在電容器44的板上。在 一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置26可通過感應(yīng)被充電(例如，在無繩實(shí)施例 中)。
接下來，在示例注射過程90中，能量存儲(chǔ)裝置26將能量以高功率傳送 至馬達(dá)30，如塊96所示。例如，控制器28可通過激勵(lì)固體開關(guān)裝置的門而 關(guān)閉通過導(dǎo)體48的電流路徑，電容器44可通過功率輸出部分46和導(dǎo)體48放電。在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置26可以大于700瓦、大于800瓦、 大于900瓦、大于1000瓦、大于1200瓦、大于1400瓦、大于1500瓦、大 于1700瓦、大于2000瓦、大于3000瓦、大于5000瓦或更多的級(jí)別傳送能 量。
如塊98所示，注射過程90包括醫(yī)用流體的注射。在圖l-3的動(dòng)力注射 器12中，來自能量存儲(chǔ)裝置26的電流給馬達(dá)30供電，馬達(dá)30驅(qū)動(dòng)壓頭32。 然后壓頭32推動(dòng)針筒的柱塞通過針筒34的筒體，并將醫(yī)用流體推出針筒并 推入患者36體內(nèi)。醫(yī)用流體包括任何適當(dāng)?shù)尼t(yī)用流體，諸如造影劑、藥物、 放射性藥物、鹽水或其組合。
圖5顯示了另一示例注射過程100，其通過圖1-3的注射系統(tǒng)IO執(zhí)行。 注射系統(tǒng)100以/人電力網(wǎng)22"^收功率開始，如塊102所示，然后，對(duì)來自 電力網(wǎng)22的功率整流，如塊104所示。作為例子，圖1實(shí)施例中的整流器 20對(duì)來自電力網(wǎng)22的功率整流。接下來，在本實(shí)施例中，功率調(diào)節(jié)器18 調(diào)節(jié)被整流功率以產(chǎn)生低水平功率，如塊106所示。電力電纜16將低水平 功率傳導(dǎo)一距離，諸如在房間40、 42之間，如塊108所示。
動(dòng)力注射器12可存儲(chǔ)和消耗經(jīng)由電力電纜16傳送的能量。在本實(shí)施例 中，低水平功率可通過能量存儲(chǔ)裝置26的輸入部分50傳導(dǎo)，如圖5的塊110 顯示，電容器44可通過攜帶低水平功率的電流充電，如圖5的塊112所示。 接下來，本實(shí)施例的控制器28可接收信號(hào)，以注射流體，如圖5的塊114 所示。例如，用戶按壓按鈕來起動(dòng)注射，按鈕將信號(hào)傳遞至控制器28。在此 時(shí)，在一些實(shí)施例中，控制器28可確認(rèn)能量存儲(chǔ)裝置26已經(jīng)存儲(chǔ)足夠的能 量以進(jìn)行注射。在能量存儲(chǔ)裝置26被部分充電、充電到臨界值之上或完全 充電，控制器28關(guān)閉通過導(dǎo)體48的路徑以通過能量存儲(chǔ)裝置26的輸出部 分46傳導(dǎo)高水平功率，如圖5的塊116所示。馬達(dá)30可接收高水平功率并 經(jīng)由壓頭32驅(qū)動(dòng)針筒34的柱塞，如圖5的塊118所示。因而，醫(yī)用流體從 針筒34排出(例如，注射到患者36體內(nèi))，如圖5的塊120所示。最后， 在一些實(shí)施例中，患者36被成像，如圖5的塊122所示，例如，通過參考 圖1中的成像裝置38討論的成像系統(tǒng)中的一個(gè)。
圖6示出了示例無繩注射器306,其具有能夠聯(lián):接至對(duì)接站(docking station) 300的能量存儲(chǔ)裝置302。如在此所用的，術(shù)語"無繩"是指能不外 連接至電源而操作的能力。注射器306可包括上述討論的動(dòng)力注射器12的一個(gè)或多個(gè)特征。注射器306的特征是屏蔽的針筒組件308、屏蔽裝置310、 針筒驅(qū)動(dòng)器312、對(duì)接站電接口 314和對(duì)接站機(jī)械接口 315。對(duì)接站電接口 314包括多個(gè)引線332、 333、 334、 335。這些引線和/或其它部件可用于使注 射器306充電和/或作為通訊鏈接部來實(shí)現(xiàn)注射器數(shù)據(jù)通訊至對(duì)接站300和/ 或通過對(duì)接站300數(shù)據(jù)通訊。在一些實(shí)施例中，注射器306能夠經(jīng)由無線通 訊(例如，射頻)數(shù)據(jù)通訊至對(duì)接站300和/或通過對(duì)接站300數(shù)據(jù)通訊(例 如，來傳送至成像系統(tǒng)和/或醫(yī)院信息系統(tǒng))。
在本實(shí)施例中，針筒組件308包括針筒316和屏蔽裝置318.。所示針筒 316包括針320、筒體322、柱塞324和具有外端328的推桿326。 一種或多 種流體330放置在針筒316的筒體322內(nèi)。例如，流體330可包括放射性要 付、造影劑、鹽水、藥物或其組合。針筒316可展現(xiàn)出任意的各種適當(dāng)?shù)脑O(shè) 計(jì)/構(gòu)造。例如，在一些實(shí)施例中，針筒316是單級(jí)針筒、在每一級(jí)中具有不 同流體的二級(jí)針筒、多筒體針筒或具有多于兩級(jí)和/或多于兩種流體的針筒。
