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专利名称：一种注射剂临用前有害微粒检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有关医用注射剂的检测装置，特别是ー种注射剂临用前有害微粒检测装置。
背景技术：
本技术方案中所指的有害微粒是指存在于注射剂，在规定条件下目视可以观测到的不溶性微粒，其粒径或长度通常> 50Mm。大量研究证明，有害微粒会产生潜在的严重�：Γ�如炎症反应、肉芽肿、肿瘤、热源样反应等。输液中微粒较大或过多将造成局部血管堵塞引起血栓，以致供血不足或因缺氧而产生水肿或静脉炎。《中国药典》2010版规定对注射剂中所含不溶性微粒，50um以上的为必须检出。若有ー种方便快捷的装置能够在临床使用之前由护理工作者检测50pm以上的有害微粒，甄别出不符合标准的注射剂，对患者用药安全起到最后ー个屏障作用，是非常具有临床价值的。 对于注射剂中的有害微粒，常见的检测装置及涉及检测方法有灯检法和光散射法。灯检法比较简便、实用、检测成本低，适用于大多数品种，但检查结果受人为主观影响较大。其中包括检验者的技术水平，检测手法，身体状态，疲劳程度，视カ，心理状态等，漏检率受主观影响较高，不能保证不合格品全部检出。光散射法较为客观，但目前存在成本高、使用品种少、參数设置不当影响检测结果等缺点。超声波具有频带范围宽，穿透性好，能在有色和不透明的物质中传播，測量速度快且成本相对低廉等优点，并且超声在含颗粒液体中的传播机制和颗粒的粒径密切相关，可以被用作颗粒粒径信息载体实现有害颗粒检測。在常规的2 20MHz超声频率范围内，在注射液中传播的超声波的波长要比50 的颗粒粒径大，也即尺寸因子ka—般小于0.5，此时超声的背向散射声压要显著大于前向散射声压，优选采用超声背向散射法检测颗粒粒径。现有的超声背向散射法颗粒检测方法，都是建立在超声波通过固液二重媒介平面的模型上，且假定被测颗粒浓度低至在探測区内只有单个颗粒通过。因此在这类检测方法中，超声发射探头必须固定在被测对象的外壁上，因而无法检测落在声压近场区的颗粒粒径；也有学者提出将待测液通过特制的装有超声探头的细管来检测颗粒粒径并保证一次通过单个颗粒，但这类方法效率较低且需对被测对象及容器进行改造，无法对类似于瓶装注射剂之类的检测对象实施非侵入和非破坏性的检测。另外，考虑到尺寸因子ka和背向散射声压的关系曲线是非单调的，在超声发射频率不变的情况下，其检测结果的单值性也难以保证，不能得出准确的检测结果。有鉴于此，本发明人结合从事超声波检测微粒领域研究工作多年的经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。

发明内容
本发明的目的在于提供ー种注射剂临用前有害微粒检测装置，基于三重媒介超声背向散射和离心沉降技术，能实现非接触、非侵入、非破坏性、具有测量误差修正功能的有害微粒检测，且结构简单，成本低廉。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下
ー种注射剂临用前有害微粒检测装置，包括待测输液瓶、比对输液瓶、点式超声接收换能器、比对超声换能器、检测超声换能器、高精度伸缩机构、检测装置外壳、进水电磁阀、排水电磁阀、输液瓶托架及夹紧机构、离心电机、微处理器、触摸屏、多通道超声信号发生和接收�？�、高速A/D转换�？�、电磁阀控制�？�、伸缩机构驱动控制�？楹屠胄牡缁�驱动控制�？�。