用于消化内科的活体取样分析一体化设备的制作方法

本发明涉及活体取样分析一体化设备技术领域，具体为一种用于消化内科的活体取样分析一体化设备。

背景技术：

随着经济的发展以及科技的进步，人们对医学的要求也越来越高，同时在医学器件的实用性要求也越来越高，在消化内科方面，研究人体组织和体液中的微量元素，首先要考虑所选样品能否反应出与正常值的偏差，其次是元素分析技术的精密度和准确度是否合乎要求。

活体样品的分析有很大的生物学意义，但是活体取样必须有充分的临床依据。所以研究者把注意力集中到那些从人体容易获得的样品，即全血及其组成成分、尿、乳汁、粪便、头发、指甲，有时还选用唾液、胎盘、羊水作为样品。应注意，选择一个有意义的指标或若干指标以及随后对数据的评价、解释、需要生理学专门知识。

但是，目前用在消化内科活体取样方面的机械设备，还存在一定的缺陷：

(1)稀释分装一体化问题没有有效的解决；

(2)结构体积大，成本高，只适合大型医院使用，普及面较小；

(3)采用先取样再分装的方法，病人所需有几种不同剂量，就需要取几次样，这使操作过程复杂，效率低；

(4)大多设备不能进行实时检测并显示，患者对药物的服用剂量难以确认。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种用于消化内科的活体取样分析一体化设备，通过局域网络实现工业控制计算机和硬件的通信，对硬件操作进行监控，实时数据采集及信号检测，及时发现和解决系统错误，并将扎针设备与大剂量分装仪结合实用，实现了稀释以及消化内脏的积液抽取功能，使结构简单合理，安装调试方便，流程更加清晰，利用驱动控制装置实现整个装置的控制操作，并且通过通讯接口连接外界设备，实现数据的实时共享，提高了数据处理效率，降低了医护人员的工作量，同时连接主电脑，实现人机交互界面，实时监测化验以及分析结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于消化内科的活体取样分析一体化设备，包括操作平台、驱动控制装置、扎针装置、大剂量分装仪和机座，所述操作平台固定安装在机座上，所述操作平台的左侧面上固定安装有活度计量显示屏，所述活度计量显示屏的控制端通过控制线与活度计相连接，所述活度计固定安装在机座上，所述操作平台的前端还固定安装有驱动控制装置，所述驱动控制装置的内部设置有主控制箱，所述驱动控制装置的底部固定安装在机座上，所述驱动控制装置的右端还固定安装有防护装置，所述防护装置的底部与机座相连接，所述防护装置上固定安装有扎针装置，所述扎针装置的上端固定安装有大剂量分装仪；

所述扎针装置包括扎针系统和机械抽取装置，所述扎针系统镶嵌在机械抽取装置的内部，所述机械抽取装置包括上固定板、下固定板和中间固定板，所述上固定板和下固定板之间通过导柱相连接，所述中间固定板固定安装在导柱的中央处，所述导柱的两端还固定安装有上滑动板和下滑动板，所述中间固定板的上表面还固定安装有稀释控制装置，所述稀释控制装置的下端通过导管与下滑动板相连接，所述上滑动板的左上端固定安装有平行气缸，所述平行气缸的上端固定安装有夹具，所述下滑动板的左上端固定安装有滑动夹套。

所述扎针系统包括同步带轮和瓶体压紧头，所述同步带轮的外表面滑动连接有同步传输带，所述同步带轮的下端轴向连接有扎针丝杠，所述扎针丝杠的两侧面固定安装有连接座，所述连接座的右端固定安装有扎针电机，所述扎针电机的轴向端与同步带轮相连接，所述扎针丝杠的两端固定安装有上滑块和下滑块，所述上滑块和下滑块之间设置有弹簧，所述扎针丝杠的外表面还设置有储藏瓶体，所述储藏瓶体的下端设置有活塞，所述活塞的内壁上设置有灌装针和排气针，所述灌装针设置在排气针的左端，所述下滑块的下表面还固定安装凹槽型瓶体压紧头，所述瓶体压紧头的下端与瓶体相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述稀释控制装置包括橡胶外壳和滑动活塞，所述滑动活塞镶嵌在橡胶外壳的内壁上，所述滑动活塞的上表面固定安装有组合弹簧，所述组合弹簧的上端设置有挂钩，所述橡胶外壳的底部镶嵌有导管输入端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述大剂量分析仪包括注射器延长管与立体支架，所述立体支架的下端固定安装在扎针装置的上表面上，所述注射器延长管的压力控制端与气缸相连接，所述注射器延长管的下端与机械抽取装置相连接，所述气缸的下端还固定安装有针头，所述立体支架的右侧面上还通过联轴器安装有旋转盘，所述旋转盘的上表面设置有多个存储槽。

