专利名称：压电驱动便携式胰岛素注射泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电驱动便携式胰岛素注射泵，尤其是一种压电电机驱动 的可定时定量向人体注射胰岛素的便携式胰岛素注射装置，可以帮助糖尿病患 者维持血糖浓度稳定。
(二)
背景技术：
糖尿病是一种以血糖浓度持续增高为特点的代谢病群，统计资料显示世界
上目前有近2亿的糖尿病患者，而我国糖尿病患者己多达4100万居世界第一， 糖尿病己成为人类第三或第四大健康杀手。然而，在现阶段糖尿病不能根治， 它对健康最大的危害是由于患者血液长期处于高血糖的环境下而导致的并发 症。因此控制血糖浓度，防止和治疗糖尿病并发症成为治疗糖尿病的关键。
目前，控制糖尿病患者血糖浓度普遍采用两种方法。 一是多次皮下胰岛素 注射，即一天一次或数次的进行胰岛素皮下注射；二是采用胰岛素强化治疗， 即一天24小时不停的向人体输注胰岛素。经北美DCCT实验证明，胰岛素强 化治疗能减少76%左右视网膜病变的出现；减少持续性微量白蛋白尿及更严重 的白蛋白尿发生率的39%及54%;减少60%的临床肾病发生率；能更有效的控 制血糖浓度，防止和延缓糖尿病并发症的发生。
胰岛素注射泵，又称"持续皮下胰岛素缓释系统"。它可不间断的向患者血 液提供基础量的胰岛素，在进餐前提供大剂量的胰岛素，从而控制血糖浓度达 到模拟胰腺分泌胰岛素的作用。运用胰岛素注射泵就是强化胰岛素治疗的主要手段。
便携式胰岛素注射泵，由于其体积小携带方便，除了可以避免多次注射给 患者带来痛苦之外，还可以大大改善患者的生活质量，因此备受糖尿病患者的 青睐。
目前，便携式胰岛素注射泵对血糖浓度的控制大多采用开环，没有采用无 线信号接受装置实时检测血糖浓度，因此控制血糖浓度不理想；在密封防水方 面，如专利名称为"胰岛素泵"，公开号为CN101138659A的发明专利，其腔 体结构密封性不好，注射仓和驱动仓之间没用隔离，输液管接头与螺纹塞等与 外接接触的地方没有采用密封圈，因此防水效果不好；在驱动选择上大多数采 用小型电磁式步进电机，如专利名称为"胰岛素泵"，公开号为CN2396824的 发明专利，它不可避免的要设计相应的减速和传动机构因而总体结构庞大复杂， 而且会使泵在工作时不可避免的要产生噪声，传动螺母螺杆之间磨损会导致精 度慢慢降低；另外国内市场上胰岛素泵绝大部分为进口产品，价格都非常昂贵， 一般患者根本买不起。 (三)
发明内容
本发明的目的在于针对以上不足之处，提出一种压电驱动便携式胰岛素注 射泵。该泵采用新型压电电机驱动，及无线通讯方式接受血糖仪发送的信号。 本发明具体是采用以下技术方案实现的
一种压电驱动便携式胰岛素注射泵，包括五大部分泵壳体、注射装置、
驱动装置、电源装置、控制电路板，其中
该泵壳体分为上下两层，两层之间保持紧密焊接，形成一中空结构，上层
的内部空间安装所述的控制电路板，上层外表面设有液晶保护屏，和功能按l建；下层的内部空间设置所述的注射装置、驱动装置、电源装置，其侧面开有观测 窗口。
该注射装置包括注射仓、储药器、注射活塞、输液管接头。其中注tf仓外 形呈U型，粘接在泵的壳体下层的内部空间，在所述的注射仓内部安装《渚药器， 注射仓和储药器都是透明的，通过位于壳体卜.的与注射仓相对应的观测窗口以 便于观测注射进展情况。该注射仓的尾部还开有圆形孔，头部开口处设有^^卜螺 纹与输液管接头的内螺纹配合。
该驱动装置由压电直线电机、尾座和推杆组成。该压电直线电机可采用如
专利号为CN101227157A的专利中所述的压电直线电机，包括电机定子和电 机动子，动子可直接输出直线运动。电机动子与尾座相连，尾座内设旋转编码
器与力传感器。驱动装置有两种布置方式
方式1:驱动装置位于注射装置之后，电机动子直接与注射活塞连f妾，可 推动注射活塞完成药物注射。
方式2:驱动装置与注射装置平行，电机动子连接尾座，尾座连接推杆， 推杆连接注射活塞，由推杆推动注射活塞完成药物注射。
