專利名稱：高精密度高可靠性持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，具體涉及一種具有高精度、高可靠性和高安全性的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其主要用于糖尿病強化治療，也可以用于戒毒、藥物實驗及其它需要精確可靠安全地進行持續(xù)皮下藥物輸注的場合。
背景技術(shù)：
隨著持續(xù)皮下胰島素輸注法(CISS)強化治療糖尿病方法的日益普及和治療水平的提高，用戶對藥物輸注裝置的精度、長期使用的可靠性特別是安全性提出了更高的要求。而目前流行的輸注裝置的設(shè)計往往只關(guān)注于局部功能單元的改進而忽略了此類輸注裝置是一個完整、精密、復(fù)雜的醫(yī)學(xué)電子機械系統(tǒng)這一基本事實。其結(jié)果是雖然局部性能有所改進但系統(tǒng)整體安全性、可靠性卻沒有因此而提高，因此造成產(chǎn)品使用中出現(xiàn)疔效不佳，裝置故障無法使用，甚至局部安全裝置失效從而危及到患者生命安全。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種以高性能、安全可靠為設(shè)計目標(biāo)的輸注設(shè)備結(jié)構(gòu)。設(shè)計中把所有功能單元的設(shè)計納入到系統(tǒng)層面統(tǒng)一考慮并把安全作為第一優(yōu)先因素，以提供一種符合市場對新一代輸注裝置要求的、更精密、更安全可靠的產(chǎn)品。
本實用新型的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，包括殼體(101)、動力與進給子系統(tǒng)(105)、設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)、人機交互界面(104)、電源子系統(tǒng)(102)、儲藥與輸注裝置(106)、安全保證子系統(tǒng)(108)、數(shù)據(jù)通訊單元(107)，以及輸注軟管與針頭(109)，其特征在于所述的動力與進給子系統(tǒng)(105)與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)相連接并受其控制，產(chǎn)生一直線運動推力以推動與之耦合的所述的儲藥與輸注裝置(106)經(jīng)所述的輸注軟管與針頭(109)向人體進行持續(xù)皮下藥物輸注，由所述的電源子系統(tǒng)(102)供電，由所述的安全保證子系統(tǒng)(108)在輸注過程中提供安全保證。所述的人機交互界面(104)和數(shù)據(jù)通訊單元(107)與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)連接并在其控制下實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)定和與外界的數(shù)據(jù)交換。
本實用新型的有益效果是，它可以提供更高的進給精度從而使醫(yī)護人員得到更準(zhǔn)確的臨床數(shù)據(jù)以指導(dǎo)科研、治療，同時為閉環(huán)型控制實現(xiàn)人工胰島奠定了基礎(chǔ)。它可以提供更高可靠性以保證用戶不被使用中的故障所困擾。它更安全因此最大限度保障了用戶的生命安全。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行進一步的說明。


圖1是本實用新型的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖2是本實用新型的動力與進給子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實用新型的設(shè)備控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4是本實用新型的儲藥與輸注裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本實用新型的安全保證子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖6是本實用新型的電源子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖7是本實用新型的人機交互界面的構(gòu)成圖。
圖8是本實用新型的數(shù)據(jù)通訊單元的構(gòu)成圖。
圖9是本實用新型的防電磁干擾結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
本實用新型的技術(shù)方案提供了一種持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，如