其中，待测输液瓶和比对输液瓶是同类型输液瓶，其瓶底和瓶ロ在垂直方向上的高度相等，比对输液瓶的轴心线和比对超声换能器的垂直距离与待测输液瓶的轴心线和检测超声换能器的垂直距离相等，待测输液瓶和比对输液瓶轴心线在底部平面的投影点，以及超声换能器和检测超声换能器在底部平面的投影点是该平面上某矩形的4个顶点；高精度伸缩机构和比对超声换能器、检测超声换能器彼此通过T型直杆固定连接 ，通过水平方向的伸縮可调节各超声换能器的水平位置，高精度伸缩机构固定在检测装置外壳上且和伸缩机构驱动控制模块电相连；比对超声换能器和检测超声换能器采用同型超声换能器，比对超声换能器和检测超声换能器均与多通道超声信号发生和接收�？榈缦嗔�；待测输液瓶和比对输液瓶分别由输液瓶托架及夹紧机构固定，离心电机的输出轴和输液瓶托架及夹紧机构固定连接并可带动其旋转，离心电机固定在检测装置外壳的底部并和离心电机驱动控制�？榈缦嗔�，输液瓶托架及夹紧机构的夹紧操作也由离心电机驱动控制�？榭刂疲坏闶匠�声接收换能器固定在比对输液瓶的内部靠近比对超声换能器ー侧的瓶壁处，且其垂直高度和比对超声换能器相等，点式超声接收换能器的另一端和多通道超声信号发生和接收模块电相连；进水电磁阀及进水管路安置在可储水的检测装置外壳侧壁靠上部，排水电磁阀安置在检测装置外壳侧壁靠下部，均和电磁阀控制�？榈缦嗔�；多通道超声信号发生和接收�？榈氖涑龊透咚貯/D转换�？橄嗔�，高速A/D转换�？榈氖涑龊臀⒋�理器相连，微处理器分别和触摸屏、多通道超声信号发生和接收�？�、高速A/D转换�？�、电磁阀控制�？�、伸缩机构驱动控制�？楹屠胄牡缁�驱动控制模块相连；触摸屏可输入特征信息、显示有害微粒评判結果，并可将特征信息及启动信息发送给微处理器。进ー步，所述比对超声换能器和检测超声换能器采用的超声换能器，为凹球面聚焦式、宽频超声换能器。由于本技术方案中的超声传播模型为液-固-液三重媒介平面模型，从超声传播理论可知，这将使超声反射回波的強度可能受到削弱。为此，为更好的实现本技术方案的技术效果，本技术方案中的比对超声换能器和检测超声换能器均采用凹球面聚焦式换能器，以保证检测区的声场强度；同时，根据输液瓶的瓶壁厚度和质材，计算超声波通过液-固-液三重媒介平面时产生全透射时的频率f0，调整超声换能器的频率到该频率附近以保证超声反射回波強度，所以超声换能器和检测超声换能器均采用宽频超声换能器。进ー步，所述检测超声换能器为排成一列并垂直底部平面的2个以上超声换能器组成，其中最上面超声换能器和比对超声换能器的高度相同。这样，当检测时使离心电机带动待测输液瓶缓慢步进旋转，根据比值信号的幅度和个数，就可以得到瓶内注射液颗粒粒径分布的全面信息。采用本技术方案，本发明取得以下有益技术效果第一，利用三重媒介超声波背向散射法检测有害颗粒，可以实现非侵入式、非破坏式和非接触式測量，且对光照度没有要求，而检测效果较佳；第二，利用离心沉降改变检测区域，使检测方法不受待测对象浓度等影响，提高检测效率和准确率；第三，可在声压极大点处进行检测，检测灵敏度高；第四、可利用多频率超声发射回波接收方式，使得超声散射強度和尺寸因子ka的单调性较好，从而保证了检测单值性；第五，采用装有预先注入含50 y m标准微颗粒注射液、瓶质与待测输液瓶同类型的比对输液瓶2作为比对物，既避免了采用绝对值标定测量方法可靠性较低的缺陷吗，使之检测精度高、适用性好，又吻合了《中国药典》2010版中“对注射剂中所含不溶性微粒，50 以上的为必须检出”的规定；第六，考虑到两输液瓶瓶壁厚度上的偏差，用ー误差补偿系数k补偿声波透射衰减，从而具有有害微粒检测时测量误差修正的功能；第七，本技术方案结构简单、成本低廉，同时能实现较佳的检测效果。为了进一歩解释本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进ー步的 详细描述。


