專利名稱：高精度輸注泵控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了用于輸注泵的裝置，輸注泵控制器，而且描述了用于它們的控制方法。
背景技術(shù)：
輸注泵將流體、藥劑或者營養(yǎng)劑注入接受治療的患者的循環(huán)系統(tǒng)中。如果由醫(yī)務(wù) 人員以手動操作的方式用輸注泵施予流體，則會造成不切實(shí)際地昂貴或者不可靠。商用輸 注泵能在單次注射(singleinjection)中施予小到幾十納升的注射液，而且典型地能每小 時(shí)連續(xù)輸送不到100微升的注射液。這些輸送容積級別對滴注而言太小，而且輸送速率和 定時(shí)對手動注射來說不現(xiàn)實(shí)。輸注泵能以預(yù)定時(shí)間間隔，例如每分鐘，輸送注射液，而且能 以患者需要的重復(fù)的快速推注直至每小時(shí)預(yù)選最大數(shù)量(例如在患者自控?zé)o痛范圍內(nèi))來 輸送注射液。還能夠?qū)斪⒈眠M(jìn)行編程以輸送容積隨時(shí)日而變化的流體。由于這些輸注泵還能產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力，因而它們還能皮下地(皮膚以下)或硬 膜外地(只是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的表面內(nèi)-常用的用于分娩的局部脊髓麻醉)注射控制量的 流體。不同種類的輸注包括但不限于連續(xù)輸注，通常根據(jù)泵的設(shè)計(jì)由20納升至100微升之間的輸注小脈沖組成，且這 些脈沖頻率取決于編程的輸注速度。間歇性輸注，其具有"高"輸注速率，且可以交替以低的可編程輸注速率以保持 插管打開。定時(shí)是可編程的。此方案常用于施予抗生素或者能夠刺激血管的其它藥物?；颊咦钥劓?zhèn)痛法(PCA)，其為按需要進(jìn)行的輸注，通常用預(yù)編程的最高限度來避免 中毒。用患者能激活的壓墊或者按鈕來控制速率。這就是患者自控鎮(zhèn)痛法(PCA)的可選方 法。腸外營養(yǎng)法，通常需要類似于正常進(jìn)餐時(shí)間的輸注曲線。硬膜外患者自控鎮(zhèn)痛法(PCEA)，其為相關(guān)術(shù)語，描述的是通過間歇性快速推注或 者輸注泵在硬膜外腔中的鎮(zhèn)痛藥的患者自控施予。這對癌癥晚期患者最常用。盡管已開始將輸注泵用于很小容積的通常強(qiáng)效藥物，但輸注泵的精確度仍然成問 題。市場上可買到的輸注泵的近期研究發(fā)現(xiàn)，輸送容積存在明顯誤差。在某些情況下，典型 地用于校準(zhǔn)的長時(shí)間的輸送量可精確到百分之幾。但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在短的時(shí)標(biāo)內(nèi)輸送的容積 和輸送速率與目標(biāo)設(shè)定存在達(dá)50%的差異。給藥劑量過多或者給藥劑量不足，會導(dǎo)致對強(qiáng)效藥物的短期不良反應(yīng)以及多次給藥請求。而且還發(fā)現(xiàn)輸送容積隨溫度明顯變化。這導(dǎo)致 限制了輸注泵對于某些治療的應(yīng)用，這些治療受到給藥劑量過多和給藥劑量不足的有害影 響的限制。以小容積輸送的極其強(qiáng)效藥物并非當(dāng)今輸注泵技術(shù)的候選者。輸送誤差的原因有多種。許多輸注泵將一次性注射器用作增壓室。這些輸注泵使 用單次性或者一次性注射器，從而對于避免藥物的潛在交叉污染是非常理想的。但是，這些 類型的注射器會發(fā)生改變，且用來移動注射器活塞或者柱塞給定距離以輸送給定容積所需 的力，可能隨注射器不同而不同。沒有合適反饋控制系統(tǒng)，這種力的變化將導(dǎo)致輸送容積的 誤差。此外，已發(fā)現(xiàn)，來自目前技術(shù)的泵的輸送容積隨著溫度的改變而發(fā)生變化。此變化的 主要因素也可能是隨著溫度而變化的藥物粘度。輸送容積還可能受到對注射液的背壓或者 阻力的影響。為利用輸注泵在能夠?qū)崿F(xiàn)皮下注射和硬膜外注射的壓力下輸送藥物的性能， 需要對輸送容積進(jìn)行小心控制，尤其在生物環(huán)境中提供對于注射液的變化的背壓或者阻力 的情況下。其它尚未知道的因素也可能很重要。需要一種系統(tǒng)來確保精確且可再現(xiàn)的輸送 容積和輸送壓力(此將不是起初輸送容積_該壓力可隨實(shí)際部件而變化，以使得輸送容積 精確；當(dāng)然，我們還可利用力的控制來保證精確輸送壓力)。另外，正在開發(fā)或者已經(jīng)開發(fā)了新的機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(施予)注射液(和/或輸注液)。 找到了簡化機(jī)構(gòu)，能利用重力和彈簧驅(qū)動泵機(jī)構(gòu)來輸送需要的劑量。這些簡單系統(tǒng)省去了 馬達(dá)驅(qū)動和相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備及其大功耗。這些系統(tǒng)能提供新水平的可靠性和緊湊度，而 且大大降低了成本。但是，需要新的控制機(jī)構(gòu)。閉環(huán)反饋控制機(jī)構(gòu)在機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械以及機(jī)器控制中是已知的。但這些控制方 法在醫(yī)療設(shè)備例如輸注泵中仍然是缺乏的。傳統(tǒng)的伺服馬達(dá)驅(qū)動器包括比例積分微分位置 環(huán)(PID)以及比例位置環(huán)積分和比例速度環(huán)(PIV)反饋控制方案，及其它非線性控制方案。 下文中將上述方案簡稱為"反饋控制方案"(這樣聽起來很好，如果您不這樣認(rèn)為，可使 用其它術(shù)語)。需要開發(fā)這樣的反饋控制方案與馬達(dá)驅(qū)動輸注泵一同使用。另外，簡單的非 馬達(dá)驅(qū)動輸注機(jī)構(gòu)需要同等有效的控制裝置。不必將已知的反饋控制方案，PID和PIV，直 接應(yīng)用于非馬達(dá)驅(qū)動泵系統(tǒng)。要求新的控制方案，無論用來驅(qū)動泵的方法是什么方法，都精 確而可再現(xiàn)地輸送非常小的容積。馬達(dá)驅(qū)動注射器、彈簧驅(qū)動注射器、重力饋給器、彈簧袋、 蠕動泵及其它部件需要新的方案?？刂品桨副仨毮苓m應(yīng)輸注泵的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用中的獨(dú) 特變化來源?？刂品桨副仨氃诖嬖跍囟?、粘度、背壓變化以及機(jī)構(gòu)部件中的制造變化的情況 下，隨時(shí)間提供精確的輸送容積。能夠?qū)⒋颂幪岢龅难b置直接用于或者進(jìn)行簡單修改用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中所使用的所 有不同輸注方法。注意，這里提出的裝置不代表窮舉的目錄，而只是這里提出的裝置的代 表。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過擴(kuò)展能夠獲得的裝置包括在此申請的意圖范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括輸注泵的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，而且描述了該設(shè)計(jì)的多個(gè)示 例。該系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對于各種輸注泵物理設(shè)計(jì)的閉環(huán)反饋控制。該系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了在劑 量容積和劑量速率的范圍內(nèi)的精確而準(zhǔn)確的給藥。在一個(gè)實(shí)施例中，該架構(gòu)與低成本重力 饋給輸注系統(tǒng)一同使用。在另一實(shí)施例中，該架構(gòu)被示出為應(yīng)用于彈簧驅(qū)動輸注系統(tǒng)。在又 一實(shí)施例中，該系統(tǒng)架構(gòu)為伺服馬達(dá)驅(qū)動泵提供精確控制。在一個(gè)實(shí)施例中，泵為注射泵。