该电源装置包括电池仓、电池、正极和负极、螺纹塞。电池仓内装入电池 并通过正极铜片和负极铜片分别将负极和正极引出。该电池仓的一端还开有内 螺纹，该内螺纹与螺纹塞的外螺纹配合。
该控制电路板上设有中央处理器、驱动电机的接口电路、报警装置、无线 通讯装置、与上位机的通讯接口、按键和液晶显示屏。
各个部分相互关系如下电池仓内的电池给控制电路板和电机提供电能；
控制电路板中无线接受单元可接受血糖浓度信号，经中央处理器运算后输出指令控制直线电机的运动，其上的报警装置、液晶显示器及功能按键，通过泵壳
体上的液晶保护屏及功能按键形成人机交互界面；驱动装置中电机动子输出的
位移可驱动注射仓中注射活塞运动完成药物注射；驱动装置中的旋转编码器可
将电机动子的位移信息反馈给中央处理器，以实现对电机位移的闭环控制，力
传感器可反馈当前储药器中药液的压力值，以实现对药物阻塞的检测。
此外在注射仓和输液管接头的螺纹连接处、注射仓的尾部小孔内壁、储药
器与输液管接头之间、电池仓与螺纹塞之间均设有密封装置。
本发明具有以下优点该泵采用无线通讯方式接受血糖仪发送的信号从而
形成对血糖的闭环控制；采用新型压电电机驱动从而结构精简，并且避免了噪音，降低了成本；采用封闭壳体的方式大大提高其防水性能。本发明结构优化，操作安全简便，外形友好，功能全面。
(四)
图1为本发明采用驱动方式'l的剖视图。
图2为本发明采用驱动方式2的剖视图。
图3为驱动方式1的示意图。
图4为驱动方式2的示意图。
图5为本发明的整体结构示意图。
图6为本发明的控制电路板原理框图。
图7为本发明的轴侧图。
图中标号及符号说明如下
1、泵壳体 2、电池 3、电池仓 4、 O型密封圈
5、螺纹塞 6、正极 7、负极 8、 O型密封圈9、 O型密封圈 10、输液管接头 11、储药器 12、注射仓
13、注射活塞 14、 O型密封圈 15、电机动子 16、电机定子
17、尾座 18、驱动仓 19、推杆 20、控制电路板
21、液晶保护罩 22、功能按键
(五) 具体实施防式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1~2所示，在泵壳体1 一侧设有电池仓3，电池仓3内装有电池2，电池仓3两端分别设置铜片引出正极和负极6和7，可向系统供电。电池仓3一端连接螺纹塞5，它们之间采用螺纹连接，为防水防尘在螺纹连接底部设有0型密封圈4。
在泵壳体的另一侧设有透明注射仓12，内装透明有储药器ll，在该处壳体上还开有观测窗口 ，通过观测窗口可观测药物注射情况。
注射仓12形状像一个U型容器，其头部开口处设有外螺纹，连接有输液管接头10，它们之间用O型密封圈8密封。输液管接头10与储药器11之间采用0型密封圈9密封。
在注射仓12后面设有驱动仓18，仓内装有压电电机定子16和动子15，该压电电机可采用专利CN101227157A中所述的压电直线电机。电机的布置有以下两种方式
方式1:如图1所示，电机动子15通过注射仓的底部所开的圆形孔与储药器11内的注射活塞13相连，电机动子15输出的直线位移推动注射活塞13完成药物注射。电机动子和注射仓的孔壁之间设有O型密封圈14。电机连接在其后面的尾座17上，尾座内设有力和角位移传感器，用于检测电机的输出力和位移，并把信号反馈给控制电路，实现精确的药物注射。
方式2:如图2所示，方式l不同的是，驱动仓18与注射仓12平行；电机
动子输出的直线位移通过尾座17传递给推杆19，而推杆19通过注射仓的尾部的孔与储药器内的注射活塞13相连，由推杆19推动注射活塞13完成药物注射。同样尾座17内设有力与角位移传感器。
如图3 4所示，分别为两种驱动装置的布置方式的立体图方式l为电机动子15直接连入注射仓，方式2为电机动子连接尾座，再由安装在尾座上的推杆20连入注射仓。
如图5所示为本发明的结构示意图，泵壳体1的上下层两成之间设有控制电路板20，上层表面设有液晶保护屏21和功能按键22。
