专利名称：高精密度高可靠性持续皮下药物输注设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种持续皮下药物输注设备，具体涉及一种具有高精度、高可靠性和高安全性的持续皮下药物输注设备，其主要用于糖尿病强化治疗，也可以用于戒毒、药物实验及其它需要精确可靠安全地进行持续皮下药物输注的场合。
背景技术：
随着持续皮下胰岛素输注法(CISS)强化治疗糖尿病方法的日益普及和治疗水平的提高，用户对药物输注装置的精度、长期使用的可靠性特别是安全性提出了更高的要求。而目前流行的输注装置的设计往往只关注于局部功能单元的改进而忽略了此类输注装置是一个完整、精密、复杂的医学电子机械系统这一基本事实。其结果是虽然局部性能有所改进但系统整体安全性、可靠性却没有因此而提高，因此造成产品使用中出现疔效不佳，装置故障无法使用，甚至局部安全装置失效从而危及到患者生命安全。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种以高性能、安全可靠为设计目标的输注设备结构。设计中把所有功能单元的设计纳入到系统层面统一考虑并把安全作为第一优先因素，以提供一种符合市场对新一代输注装置要求的、更精密、更安全可靠的产品。
本实用新型的发明目的是通过以下技术方案实现的，一种持续皮下药物输注设备，包括壳体(101)、动力与进给子系统(105)、设备控制子系统(103)、人机交互界面(104)、电源子系统(102)、储药与输注装置(106)、安全保证子系统(108)、数据通讯单元(107)，以及输注软管与针头(109)，其特征在于所述的动力与进给子系统(105)与所述的设备控制子系统(103)相连接并受其控制，产生一直线运动推力以推动与之耦合的所述的储药与输注装置(106)经所述的输注软管与针头(109)向人体进行持续皮下药物输注，由所述的电源子系统(102)供电，由所述的安全保证子系统(108)在输注过程中提供安全保证。所述的人机交互界面(104)和数据通讯单元(107)与所述的设备控制子系统(103)连接并在其控制下实现监控设定和与外界的数据交换。
本实用新型的有益效果是，它可以提供更高的进给精度从而使医护人员得到更准确的临床数据以指导科研、治疗，同时为闭环型控制实现人工胰岛奠定了基础。它可以提供更高可靠性以保证用户不被使用中的故障所困扰。它更安全因此最大限度保障了用户的生命安全。
以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的说明。
图1是本实用新型的设备结构原理框图。
图2是本实用新型的动力与进给子系统的结构图。
图3是本实用新型的设备控制子系统的结构原理图。
图4是本实用新型的储药与输注装置的结构图。
图5是本实用新型的安全保证子系统的结构原理图。
图6是本实用新型的电源子系统的结构原理图。
图7是本实用新型的人机交互界面的构成图。
图8是本实用新型的数据通讯单元的构成图。
图9是本实用新型的防电磁干扰结构图。
具体实施方式
本实用新型的技术方案提供了一种持续皮下药物输注设备，如
图1所示，其包括壳体(101)、动力与进给子系统(105)、设备控制子系统(103)、人机交互界面(104)、电源子系统(102)、储药与输注装置(106)、安全保证子系统(108)、数据通讯单元(107)、以及输注软管与针头(109)，其中，所述的动力与进给子系统(105)与所述的设备控制子系统(103)相连接并受其控制产生一直线运动推力，推动与之耦合的所述的储药与输注装置(106)经所述的输注软管与针头(109)向人体进行持续皮下药物输注，由所述的电源子系统(102)供电，由所述的安全保证子系统(108)在输注过程中提供安全保证。所述的人机交互界面(104)和数据通讯单元(107)与所述的设备控制子系统(103)连接并在其控制下实现监控设定和与外界的数据交换。
