专利名称：靶控输注泵及利用该输注泵的计算机辅助输注系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动注射技术及计算机辅助控制领域，尤其涉及一种利用TCI技术的靶控输注泵及利用该输注泵的计算机辅助输注系统。
背景技术：
一般来说，普通注射泵包括步进电机、减速装置、动力传送系统及注射推进器，上述步进电机、减速装置、动力传送系统及注射推进器依次连接。普通注射泵在临床使用时，只有一种恒速输注功能。但人体不是均匀的，药物在人体内有复杂的分布、代谢、效应过程，普通的注射泵不能实现稳定的药物效应。
针对以上缺点，国内外很多公司利用靶控输注(Target controlledInfusion，简称TCI)技术，研发出更适合人体输注的靶控输注泵。血药浓度、效应室浓度的靶控输注(TCI)技术是一种新的用药模式，可实现高精度的输注功能。上述输注泵增加了控制单元，包括MCU(微程序控制器)模块、操作模块及显示模块，操作模块及显示模块与MCU模块连接。MCU模块可根据人体的参数自动计算人体对药物的需求，从而控制药物的流量。
但医药行业不同与一般的行业，需要更大的安全性，由于MCU模块很难确保任何时候都不出现乱码或进入死循环，在其他模块不能识别MCU模块中的信息时，输注动作将会被破坏，会对病人的安全造成很大影响。其次，靶控输注泵在临床使用时，容易出现一些误操作，使注射器推柄的压力不正常。该类误操作如注射器的针头刺入了肌肉或是其他不是血管的地方；会给病人带来疼痛。再次，当今的靶控输注泵无法识别注射器的外径，这样当系统自动计算药物输注量时难免会出现输注不精确的问题。
实用新型内容本实用新型克服了现有技术中的缺点，提供一种利用TCI技术的靶控输注泵。
另外，本实用新型还提供一种利用上述靶控输注泵的计算机辅助输注系统。
为了解决上述技术问题，通过以下技术方案实现一种靶控输注泵，包括控制单元、机械单元及注射器，控制单元包括主MCU软硬件模块及与所述主MCU软硬件模块相连的可编程逻辑器、串口通讯模块、操作模块、显示模块，机械单元包括依次连接的步进电机、减速装置、动力传送系统及注射推进器，控制单元的主MCU软硬件模块通过可编程逻辑器控制所述机械单元的工作；其特征在于，所述控制单元还包括注射器压力检测模块，所述注射器压力检测装置与主MCU软硬件模块通讯。
作为本实用新型的一种优选方案，所述控制单元还包括与主MCU软硬件模块通讯相连的副MCU软硬件模块，用以检测主MCU软硬件模块的工作是否正常。
作为本实用新型的一种优选方案，所述注射器压力检测模块与副MCU软硬件模块连接，通过副MCU软硬件模块连接与主MCU软硬件模块通讯。
作为本实用新型的一种优选方案，所述注射器压力检测模块为一压力传感器，一端与副MCU软硬件模块连接，另一端与注射器的推柄连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述控制单元还包括与主MCU软硬件模块连接的注射器外径识别模块，用以识别注射器的规格。
作为本实用新型的一种优选方案，所述控制单元还包括注射器外径识别模块，用以识别注射器的规格，所述注射器外径识别模块与副MCU软硬件模块连接，通过副MCU软硬件模块与主MCU软硬件模块通讯。
作为本实用新型的一种优选方案，所述注射器用一压板固定；所述注射器外径识别模块为一传感器，一端与副MCU软硬件模块连接，另一端与固定注射器的压板连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述控制单元还包括与主MCU软硬件模块相连的报警模块。
一种包括上述靶控输注泵的计算机辅助输注系统，其特征在于，其还包括PC机，所述PC机通过所述靶控输注泵的串口通讯模块与靶控输注泵通讯。
作为本实用新型的一种优选方案，所述PC机接入网络，该网络中的PC机均可与所述靶控输注泵通讯。