图I为本发明的一种结构示意 图2为本发明的ー种侧面结构示意 图3为超声回波信号示意图，其中标号说明1初始脉冲信号、2外瓶壁反射信号、3内瓶壁反射信号、4微粒背向散射信号。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施进一步详细的描述。如图I、图2所示，ー种注射剂临用前有害微粒检测装置，包括待测输液瓶I、比对输液瓶2、点式超声接收换能器3、比对超声换能器4、检测超声换能器5、高精度伸缩机构6、检测装置外壳7、进水电磁阀8、排水电磁阀9、输液瓶托架及夹紧机构10、离心电机11、微处理器12、触摸屏13、多通道超声信号发生和接收�？�14、高速A/D转换�？�15、电磁阀控制�？�16、伸缩机构驱动控制�？�17和离心电机驱动控制�？�18。待测输液瓶I和比对输液瓶2是同类型输液瓶，其瓶底和瓶ロ在垂直方向上的高度相等，比对输液瓶2的轴心线和比对超声换能器4的垂直距离与待测输液瓶I的轴心线和检测超声换能器5的垂直距离相等，待测输液瓶I和比对输液瓶2轴心线在底部平面的投影点，以及超声换能器4和检测超声换能器5在底部平面的投影点是该平面上某矩形的4个顶点；高精度伸缩机构6和比对超声换能器4、检测超声换能器5彼此通过T型直杆固定连接(即三者之间均为固定连接，且待测与比对输液瓶又能满足上述的距离要求)，通过水平方向的伸縮可调节各超声换能器的水平位置，高精度伸缩机构6固定在检测装置外壳7上且和伸缩机构驱动控制�？�17电相连；比对超声换能器4和检测超声换能器5采用同型超声换能器，比对超声换能器4和检测超声换能器5均与多通道超声信号发生和接收�？�14电相连；待测输液瓶I和比对输液瓶2分别由输液瓶托架及夹紧机构10固定，离心电机11的输出轴和输液瓶托架及夹紧机构10固定连接并可带动其旋转，离心电机11固定在检测装置外壳7的底部并和离心电机驱动控制�？�18电相连，输液瓶托架及夹紧机构10的夹紧操作也由离心电机驱动控制�？�18控制；点式超声接收换能器3固定在比对输液瓶2的内部靠近比对超声换能器4 一侧的瓶壁处，且其垂直高度和比对超声换能器4相等，点式超声接收换能器3的另一端和多通道超声信号发生和接收模块14电相连；进水电磁阀8及进水管路安置在可储水的检测装置外壳7侧壁靠上部，排水电磁阀9安置在检测装置外壳7侧壁靠下部，均和电磁阀控制�？�16电相连；多通道超声信号发生和接收�？�14的输出和高速A/D转换�？�15相连，高速A/D转换�？�15的输出和微处理器12相连，微处理器12分别和触摸屏13、多通道超声信号发生和接收�？�14、高速A/D转换�？�15、电磁阀控制模块16、伸缩机构驱动控制�？�17和离心电机驱动控制模块18相连；触摸屏13可输入特征信息、显示有害微粒评判結果，并可将特征信息及启动信息发送给微处理器12。另外，上述比对超声换能器4和检测超声换能器5采用的超声换能器，为凹球面聚焦式、宽频超声换能器。由于本技术方案中的超声传播模型为液-固-液三重媒介平面模型，从超声传播理论可知，这将使超声反射回波的強度可能受到削弱。为此，为更好的实现本技术方案的技术效果，本技术方案中的比对超声换能器和检测超声换能器均采用凹球面聚焦式换能器，以保证检测区的声场强度；同时，根据输液瓶的瓶壁厚度和质材，计算超声波通过液-固-液三重媒介平面时产生全透射时的频率f0，调整超声换能器的频率到该频率附近以保证超声反射回波強度，所以超声换能器和检测超声换能器均采用宽频超声换能 器。另外，所述检测超声换能器5为排成一列并垂直底部平面的2个以上超声换能器组成，其中最上面超声换能器和比对超声换能器4的高度相同。这样，当检测时使离心电机带动待测输液瓶缓慢步进旋转，根据比值信号的幅度和个数，就可以得到瓶内注射液颗粒粒径分布的全面信息。本技术方案的实施步骤如下