注射器306的屏蔽裝置310、 318可包括電磁屏蔽裝置、輻射屏蔽裝置、 熱屏蔽裝置或其組合。在一些實(shí)施例中，屏蔽裝置310、 318特征是輻射屏 蔽材料，諸如鉛、貧化鈾、鎢、鎢浸漬塑料等。替換地或附帶地，屏蔽裝置 310、 318可包括電磁屏蔽材料，諸如層、網(wǎng)或其它形式的銅、鋼、導(dǎo)電塑料 或其它導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，屏蔽裝置310、 318可基本或完全不含 鐵。屏蔽裝置310可完全包封針筒316、針筒驅(qū)動(dòng)器312和/或能量存儲(chǔ)裝置 302;基本包封這些部件316、 321、 302的一個(gè)或多個(gè)；或部分地包封這些 部件316、 321、 302的一個(gè)或多個(gè)。類似地，屏蔽裝置318可完全、基本或 部分地包封針筒316.。注射器302的一些實(shí)施例可不包括屏蔽裝置310和/ 或318，在此所討論的任意其它特征都可以被省略。
注射器306的針筒驅(qū)動(dòng)器312可包括壓電驅(qū)動(dòng)器、線性馬達(dá)、形狀記憶 合金、齒條和齒輪系統(tǒng)、蝸輪和輪組件、行星齒輪組件、帶驅(qū)動(dòng)器、齒輪驅(qū) 動(dòng)器、手動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、液壓驅(qū)動(dòng)器和/或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。例如，在以下討論的圖8 的實(shí)施例中，針筒驅(qū)動(dòng)器302包括電馬達(dá)和螺旋驅(qū)動(dòng)器。在一些實(shí)施例中， 針筒驅(qū)動(dòng)器312可以完全、基本或部分地不含鐵。
用于注射器306的對(duì)接站300包括互補(bǔ)的電接口 336、互補(bǔ)的機(jī)械接口 338和電力電纜340.?；パa(bǔ)的電接口 336包括多個(gè)陰連接器342、 343、 344、對(duì)接站300可安裝在可移動(dòng)機(jī)架、可旋轉(zhuǎn)臂、機(jī)動(dòng)車(例如，救護(hù)車)、成 像裝置、患者臺(tái)、壁架或其它適當(dāng)架體上。
在操作中，無繩注射器306被互補(bǔ)地設(shè)計(jì)為與對(duì)接站300相配合。具體 地，注射器306的對(duì)接站機(jī)械接口 315被設(shè)計(jì)為與對(duì)接站300的互補(bǔ)機(jī)械接 口 338相配合，注射器306的對(duì)接站電接口 314被設(shè)計(jì)為與對(duì)接站300的互 補(bǔ)電接口 336相配合。能量以低功率流過電力電纜340，流過陰連接器342、 343、 344、 345和流入到陽連接器332、 333、 334、 335中。低功率能量流入 到能量存儲(chǔ)裝置302中。在一些實(shí)施例中，當(dāng)注射器被用于針筒填充程序中 時(shí)，能量存儲(chǔ)裝置302可被充電。例如，當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置302被'充電時(shí)，針 筒驅(qū)動(dòng)器312可施加力331,該力將柱塞324拉離筒體322內(nèi)的針320，由 it匕傾向于將流體拉入到筒體322中。在填充時(shí)，可以對(duì)填充速率和/或填充體 積實(shí)施原位或非原位向前進(jìn)給或向后進(jìn)給控制。
當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置302被充電或激勵(lì)時(shí)，無繩注射器306可從對(duì)接站300 移除并用于注射方文射性藥物330或其它適當(dāng)?shù)尼t(yī)用流體，而沒有電力電纜干 擾該過程。可以在無繩注射器306被填充和充電的同一位置處執(zhí)行注射，或 者無繩注射器306可以被充電和填充的狀態(tài)運(yùn)送以在另一位置處使用。在注 射期間，能量以高級(jí)別從能量存儲(chǔ)裝置302流到針筒驅(qū)動(dòng)器312，針筒驅(qū)動(dòng) 器向推桿326的外端328施加力331.。推桿326通過筒體332將柱塞324推 向針320,并由此導(dǎo)致流體330從針筒316排出。在流體330的排出(例如， 注射)期間，可以對(duì)填充速率和/或填充體積實(shí)施原位或非原位向前進(jìn)給或向 后進(jìn)給控制。