与现有技术相比，本实用新型靶控输注泵的控制单元增加了副MCU模块，该模块实时监控主MCU模块，以防主MCU模块出错，提高了临床麻醉的安全性，降低了风险。注射器压力检测部分，本实用新型可检测注射器推柄的压力，当压力不正常时通常是由于注射时的误操作，如注射器的针头刺入了肌肉；如有误操作会有相应的报警及时提醒医务人员，有效的防止了误操作带给病人的痛苦。另外，注射器外径识别模块可注射器的规格，从而识别其横截面积，系统可更精确的自动计算药物用量；注射器的规格可以在显示单元上显示。
本实用新型提供一种利用TCI技术的靶控输注泵及利用该输注泵的计算机辅助输注系统，该系统除了具有高精度恒速输注功能外，还可以利用系统的高速运算能力，运用群体药代-药效学模型，实时模拟药物在体内的分布过程，实现血药浓度、效应室浓度的靶控输注功能。该系统的恒速输注功能适用于临床各科进行静脉注射、麻醉剂输注、造影剂及癌症病人的药物化疗。靶控输注功能适合各科或ICU(重点护理组)病房的麻醉剂输注、医学教学和医学研究。它具有给药方法多样、药物模型完备、使用功能齐全、操作简单和安全性高等优点。该产品既可以单机子站式操作，又可以联机成系统主站式操作，既可以单机适时监控，又可以联成系统以麻醉工作站的方式多机监控或系统管理，以便于医院或科研机构在麻醉过程中的信息采集，网络集成，远程控制，病历查询。
控制模块中还增加了报警单元，可实现多种意外事件的报警。a)电源掉电报警功能当交流电源掉电时，CAIS系统有蜂鸣器报警并在显示屏上显示报警内容，按下静音键后报警声停止；b)电池欠压报警功能当电池电压低于工作电压(14.5V±0.2V)时，输注系统有蜂鸣器报警并在显示屏上显示报警内容，按下静音键后报警声停止；c)推空/阻塞报警功能当注射器推空或阻塞时，系统有蜂鸣器报警并在显示屏上显示报警内容，按下静音键后报警声停止；d)注射器脱落报警功能当注射器脱落时，系统有蜂鸣器报警并在显示屏上显示报警内容，按下静音键后报警声停止；e)药物将尽报警功能当注射器药物将尽时，系统有蜂鸣器报警并在显示屏上显示报警内容，按下静音键后报警声停止；f)设置超限报警功能当人为设置的药物浓度超过限定范围时，系统有蜂鸣器报警并在显示屏上显示报警内容。
图1是靶控输注泵的结构示意图；图2是靶控输注泵的结构框图；图3是CAIS的工作原理图；图4是三室药代动力学模型图；图5是靶控输注泵的操作流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
请参阅图1及图2，图中揭示了一种靶控输注泵，包括控制单元1、机械单元2、注射器3。注射器3用-压板固定。
控制单元1包括主MCU软硬件模块101、副MCU软硬件模块102、注射器压力检测模块103、注射器外径识别模块104、及与所述主MCU软硬件模块相连的串口通讯模块105、交直流电压检测模块106、操作模块107、数据存储模块108、LCD(液晶显示屏)显示模块109、CPLD(复杂可编程逻辑器件备)模块110、功放模块111；注射器压力检测模块103通过副MCU软硬件模块202与主MCU软硬件模块101通讯。
机械单元2包括依次连接的步进电机201、减速装置202、动力传送系统203及注射推进器204，主MCU软硬件模块通过CPLD模块110及功放模块111控制步进电机201，进而控制机械单元2各个模块的动作。
其中，主MCU软硬件模块101获得病人的信息参数自动计算给药速度、血浆计算值、效应部位计算值及苏醒时间，并与其他模块通讯，协调各个模块工作。副MCU软硬件模块202用来检测主MCU软硬件模块的工作是否正常，以防主MCU软硬件模块101出现乱码或进入死循环；同时，由于主MCU软硬件模块101中的单片机引脚数量有限，本实施例中，注射器压力检测模块103及注射器外径识别模块104接入副MCU软硬件模块202的引脚。注射器压力检测模块103在本实施例中为一压力传感器，该压力传感器通过作用力与反作用力的原理检测注射器推柄的压力。当检测到的压力过大时，会产生报警，操作人员作相应的处理。注射器外径识别模块104同样为一传感器，一端与副MCU软硬件模块102连接，另一端与固定注射器的压板连接；注射器外径识别模块104用来识别注射器外径的规格。