本發(fā)明的其它實(shí)施例包括能容易地附接于傳統(tǒng)靜脈內(nèi)輸注系統(tǒng)的集成傳感器機(jī) 構(gòu)和控制器。提供用于重力饋給靜脈內(nèi)輸注系統(tǒng)的集成液滴計(jì)數(shù)器和控制器。另一實(shí)施 例包括共同提供控制機(jī)構(gòu)的控制器和致動器，該控制機(jī)構(gòu)通過擠壓或者釋放輸注機(jī)構(gòu)的出 口管來控制流量。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器接收來自液滴計(jì)數(shù)器的流量信號。另一實(shí)施例 中，控制器接收來自編碼器的流量信號，該編碼器被結(jié)合在注射器柱塞中或附接于注射器 柱塞，用以檢測和測量移動。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制機(jī)構(gòu)包括電磁致動鉗。另一實(shí)施例中， 利用例如偏置凸輪機(jī)構(gòu)的其它機(jī)構(gòu)來擠壓該管。在另一實(shí)施例中，彈簧驅(qū)動注射器包括用于劑量的容積和速率的反饋機(jī)構(gòu)，而且 還包括控制器，該控制器通過使用上述反饋控制方案來確保準(zhǔn)確而精確的輸送速率。該注 射器實(shí)現(xiàn)了一種給藥，其中，較高背壓可免除重力饋給系統(tǒng)的使用。在一個(gè)實(shí)施例中，反饋 系統(tǒng)包括結(jié)合在注射器柱塞中的磁性傳感器。在另一實(shí)施例中，傳感器為與電感線圈偶聯(lián) 的磁柱塞，從而測量柱塞的位置和移動速度，并因此而測量輸送容積和速率。按照上述方法 在閉環(huán)反饋系統(tǒng)中使用所測量的容積和速率。在另一實(shí)施例中，電感線圈和磁柱塞也用于 通過將電流施加給同軸電感線圈來控制輸送速度。在另一實(shí)施例中，電感線圈結(jié)合在注射 器的針筒內(nèi)。在另一實(shí)施例中，電感線圈以偏置方式安裝。另一實(shí)施例中，用于驅(qū)動電感線 圈的電流被用作泵的下游壓力的量度。其它實(shí)施例包括用來確定柱塞位置的電容性編碼 器、光學(xué)編碼器及其它磁性編碼器。本發(fā)明的其它實(shí)施例提供馬達(dá)驅(qū)動注射泵。另一實(shí)施例中提供了線性馬達(dá)驅(qū)動 泵。在另一實(shí)施例中，提供了絲桿驅(qū)動注射泵。用于注射器柱塞位置的位置傳感器以及用 于流量、氣泡和壓力的光學(xué)傳感器及其它傳感器的組合，被包括在用于輸送容積和輸送速 率的閉環(huán)控制系統(tǒng)中。在另一實(shí)施例中，傳感器還提供了一種用于故障，例如堵塞、泄漏或 者管斷開，的故障保險(xiǎn)系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)為外部彈簧機(jī)構(gòu)?？蓪ⅰ艾F(xiàn)成”的注射器安裝到該機(jī)構(gòu) 內(nèi)用以提供泵系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，外部彈簧驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括用以檢測和測量注射器柱 塞的移動的傳感器。在另一實(shí)施例中，外部彈簧驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括控制器和致動器，該控制器 和致動器用以提供對來自注射器的液流的閉環(huán)反饋控制。在一個(gè)實(shí)施例中，該致動器為電 磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)，該電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過擠壓附接于注射器針的柔性管來提供流量控制，并借此 可控地限制流量。


圖1是系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)施例的框圖。
圖2是集成流量傳感器和控制單元實(shí)施例的示圖。
圖3是集成流量傳感器和控制單元實(shí)施例的細(xì)節(jié)剖面圖。
圖4是示出了使用多個(gè)流量傳感器和控制單元的實(shí)施例的示圖。
圖5是彈簧驅(qū)動注射器實(shí)施例的示圖。
圖6示出了結(jié)合鐵磁柱塞和電感線圈的實(shí)施例的剖面和更詳盡視圖。
圖7示出了結(jié)合鐵磁柱塞和電感線圈的實(shí)施例的細(xì)節(jié)剖面圖。
圖8示出了具有以偏置方式安裝的電感線圈的注射器實(shí)施例。
圖9示出了絲桿驅(qū)動注射器實(shí)施例。
圖10示出了線性馬達(dá)驅(qū)動實(shí)施例。圖11示出了具有固定絲桿的絲桿和移動馬達(dá)實(shí)施例。圖12示出了外部彈簧驅(qū)動機(jī)構(gòu)的多個(gè)視圖。
具體實(shí)施例方式對來自輸注系統(tǒng)的液流的控制為本發(fā)明的關(guān)鍵特征。系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)施例提供了用于 輸注泵系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制的裝置的要點(diǎn)。所示出的結(jié)構(gòu)可適用于簡單的低成本重力驅(qū)動 系統(tǒng)以及伺服馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)。一般而言，該架構(gòu)適用于所有輸注泵的準(zhǔn)確控制，其中，利用 偏置力(例如馬達(dá)、彈簧、重力等等)來形成液流，而且提供反饋裝置作為實(shí)際流速的量度。 示出了多個(gè)注射系統(tǒng)的物理實(shí)施例。該控制架構(gòu)適用于所有的泵實(shí)施例，而且實(shí)際上可調(diào) 整適用于其它醫(yī)療設(shè)備，參見下面的論述。該架構(gòu)為模塊化和可調(diào)整的。該架構(gòu)由提供對 流量的準(zhǔn)確而精確的閉環(huán)控制的實(shí)時(shí)控制器組成。以下論述中的術(shù)語"偏置機(jī)構(gòu)"表示 用于實(shí)現(xiàn)輸注的流體泵送致動的所有可能方法，非限制性示例包括重力、偏置彈簧、線性馬 達(dá)、滾珠絲杠、電感線圈、螺線管以及音圈致動器。類似地，術(shù)語"反饋"表示獲得對實(shí)際流 量的反饋的所有方法，非限制性示例包括光學(xué)編碼器、磁性編碼器、電容式編碼器、電感式 編碼器和用于計(jì)數(shù)液滴的貫通束傳感器以及能轉(zhuǎn)換成流量的壓差測量。實(shí)時(shí)控制器閉合在 致動信號與反饋信號之間的回路，以獲得準(zhǔn)確和精確的流量。