作为本发明一种优选的技术方案，所述防护装置包括防护罩和稀释罐，所述稀释罐设置在防护罩的内部，所述稀释罐的右端还设置有瓶体卡槽，所述防护罩的外表面还设置有橡胶层。

作为本发明一种优选的技术方案，所述扎针装置的正面上还固定安装有探测器，所述探测器的供电端与驱动控制装置内部的供电设置相连接，所述探测器的下端设置有红外探头，所述探测器包括铝质外壳和前置放大器，所述铝质外壳的内壁上固定安装有海绵层，所述海绵层的内壁上设置有反射层，所述反射层的右侧面上还固定安装有光学玻璃，所述光学玻璃的右端还固定安装有光电倍增管，所述光电倍增管的右侧面上固定安装有前置放大器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述驱动控制装置包括主控制箱和PLC控制器，所述主控制箱和PLC控制器之间通过控制线相连接，所述PLC控制器的控制端与活度计量显示屏相连接，所述PLC控制器的控制端还通过步进电机与机械抽取装置相连接，所述机械抽取装置的控制端通过控制线与扎针电机相连接，所述扎针电机的驱动端与旋转盘相连接，所述扎针电机的驱动端还通过气动电机与PLC控制器相连接，所述PLC控制器的控制端还连接有活度计，所述PLC控制器的通信端口还连接有RS232接口和USB接口芯片。

作为本发明一种优选的技术方案，所述主控制箱包括FPGA控制器和以太网控制器，所述FPGA控制器的信号端通过RJ45接口与以太网控制器相连接，所述FPGA控制器的信号端还连接有步进电机控制卡，所述步进电机控制卡的输出端通过接线端子与步进电机驱动器和位置检测传感器相连接，所述步进电机驱动器的信号端与步进电机相连接，所述步进电机驱动器的电源端与供电设备相连接，所述供电设备的输出端还与FPGA控制器相连接，所述FPGA控制器的双向端口还连接有数字I/O控制卡，所述数字I/O控制卡的控制端通过双绞线与接线端子相连接，所述接线端子的双向端口通过光电隔离器与控制继电器相连接，所述光电隔离器的控制端与限位开关相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述FPGA控制器的信号输入端与数据采集卡相连接，所述数据采集卡的信号端通过同轴电缆线与摄像头传感器接口相连接，所述摄像头传感器接口的信号端与视频摄像头相连接，所述视频摄像头固定安装在扎针装置的上表面上。

作为本发明一种优选的技术方案，所述以太网控制器的信号端通过无线网络与PC机相连接，所述PC机的内部设置有Labview控制模块，所述Labview控制模块的信号端与人机交互界面相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述连接座的两端还通过联轴器与扎针滑轨相连接，右端的所述扎针滑轨的外表面上还固定安装有上极限开关和下极限开关，所述扎针滑轨的内侧面上镶嵌有支柱，所述支柱的左端与弹簧的上端固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种用于消化内科的活体取样分析一体化设备，通过局域网络实现工业控制计算机和硬件的通信，对硬件操作进行监控，实时数据采集及信号检测，及时发现和解决系统错误，并将扎针设备与大剂量分装仪结合实用，实现了稀释以及消化内脏的积液抽取功能，使结构简单合理，安装调试方便，流程更加清晰，利用驱动控制装置实现整个装置的控制操作，并且通过通讯接口连接外界设备，实现数据的实时共享，提高了数据处理效率，降低了医护人员的工作量，同时连接主电脑，实现人机交互界面，实时监测化验以及分析结果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明机械抽取装置结构示意图；