本实用新型还提供一种利用上述靶控输注泵的计算机辅助输注系统(CAIS)，所述计算机辅助输注系统还包括PC机，PC机通过靶控输注泵的串口通讯模块105与靶控输注泵通讯。其作用是相当于麻醉工作站，该站既可以作主站又可以作子站，在工作站上实时模拟药物的体内分布过程。PC机可接入网络，通过权限设置，被许可的用户可以利用网络访问及控制上述靶控输注泵。
CAIS的工作原理请参阅图3，根据病人的临床情况选择输注模式(本实施例有恒速注射、血浆靶控、效应室靶控三种工作模式)，输入病人的特征参数后系统自动计算诱导量并开始输注；诱导期间系统首先以零级药动学速度输注一定的药量，使之迅速充满中央室，随后计算药物在房室间的代谢和消除量，并补充转运物和代谢的药物。根据药物动力学参数，系统自动计算病人的血浆浓度值、效应部位浓度和病人苏醒时间。
麻醉医师可根据病人的反应和手术刺激强度随意调节血浆目标浓度或效应室目标浓度值，当需要升高目标浓度时，系统自动计算出需要补充的药物量注入中央室，而降低靶浓度时则停止输注，直至浓度衰减至设定值。当停止输注再开机时系统自动计算停止时间并补充药量，使病人很快达到目标浓度值，维持体内药物浓度的动态平衡，以便达到最佳麻醉效果，通过这种方法可维持稳定的血浆或效应室浓度。
CAIS的药理学架构请参阅图4，图4是三室药代动力学模型图。CAIS是根据药物的药代动力学原理，逐渐降低药物的输注速度指数衰减，本实用新型的输注方案采用的是BET(负荷量、消除和转运)方案，给药速度、血浆计算值、效应部位计算值苏醒时间均由系统自动计算，并实时画出病人体内时间-血药浓度趋势图。具体药理学架构采用开放的药动学三室模型。
静脉麻醉三室模型系统在线性药代动力学模型中，药物从一个房室转运到另一个房室的速率与药物在第一个房室内的药量成正比，所谓线性是因为这种比例因子是一个恒定的常数(即系统不会饱和)。对于下列的三室药代动力学模型，药物从房室1(中央室)向房室2的转运速率等于速率常数K12与房室2中的药量的乘积，而药物从房室2向房室1的转运速率则是另外一个不同的速率常数K21与房室2中的药物量的乘积，药物从房室1向房室2转运的净速率为前两项乘积的差。
中央室代表血液或血浆，外周室2代表血液充盈多的组织，外周室3代表血液充盈少的组织。K12、K21、K13、K31是房室间分布速率常数，该常数描述了单位时间内药物在房室间交换的速率部分。K10是从中央室的消除速率常数。Effect为假想的效应室，一般药代动力学模型中假想的效应室容积为中央室的1/1000，效应室药物消除不影响中央室药物的浓度变化，中央室药物进入效应室的速率常数为Kle，药物从效应室消除的速率常数为ke0。上述常数K12、K21、K13、K31、K10、Kle及ke0根据病人的数据信息由系统自动确定。
靶控输注泵的工作流程请参阅图5，本实用新型的靶控输注泵在工作时，包括以下过程(1)操作人员打开靶控输注泵的电源，靶控输注泵的控制单元初始化各项参数，同时检测各模块是否正常工作；(2)操作人员把数据信息通过上述输注泵的键盘输入靶控输注泵，或通过与上述输注泵连接的PC机输入，或者直接从病人信息的数据库读取病人的相关数据信息；上述数据信息包括病人的数据信息(如性别、年龄、体重、病情)或者药物的输注浓度及速度；(3)主MCU软硬件模块101分析上述键入或者从病人信息的数据库中读取的数据进行分析，判断是否输注；(4)主MCU软硬件模块101根据过程(4)所述的参数判断以何种方式输注及输注的具体药物量；(5)当出现问题时，判断是药物即将用尽的原因还是注射器推空或阻塞的问题；