如图2所示，根据上述技术方案所述的动力与进给子系统(105)设有电机(201)、光学编码器(202)、推进丝杠(203)、推进套管(204)、推进套管导向器(205)、限定开关(206)、推进丝杠前轴承(207)、推进丝杠后轴承(208)、推力传感器(209)、推进轴主齿轮(210)、第一减速齿轮(211)、第二减速齿轮(212)、第三减速齿轮(213)，以及减速齿轮箱(214)。所述的电机(201)由设备控制子系统(103)驱动经减速齿轮箱(214)中的第一、第二、第三减速齿轮(211)、(212)、(213)将动力扭矩传递给推进丝杠(203)，推进丝杠(203)与含有局部内螺纹的推进套管(204)、推进套管导向器(205)共同将推进丝杠(203)的旋转运动扭矩转换成推进套管(204)的直线运动推力。为保证设备操作精确度和长期工作的可靠性，所述的电机(201)为长寿命(5年连续使用无维护)、超低速、永磁无刷结构，带有所述的精密光学编码器(202)，以细分步方式驱动、同步方式运行；所述的推进丝杠(203)利用滚珠轴承一体化安装在所述减速齿轮箱上以提供进给推动精度和所需寿命及机械动力参数的一致性；推进丝杠(203)与滚珠轴承内孔采用轴向微动滑动配合以提供推力监测所需的微位移；所述的推进套管(204)采用超轻、高强度和刚性、耐磨的钛合金制做以避免冲击造成的对推力传感器(209)的可能损害；为保证在各种温度环境下设备长期稳定可靠工作，电机(201)、减速齿轮箱(214)、轴承、推进丝杠(203)、推进套管(204)的润滑必需采用附合如下标准的润滑剂在零下20摄氏度到零上50摄氏度的温度范围内保持低粘度、低阻力、不流淌、不挥发、5年连续使用化学性质稳定。所述的推力传感器(209)、精密光学编码器(202)和限定开关(206)同时构成了所述的安全保证子系统(108)的一部分并向所述的设备控制子系统(103)提供反馈信号。
如图3所示，根据上述技术方案所述的设备控制子系统(103)设有主控处理器(301)、输注监控辅助处理器(302)、智能实时时钟(303)、电机驱动单元(304)、人机交互界面接口(305)、电源监控管理接口(306)、通讯单元接口(307)、辅助存储器(308)、输注监控与安全传感接口(309)，以及警示单元(310)。所述的主控处理器(301)与输注监控辅助处理器(302)在输注期间互相协调监控，主控处理器(301)实施电机主控功能，主控处理器(301)、输注监控辅助处理器(302)和智能实时时钟(303)结合辅助存储器(308)、输注监控与安全传感接口(309)、电源监控管理接口(306)共同构成所述的安全保证子系统(108)的一部分，以实现出现异常输注现象时的安全保护功能。在等待输注期间智能实时时钟(303)则按预定时间与主控处理器(301)进行通讯，如出现主控处理器(301)异常，则智能实时时钟(301)实施系统复位以保证各处理器和系统电路恢复正常并继续实施正常输注。
如图4所示，根据上述技术方案所述的储药与输注装置(106)设有储药与注射器(401)、活塞(402)、定位与密封法兰(403)、储药与注射器仓(404)、法兰密封环(405)、锁紧盖(406)、壳体(407/101)。储药与注射器(401)带有定位与密封法兰(403)，在插入壳体(101)上的储药与注射器仓(404)时由锁紧盖(406)和法兰密封环(405)将其定位与密封实现全系统防水以保证在与水接触时的安全使用。
如图5所示，根据上述技术方案所述的安全保证子系统(108)设有输注压力传感单元(501)、电机驱动参数传感单元(502)、电源状态传感单元(503)、动力与进给机构状态传感单元(504)、应急人机交互界面(505)、主控处理器及输注监控辅助处理器输注监测应急反馈接口(506)、警示接口(507)、应急动力终止单元(508)、处理器行为异常探测单元(509)、处理器行为异常处理与复位单元(510)，以及处理器复位接口(511)。所述的输注压力传感单元(501)也就是动力与进给子系统(105)中的推力传感器(209)，在输注过程中随时探测输注压力并向应急动力终止单元(508)和通过应急反馈接口(506)向应急人机交互界面(505)、主控处理器(301)、输注监控辅助处理器(302)输出信号。所述的电机驱动参数传感单元(502)与所述的设备控制子系统(103)中的电机驱动单元相连接以提取信号并经输注监测应急反馈接口(506)向主控处理器(301)、输注监控辅助处理器(302)动态反馈，由此控制输注过程并在异常状态时通过应急动力终止单元(508)终止电机驱动。