图3为本发明扎针系统的结构示意图；

图4为本发明大剂量分装仪的结构示意图；

图5为本发明防护装置的结构示意图；

图6为本发明探测器剖面结构示意图；

图7为本发明驱动控制装置结构框图；

图8为本发明主控制箱结构框图。

图中标号为：

1-操作平台；2-驱动控制装置；3-扎针装置；4-大剂量分装仪；5-防护装置；6-探测器。

100-机座；101-活度计量显示屏；102-活度计；

200-主控制箱；201-PLC控制器；202-RS232接口；203-气动电机；204-步进电机；205-USB接口芯片；206-FPGA控制器；207-步进电机控制卡；208-供电设置；209-步进电机驱动器；210-RJ45接口；211-接线端子；212-限位开关；213-光电隔离器；214-控制继电器；215-同轴电缆线；216-数字I/O控制卡；217-数据采集卡；218-摄像头传感器接口；219-Labview控制模块；220-以太网控制器；221-PC机；222-人机交互界面；223-位置检测传感器；

300-扎针系统；301-机械抽取装置；302-上固定板；303-下固定板；304-下滑动板；305-中间固定板；306-上滑动板；307-平行气缸；308-夹具；309-滑动夹套；310-导管；311-橡胶外壳；312-组合弹簧；313-挂钩；314-同步带轮；315-同步传输带；316-扎针丝杠；317-连接座；318-扎针滑轨；319-弹簧；320-支柱；321-上滑块；322-下滑块；323-活塞；324-灌装针；325-排气针；326-瓶体压紧头；327-瓶体；328-下极限开关；329-上极限开关；330-扎针电机；331-导柱；332-稀释控制装置；333-储藏瓶体；334-滑动活塞；

400-立体支架；401-气缸；402-注射器延长管；403-联轴器；404-针头；405-旋转盘；406-存储槽；

500-防护罩；501-橡胶层；502-稀释罐；503-瓶体卡槽；

600-红外探头；601-前置放大器；602-铝质外壳；603-海绵层；604-反射层；605-光学玻璃；606-光电倍增管。

具体实施方式

如图1所示，一种用于消化内科的活体取样分析一体化设备，包括操作平台1、驱动控制装置2、扎针装置3和大剂量分装仪4，所述操作平台1固定安装在机座100的上表面，所述操作平台1的左侧面上固定安装有活度计量显示屏101，所述活度计量显示屏101的控制端通过控制线与活度计102相连接，所述活度计102固定安装在机座100的上表面上，所述操作平台1的前端还固定安装有驱动控制装置2，所述驱动控制装置2的内部设置有主控制箱200，所述驱动控制装置2的底部固定安装在机座100的上表面，所述驱动控制装置2的右端还固定安装有防护装置5，所述防护装置5的底部与机座100相连接，所述防护装置5的上表面固定安装有扎针装置3，所述扎针装置3的上端固定安装有大剂量分装仪4，整个机械扎针系统灵活可靠、准确、稳定；稀释分装过程自动化；稀释分装过程，能对放射性活度进行实时检测；母液和稀释液的整体屏蔽保护，降低辐射；整体结构布局紧凑，实现稀释分装以及分析检测的一体化。

如图1和图2所示，所述扎针装置3包括扎针系统300和机械抽取装置301，所述扎针系统300镶嵌在机械抽取装置301的内部，所述机械抽取装置301包括上固定板302、下固定板303和中间固定板305，所述上固定板302和下固定板303之间通过导柱331相连接，所述中间固定板305固定安装在导柱331的中央处，所述导柱331的两端还固定安装有上滑动板306和下滑动板304，所述中间固定板305的上表面还固定安装有稀释控制装置332，所述稀释控制装置332的下端通过导管310与下滑动板304相连接，所述上滑动板306的左上端固定安装有平行气缸307，所述平行气缸307的上端固定安装有夹具308，所述下滑动板304的左上端固定安装有滑动夹套309，所述机械抽取装置通过驱动上滑动板306和下滑动板304分别运动，增加了一块中间固定板305，在上滑动板306上增加了稀释控制装置332，实现了稀释功能，使结构简单合理，安装调试方便，流程更加清晰。

所述稀释控制装置332包括橡胶外壳311和滑动活塞334，所述滑动活塞334镶嵌在橡胶外壳311的内壁上，所述滑动活塞334的上表面固定安装有组合弹簧312，所述组合弹簧312的上端设置有挂钩313，所述橡胶外壳311的底部镶嵌有导管310输入端，通过挂钩313连接上端的上滑动板306，通过移动上滑动板306的位置将向上的力作用在组合弹簧312上，通过组合弹簧312提供拉力带动滑动活塞334上移，从而使瓶内气压降低，实现吸液的操作，通过上滑动板306下压组合弹簧312，从而使滑动活塞334下移，清除橡胶外壳311内部的气体，防止了下一次操作时气体的影响。