圖1所示，其包括殼體(101)、動力與進給子系統(tǒng)(105)、設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)、人機交互界面(104)、電源子系統(tǒng)(102)、儲藥與輸注裝置(106)、安全保證子系統(tǒng)(108)、數(shù)據(jù)通訊單元(107)、以及輸注軟管與針頭(109)，其中，所述的動力與進給子系統(tǒng)(105)與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)相連接并受其控制產(chǎn)生一直線運動推力，推動與之耦合的所述的儲藥與輸注裝置(106)經(jīng)所述的輸注軟管與針頭(109)向人體進行持續(xù)皮下藥物輸注，由所述的電源子系統(tǒng)(102)供電，由所述的安全保證子系統(tǒng)(108)在輸注過程中提供安全保證。所述的人機交互界面(104)和數(shù)據(jù)通訊單元(107)與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)連接并在其控制下實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)定和與外界的數(shù)據(jù)交換。
如圖2所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的動力與進給子系統(tǒng)(105)設(shè)有電機(201)、光學(xué)編碼器(202)、推進絲杠(203)、推進套管(204)、推進套管導(dǎo)向器(205)、限定開關(guān)(206)、推進絲杠前軸承(207)、推進絲杠后軸承(208)、推力傳感器(209)、推進軸主齒輪(210)、第一減速齒輪(211)、第二減速齒輪(212)、第三減速齒輪(213)，以及減速齒輪箱(214)。所述的電機(201)由設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)驅(qū)動經(jīng)減速齒輪箱(214)中的第一、第二、第三減速齒輪(211)、(212)、(213)將動力扭矩傳遞給推進絲杠(203)，推進絲杠(203)與含有局部內(nèi)螺紋的推進套管(204)、推進套管導(dǎo)向器(205)共同將推進絲杠(203)的旋轉(zhuǎn)運動扭矩轉(zhuǎn)換成推進套管(204)的直線運動推力。為保證設(shè)備操作精確度和長期工作的可靠性，所述的電機(201)為長壽命(5年連續(xù)使用無維護)、超低速、永磁無刷結(jié)構(gòu)，帶有所述的精密光學(xué)編碼器(202)，以細分步方式驅(qū)動、同步方式運行；所述的推進絲杠(203)利用滾珠軸承一體化安裝在所述減速齒輪箱上以提供進給推動精度和所需壽命及機械動力參數(shù)的一致性；推進絲杠(203)與滾珠軸承內(nèi)孔采用軸向微動滑動配合以提供推力監(jiān)測所需的微位移；所述的推進套管(204)采用超輕、高強度和剛性、耐磨的鈦合金制做以避免沖擊造成的對推力傳感器(209)的可能損害；為保證在各種溫度環(huán)境下設(shè)備長期穩(wěn)定可靠工作，電機(201)、減速齒輪箱(214)、軸承、推進絲杠(203)、推進套管(204)的潤滑必需采用附合如下標(biāo)準(zhǔn)的潤滑劑在零下20攝氏度到零上50攝氏度的溫度范圍內(nèi)保持低粘度、低阻力、不流淌、不揮發(fā)、5年連續(xù)使用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。所述的推力傳感器(209)、精密光學(xué)編碼器(202)和限定開關(guān)(206)同時構(gòu)成了所述的安全保證子系統(tǒng)(108)的一部分并向所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)提供反饋信號。
如圖3所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)設(shè)有主控處理器(301)、輸注監(jiān)控輔助處理器(302)、智能實時時鐘(303)、電機驅(qū)動單元(304)、人機交互界面接口(305)、電源監(jiān)控管理接口(306)、通訊單元接口(307)、輔助存儲器(308)、輸注監(jiān)控與安全傳感接口(309)，以及警示單元(310)。所述的主控處理器(301)與輸注監(jiān)控輔助處理器(302)在輸注期間互相協(xié)調(diào)監(jiān)控，主控處理器(301)實施電機主控功能，主控處理器(301)、輸注監(jiān)控輔助處理器(302)和智能實時時鐘(303)結(jié)合輔助存儲器(308)、輸注監(jiān)控與安全傳感接口(309)、電源監(jiān)控管理接口(306)共同構(gòu)成所述的安全保證子系統(tǒng)(108)的一部分，以實現(xiàn)出現(xiàn)異常輸注現(xiàn)象時的安全保護功能。在等待輸注期間智能實時時鐘(303)則按預(yù)定時間與主控處理器(301)進行通訊，如出現(xiàn)主控處理器(301)異常，則智能實時時鐘(301)實施系統(tǒng)復(fù)位以保證各處理器和系統(tǒng)電路恢復(fù)正常并繼續(xù)實施正常輸注。