該系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)隨意指定的 流量曲線。實(shí)時(shí)控制器的另一實(shí)施例包括輸入和輸出(10)，該輸入和輸出本質(zhì)上都可以是 數(shù)字和模擬的。此IO使得能對醫(yī)院里的其它醫(yī)療設(shè)備添加限位開關(guān)、安全開關(guān)、患者輸入 部、接口、閉環(huán)或者開環(huán)，并允許基于此進(jìn)行輸注策略的編程以及系統(tǒng)性能的優(yōu)化。在一個(gè) 實(shí)施例中，控制器基于選定的參數(shù)和來自流量、壓力或其他參數(shù)的傳感器的反饋，使用基于 馬達(dá)的偏置機(jī)構(gòu)的PID或者PIV控制來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輸注。一個(gè)實(shí)施例包括固定偏置機(jī)構(gòu)的閉 環(huán)控制。示例性固定偏置機(jī)構(gòu)包括重力和彈簧。彈簧包括彈簧驅(qū)動注射器柱塞以及彈簧， 該彈簧用于壓縮供應(yīng)袋，從而將壓力引入系統(tǒng)中來驅(qū)動流體流動。另一實(shí)施例使用彈性供 應(yīng)袋，該彈性供應(yīng)袋利用制造該袋的材料的彈性將流體擠出。在另一實(shí)施例中，橡膠帶或者 橡膠環(huán)，或者其它彈性材料的帶或環(huán)，用于提供偏置機(jī)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，偏置機(jī)構(gòu)包括 擠壓上述袋的彈簧加載輥。另一實(shí)施例包括在實(shí)時(shí)控制器與外部設(shè)備之間的通信接口，該通信接口可以是有 線或無線的。外部設(shè)備的非限制性示例包括用于與控制器通信以報(bào)告輸注參數(shù)和設(shè)定輸注 參數(shù)的蜂窩電話、PDA、膝上型計(jì)算機(jī)、臺式計(jì)算機(jī)以及示教盒。這些外部設(shè)備能用于泵的編 程、關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視以及如果需要在泵送操作中提供外部干涉。注意，通信接口 可能駐留在實(shí)時(shí)控制器上或者如果特別需要可位于獨(dú)立控制器上。該通信接口還能用于將 泵集成到醫(yī)院管理系統(tǒng)、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)以及客戶關(guān)系管理系統(tǒng)等等中。注意，如此能將 所提出的控制架構(gòu)應(yīng)用于任何醫(yī)療設(shè)備。也因此，該控制架構(gòu)也代表了用于醫(yī)療設(shè)備的通 用控制器。另一實(shí)施例包括用于重力饋給靜脈內(nèi)系統(tǒng)的傳感器和控制器。能將該傳感器-控 制器附接至傳統(tǒng)系統(tǒng)而無需修改。該傳感器_控制器由貫通束發(fā)射器_接收器組成，該貫 通束發(fā)射器-接收器相對于儲液器和用以壓縮連接管作為流量調(diào)節(jié)裝置的裝置而安裝。在 優(yōu)選實(shí)施例中，用以壓縮該管的裝置為螺線管。在其它實(shí)施例中，用以壓縮管的裝置的非限制性示例包括馬達(dá)、氣動裝置、液壓裝置以及蠕動裝置。本部分中的以下描述內(nèi)容將局限于 螺線管而不喪失一般性，應(yīng)理解的是，本部分中的以下論述也適用于所述的其它致動裝置。 螺線管和傳感器為閉環(huán)控制系統(tǒng)的部分。還提供了多個(gè)泵送實(shí)施例。在第一實(shí)施例中，彈簧驅(qū)動注射器使用用于夾緊從注 射器伸出的管的機(jī)構(gòu)。注射器針筒的凸緣與用以確定注射器柱塞位置的傳感器裝置匹配。 在一個(gè)實(shí)施例中，該傳感器裝置包括嵌入柱塞本體中的磁鐵以及附接至注射器針筒組件的 閱讀器。該傳感器裝置提供柱塞相對于注射器針筒的位置的測量結(jié)果，且因此提供已輸送 的容積和輸送速率。在具有壓緊從注射器伸出的管從而控制流量的裝置的閉環(huán)控制系統(tǒng)中 使用此測量結(jié)果。由于用于注射器的偏置機(jī)構(gòu)為彈簧，因此，閉環(huán)系統(tǒng)解決彈簧隨柱塞更進(jìn) 一步進(jìn)入針筒而釋放造成的彈簧力的變化。將彈簧的尺寸選擇為，使得在柱塞的任意位置 處，都具有足夠的偏置壓力來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可能需要的最大流速。注射泵的另一實(shí)施例包括鐵磁件，其附接于彈簧驅(qū)動注射泵上的柱塞。該鐵磁件 封裝在電感線圈內(nèi)。鐵磁體移動通過電感線圈，提供了用于磁鐵的位置和移動的傳感器裝 置，且因此，提供了隨著附接的柱塞移動到注射器針筒內(nèi)的流體輸送。隨后，該傳感器被耦 聯(lián)到用以壓緊從注射器伸出管的裝置和用以提供閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器。另一實(shí)施例將電 感線圈結(jié)合到注射器針筒內(nèi)，從而提供更緊湊的系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，電流施加給電感線 圈，從而在注射器柱塞上為閉環(huán)控制提供附加控制力。另一實(shí)施例將鐵磁體和電感線圈連 接至注射器柱塞，但使它們定位為偏離注射器柱塞和注射器針筒的軸線。在其它的實(shí)施例中，反饋致動裝置包括用于控制出流的致動裝置，所述用于控制 出流的致動裝置包括經(jīng)由可變孔、流量閥、針閥等等的流量調(diào)節(jié)，而非壓縮管的螺線管。在 其它實(shí)施例中，用來提供偏壓來泵送流體的偏置機(jī)構(gòu)包括其它裝置，包括但不限于拉簧、電 磁裝置、磁性裝置、氣動裝置、液壓裝置以及彈性裝置。在另一實(shí)施例中，通過電容性裝置來感測在注射器中的柱塞位置和移動。該柱塞 嵌有良好電介質(zhì)材料，或者其本身可由良好電介質(zhì)材料制成。將一對平行電極定位為使得 柱塞含有電介質(zhì)材料的某區(qū)段始終位于該平行電極之間，從而電極由上述柱塞區(qū)段進(jìn)行局 部阻擋。隨著柱塞移動，電極之間的電介質(zhì)量發(fā)生改變。通過測量電極間的電容，來測量柱 塞的位置和速度。在另一實(shí)施例中，柱塞位置和移動由光學(xué)裝置確定。示例性光學(xué)裝置包 括由光柵(grating)組成安裝在柱塞上的編碼帶，且光學(xué)讀取磁頭可安裝在針筒凸緣上， 從而允許實(shí)時(shí)測量位置和速度。在其它實(shí)施例中，注射器利用傳統(tǒng)伺服馬達(dá)和相關(guān)聯(lián)的控制裝置來驅(qū)動。這些機(jī) 構(gòu)可以是附接于滾珠絲杠或者絲桿的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。在這些情況下，旋轉(zhuǎn)編碼器可附接于馬達(dá) 以用于馬達(dá)運(yùn)動的閉環(huán)控制。這些馬達(dá)也可是線性驅(qū)動馬達(dá)。另外，可結(jié)合與其它實(shí)施例 相關(guān)聯(lián)的傳感器。這些傳感器包括用于容積測量的液滴計(jì)數(shù)器以及用于注射器柱塞位置的 線性位置檢測器。將傳感器的組合結(jié)合到反饋機(jī)構(gòu)中，以用于精確而準(zhǔn)確的容積輸送。該 馬達(dá)還以間接壓力測量的形式提供附加反饋。驅(qū)動馬達(dá)所需要的電流負(fù)載為用于流體輸送 的背壓的指示器。