如图3所示，所述扎针系统300包括同步带轮314和瓶体压紧头326，所述同步带轮314的外表面滑动连接有同步传输带315，所述同步带轮315的下端轴向连接有扎针丝杠316，所述扎针丝杠316的两侧面固定安装有连接座317，所述连接座317的右端固定安装有扎针电机330，所述扎针电机330的轴向端与同步带轮314相连接，所述扎针丝杠316的两端固定安装有上滑块321和下滑块322，所述上滑块321和下滑块322之间设置有弹簧319，所述扎针丝杠316的外表面还设置有储藏瓶体333，所述储藏瓶体333的下端设置有活塞323，所述活塞323的内壁上设置有灌装针324和排气针325，所述灌装针324设置在排气针325的左端，所述下滑块322的下表面还固定安装凹槽型瓶体压紧头326，所述瓶体压紧头326的下端与瓶体327相连接，所述连接座317的两端还通过联轴器与扎针滑轨318相连接，所述扎针滑轨318保证针头的上下直线移动，使针头在扎入和拔出瓶体压紧头326时，上滑块321不产生轨迹偏斜，保证了上滑块321及针头直线运动的准确性和可靠性，右端的所述扎针滑轨318的外表面上还固定安装有上极限开关329和下极限开关328，所述扎针滑轨318的内侧面上镶嵌有支柱320，所述支柱320的左端与弹簧319的上端固定连接，使用上极限开关329和下极限开关328确认针头扎入的深度，并且通过支柱320压缩弹簧319进行调节。

在扎针和拔针时，上滑块321和下滑块322之间用两根弹簧319连接，并将下滑块322与瓶体压紧头326固结，利用瓶体压紧头326压住瓶盖，靠上下滑块322间压缩的弹簧力压紧瓶盖，然后再进行扎针和拔针。这样就能确保扎针、拔针动作的顺利进行，从而解决了拔针时针头不稳定的问题。在弹簧319上端设置支柱320，确保上滑块321和下滑块322在铅锤方向上始终是直线运动，从而保证了针头扎针位置的准确性。

如图4所示，所述大剂量分析仪4包括注射器延长管402与立体支架400，所述立体支架400的下端固定安装在扎针装置3的上表面上，所述注射器延长管402的压力控制端与气缸401相连接，所述注射器延长管402的下端与机械抽取装置301相连接，所述气缸401的下端还固定安装有针头404，所述立体支架400的右侧面上还通过联轴器403安装有旋转盘405，所述旋转盘405的上表面设置有多个存储槽406，所述注射器延长管402的驱动部分由驱动控制装置2及气动元件构成，使针头404能自由上下运动，旋转盘405由气动元件、机械驱动装置、小瓶定位装置等构成，在旋转盘405上设置有多个存储槽406，从而实现积液的自动大剂量分装，整个过程自动完成，不用人工干预，可以最多分装14瓶积液，方便了检验中心的积液分装，分装在热室中完成，具有极好的辐射防护作用，最大程度地保障了积液的纯度。

如图5所示，所述防护装置5包括防护罩500和稀释罐502，所述稀释罐502设置在防护罩500的内部，所述稀释罐502的右端还设置有瓶体卡槽503，所述防护罩500的外表面还设置有橡胶层501。

如图1和图6所示，所述扎针装置3的正面上还固定安装有探测器6，所述探测器6的供电端与驱动控制装置2内部的供电设置208相连接，所述探测器6的下端设置有红外探头600，所述探测器6包括铝质外壳602和前置放大器601，所述铝质外壳602的内壁上固定安装有海绵层603，所述海绵层603的内壁上设置有反射层604，所述反射层604的右侧面上还固定安装有光学玻璃605，所述光学玻璃605的右端还固定安装有光电倍增管606，所述光电倍增管606的右侧面上固定安装有前置放大器601，所述探测器6当检测到射线照射时，主要通过光电效应、康普顿效应，使得闪烁体产生荧光，其荧光强度与入射光子的能量在一定能量范围内成正比。荧光射入光电倍增管606的光阴极，光阴极产生成倍的电子，电子在各级递增的正电压下，在倍增电极间不断加速与增值，最后在阳极产生大量的电子，形成微弱的脉冲信号，并被阳极记录下来。光电倍增管606输出的微弱脉冲信号，再通过前置放大器601进行放大，得到幅度适中的核脉冲信号。其信号的幅度和数目是随着辐射射线的能量和强度的变化而变化。