如图6所示为本发明控制电路板原理框图，CPU为整个系统的核心部件，他负责处理各种接收到的信息，控制着各个外围电路；显示器、报警装置和键盘构成了系统的人机界面；通讯接口负责与上位机通讯以上线程序下载和在线调试；无线通信单元负责接受血糖仪发送的当前血糖浓度信号，并把他传给CPU以实现对血糖浓度的闭环控制；CPU对电机的控制则是通过一个专门接口电路实现的，该接口电路可以将CPU的控制指令传给电机控制器，还可以接收传感器反馈的电机位移信号从而实现对电机的闭环控制。
如图7所示为本发明的轴侧图，图中螺纹塞5上设有凹槽，可插入^i更币等以
便患者拆装电池；输液管接口口部设有凸起以便于患者拆装储药器；图中方形窗口即为所述的观测窗口。
权利要求
1.压电驱动便携式胰岛素泵，该装置由泵壳体(1)、电池仓(3)、电池(2)、螺纹塞(5)压电电机定子(16)和动子(15)、尾座(17)、注射仓(12)、储药器(11)、注射活塞(12)、输液管接头(10)、控制电路板(20)组成，其特征在于在泵壳体(1)一侧设有电池仓(3)，电池仓(3)内装有电池(2)，电池仓(3)两端分别设置铜片(6)和(7)将正极和负极引出，向系统供电；电池仓(3)一端和螺纹塞(5)连接；在泵壳体的另一侧设有注射仓(12)，内装有储药器(11)，注射仓(12)头部连接输液管接头(10)；驱动仓内可位于注射仓之后也可与注射仓平行，仓内装有压电电机定子(16)和动子(15)，压电电机连接在其后面的尾座(18)上；在泵壳体的内部设有控制电路板(20)，电路板上方的泵壳体上设有液晶保护罩(21)及功能按键(22)。
2、 根据权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于所述的压电电机采用压 电驱动的直线电机，无中间传动或减速机构。
3、 根据权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于注射仓(12)形状像一 个U型容器， 一端幵有螺纹和凸缘，另一端开有圆形孔，并通过粘接固定在泵 壳体上。
4、 根据权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于注射仓(12)和储药器 (13)都是透明的，在该处壳体上还开有观测窗口。
5、 根据权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于螺纹塞(5)前端电镀一层导电层，连通通电池负极与铜片(7)。
6、 根据权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于在控制电路板(20)上设置无线通讯单元可接收专用血糖仪发送的当前血糖浓度信号，经CPU运算后驱动压电电机控制胰岛素的注射量，从而实现对血糖浓度的闭环控制。
7、 根据权利要求1所述的胰岛素泵，其特征在于注射仓(12)与输液管接头(10)的螺纹连接处用O型密封圈(8)密封；输液管接头(10)与储药 器(11)之间采用O型密封圈(9)密封；电池仓(3)和螺纹塞(5)之间螺 纹连接处设有O型密封圈(4);注射仓(12)的尾部的圆形孔壁内设有O型密 封圈(14)。
全文摘要
本发明压电驱动便携式胰岛素泵，由泵壳体、电池仓、电池、螺纹塞、压电电机定子和动子、尾座、注射仓、储药器、注射活塞、输液管接头、控制电路板组成，在泵壳体一侧设有电池仓，电池仓内装有电池，电池仓两端分别设置铜片将正极和负极引出，向系统供电；电池仓一端和螺纹塞连接；在泵壳体的另一侧设有注射仓，内装有储药器，注射仓头部连接输液管接头；驱动仓内可位于注射仓之后也可与注射仓平行，仓内装有压电电机定子和动子，压电电机连接在其后面的尾座上；在泵壳体的内部设有控制电路板，电路板上方的泵壳体上设有液晶保护罩及功能按键。本发明具有防水性能高、无噪声、结构优化、操作安全简便、外形友好，成本低廉等特点。
文档编号A61M5/142GK101628138SQ20091009128
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者查海勇, 袁松梅, 褚祥诚 申请人:北京航空航天大学