負(fù)載測量還可包括在閉環(huán)控制內(nèi)。在另一實(shí)施例中，驅(qū)動馬達(dá)上的負(fù)載 被用作堵塞或者泄漏或者破裂管的故障保險(xiǎn)指示器。系統(tǒng)架構(gòu)圖1描繪了系統(tǒng)架構(gòu)的框圖。該架構(gòu)適用于并包括與至少一個(gè)輸注泵系統(tǒng)相連的接口，上述輸注泵系統(tǒng)選自滴注系統(tǒng)101、彈簧驅(qū)動注射泵102以及馬達(dá)驅(qū)動注射泵103。在 另一實(shí)施例中，該系統(tǒng)架構(gòu)可應(yīng)用于受益于閉環(huán)反饋控制的其它醫(yī)院系統(tǒng)104。非限制性 示例包括使用多軸類型的控制器的醫(yī)療機(jī)器人的控制，其中來自身體的反饋例如血壓必須 達(dá)到某個(gè)值的系統(tǒng)控制，以及控制器利用此反饋來控制系統(tǒng)從而使得壓力達(dá)到并保持在目 標(biāo)值。類似的系統(tǒng)可將心率用作反饋傳感器。該系統(tǒng)還包括接口軟件105，該接口軟件105 為控制器108提供控制算法，并向用戶106、107提供通信接口。在實(shí)時(shí)控制器與外部設(shè)備 之間的通信接口可以是有線或無線的。外部設(shè)備的非限制性示例包括用于與控制器通信而 報(bào)告輸注參數(shù)和設(shè)定輸注參數(shù)的蜂窩電話、PDA、膝上型計(jì)算機(jī)、臺式計(jì)算機(jī)以及示教盒。這 些外部設(shè)備能夠用于泵的編程、關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視以及如果需要在泵送操作中提 供外部干涉。注意，通信接口可駐留于實(shí)時(shí)控制器上，或者如果特別需要可駐留于獨(dú)立控制 器上。該通信接口還能夠用于將泵集成到醫(yī)院管理系統(tǒng)、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)以及客戶關(guān)系 管理系統(tǒng)中?？刂破?08是硬件元件，在馬達(dá)驅(qū)動注射系統(tǒng)的情況下提供驅(qū)動信號至偏置機(jī)構(gòu) 110，以及提供控制信號至致動裝置112用以控制各部件(features)例如軟管夾緊裝置或 者其它裝置來調(diào)節(jié)流量。偏置機(jī)構(gòu)表示用于實(shí)現(xiàn)輸注的流體泵送致動的所有可能方法，非 限制性示例包括重力、偏置彈簧、線性馬達(dá)、滾珠絲杠、電感線圈、螺線管以及音圈致動器。 反饋裝置111將有關(guān)流量、壓力及其它系統(tǒng)自控響應(yīng)的信號提供給控制器。反饋表示獲得 對實(shí)際流量的反饋的所有方法，非限制性示例包括光學(xué)編碼器、磁性編碼器、用于計(jì)數(shù)液滴 的貫通束傳感器以及壓力轉(zhuǎn)換器。在另一實(shí)施例中，反饋還可以是例如驅(qū)動馬達(dá)以獲得注 射器柱塞的選定移動速率所需要的負(fù)載的響應(yīng)的間接量度。通過位置傳感器，例如連接至 注射器柱塞的磁性傳感器、光學(xué)傳感器、電容性傳感器或其它傳感器，來提供注射器柱塞的 移動速度。運(yùn)動控制器還包括I/O接口 109，該I/O接口 109用于與外部報(bào)警系統(tǒng)或者其它 外部輸入裝置例如患者監(jiān)視設(shè)備一起使用。該IO使得能對醫(yī)院里的其它醫(yī)療設(shè)備添加限 位開關(guān)、安全開關(guān)、患者輸入端、接口(閉環(huán)或者開環(huán))，并允許基于此進(jìn)行輸注策略的編程 以及系統(tǒng)性能的優(yōu)化。在另一實(shí)施例中，編碼器反饋誤差被用作輸注液體所需要的力的推算量度。然后， 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中一同使用該推算出的力和流量。編碼器反饋誤差由等式1給出。ε (χ) = X-X0等式(1)其中，ε為編碼器位置的誤差，X為實(shí)際的編碼器位置，而Xtl為目標(biāo)編碼器位置。 目標(biāo)值Xtl為時(shí)間的函數(shù)。輸注程序?yàn)閱挝粫r(shí)間輸送一容積的注射液或者時(shí)間段內(nèi)輸送總 容積的注射液的程序。輸注程序還可包括在進(jìn)行輸注的總時(shí)間內(nèi)輸注速率的編程變化。位 置X和Xtl與保留在注射器中的容積成正比，而且兩者之差為要輸送的容積。在單參數(shù)閉環(huán) 系統(tǒng)中，周期性地測量X，計(jì)算誤差ε (X)，并調(diào)節(jié)致動器電位以最小化誤差。誤差ε (x)也 與對輸注液的阻力或者輸注流體所需的力成比例。在另一實(shí)施例中，還在輸注程序中對誤 差ε (x)進(jìn)行編程，從而沿著選定的軌線控制輸送壓力和容積。在一個(gè)實(shí)施例中，接口軟件 對控制器進(jìn)行編程，以基于選定的參數(shù)和來自流量、壓力或其他參數(shù)的反饋，使用基于馬達(dá) 的偏置機(jī)構(gòu)的PID或者PIV控制來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輸注。另一實(shí)施例包括固定偏置機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控 制。示例性固定偏置機(jī)構(gòu)包括重力和彈簧。彈簧包括彈簧驅(qū)動注射器柱塞以及彈簧，該彈 簧用于壓縮供應(yīng)袋，從而將壓力弓I入系統(tǒng)來驅(qū)動流體流動。
傳感器-控制器現(xiàn)在參照圖2，另一實(shí)施例包括用于靜脈內(nèi)輸注系統(tǒng)的組合傳感器和控制器209。 能夠?qū)⒃搨鞲衅鱛控制器209附接于傳統(tǒng)系統(tǒng)而無需修改。該傳感器_控制器有序地安置 在供應(yīng)裝置201與連接至患者的管208之間。該傳感器-控制器包括貫通束發(fā)射器_接 收器204，該貫通束發(fā)射器-接收器相對于儲液器203安裝；以及用以壓縮連接管并作為流 量調(diào)節(jié)裝置的裝置207。在優(yōu)選實(shí)施例中，用以壓縮該管的裝置為螺線管。在其它實(shí)施例 中，用以致動螺線管和壓縮該管的裝置為馬達(dá)、氣動裝置以及液壓裝置。在其它實(shí)施例中， 用以壓縮該管的裝置包括由上述任何致動裝置驅(qū)動的機(jī)構(gòu)或者傳動裝置(例如輥、連桿、 齒輪等等)，當(dāng)然也可使用螺線管。該傳感器-控制器還包括集成的電子控制裝置206。該 電子控制裝置包括處理器、存儲器以及存儲在存儲器中用以計(jì)算經(jīng)過傳感器的流量的程序 代碼。在另一實(shí)施例中，傳感器還包括輸入裝置以允許輸入用于流量的設(shè)定點(diǎn)，且程序代碼 還包括計(jì)算在設(shè)定點(diǎn)與測得流量之間的差或者誤差的代碼，且程序代碼還包括算法，以計(jì) 算供給致動器和可控偏置來通過增大或減小流量來最小化誤差的輸出信號。在另一實(shí)施例中，傳感器-控制器還包括用以測量腔203中的液位的裝置205。傳 感器-控制器的流出量，等于利用液滴傳感器測量的流量減去由液位傳感器測量的累積在 傳感器-控制器內(nèi)的容積。本部分中的以下論述將不失普遍性地局限于螺線管，應(yīng)理解的 是，本部分中的以下論述也適用于所述的其它致動裝置。螺線管和傳感器為閉環(huán)控制系統(tǒng) 的部件。