(6)如果是药物用尽的原因，报警单元产生药物将尽报警；(7)如果是注射器推空或阻塞的问题，主MCU软硬件模块101发出停止输注的信息，报警单元产生推空/阻塞报警；(8)操作人员根据不同的报警信号，做相应的处理。
以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案。如，控制单元没有副MCU软硬件模块，而采用注射器压力检测模块及注射器外径识别模块直接与主MCU软硬件模块连接。不脱离本实用新型精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种靶控输注泵，包括控制单元、机械单元及注射器，控制单元包括主MCU软硬件模块及与所述主MCU软硬件模块相连的可编程逻辑器、串口通讯模块、操作模块、显示模块，机械单元包括依次连接的步进电机、减速装置、动力传送系统及注射推进器，控制单元的主MCU软硬件模块通过可编程逻辑器控制所述机械单元的工作；其特征在于，所述控制单元还包括注射器压力检测模块，所述注射器压力检测装置与主MCU软硬件模块通讯。
2.根据权利要求1所述的靶控输注泵，其特征在于，所述控制单元还包括与主MCU软硬件模块通讯相连的副MCU软硬件模块，用以检测主MCU软硬件模块的工作是否正常。
3.根据权利要求2所述的靶控输注泵，其特征在于，所述注射器压力检测模块与副MCU软硬件模块连接，通过副MCU软硬件模块连接与主MCU软硬件模块通讯。
4.根据权利要求3所述的靶控输注泵，其特征在于，所述注射器压力检测模块为一压力传感器，一端与副MCU软硬件模块连接，另一端与注射器的推柄连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的靶控输注泵，其特征在于，所述控制单元还包括与主MCU软硬件模块连接的注射器外径识别模块，用以识别注射器的规格。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的靶控输注泵，其特征在于，所述控制单元还包括注射器外径识别模块，用以识别注射器的规格，所述注射器外径识别模块与副MCU软硬件模块连接，通过副MCU软硬件模块与主MCU软硬件模块通讯。
7.根据权利要求6所述的靶控输注泵，其特征在于，所述注射器用一压板固定；所述注射器外径识别模块为一传感器，一端与副MCU软硬件模块连接，另一端与固定注射器的压板连接。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的靶控输注泵，其特征在于，所述控制单元还包括与主MCU软硬件模块相连的报警模块。
9.一种包括权利要求1至4任意一项所述靶控输注泵的计算机辅助输注系统，其特征在于，其还包括PC机，所述PC机通过所述靶控输注泵的串口通讯模块与靶控输注泵通讯。
10.根据权利要求9所述的计算机辅助输注系统，其特征在于，所述PC机接入网络，该网络中的PC机均可与所述靶控输注泵通讯。
专利摘要本实用新型公开了一种靶控输注泵，包括控制单元、机械单元及注射器，控制单元包括主MCU软硬件模块及与所述主MCU软硬件模块相连的可编程逻辑器、串口通讯模块、操作模块、显示模块，机械单元包括依次连接的步进电机、减速装置、动力传送系统及注射推进器，控制单元的主MCU软硬件模块通过可编程逻辑器控制机械单元的工作；控制单元还包括注射器压力检测模块，注射器压力检测装置与主MCU软硬件模块通讯。注射器压力检测部分可检测注射器推柄的压力，当压力不正常时通常是由于注射时的误操作，有效的防止了误操作带给病人的痛苦。本实用新型还增加了副MCU模块，该模块实时监控主MCU模块，以防主MCU模块出错，提高了临床麻醉的安全性，降低了风险。
文档编号A61M5/00GK2936273SQ200620061690
公开日2007年8月22日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者瞿雪芬 申请人:珠海福尼亚电子设备有限公司