用于磁共振成像液压高压注射器的研究

用于磁共振成像液压高压注射器的研究

张宏1张嵘2高李军3赖刚3易明军（通讯作者）

1北京大学深圳医院；2中山大学肿瘤防治中心；3深圳市圣诺医疗设备股份有限公司

磁共振高压注射器系专为配合磁共振成像仪设计，能够在强磁场环境下工作。应用磁共振高压注射器能够准确地预设增强部位、注射速度、造影剂总量及延迟时间［1］。在磁共振检查中，造影增强MRI（CE—MRI）可提供更多形态学和生理生化方面的信息。CE—MRI已经成为磁共振成像常用的扫描方法［2-3］。

推注电动机是MRI高压注射器关键部件之一。传统的电动机是用强铁磁性材料组成，必须经过复杂的磁屏蔽和电磁屏蔽才能在MRI扫描时工作，否则其射频干扰所产生的伪影会使图像失去诊断价值。市场上现有的MRI高压注射器采用的是超声电机作为动力模块，超声电动机不产生也不受电磁干扰，但超声电动机的驱动电路有可能产生电磁干扰或受电磁干扰不能正常工作甚至损坏［4］，在MRI的成像中有一定的局限性，对于一些高场强（大于3T）的MRI设备成像有影响。本文介绍了一种采用电机带动齿轮泵做为供流的动力单元，执行动力单元在MRI设备的外区域，所以对于MRI设备成像无影响。

1、系统设计

该液压高压注射器包括液压主控制箱、高压注射器、远端控制台。图1是本研究设计的液压高压注射器结构示意图：

图2液压工作原理图一

4电源5伺服推油机构6电动机与油泵7油箱8直动式溢流阀

9压力表与开关10进油管与输油管11电磁换向阀12电机驱动器

图4液压工作原理图三

20滚珠丝杠副21伺服推油机构活塞22伺服推油机构油缸

23出油口24进油口25电机

2、系统描述

本研究所设计的液压高压注射器，包括液压主控制机箱、高压注射器、远端控制台，液压主控制机箱放置在MRI室外，高压注射器放置在MRI室内，远程控制台放置在操作室内，液压主控制机箱与高压注射器之间通过液压油管与线缆之间连接，液压主控制机箱与远端控制台通过光纤传输信号，如图1所示。

如图2与图3所示，当整个液压系统需要前进时，启动液压原理图的伺服推油机构，则液压油正向流入注射油缸，使液压缸能正常前进，如里需要调节速度则调节伺服推油机构的电机的转速，可以实现调速，直动式溢流阀与电磁球阀则是双重保护功能。当系统需要后退时，启动电动机与齿轮泵，打开电磁换向阀，液压油流入注射油缸，给注射油缸反向移动建立动力，此时反向启动伺服推油机构，则液压油速个流通都已经建立，通过调节电机，可以用来调速。

如图4所示，伺服推油机构，当需要液压油进入伺服推油机构油缸，电机反转，伺服推油机构活塞向上运动吸油，在反转的过程中通过滚珠丝杠副与电机驱动器之间的配合就可以准确的控制液压油的流量以及快速反应；反之当需要液压油进入注射油缸过程中，伺服推油机构活塞向下运动输油，在滚珠丝杠副与电机驱动器之间的配合下也可以准确的控制液压油的流量以及快速反应。

3、实验

3.1实验目的：

为了提高高压注射器的稳定性，我们对高压注射器的速率，剂量，压力进行了以下实验验证，下面为实验相关过程与结论。

3.2实验条件

室温21℃（液体粘稠度会受到温度影响）；

配置：1.5m延长管，20G留置针，三通1.5m延长管，65ml针筒

20G留置针，秒表，量筒，造影剂（350mgI/ml）

3.3实验过程

3.3.1速率测试

1.分别测定四种速率的精度：在针筒内装入65ml造影剂，将机头旋转至向上位置，排尽针筒及管路内的空气，将针头放置在100ml的量筒内，注射液量和注射速率分别设置为：