圖7示出了能夠容納多個(gè)針筒(在此為兩個(gè))的示例無繩注射器348.。 無繩注射器348包括第二針筒350和第二針筒驅(qū)動(dòng)器352.。第二針筒350可 被屏蔽并包括流體354,流體可以是在此提到的醫(yī)用流體中的一種或多種。 第二針筒350可在屏蔽裝置310內(nèi)，但在其它實(shí)施例中，第二針筒350可以 部分或完全在屏蔽裝置310之外。雖然圖7所示的針筒被示出為彼此分開且 不同，注射器348的其它實(shí)施例能夠容納多筒體針筒組件(例如，基本一體、 雙筒體針筒組件)。
在操作中，注射器348的針筒驅(qū)動(dòng)器352可向第二針筒350的柱塞施加 力354,并導(dǎo)致流體354被拽入到第二針筒350中或從第二針筒350推出。 在一些實(shí)施例中，針筒驅(qū)動(dòng)器312和第二針筒驅(qū)動(dòng)器352可部分或完全整合到單個(gè)針筒驅(qū)動(dòng)器中。替換地，針筒驅(qū)動(dòng)器312和第二針筒驅(qū)動(dòng)器352可以 是獨(dú)立的針筒驅(qū)動(dòng)器。在注射和/或填充期間，可以對(duì)被無繩注射器348注射 或填充的流體330和/或354的填充速率和/或填充體積實(shí)施獨(dú)立的原位或非 原位向前進(jìn)給或向后進(jìn)給控制。
圖8示出了在無繩注射器306內(nèi)的示例針筒驅(qū)動(dòng)器312.。所示針筒驅(qū)動(dòng) 器312包括電馬達(dá)356、傳動(dòng)裝置358和線性驅(qū)動(dòng)器360.。電馬達(dá)356可以 是DC電馬達(dá)或AC電馬達(dá)，諸如步進(jìn)馬達(dá)。所示傳動(dòng)裝置358包括第一帶 輪362、第二帶輪364和帶366.。該線性驅(qū)動(dòng)器360具有外螺紋軸、蝸輪或 螺桿368、襯套370、外軸372和針筒接口 374.。傳動(dòng)裝置358具有的第二 帶輪364的直徑對(duì)第一帶輪362的直徑的比大于0.5:1、大于1.0:1、大于1.5:1、 大于2:1、大于3:1、大于4:1、大于5:1、大于8:1、大于20:1或更大。針筒 接口 374包括寬的、外端插座376和軸槽378。在一些實(shí)施例中，馬達(dá)356、 傳動(dòng)裝置358和驅(qū)動(dòng)器360的一個(gè)或多個(gè)可基本上或完全不含鐵。在一些實(shí) 施例中，馬達(dá)356、傳動(dòng)裝置358和驅(qū)動(dòng)器360的一個(gè)或多個(gè)可部分地、基 本上或完全被屏蔽裝置310屏蔽。
在操作中，注射器306的電馬達(dá)356驅(qū)動(dòng)第一帶輪362.。隨著第一帶輪 362旋轉(zhuǎn)，帶366使第二帶輪364旋轉(zhuǎn)。第二帶輪364的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺桿368, 其在襯套370內(nèi)旋轉(zhuǎn)。襯套370帶有螺紋，以使得螺桿368的旋轉(zhuǎn)向襯套370 施加力。線性滑動(dòng)機(jī)構(gòu)防止襯套370的旋轉(zhuǎn)同時(shí)允許襯套370沿螺桿368向 上和向下平移。隨著螺桿368旋轉(zhuǎn)，外軸372被村套370沿螺桿368拉向下 或拉向上。外軸372可相對(duì)于螺桿368線性地平移，并經(jīng)由針筒接口 374移 動(dòng)針筒316的柱塞。
雖然本發(fā)明對(duì)各種修改和變化形式是敏感的，在通過在附圖中的例子顯 示了特定實(shí)施例并詳細(xì)地描述。但是，因理解，本發(fā)明并不意圖限制在此披 露的具體形式。相反，本發(fā)明應(yīng)覆蓋落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精 神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換。
1權(quán)利要求
1、一種用于注射醫(yī)用流體的動(dòng)力注射器，該動(dòng)力注射器包括能量存儲(chǔ)裝置，其具有功率輸入部分，具有輸入電流載流容量；和功率輸出部分，具有輸出電流載流容量，其中，輸出電流載流容量比輸入電流載流容量大；馬達(dá)，聯(lián)接至能量存儲(chǔ)裝置的功率輸出部分；和壓頭，聯(lián)接至馬達(dá)并具有針筒柱塞接口。
2、 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力注射器，其中，能量存儲(chǔ)裝置包括一個(gè)或 多個(gè)電容器。
3、 如權(quán)利要求2所述的動(dòng)力注射器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)電容器具 有大于約30法的串聯(lián)電容量。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的動(dòng)力注射器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)電容 器包括一組串聯(lián)連接的超級(jí)電容器，其中，該組超級(jí)電容器的一端聯(lián)接至所 述能量存儲(chǔ)裝置的輸入部分，并且其中，該組超級(jí)電容器的另一端聯(lián)接至所 述能量存儲(chǔ)裝置的輸出部分。