在另一實(shí)施例中，流體從供應(yīng)裝置201進(jìn)入傳感器-控制器，該供應(yīng)裝置201為下 述容器中的任何一種彈簧加載容器；其中流體受壓的容器；氣動加載容器；其中流體經(jīng)由 諸如滾珠絲杠、或絲桿、或齒條、和傳動齒輪或者輥的機(jī)構(gòu)排出的容器；以及其中流體利用 磁性裝置、電磁裝置等等排出的容器。該容器基本上可經(jīng)由包括上述容器的任意一種的廣 泛多種裝置而排出流體。圖3描繪了傳感器_控制器209的部件的細(xì)節(jié)剖面圖。管301連接至供應(yīng)裝置。 來自袋子的流體以液滴形式經(jīng)由孔309進(jìn)入儲液器302。傳感器-控制器如下所述地自動 調(diào)節(jié)流體的流量。每當(dāng)流體液滴進(jìn)入儲液器時(shí)，該液滴截?cái)鄟碜怨獍l(fā)射器304去往光接收 器305的光束。示例性光發(fā)射器包括發(fā)光二極管，而示例性光接收器包括光電二極管。在 液滴的前緣(液滴的第一緣)截?cái)鄠鞲衅鞴馐鴷r(shí)，接收器305處的信號下降到低值，而在液 滴的后緣脫離傳感器光束時(shí)，接收器305處的信號恢復(fù)到高值。下文將接收器處的信號的 上述變化稱作脈沖。通過測量脈沖頻率而測得的液滴頻率對應(yīng)于容積流速(亦即，該容積 流速為液滴頻率乘以每個(gè)液滴的容積)。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)利用脈沖寬度補(bǔ)償液滴容積 的變化。每個(gè)脈沖的時(shí)間寬度表示每個(gè)液滴的容積，而且例如用于但不限于計(jì)算每個(gè)液滴 的容積；補(bǔ)償例如由于粘度或者溫度造成的液滴尺寸的變化。在另一實(shí)施例中，能夠?qū)鞲?器光束設(shè)計(jì)為在液滴截?cái)嗤ㄟ^的位置處很寬，以便即使儲液器的軸線與垂直軸線相差很大 (亦即即便儲液器未保持完全垂直)，設(shè)備也能精確工作。注意，利用發(fā)射器和接收器處的 光學(xué)器件(optics)來調(diào)整光束的寬度。在另一實(shí)施例中，使用多個(gè)發(fā)射器和接收器，以便 由每個(gè)液滴來截?cái)喽鄠€(gè)光束。這樣也提供了冗余。在另一實(shí)施例中，替代單獨(dú)的發(fā)射器和 接收器，能夠使用在相同頭部具有發(fā)射器和接收器的反射傳感器。在此情況下，發(fā)射器和接 收器均容納在頭部304內(nèi)，而反射器位于相對的頭部305處。在另一實(shí)施例中，也可在此處提出的設(shè)備中使用諸如超聲裝置的直接流量測量法，諸如層流流量計(jì)的傳統(tǒng)流量測量法等 等。在另一實(shí)施例中，接收器信號本質(zhì)上可以是模擬信號，從而當(dāng)液滴截?cái)喙馐鴷r(shí)接收器信 號的強(qiáng)度變化可用于精確重構(gòu)液滴形狀，從而實(shí)現(xiàn)更精確地測量流量。在又一實(shí)施例中，使 用諸如高速CCD照相機(jī)的顯影系統(tǒng)連同閃光燈來獲取液滴照片，并通過適當(dāng)?shù)膱D像處理來 計(jì)算容積。在另一實(shí)施例中，提供可以是單個(gè)傳感器或者多個(gè)傳感器陣列的輔助傳感器306， 用于測量累積在儲液器302中的流體的液位及其變化。這能通過測量儲液器中的任意累積 物來提供流量測量的額外精確度和確認(rèn)。如果由于某種原因，在輸入期間(input from)產(chǎn) 生一些液流累積，則此傳感器能夠與液滴的頻率和尺寸一同用于精確計(jì)算流速，并將該傳 感器用作反饋控制系統(tǒng)的部分。傳感器-控制器的實(shí)施例還包括螺線管307，該螺線管307能夠被致動用以擠壓或 者釋放伸出管303，從而控制流量。傳感器和致動器利用集成電子器件308來控制。利用閉環(huán)控制算法來實(shí)現(xiàn)流量控制，其中，使用標(biāo)稱液滴容積將流量設(shè)定點(diǎn)計(jì)算 為液滴速率或頻率。液滴計(jì)數(shù)和液滴尺寸均進(jìn)行測量。基于實(shí)際液滴容積的測量結(jié)果來調(diào) 節(jié)標(biāo)稱液滴容積，以及計(jì)算流速并將該流速與設(shè)定點(diǎn)作比較。螺線管307根據(jù)脈沖頻率壓 縮或者釋放管303，以達(dá)到所需的流速。在另一實(shí)施例中，所述的液滴傳感器-控制器與泵(例如蠕動泵及其它泵)內(nèi)使 用的馬達(dá)集成，從而提供精確的閉環(huán)蠕動泵。類似地，能夠?qū)⒁旱蝹鞲衅髋c其它形式的輸注 裝置(例如隔膜泵、波紋管、彈性袋等等)集成，以形成精確的閉環(huán)輸注泵。在另一實(shí)施例中，液滴傳感器獨(dú)自、貫通光束傳感器以及選擇性地累積傳感器用 作普通袋(regular bag)靜脈內(nèi)輸注系統(tǒng)的輔助。在調(diào)節(jié)通常使用的輥時(shí)，取代使用手表 和計(jì)數(shù)液滴的是，醫(yī)師使用顯示液滴頻率的顯示器并手動調(diào)節(jié)輥位置，從而將液滴頻率并 由此將流速調(diào)節(jié)為目標(biāo)值。在另一實(shí)施例中，入口孔309為可變孔。該第二可變孔的目的是，改變進(jìn)入儲液器 的液滴的尺寸。為了獲得高度精確的流速，可以使用此方法最小化每個(gè)液滴的容積，從而最 大化每單位流量的液滴數(shù)目，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更高分辨率，這又實(shí)現(xiàn)更好的精確度。如圖4所示，另一實(shí)施例與能輸注大容量(每小時(shí)輸注1升或更多)的輸注泵一 同使用。實(shí)現(xiàn)大容積輸注的很常用解決方法通過如下來實(shí)現(xiàn)使用更大直徑的管和在至儲 液器的入口處使用更大的孔。這導(dǎo)致更大的液滴尺寸，并因此降低了分辨率。此外，還存在 關(guān)于管直徑和孔徑在至儲液器的入口處不再形成液滴之前能夠有多大的物理限制。上述液 滴傳感器_控制器可用于精確輸注大容積利用T形接頭402將來自供應(yīng)裝置401的管路 由到兩個(gè)傳感器_控制器403、404，并利用另一 T形接頭405將從液滴計(jì)數(shù)器流出的液流匯 流成一股。由此，圖4所示的配置允許雙流(doubling of the flow)，且不會影響系統(tǒng)的分 辨率和系統(tǒng)的精確度。解決途徑并不僅僅局限于兩個(gè)液滴計(jì)數(shù)器。在另一實(shí)施例中，多個(gè) 傳感器_控制器用于增大系統(tǒng)的最大流速，而不損害分辨率和精確度。在另一實(shí)施例中，使用單個(gè)致動器以擠壓下游T形接頭405下游的管，該單個(gè)致動 器未示出，代替用于從儲液器伸出的每個(gè)管的各個(gè)致動器。在這種情況下，對在每個(gè)儲液器 處測得的流量求和，并將其用作總流量，且致動器用于擠壓伸出管以控制總流量。在另一實(shí)施例中，圖3的單個(gè)儲液器302與多個(gè)孔和液滴傳感器進(jìn)行裝配。這將對應(yīng)于經(jīng)由多個(gè)孔309進(jìn)入一個(gè)儲液器本體302的多股液流。參照圖4，這將對應(yīng)于所有傳 感器和管保持如圖所示且兩個(gè)儲液器被合并成包含所示兩個(gè)儲液器的一個(gè)儲液器的情況。彈簧偏置注射泵圖5和圖6示出了另一實(shí)施例。閉環(huán)輸注泵由帶有集成的傳感器的彈簧偏置注射 器和流量控制裝置組成。輸注泵包括彈簧偏置注射器，該彈簧偏置注射器包括注射器針筒 501和柱塞502。柱塞終止于注射器襯墊503中，從而在柱塞與注射器針筒之間形成液密密 封。