所述的动力与进给机构状态传感单元(504)含有动力与进给子系统(105)中的精密光学编码器(202)和限定开关(206)，在输注过程中向主控处理器(301)、输注监控辅助处理器(302)动态反馈速度、方向、位置信号。所述的处理器行为异常探测单元(509)随时监测主控处理器(301)、输注监控辅助处理器(302)的状态，如发现异常则经处理器行为异常处理与复位单元(510)、处理器复位接口(511)进行系统复位。所述的电源状态传感单元(503)也是电源子系统(102)中的电源状态监测单元，负责监测电源电压、电流、电量，在输注时如发生主电池异常则向主控处理器(301)发出报警，使其中止输注并进入应急处理状态以使系统复位后恢复正常操作。所述的应急人机交互界面(505)是由人机交互界面(104)在应急处理状态时转换而形成，允许用户以最简方式进行人为干涉。所述的警示接口(507)与所述的警示单元(310)相连接以使其产生声、振动或光报警信号。
如图6所示，根据上述技术方案所述的电源子系统(102)设有主供电电池(601)、电池过载保护与供电隔离单元(602)、应急供电单元(603)、电池过放电保护单元(604)、升压单元(605)、电源状态监测单元(606)、实时时钟供电单元(607)，以及电源监控管理接口(608)。电机(201)、电子监控部分、智能实时实钟(303)在正常输注操作状态下由主电池(601)供电；在待机操作状态下电子监控部分、智能实时实钟(303)由主电池(601)供电；在主电池状态异常情况下电子监控部分由应急供电单元(603)供电，智能实时实钟(303)由实时时钟供电单元(607)供电。应急供电单元(603)为超级电容器或高功率密度可充电池，实时时钟供电单元(607)为长寿锂电池。此三电源结构最大限度保证了设备在异常情况下能够完成应急处理，设备复位后的持续正常操作，以及在更换主电池时不影响原有设定，更换后立刻进入正常操作。所述的电池过载保护与供电隔离单元(602)可避免任何由电路过载或短路造成的可能安全隐患如过热、火灾等。所述的升压单元(605)在推进套管(204)回退时向电机(201)提供数倍于正常输注时的电压以实现高速回退。
如图7和9所示，根据上述技术方案所述的壳体(101，902)是由高导磁、导电、防锈金属制成，在液晶显示器(701，901)窗口处，液晶显示器的背面附有由类似材料制成的与壳体(101)紧密连接的防电磁干扰屏蔽板(903)，液晶显示器和键盘(702)的引线(703，904)上附有软磁性电磁干扰吸收材料(905)。此结构可最大限度地防止由强电磁辐射源如无线通讯设备、静电放电等所引起的设备误动作以保证使用安全。
如图8所示，根据上述技术方案所述的数据通讯单元(107)设有传输器(801)、接收器(802)、调制解调器(803)、以及处理器接口(804)。传输器(801)、接收器(802)和调制解调器(803)共同构成了与外界通讯的物理层，经处理器接口(804)与主控处理器(301)连接以实现设备与外界的数据交换。传输器(801)、接收器(802)的信号载体可以是射频，也可以是红外线。
权利要求1.一种高精密度高可靠性持续皮下药物输注设备，包括一壳体、一电源子系统、一设备控制子系统、一人机交互界面、一动力与进给子系统、一储药与输注装置、一数据通讯单元、一安全保证子系统，以及一输注软管与针头，所述的持续皮下药物输注设备的特征在于所述的动力与进给子系统与所述的设备控制子系统相连接并受其控制产生一直线运动推力，推动与之耦合的所述的储药与输注装置经所述的输注软管与针头向人体进行持续皮下药物输注，由所述的电源子系统供电，由所述的安全保证子系统在输注过程中提供安全保证，所述的人机交互界面和数据通讯单元与所述的设备控制子系统相连接并在其控制下实现监控设定和与外界进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的动力与进给子系统由电机、光学编码器、推进丝杠、推进套管、推进套管导向器、限定开关、推进丝杠前轴承、推进丝杠后轴承、推力传感器、推进轴主齿轮、第一减速齿轮、第二减速齿轮、第三减速齿轮、以及减速齿轮箱构成；所述的推进丝杠利用滚珠轴承一体化安装在所述减速齿轮箱上，所述的推进丝杠与所述的滚珠轴承的内孔采用轴向微动滑动配合；所述的推进套管采用钛合金制做。