如圖4所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的儲藥與輸注裝置(106)設(shè)有儲藥與注射器(401)、活塞(402)、定位與密封法蘭(403)、儲藥與注射器倉(404)、法蘭密封環(huán)(405)、鎖緊蓋(406)、殼體(407/101)。儲藥與注射器(401)帶有定位與密封法蘭(403)，在插入殼體(101)上的儲藥與注射器倉(404)時由鎖緊蓋(406)和法蘭密封環(huán)(405)將其定位與密封實現(xiàn)全系統(tǒng)防水以保證在與水接觸時的安全使用。
如圖5所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的安全保證子系統(tǒng)(108)設(shè)有輸注壓力傳感單元(501)、電機驅(qū)動參數(shù)傳感單元(502)、電源狀態(tài)傳感單元(503)、動力與進給機構(gòu)狀態(tài)傳感單元(504)、應(yīng)急人機交互界面(505)、主控處理器及輸注監(jiān)控輔助處理器輸注監(jiān)測應(yīng)急反饋接口(506)、警示接口(507)、應(yīng)急動力終止單元(508)、處理器行為異常探測單元(509)、處理器行為異常處理與復(fù)位單元(510)，以及處理器復(fù)位接口(511)。所述的輸注壓力傳感單元(501)也就是動力與進給子系統(tǒng)(105)中的推力傳感器(209)，在輸注過程中隨時探測輸注壓力并向應(yīng)急動力終止單元(508)和通過應(yīng)急反饋接口(506)向應(yīng)急人機交互界面(505)、主控處理器(301)、輸注監(jiān)控輔助處理器(302)輸出信號。所述的電機驅(qū)動參數(shù)傳感單元(502)與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)(103)中的電機驅(qū)動單元相連接以提取信號并經(jīng)輸注監(jiān)測應(yīng)急反饋接口(506)向主控處理器(301)、輸注監(jiān)控輔助處理器(302)動態(tài)反饋，由此控制輸注過程并在異常狀態(tài)時通過應(yīng)急動力終止單元(508)終止電機驅(qū)動。所述的動力與進給機構(gòu)狀態(tài)傳感單元(504)含有動力與進給子系統(tǒng)(105)中的精密光學(xué)編碼器(202)和限定開關(guān)(206)，在輸注過程中向主控處理器(301)、輸注監(jiān)控輔助處理器(302)動態(tài)反饋速度、方向、位置信號。所述的處理器行為異常探測單元(509)隨時監(jiān)測主控處理器(301)、輸注監(jiān)控輔助處理器(302)的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常則經(jīng)處理器行為異常處理與復(fù)位單元(510)、處理器復(fù)位接口(511)進行系統(tǒng)復(fù)位。所述的電源狀態(tài)傳感單元(503)也是電源子系統(tǒng)(102)中的電源狀態(tài)監(jiān)測單元，負責(zé)監(jiān)測電源電壓、電流、電量，在輸注時如發(fā)生主電池異常則向主控處理器(301)發(fā)出報警，使其中止輸注并進入應(yīng)急處理狀態(tài)以使系統(tǒng)復(fù)位后恢復(fù)正常操作。所述的應(yīng)急人機交互界面(505)是由人機交互界面(104)在應(yīng)急處理狀態(tài)時轉(zhuǎn)換而形成，允許用戶以最簡方式進行人為干涉。所述的警示接口(507)與所述的警示單元(310)相連接以使其產(chǎn)生聲、振動或光報警信號。