該注射器由彈簧504驅(qū)動或偏置。注射器針筒內(nèi)容納的流體經(jīng)由可壓縮管507和輸送 管或者針509被排出注射器。一系列磁鐵505嵌在注射器的柱塞內(nèi)。注射器針筒的凸緣安 裝有讀磁頭506。可壓縮管507附接于注射器尖端，而螺線管508或者類似致動器用于壓縮 該管，從而控制流量。如下所述地操作泵。將壓縮彈簧504的尺寸制成為利用對應(yīng)于完全開放的可壓 縮管孔507的完全開放孔，提供該泵可以使用的任何應(yīng)用所需要的最大流量。通過當(dāng)嵌入 的磁鐵經(jīng)過讀磁頭506時(shí)測量在讀磁頭506處獲得的信號，來獲取用于測量流速和輸注液 體容積的柱塞502的速度和位置。根據(jù)用于處理信號的電子器件的種類，上述信號本質(zhì)上 為正弦電壓或電流信號。此正弦信號為柱塞位置的非常精確的指示器。還要注意，如在常 用的正-余弦編碼器和電感式編碼器的情況下，還可對此正弦信號進(jìn)行插值以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步 的精確度。通過利用螺線管508壓縮附接于注射器尖端的可壓縮管507，來調(diào)節(jié)流量。螺線 管致動信號和來自帶有磁鐵的柱塞的位置和速度反饋形成用以給出極好控制和精確度的 閉環(huán)系統(tǒng)。彈簧偏置注射泵和鐵磁傳感器圖6和圖7所示的另一實(shí)施例包括彈簧加載注射器，該注射器的尖端附接有可壓 縮管，這與已論述的實(shí)施例相同。具有注射器本體604以及終止于柱塞上的襯墊606的柱 塞605的注射器采用彈簧偏置機(jī)構(gòu)607來驅(qū)動柱塞，并經(jīng)由柔性管609和針610將流體從 注射器排出。這里，還利用安裝于注射器尖端的電磁致動器608壓縮附接于注射器尖端的 可壓縮管609，來調(diào)節(jié)經(jīng)過注射器的流量。但是，取代具有嵌入磁鐵的柱塞，在這種情況下， 通過附接在這里稱為"磁柱塞"的鐵磁件602來檢測柱塞的位置。磁柱塞與電感線圈603 同軸安裝，該電感線圈603容納在針筒604的伸出部601內(nèi)或者附接于針筒的部分內(nèi)，如圖 6和圖7所示。通過測量電感線圈603的電感來測量表示輸注流體容積和容積流速的注射 器柱塞605的位置和速度，該電感線圈603的電感隨線圈中磁柱塞602的位置而變化。如 在其他實(shí)施例的情況下，發(fā)送至螺線管的致動信號以及來自電感線圈而對應(yīng)于線圈電感的 信號形成了閉環(huán)反饋系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)極其精確而準(zhǔn)確的流體輸送。在另一實(shí)施例中，除用作位置反饋以外，磁柱塞602還能用于通過施加適量的電 流(用于測量電感的之外)來增大或減小偏置彈簧壓力。這實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的流量調(diào)節(jié)/控 制(由螺線管致動提供的除外)。在另一實(shí)施例中，磁柱塞還裝配有永磁體612。在未示出的另一實(shí)施例中，不在注射器上的部分內(nèi)安裝電感線圈，取而代之的是， 將電感線圈直接安裝在注射器針筒上，且注射器的柱塞本身就是鐵磁件。在圖8所示的另一實(shí)施例中，以偏置方式安裝電感線圈。注射器包括注射器本體 801、柱塞和襯墊804，且彈簧偏置機(jī)構(gòu)803具有柱塞802，該柱塞連接至在電感線圈810內(nèi) 部行進(jìn)的磁柱塞808，且該電感線圈與注射器本體并肩保持在第二本體809內(nèi)。該實(shí)施例還包括位于注射器出口處的柔性管806，該柔性管806饋給針807或者其它適合的管，以將流 體輸送到患者體內(nèi)。流量由能夾緊柔性管806而減小流量的電磁致動器805控制。在另一實(shí)施例中，除用作位置反饋，磁柱塞808還能用于通過施加適量的電流(用 于測量電感的之外)來增大或減小偏壓彈簧壓力。這實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的流量調(diào)節(jié)/控制(由 螺線管致動提供的除外)。在另一實(shí)施例中，磁柱塞還裝配有永磁體。在另一實(shí)施例中，驅(qū)動電感線圈所需的電流可用于監(jiān)視泵的下游管的壓力變化。所述系統(tǒng)架構(gòu)還用于提供對于馬達(dá)驅(qū)動注射器的閉環(huán)反饋控制。具有絲桿組件的 旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動注射器和線性馬達(dá)驅(qū)動注射器均可使用。在圖9所示的實(shí)施例中，利用支架 919將注射器安裝到滾珠絲杠和導(dǎo)向組件911上。注射器的柱塞906通過旋轉(zhuǎn)馬達(dá)915的 旋轉(zhuǎn)相對于針筒904驅(qū)動，該旋轉(zhuǎn)馬達(dá)能夠是AC伺服馬達(dá)、DC伺服馬達(dá)和步進(jìn)馬達(dá)等等。 馬達(dá)安裝有實(shí)現(xiàn)對馬達(dá)的閉環(huán)控制的旋轉(zhuǎn)式編碼器914。這又實(shí)現(xiàn)了對柱塞移動的精確控 制，并實(shí)現(xiàn)了精確注射。為實(shí)現(xiàn)更精確的閉環(huán)控制，可將編碼器安裝在支架912上，且滾珠 絲杠和線性導(dǎo)向件安裝在該支架上，而編碼器讀磁頭918安裝在柱塞所附接的該(可移動 的)支架上。在優(yōu)選實(shí)施例中，通常將滾珠絲杠的螺距選定為大于10mm，以便能驅(qū)動滾珠絲杠 返回。此配置使得馬達(dá)對滾珠絲杠的輸出處的載荷變化更敏感。這允許通過記錄馬達(dá)的隨 動誤差(following error)變化來檢測注射器針筒的壓力變化。通過比較馬達(dá)的實(shí)際位置 和指令位置來確定隨動誤差。在另一實(shí)施例中，如果應(yīng)用的壓力要求批準(zhǔn)(mandate)，則對 滾珠絲杠使用小于IOmm的螺距。線性馬達(dá)驅(qū)動的注射泵在另一實(shí)施例中，線性馬達(dá)被用作偏置機(jī)構(gòu)。圖10示出了線性馬達(dá)驅(qū)動注射泵 的平面圖1004、等視軸圖1001、俯視圖1003以及正視圖1002。線性馬達(dá)包含包括永磁體 的滑架1006以及安裝在固定裝置1010中的固定定子1011。在線圈內(nèi)適當(dāng)饋給電流使得 滑架1006移動。為獲得硬度、穩(wěn)定性和精確度，還如圖示使用線性導(dǎo)向件1009對滑架進(jìn)行 導(dǎo)向。注射器柱塞1012附接于滑架1006。通過相對于線性馬達(dá)定子1011固定地安裝編 碼器1007，來提供注射器位置、速度和加速度的實(shí)時(shí)反饋。編碼器讀磁頭1008相對于滑架 1006固定，且因此而固定至注射器柱塞。此編碼器配置實(shí)現(xiàn)了流量的極其精確的閉環(huán)控制。 編碼器能夠是各種類型的編碼器，非限制性示例包括光學(xué)傳感器編碼讀磁頭以及光學(xué)編碼 帶，以及磁性傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器與磁性編碼器、電感式編碼器和電容式 傳感器的類似組合。在另一實(shí)施例中，針筒內(nèi)的壓力的特征在于監(jiān)視線性馬達(dá)的隨動誤差，該隨動誤 差為線性馬達(dá)的指令位置和實(shí)際位置之間的差。在其它實(shí)施例中，編碼器和讀磁頭的位置改變。在未示出的一個(gè)實(shí)施例中，編碼器 直接安裝在注射器柱塞上，該注射器柱塞為移動部件。