如图7所示，所述驱动控制装置2包括主控制箱200和PLC控制器201，所述主控制箱200和PLC控制器201之间通过控制线相连接，所述PLC控制器201的控制端与活度计量显示屏101相连接，所述PLC控制器201的控制端还通过步进电机204与机械抽取装置301相连接，所述机械抽取装置301的控制端通过控制线与扎针电机330相连接，所述扎针电机330的驱动端与旋转盘405相连接，所述扎针电机330的驱动端还通过气动电机203与PLC控制器201相连接，所述PLC控制器201的控制端还连接有活度计102，所述PLC控制器201的通信端口还连接有RS232接口202和USB接口芯片205。

如图7所示，所述主控制箱200包括FPGA控制器206和以太网控制器220，所述FPGA控制器206的信号端通过RJ45接口210与以太网控制器220相连接，所述FPGA控制器206的信号端还连接有步进电机控制卡207，所述步进电机控制卡207采用型号为DMC300的控制芯片，所述步进电机控制卡207的输出端通过接线端子211与步进电机驱动器209和位置检测传感器223相连接，所述步进电机驱动器209的信号端与步进电机204相连接，所述步进电机控制卡207对步进电机204进行驱动控制，协调工作，对各个位置进行准确定位，所述步进电机驱动器209的电源端与供电设备208相连接，所述供电设备208的输出端还与FPGA控制器206相连接，所述FPGA控制器206的双向端口还连接有数字I/O控制卡216，所述数字I/O控制卡216采用型号为PCL720的芯片，所述数字I/O控制卡216的控制端通过双绞线与接线端子211相连接，所述接线端子211的双向端口通过光电隔离器213与控制继电器214相连接，所述光电隔离器213的控制端与限位开关212相连接，所述数字I/O控制卡216是对开关量信号进行读写，对分装执行机构进行监控。

如图8所示，所述FPGA控制器206的信号输入端与数据采集卡217相连接，所述数据采集卡217的信号端通过同轴电缆线215与摄像头传感器接口218相连接，所述摄像头传感器接口218的信号端与视频摄像头103相连接，所述数据采集卡217通过摄像头传感器接口21连接传感器组，对视频信号进行控制；所述视频摄像头103固定安装在扎针装置3上，所述以太网控制器220的信号端通过无线网络与PC机221相连接，所述PC机221的内部设置有Labview控制模块219，所述Labview控制模块219的信号端与人机交互界面222相连接，所述PC机221作为用户的操作品台，通过计算机内部的人机交互界面的提示将信息输入用户计算机，便可自动实现积液的分装、稀释和送药等各个环节。用户计算机与分装执行机构之间用双绞线进行通信，用户通过用户计算机对病人资料录入、打印、管理，对积液的处理情况进行跟踪记录和打印。

整个系统的工作原理及控制流程：

第一：连接产物瓶、安装稀释分装管路，系统上电，选择并确定药液名称；

第二：在人机交互界面上输入药液的初始体积与活度后，再输入需要的药液的活度与需要时间；

第三：放置针管，然后利用PLC控制器控制气动装置夹持各个分支管路的开合，通过扎针装置实现对内脏内部积液的提取；

第四：取下以后存储本次分装结果，参数包括分装序号，注射器型号，抽取活度、抽取体积、抽取时间等；然后系统重新复位并等待下一次分装过程，如果输入值有错，系统会给予提示，如果抽取到最后系统数值小于需求值系统根据提示选择不抽或者全部抽出；

第五：完成第一次积液抽取后，延时一段时间，PLC控制器控制气动装置使各个分支管路上的夹具处于初始状态，系统进入等待状态，等待新的稀释分装过程。

本发明创新点在于：通过局域网络实现工业控制计算机和硬件的通信，对硬件操作进行监控，实时数据采集及信号检测，及时发现和解决系统错误，并将扎针设备与大剂量分装仪结合使用，实现了稀释以及消化内脏的积液抽取功能，使结构简单合理，安装调试方便，流程更加清晰，利用驱动控制装置实现整个装置的控制操作，并且通过通讯接口连接外界设备，实现数据的实时共享，提高了数据处理效率，降低了医护人员的工作量，同时连接主电脑，实现人机交互界面，实时监测化验以及分析结果。