如圖6所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的電源子系統(tǒng)(102)設(shè)有主供電電池(601)、電池過載保護與供電隔離單元(602)、應(yīng)急供電單元(603)、電池過放電保護單元(604)、升壓單元(605)、電源狀態(tài)監(jiān)測單元(606)、實時時鐘供電單元(607)，以及電源監(jiān)控管理接口(608)。電機(201)、電子監(jiān)控部分、智能實時實鐘(303)在正常輸注操作狀態(tài)下由主電池(601)供電；在待機操作狀態(tài)下電子監(jiān)控部分、智能實時實鐘(303)由主電池(601)供電；在主電池狀態(tài)異常情況下電子監(jiān)控部分由應(yīng)急供電單元(603)供電，智能實時實鐘(303)由實時時鐘供電單元(607)供電。應(yīng)急供電單元(603)為超級電容器或高功率密度可充電池，實時時鐘供電單元(607)為長壽鋰電池。此三電源結(jié)構(gòu)最大限度保證了設(shè)備在異常情況下能夠完成應(yīng)急處理，設(shè)備復(fù)位后的持續(xù)正常操作，以及在更換主電池時不影響原有設(shè)定，更換后立刻進入正常操作。所述的電池過載保護與供電隔離單元(602)可避免任何由電路過載或短路造成的可能安全隱患如過熱、火災(zāi)等。所述的升壓單元(605)在推進套管(204)回退時向電機(201)提供數(shù)倍于正常輸注時的電壓以實現(xiàn)高速回退。
如圖7和9所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的殼體(101，902)是由高導(dǎo)磁、導(dǎo)電、防銹金屬制成，在液晶顯示器(701，901)窗口處，液晶顯示器的背面附有由類似材料制成的與殼體(101)緊密連接的防電磁干擾屏蔽板(903)，液晶顯示器和鍵盤(702)的引線(703，904)上附有軟磁性電磁干擾吸收材料(905)。此結(jié)構(gòu)可最大限度地防止由強電磁輻射源如無線通訊設(shè)備、靜電放電等所引起的設(shè)備誤動作以保證使用安全。
如圖8所示，根據(jù)上述技術(shù)方案所述的數(shù)據(jù)通訊單元(107)設(shè)有傳輸器(801)、接收器(802)、調(diào)制解調(diào)器(803)、以及處理器接口(804)。傳輸器(801)、接收器(802)和調(diào)制解調(diào)器(803)共同構(gòu)成了與外界通訊的物理層，經(jīng)處理器接口(804)與主控處理器(301)連接以實現(xiàn)設(shè)備與外界的數(shù)據(jù)交換。傳輸器(801)、接收器(802)的信號載體可以是射頻，也可以是紅外線。
權(quán)利要求1.一種高精密度高可靠性持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，包括一殼體、一電源子系統(tǒng)、一設(shè)備控制子系統(tǒng)、一人機交互界面、一動力與進給子系統(tǒng)、一儲藥與輸注裝置、一數(shù)據(jù)通訊單元、一安全保證子系統(tǒng)，以及一輸注軟管與針頭，所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備的特征在于所述的動力與進給子系統(tǒng)與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)相連接并受其控制產(chǎn)生一直線運動推力，推動與之耦合的所述的儲藥與輸注裝置經(jīng)所述的輸注軟管與針頭向人體進行持續(xù)皮下藥物輸注，由所述的電源子系統(tǒng)供電，由所述的安全保證子系統(tǒng)在輸注過程中提供安全保證，所述的人機交互界面和數(shù)據(jù)通訊單元與所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)相連接并在其控制下實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)定和與外界進行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的動力與進給子系統(tǒng)由電機、光學(xué)編碼器、推進絲杠、推進套管、推進套管導(dǎo)向器、限定開關(guān)、推進絲杠前軸承、推進絲杠后軸承、推力傳感器、推進軸主齒輪、第一減速齒輪、第二減速齒輪、第三減速齒輪、以及減速齒輪箱構(gòu)成；所述的推進絲杠利用滾珠軸承一體化安裝在所述減速齒輪箱上，所述的推進絲杠與所述的滾珠軸承的內(nèi)孔采用軸向微動滑動配合；所述的推進套管采用鈦合金制做。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的動力與進給子系統(tǒng)中的電機、減速齒輪箱、軸承、推進絲杠、推進套管的潤滑必需采用附合如下標(biāo)準(zhǔn)的潤滑劑即，其在零下20攝氏度到零上50攝氏度的溫度范圍內(nèi)保持低粘度、低阻力、不流淌、不揮發(fā)，5年連續(xù)使用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的動力與進給子系統(tǒng)中的電機為5年連續(xù)使用無維護的長壽命、超低速、永磁無刷結(jié)構(gòu)，帶有精密光學(xué)編碼器，以細分步方式驅(qū)動、同步方式運行