在另一實(shí)施例中，編碼器直接安裝在 柱塞上，而讀磁頭安裝在馬達(dá)定子上的固定位置。在另一實(shí)施例中，讀磁頭安裝在固定的注 射器針筒上。利用已描述的類似反饋控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)線性馬達(dá)改型。不同點(diǎn)就在于偏置機(jī)構(gòu)在 這種情況下為線性馬達(dá)。因此，該偏置機(jī)構(gòu)是可控制的。先前由可變孔提供的控制，代替為由線性馬達(dá)來提供。但注意，線性馬達(dá)具有在雙向上驅(qū)動柱塞的能力，而壓縮彈簧當(dāng)然只能 實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上的偏置力。在未示出的另一實(shí)施例中，音圈致動器用于偏置機(jī)構(gòu)而非線性馬達(dá)。移動部件為 線圈，且固定部件具有磁鐵。在其它實(shí)施例中，磁鐵為定子的部分，而線圈被集成到滑架中。絲桿注射泵圖11示出了另一實(shí)施例。通過相對于固定裝置1107將注射器針筒1104夾在固 定位置，而將注射器1101安裝至固定裝置。注射器柱塞1102還被鉗位1112至可移動裝置 1103，該可移動裝置附接于馬達(dá)1110。馬達(dá)的轉(zhuǎn)子1111嚙合絲桿1108，以使得馬達(dá)的旋轉(zhuǎn) 來驅(qū)動馬達(dá)，且因此而相對于注射器針筒驅(qū)動注射器柱塞，從而將流體從注射器排出。馬達(dá) 附接于在導(dǎo)向件1114內(nèi)行駛的活動滑架1113，從而獲得以最小誤差精確移動注射器柱塞 的能力。利用讀取磁頭1115來檢測馬達(dá)的位置，且因此而檢測注射器柱塞的位置，該讀取 磁頭1115經(jīng)由支架1116附接于保持注射器柱塞的同一支架。讀取磁頭感測相對于移動馬 達(dá)和注射器而固定在位置上的磁鐵1109。在另一實(shí)施例中，位置讀取磁頭1115和磁鐵1109 由其它位置感測裝置替代。此類裝置的非限制性示例包括光學(xué)器件、磁器件、感應(yīng)器件以及 電容性器件。外部彈簧驅(qū)動注射泵在另一實(shí)施例中，偏置機(jī)構(gòu)為結(jié)合到安裝固定裝置中的彈簧，以使得標(biāo)準(zhǔn)的成品 注射器可與彈簧偏置機(jī)構(gòu)一同使用。參照圖12，注射器1201安裝在固定裝置1211內(nèi)，從而 注射器的針筒1202相對于固定裝置固定。注射器的柱塞1203安裝至可相對于固定裝置移 動的支架1205，并由彈簧偏置機(jī)構(gòu)1207驅(qū)動。柔性管1204附接于注射器的出口，而致動 裝置1206附接于柔性管周圍，以使得在致動器致動時(shí)能可控地?cái)D壓柔性管，從而控制來自 注射器的液流。位置傳感器裝置1208也附接于可移動支架1205，該位置傳感器裝置能通 過感測位置傳感器相對于編碼帶1210的位置來感測可移動支架的位置，且因此而感測固 定裝置內(nèi)的注射器柱塞的位置。此類位置傳感器裝置和編碼帶的非限制性示例包括光學(xué)器 件、磁器件、電感性器件以及電容性器件。通過感測注射器柱塞的位置，并使得測得的位置 與輸注控制器程序中編碼的目標(biāo)位置之間的誤差最小，來實(shí)現(xiàn)來自注射器的流量的閉環(huán)控 制。通過打開致動器1206來增大流量，并通過關(guān)閉致動器1206來減小流量，其中，關(guān)閉裝 置擠壓在柔性管1204上?？偨Y(jié)描述了一種用于輸注器件的閉環(huán)控制的控制器。該架構(gòu)提供用以控制來自輸注器 件的流量以及在某些實(shí)施例中提供控制輸送壓力的裝置。描述了使用該閉環(huán)控制架構(gòu)的各 種輸注系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，閉環(huán)控制可適用于當(dāng)今常用的輸注裝置，例如重力饋給靜脈 內(nèi)輸注系統(tǒng)。其它實(shí)施例描述了輸注泵系統(tǒng)，這些輸注泵系統(tǒng)使用彈簧、彈性體、以及旋轉(zhuǎn) 馬達(dá)和線性馬達(dá)的偏置機(jī)構(gòu)或驅(qū)動機(jī)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不背離本發(fā)明的保 護(hù)范圍和精神的前提下，可對優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變形。因此，應(yīng)理解的是，除這里 具體描述的內(nèi)容以外，可在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)實(shí)踐本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種用以控制來自輸注器件的流量的裝置，所述裝置包括a)輸入孔b)輸出孔c)儲液器d)光源e)光檢測器，其被定位以檢測來自所述光源的光，且在所述光源與所述光檢測器之間具有間隔，且所述光源和所述光檢測器被定位為使得來自所述輸入孔的液滴橫貫通過所述光源與所述光檢測器之間的間隔、至少部分地阻擋從所述光源輸出的光，所述檢測器具有與從所述光源接收的光的強(qiáng)度成比例的電輸出，f)用以限制來自所述輸出孔的流量的裝置，所述裝置包括致動器，所述致動器可變地?cái)D壓附接于所述輸出孔的可壓縮管，g)控制器，包括處理器、存儲器以及來自所述光檢測器的輸入信號，且所述存儲器容納由所述處理器執(zhí)行的程序代碼，而所述代碼計(jì)算與來自所述輸注器件的流量成比例的輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以控制流量的裝置，還包括液位傳感器，所述液位傳感器 具有與所述儲液器中流體的液位成比例的輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用以控制流量的裝置，其中所述致動器被電激活，且所述控 制器還包括用以將流量設(shè)定點(diǎn)輸入到所述存儲器中的裝置，且所述存儲器還包含由所述處 理器執(zhí)行的程序代碼，所述程序代碼具有來自所述光檢測器的輸入信號以及來自所述液位 傳感器的輸入信號的輸入，且所述代碼根據(jù)所述輸入信號計(jì)算流量，且所述代碼還計(jì)算作 為所計(jì)算的流量與所述流量設(shè)定點(diǎn)之間的差的誤差，而且所述代碼還計(jì)算供給所述致動器 以可變地?cái)D壓所述可壓縮管來最小化所述誤差的輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以控制流量的裝置，其中，選擇所述輸入孔的尺寸以控制 液滴尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以控制流量的裝置，其中，來自所述控制器的輸出信號為 單位時(shí)間落下的液滴的計(jì)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所述 處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算從所述輸入孔落下的液滴的容積。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所述 處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算從所述輸入孔落下的液滴的容積。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所述 處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算供給馬達(dá)的輸出信號，所述馬達(dá)驅(qū)動泵，所述泵將流 體供應(yīng)至所述輸入孔。