ー种注射剂临用前有害微粒检测方法，包括前期准备步骤、进水排水步骤、检测准备步骤和作出检测步骤。其中前期准备步骤，是指将待测输液瓶I和比对输液瓶2分别固定在各自的输液瓶托架及夹紧机构10上，待测输液瓶中含一定体积的注射液A并可能含有其他有害微粒，比对输液瓶2内含相同体积的由纯净注射液A和均匀分布的50 ii m玻璃微珠颗粒构成的比对液，点式超声接收换能器3固定在比对输液瓶2的内部靠近比对超声换能器一侧的瓶壁处，且其垂直高度和比对超声换能器4相等，点式超声接收换能器3的另一端和多通道超声信号发生和接收�？�14电相连；在触摸屏13上输入输液瓶(可以是仅待测输液瓶，也可以是待测与对比两个输液瓶)的特征信息(比如本实施例中该钠钙玻璃输液瓶型号、容量、质材、尺寸和壁厚等特征信息)，点击运行图标启动检测装置工作，触摸屏13将特征信息和启动信号发送到微处理器12 ;微处理器12控制离心电机驱动控制模块18输出信号，使输液瓶托架及夹紧机构10动作将待测输液瓶I和比对输液瓶2夹紧，然后微处理器12控制离心电机11启动并运转可使颗粒从瓶心充分移动到瓶壁处的t时间后停止。其中进水排水步骤是指，当离心电机11停止后，微处理器12驱动电磁阀控制�？�16发出信号使进水电磁阀8打开，往可储水的检测装置外壳内注入纯水至少至可淹没所有超声换能器的水位；当检测结束后，微处理器12驱动电磁阀控制�？�16发出信号使排水电磁阀9打开排空检测装置外壳内的純水。其中检测准备步骤是指，当离心电机11停止后，微处理器12通过驱动控制�？�17和高精度伸缩机构6将比对超声换能器4移动到该换能器的声压极大值Zmax所在处，即距离比对输液瓶2内的点式超声接收换能器3
距离处，由于检测超声换能器5和比对超声换能器4水平固定连接，检测超声换能器5也同步移动到Zmax处；微处理器12通过从触摸屏13获得的输液瓶特征信息(如质材、壁厚等信息)，计算超声波在三重媒介中能实现全透射的频率值并根据超声换能器特性选取距离中心频率最近的频率值作为基准发射频率fO ;由于比对输液瓶2和待测输液瓶I的瓶壁可能存在不同，微处理器12根据比对输液瓶2和待测输液瓶I在瓶壁厚度上的偏差信息，计算由此产生的声波透射衰减并将其用一误差补偿系数k补偿。其中作出检测步骤是指，微处理器12控制超声换能器4、检测超声换能器5分别按基准频率/。、I. 5 /0和0. 75 /0发射脉冲超声波，分别记录这3个散射回波測量值并将其叠加得到比对散射声压VO和待测散射声压VI，微处理器12通过比值k*Vl/V0得到有关检测区域颗粒粒径相对于50 y m标准微粒的大小等信息的有害微粒检测結果，同时将该结果通过触摸屏13显示并作声光报警。
另外，所述前期准备步骤中t时间是指，微处理器12根据微粒在离心场内的运动速度公式，结合从触摸屏13处获得的其它必要特征參数推算出微粒从瓶心移动到瓶壁处
的最大所需时间U
;
其中 为离心电机11的旋转角速度パカ颗粒直径。为颗粒密度。为注射液密
度，^为注射液粘度，R为输液瓶瓶心到内壁的半径(部分无法精确预知的特征參数可以取其上下限值)。另外，所述检测准备步骤中通过微处理器12计算超声波在三重媒介中的全透射基准频率/0的公式如下
(樹=U…)；
其中C为瓶壁中超声波传播速度I力瓶壁的厚度(这里假定超声波垂直瓶壁入射，且注射液和纯水中的超声波传播速度相等，这个假定条件一般情况下可以满足)。另外，所述检测准备步骤中极大值Zmax，是通过计算步骤和驱动步骤进行标定；所述计算步骤是指，微处理器12根据检测准备步骤中获得的基准发射频率f0，计算凹球面聚焦式换能器的理论声压极大值Zg (或者说该换能器声压的远近场交界处的声压极大值，由于是该值是计算值，和实际会有出入，需要如下述方法在该距离附近实测最大值位置)及
距离Zg处声压衰减3dB的距离る和ん;所述驱动步骤是指，微处理器12控制伸縮机构驱
动控制�？�17发出信号，驱动高精度伸缩机构6带动比对超声换能器4移动到距离比对
输液瓶2内的点式超声接收换能器3 ニ距离处，并以一定的速度向输液瓶靠近直到移动
到み距离处，在移动的同时比对超声换能器4按一定的间隔时间发出強度相同的脉冲超声波，点式超声接收换能器3将接受到的多个声压強度信息通过多通道超声信号发生和接收�？�14和高速A/D转换�？�15传递给微处理器12，通过采集到的系列数据建立声压强度