5、 如權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的動(dòng)力注射器，還包括 電力電纜，連接至所述能量存儲(chǔ)裝置的輸入部分；和電源，經(jīng)由該電力電纜連接至所述能量存儲(chǔ)裝置的輸入部分。
6、 如權(quán)利要求5所述的動(dòng)力注射器，其中，大部分長度的所述電力電 纜主要包括絕緣電線，該絕緣電線具有橫截面面積小于約2.6 x 10'3平方英寸 的導(dǎo)電部分。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的動(dòng)力注射器，其中，所述能量存儲(chǔ)裝置經(jīng) 由所述電力電纜和保護(hù)電路二者聯(lián)接至電源。
8、 如權(quán)利要求5-7中的任一項(xiàng)所述的動(dòng)力注射器，其中，所述電源是 小于約500瓦的電源。
9、 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力注射器，其中，所述能量存儲(chǔ) 裝置被構(gòu)造為當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置處于賦能狀態(tài)時(shí)輸出大于約1000瓦的功率。
10、 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力注射器，還包括針筒，在其中具有醫(yī)用流體，其中，針筒被聯(lián)接至壓頭的針筒柱塞接口。
11、 一種用于與其中具有醫(yī)用流體的針筒使用的電注射器，該注射器包括彼此串聯(lián)聯(lián)接的多個(gè)超級(jí)電容器； 與該多個(gè)超級(jí)電容器并聯(lián)聯(lián)接的馬達(dá)；和 聯(lián)接至馬達(dá)的針筒接口。
12、 如權(quán)利要求11所述的注射器，其中，所述多個(gè)超級(jí)電容器具有大 于約1000法的組合電容量。
13、 如權(quán)利要求11或12所述的注射器，其中，所述多個(gè)超級(jí)電容器具 有多于4個(gè)的超級(jí)電容器。
14、 如權(quán)利要求11-13中的任一項(xiàng)所述的注射器，還包括導(dǎo)體，具有大于約IO安的電流載流容量，其中，馬達(dá)通過該導(dǎo)體連接 至所述多個(gè)超級(jí)電容器。
15、 如權(quán)利要求11-14中的任一項(xiàng)所述的注射器，還包括控制器，其具有開關(guān)，該開關(guān)被構(gòu)造為在閉合狀態(tài)時(shí)傳輸大于約800瓦 的功率，其中，該開關(guān)串聯(lián)布置在所述多個(gè)超級(jí)電容器和馬達(dá)之間。
16、 一種醫(yī)用流體注射器的操作方法，該方法包括 以輸入瓦數(shù)從供電裝置接收能量；存儲(chǔ)該能量；和以輸出瓦數(shù)將至少一部分所述能量輸出至馬達(dá)，其中，該輸出瓦數(shù)至少 是輸入瓦數(shù)的2倍。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述供電裝置是遠(yuǎn)程供電裝置。
18、 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述存儲(chǔ)包括對(duì)一排電容 器充電，該一排電容器具有大于約1法的電容量。
19、 如權(quán)利要求16-18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述輸出瓦數(shù)大 于約500瓦。
20、 如權(quán)利要求16-19中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述輸出包括移 動(dòng)注射器的壓頭。
全文摘要
一種動(dòng)力注射器，其在不使用時(shí)以低速存儲(chǔ)能量，然后在注射期間以高速傳送能量。能量可存儲(chǔ)在高響應(yīng)的能量存儲(chǔ)裝置中，諸如電容器，用于將電力快速地傳送給注射器馬達(dá)。在一些實(shí)施例中，將動(dòng)力注射器連接至供電裝置的電線可以是相對(duì)小且便宜的，因?yàn)殡娋€上的電流和電壓負(fù)載很低。
文檔編號(hào)A61M5/145GK101522238SQ200780037932
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者查爾斯·S·尼爾 申請(qǐng)人:馬林克羅特公司