a）10ml，0.2ml/s；b）20ml，1.0ml/s；

c）40ml，4.0ml/s；d）60ml，8.0ml/s；

2.开始注射，注射完成后，测得量筒内的液量为实际注射液量，实际注射液量除以主界面显示注射时间则为实际注射速率，注射速率的平均误差应符合下表的误差范围；

误差范围标准：

0.2ml/s（20ml）0.09～0.31ml/s

1ml/s（40ml）0.85～1.15ml/s

4ml/s（80ml）3.70～4.30ml/s

8ml/s（100ml）7.50～8.50ml/s

3.3.2剂量测试

1.吸液排气，使得针筒和管路中全部充盈造影剂；排气后若针筒液量不足65ml则有必要再次吸液，以确保针筒内有65ml造影剂，并且整个液路中无气泡；A筒、B筒均完成吸液准备工作；

2.注射液量设定为最大（65ml），A筒分别以2ml/s的速率注射3次；B筒同样以2ml/s的速率注射3次；

3.读出每次量筒显示的液量，误差为65±2ml；并且记录数据，并判定本项是否合格。

3.3.3压力测试

1.在高压注射器前端装好针筒及软管，吸入65ml造影剂并排气后将软管接到压力表，设置注射速率为3ml/s，注射液量为45ml；

2.设置压力限值在0.7MPa（100psi），运行注射，观察压力表读数，当压力刚超过设定值时，设备应能自动停止推进，报警灯亮，并发出报警声音；此时压力表上的读数应符合下表的误差范围。测试完成后返回注射准备界面将压力退到0-0.1Mpa；

3.按同样的方法分别设置设备的压力限值在1.0MPa（150psi）、1.4MPa（200psi）、1.7MPa（250psi）、2.07MPa（300psi），运行注射，压力表的各次读数均应符合上表的误差范围；A筒与B筒对五档压力值各测试一次；

4.并且记录数据，并判定本项是否合格。

误差范围允许标准：

0.7MPa（100psi，3ml/s）0.6～0.8MPa

1.0MPa（150psi，3ml/s）0.9～1.1MPa

1.4MPa（200psi，3ml/s）1.26～1.54MPa

1.7MPa（250psi，3ml/s）1.53～1.87MPa

2.07MPa（300psi，3ml/s）1.87～2.28MPa

3.4实验结果

3.4.1速率测试结果

按照上述方法经过测试得到以下实验数据：

a）0.21ml/s；b）1.05ml/s；c）3.95ml/s；d）7.95ml/s；

均在误差范围内。

3.4.2剂量测试结果

按照上述方法经过测试得到以下实验数据：

A筒3次实验结果：65.3ml，64.8ml，65.2ml

B筒3次实验结果：64.5ml，64.6ml，65.5ml

均在误差范围内。

3.4.3压力测试结果

按照上述方法经过测试得到以下实验数据：

均在误差范围内。

所以，液压高压注射器伺服推油机构不仅可以保证均匀的输出液体流量，保证液压高压注射器能均速工作而且，能实现液压泵不能实现的低流量。

4总结

本文从液压高压注射器的结构设计、伺服推油机构和材料选择等方面进行研究．最终研制出用于MRI高压注射器用的液压高压注射器。实验结果表明，该高压注射器满足临床高场强环境对MRI高压注射器的技术要求，将有助于推动MRI应用等快速发展。

参考文献：

［1］梁丽，马林，叶慧义，等．磁共振高压注射器在肝脏动态增强扫描中的应用［J］．中国医学影像学杂志，2008，8（3）：216．

［2］刘翠莲。三维动态增强磁共振门静脉造影中高压注射器的使用及护理配合。医学影像杂志，2010，11（4）：271

［3］林伟，朱完平。，章士正，等.磁共振高压注射器在磁共振血管成像中的应用，实用放射学杂志，2004，20（1）：93-94

［4］刘坤涛，周丽华，李华峰，陈超，钟鼎苏，等。用于磁共振成像高压注射器的超声电动机的研究，医疗卫生装备，2011，32（3）：15-19