和距离的曲线，找出极大点的位置即极大值。从而实现声压极大点的自动聚焦，检测灵
敏度高。另外，所述凹球面聚焦式换能器的理论声压极大值Zg及距离Zg处声压衰减3dB的距离n和Zr的计算步骤如下微处理器12根据基准频车ズ,计算凹球面聚焦换能器声压轴向分布表达式
权利要求
1.ー种注射剂临用前有害微粒检测装置，其特征在于包括待测输液瓶、比对输液瓶、点式超声接收换能器、比对超声换能器、检测超声换能器、高精度伸缩机构、检测装置外売、进水电磁阀、排水电磁阀、输液瓶托架及夹紧机构、离心电机、微处理器、触摸屏、多通道超声信号发生和接收�？�、高速A/D转换�？�、电磁阀控制模块、伸縮机构驱动控制�？楹屠胄牡缁�驱动控制�？椋� 其中，待测输液瓶和比对输液瓶是同类型输液瓶，其瓶底和瓶ロ在垂直方向上的高度相等，比对输液瓶的轴心线和比对超声换能器的垂直距离与待测输液瓶的轴心线和检测超声换能器的垂直距离相等，待测输液瓶和比对输液瓶轴心线在底部平面的投影点，以及超声换能器和检测超声换能器在底部平面的投影点是该平面上某矩形的4个顶点；高精度伸缩机构和比对超声换能器、检测超声换能器彼此通过T型直杆固定连接，通过水平方向的伸縮可调节各超声换能器的水平位置，高精度伸缩机构固定在检测装置外壳上且和伸縮机构驱动控制�？榈缦嗔�；比对超声换能器和检测超声换能器采用同型超声换能器，比对超声换能器和检测超声换能器均与多通道超声信号发生和接收�？榈缦嗔�；待测输液瓶和比对输液瓶分别由输液瓶托架及夹紧机构固定，离心电机的输出轴和输液瓶托架及夹紧机构固定连接并可带动其旋转，离心电机固定在检测装置外壳的底部并和离心电机驱动控制�？榈缦嗔�，输液瓶托架及夹紧机构的夹紧操作也由离心电机驱动控制�？榭刂疲坏闶匠�声接收换能器固定在比对输液瓶的内部靠近比对超声换能器ー侧的瓶壁处，且其垂直高度和比对超声换能器相等，点式超声接收换能器的另一端和多通道超声信号发生和接收�？榈缦嗔�；进水电磁阀及进水管路安置在可储水的检测装置外壳侧壁靠上部，排水电磁阀安置在检测装置外壳侧壁靠下部，均和电磁阀控制�？榈缦嗔�；多通道超声信号发生和接收模块的输出和高速A/D转换�？橄嗔�，高速A/D转换�？榈氖涑龊臀⒋�理器相连，微处理器分别和触摸屏、多通道超声信号发生和接收�？�、高速A/D转换�？�、电磁阀控制�？椤⑸炜s机构驱动控制模块和离心电机驱动控制�？橄嗔�；触摸屏可输入特征信息、显示有害微粒评判結果，并可将特征信息及启动信息发送给微处理器。
2.如权利要求I所述的ー种注射剂临用前有害微粒检测装置，其特征在于所述比对超声换能器和检测超声换能器采用的超声换能器，为凹球面聚焦式、宽频超声换能器。
3.如权利要求I或2所述的ー种注射剂临用前有害微粒检测装置，其特征在于所述检测超声换能器为排成一列并垂直底部平面的2个以上超声换能器组成，其中最上面超声换能器和比对超声换能器的高度相同。
全文摘要
本发明公开了一种注射剂临用前有害微粒检测装置，包括待测输液瓶、比对输液瓶、点式超声接收换能器、比对超声换能器、检测超声换能器、高精度伸缩机构、检测装置外壳、进水电磁阀、排水电磁阀、输液瓶托架及夹紧机构、离心电机、微处理器、触摸屏、多通道超声信号发生和接收�？�、高速A/D转换模块、电磁阀控制�？�、伸缩机构驱动控制�？楹屠胄牡缁�驱动控制模块。本技术方案，基于三重媒介超声背向散射和离心沉降技术，能实现非接触、非侵入、非破坏性、具有测量误差修正功能的有害微粒检测，且结构简单，成本低廉。
文档编号G01N15/02GK102830162SQ201210315839
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者张华芳 申请人:绍兴文理学院