9.一種用以控制來自輸注器件的流量的裝置，所述裝置包括a)多個(gè)輸入孔b)輸出孔c)儲液器d)多個(gè)光源，e)多個(gè)光檢測器，每個(gè)所述光檢測器被定位為檢測來自一個(gè)所述光源的光且在所述光源與所述光檢測器之間具有間隔，且所述光源和所述光檢測器被定位為使得來自一個(gè)所述 輸入孔的液滴橫貫通過所述光源與所述光檢測器之間的間隔、至少部分地阻擋從所述光源 輸出的光，所述檢測器具有與從所述光源接收的光的強(qiáng)度成比例的電輸出，f)用以限制來自所述輸出孔的流量的裝置，所述裝置包括致動器，所述致動器可變地 擠壓附接于所述輸出孔的可壓縮管，g)控制器，包括處理器、存儲器以及來自所述光檢測器的輸入信號，且所述控制器具有 與來自所述輸注器件的流量成比例的輸出信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用以控制流量的裝置，還包括液位傳感器，所述液位傳感器 具有與所述儲液器中流體的液位成比例的輸出信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用以控制流量的裝置，其中所述致動器被電激活，且所述 控制器還包括用以將流量設(shè)定點(diǎn)輸入到所述存儲器中的裝置，且所述存儲器還包含由所述 處理器執(zhí)行的程序代碼，所述程序代碼具有來自所述光檢測器的輸入信號以及來自所述液 位傳感器的輸入信號的輸入，且所述代碼根據(jù)所述輸入信號計(jì)算流量，且所述代碼還計(jì)算 作為所計(jì)算的流量與所述流量設(shè)定點(diǎn)之間的差的誤差，而且所述代碼還計(jì)算供給所述致動 器以可變地?cái)D壓所述可壓縮管來最小化所述誤差的輸出信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用以控制流量的裝置，其中，選擇所述輸入孔的尺寸以控制 所述液滴尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用以控制流量的裝置，其中，來自所述控制器的輸出信號為 單位時(shí)間落下的液滴的計(jì)數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所 述處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算從所述輸入孔落下的液滴的容積。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所 述處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算從所述輸入孔落下的液滴的容積。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所 述處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算供給馬達(dá)的輸出信號，所述馬達(dá)驅(qū)動泵，所述泵將 流體供應(yīng)至所述輸入孔。
17.一種用以控制來自輸注器件的流量的裝置，所述裝置包括a)多個(gè)輸入孔b)多個(gè)輸出孔c)多個(gè)儲液器d)多個(gè)光源e)多個(gè)光檢測器，每個(gè)所述光檢測器被定位以檢測來自一個(gè)所述光源的光且在所述光 源與所述光檢測器之間具有間隔，且所述光源和所述光檢測器被定位為使得來自一個(gè)所述 輸入孔的液滴橫貫通過所述光源與所述光檢測器之間的間隔、至少部分地阻擋從所述光源 輸出的光，所述檢測器具有與從所述光源接收的光的強(qiáng)度成比例的電輸出，f)用以限制來自所述輸出孔的流量的裝置，所述裝置包括致動器，所述致動器可變地 擠壓附接于所述輸出孔的可壓縮管，g)控制器，包括處理器、存儲器以及來自所述光檢測器的輸入信號，且所述控制器具有 與來自所述輸注器件的流量成比例的輸出信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用以控制流量的裝置，還包括液位傳感器，所述液位傳感 器具有與所述儲液器中流體的液位成比例的輸出信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用以控制流量的裝置，其中所述致動器被電激活，且所述 控制器還包括用以將流量設(shè)定點(diǎn)輸入到所述存儲器中的裝置，且所述存儲器還包含由所述 處理器執(zhí)行的程序代碼，所述程序代碼具有來自所述光檢測器的輸入信號以及來自所述液 位傳感器的輸入信號的輸入，且所述代碼根據(jù)所述輸入信號計(jì)算流量，且所述代碼還計(jì)算 作為所計(jì)算的流量與所述流量設(shè)定點(diǎn)之間的差的誤差，而且所述代碼還計(jì)算供給所述致動 器以可變地?cái)D壓所述可壓縮管來最小化所述誤差的輸出信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用以控制流量的裝置，其中，選擇所述輸入孔的尺寸以控 制液滴尺寸。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用以控制流量的裝置，其中，來自所述控制器的輸出信號 為單位時(shí)間落下的液滴的計(jì)數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所 述處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算從所述輸入孔落下的液滴的容積。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所 述處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算從所述輸入孔落下的液滴的容積。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用以控制流量的裝置，其中所述控制器存儲器還包括由所 述處理器執(zhí)行的程序代碼，所述代碼計(jì)算供給馬達(dá)的輸出信號，所述馬達(dá)驅(qū)動泵，所述泵將 流體供應(yīng)至所述輸入孔。
全文摘要
描述了一種用于輸注器件的閉環(huán)控制的控制器。描述了使用閉環(huán)控制架構(gòu)的各種輸注系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，所述閉環(huán)控制可適用于當(dāng)今常用的輸注裝置，例如重力饋給靜脈內(nèi)輸注系統(tǒng)。其它實(shí)施例描述了輸注泵系統(tǒng)，所述輸注泵系統(tǒng)使用彈簧、彈性體、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和線性馬達(dá)的偏置機(jī)構(gòu)或驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
文檔編號A61M31/00GK101951987SQ200880115087
公開日2011年1月19日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者伊凡·麥爾尼科, 斯瓦米納坦·巴拉克里希南, 薩蒂什·桑達(dá)爾 申請人:薩蒂什·桑達(dá)爾;斯瓦米納坦·巴拉克里希南;伊凡·麥爾尼科