3.根据权利要求2所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的动力与进给子系统中的电机、减速齿轮箱、轴承、推进丝杠、推进套管的润滑必需采用附合如下标准的润滑剂即，其在零下20摄氏度到零上50摄氏度的温度范围内保持低粘度、低阻力、不流淌、不挥发，5年连续使用化学性质稳定。
4.根据权利要求2所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的动力与进给子系统中的电机为5年连续使用无维护的长寿命、超低速、永磁无刷结构，带有精密光学编码器，以细分步方式驱动、同步方式运行。
5.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的壳体是由高导磁、导电、防锈金属制成的，在液晶显示器窗口处，液晶显示器的背面附有由相同功能材料制成的与壳体紧密连接的防电磁干扰屏蔽板，液晶显示器和键盘的引线上附有软磁性电磁干扰吸收材料。
6.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的设备控制子系统由主控处理器、输注监控辅助处理器、智能实时时钟、电机驱动单元、人机交互界面接口、电源监控管理接口、通讯单元接口、辅助存储器、输注监控与安全传感接口、警示单元构成，所述的主控处理器与输注监控辅助处理器在输注期间互相协调，主控处理器实施电机主控功能，主控处理器、辅助处理器和智能实时时钟结合辅助存储器、输注监控与安全传感接口、电源监控管理接口共同构成所述的安全保证子系统的一部分，以实现出现异常输注现象时的安全保护功能。
7.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的安全保证子系统由输注压力传感单元、电机驱动参数传感单元、电源状态传感单元、动力与进给机构状态传感单元、应急人机交互界面、主控处理器及输注监控辅助处理器输注监测应急反馈接口、警示接口、应急动力终止单元、处理器行为异常探测单元、处理器行为异常处理与复位单元、处理器复位接口构成；所述的输注压力传感单元由所述的动力与进给机构中的推力传感器和信号预处理器组成；所述的动力与进给机构状态传感单元由所述的动力与进给子系统中的光学编码器和限定开关组成；所述的电机驱动参数传感单元是所述的电机驱动单元的一部分。
8.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的安全保证子系统包括一功能单元，其在输注时同时监测推力、电机驱动电压电流波型、电源状态、限定开关状态、光学编码器输出，进行多参数运算以确定控制参数和异常状态报警方式与级别。
9.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于，所述的电源子系统包括主供电电池、电池过载保护单元、供电隔离单元、应急供电单元、电池过放电保护单元、电源状态监测单元、实时时钟供电单元、电源监控管理接口，所述的电源子系统采用三电源结构，电机、电子监控部分、智能实时实钟在正常输注操作状态下由主电池供电；在待机操作状态下电子监控部分、智能实时实钟由主电池供电；在主电池状态异常情况下电子监控部分由应急供电单元供电，智能实时实钟由实时时钟供电单元供电；应急供电单元为超级电容器或高功率密度可充电池，实时时钟供电单元为长寿锂电池。
10.根据权利要求1所述的持续皮下药物输注设备，其特征在于所述的储药与输注装置采用定位与密封法兰结构来与所述的壳体进行配合。
专利摘要本实用新型提供了一种持续皮下药物输注设备，包括壳体、动力与进给子系统、设备控制子系统、人机交互界面、电源子系统、储药与输注装置、安全保证子系统、数据通讯单元、输注软管与针头，动力与进给子系统与系统控制子系统相连接并受其控制产生一直线运动推力，推动与之耦合的储药与输注装置经所述的输注软管与针头向人体进行持续皮下药物输注，由电源子系统供电，由安全保证子系统在输注过程中提供安全保证。所述的人机交互界面和数据通讯单元与系统控制子系统连接并在其控制下实现监控设定和与外界的数据交换。
文档编号A61M5/00GK2766853SQ20042011769
公开日2006年3月29日 申请日期2004年11月4日 优先权日2004年11月4日
发明者汤卓然 申请人:汤卓然