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的殼體是由高導(dǎo)磁、導(dǎo)電、防銹金屬制成的，在液晶顯示器窗口處，液晶顯示器的背面附有由相同功能材料制成的與殼體緊密連接的防電磁干擾屏蔽板，液晶顯示器和鍵盤的引線上附有軟磁性電磁干擾吸收材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備控制子系統(tǒng)由主控處理器、輸注監(jiān)控輔助處理器、智能實時時鐘、電機驅(qū)動單元、人機交互界面接口、電源監(jiān)控管理接口、通訊單元接口、輔助存儲器、輸注監(jiān)控與安全傳感接口、警示單元構(gòu)成，所述的主控處理器與輸注監(jiān)控輔助處理器在輸注期間互相協(xié)調(diào)，主控處理器實施電機主控功能，主控處理器、輔助處理器和智能實時時鐘結(jié)合輔助存儲器、輸注監(jiān)控與安全傳感接口、電源監(jiān)控管理接口共同構(gòu)成所述的安全保證子系統(tǒng)的一部分，以實現(xiàn)出現(xiàn)異常輸注現(xiàn)象時的安全保護功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的安全保證子系統(tǒng)由輸注壓力傳感單元、電機驅(qū)動參數(shù)傳感單元、電源狀態(tài)傳感單元、動力與進給機構(gòu)狀態(tài)傳感單元、應(yīng)急人機交互界面、主控處理器及輸注監(jiān)控輔助處理器輸注監(jiān)測應(yīng)急反饋接口、警示接口、應(yīng)急動力終止單元、處理器行為異常探測單元、處理器行為異常處理與復(fù)位單元、處理器復(fù)位接口構(gòu)成；所述的輸注壓力傳感單元由所述的動力與進給機構(gòu)中的推力傳感器和信號預(yù)處理器組成；所述的動力與進給機構(gòu)狀態(tài)傳感單元由所述的動力與進給子系統(tǒng)中的光學(xué)編碼器和限定開關(guān)組成；所述的電機驅(qū)動參數(shù)傳感單元是所述的電機驅(qū)動單元的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的安全保證子系統(tǒng)包括一功能單元，其在輸注時同時監(jiān)測推力、電機驅(qū)動電壓電流波型、電源狀態(tài)、限定開關(guān)狀態(tài)、光學(xué)編碼器輸出，進行多參數(shù)運算以確定控制參數(shù)和異常狀態(tài)報警方式與級別。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于，所述的電源子系統(tǒng)包括主供電電池、電池過載保護單元、供電隔離單元、應(yīng)急供電單元、電池過放電保護單元、電源狀態(tài)監(jiān)測單元、實時時鐘供電單元、電源監(jiān)控管理接口，所述的電源子系統(tǒng)采用三電源結(jié)構(gòu)，電機、電子監(jiān)控部分、智能實時實鐘在正常輸注操作狀態(tài)下由主電池供電；在待機操作狀態(tài)下電子監(jiān)控部分、智能實時實鐘由主電池供電；在主電池狀態(tài)異常情況下電子監(jiān)控部分由應(yīng)急供電單元供電，智能實時實鐘由實時時鐘供電單元供電；應(yīng)急供電單元為超級電容器或高功率密度可充電池，實時時鐘供電單元為長壽鋰電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，其特征在于所述的儲藥與輸注裝置采用定位與密封法蘭結(jié)構(gòu)來與所述的殼體進行配合。
專利摘要本實用新型提供了一種持續(xù)皮下藥物輸注設(shè)備，包括殼體、動力與進給子系統(tǒng)、設(shè)備控制子系統(tǒng)、人機交互界面、電源子系統(tǒng)、儲藥與輸注裝置、安全保證子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊單元、輸注軟管與針頭，動力與進給子系統(tǒng)與系統(tǒng)控制子系統(tǒng)相連接并受其控制產(chǎn)生一直線運動推力，推動與之耦合的儲藥與輸注裝置經(jīng)所述的輸注軟管與針頭向人體進行持續(xù)皮下藥物輸注，由電源子系統(tǒng)供電，由安全保證子系統(tǒng)在輸注過程中提供安全保證。所述的人機交互界面和數(shù)據(jù)通訊單元與系統(tǒng)控制子系統(tǒng)連接并在其控制下實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)定和與外界的數(shù)據(jù)交換。
文檔編號A61M5/00GK2766853SQ20042011769
公開日2006年3月29日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者湯卓然 申請人:湯卓然