专利名称：一种新型输液泵技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子医疗技术领域，尤其涉及一种新型输液泵技术。
背景技术：
静脉输液是一种广泛应用的医疗手段，临床很多特殊病患如老年人、儿童、体虚者、心血管病患、肺部病患以及很多种特殊药液对输液速度都有比较严格的要求即需保持一个恒定稳定的输注速度，当普通的重力式输液无法满足该要求时，就需更使用输液泵或注射泵。世界范围内，目前已有的输液泵基本上采用的都是蠕动挤压式技术，即通过一组机械挤压指，依照一定的力度、幅度、节奏来周期性地挤压输液器的输液软管，每挤压一轮就输出一定容积的药液，从而达到按照某个预设速度稳定输注药液的目的。但国际上标准的输液泵都需要配用输液泵专用输液器，这类专用输液器的输液管都是用特殊材质的硅胶制成，它的弹性、韧性以及防磨损脱落性等都非常优异，如此就保证了每一次挤压形变后输液管都能很好地恢复原状，即保证了每一次挤压都能输出相同容积的药液。因国情特殊，我国医疗机构在输液泵上都不能也不敢使用极其昂贵的专用输液器，而只能变相配用普通的一次性重力式输液器，这就形成了一系列的缺陷与隐患，其中最大的缺陷为一次性重力式输液器输液管的弹性、韧性等都较差，稍微挤压揉搓一段时间后就会失去弹性无法复原，从而使得输液泵的输注精度大大下降。为了弥补前述缺陷，少数输液泵又在输液器滴斗上增加了一个红外线液滴传感器来测量实际滴速，并用它来闭环控制修正输液泵的精度下降，但这又引入了新的两大隐患首先，用高强度的红外线贴近照射药液是否会对药液的微观物理化学结构产生潜在有害影响？这在医疗界是一个还没有定论的悬疑；其次，用红外线探测液滴非常害怕滴斗倾斜，一旦滴斗倾斜过大，液滴就不会穿过光测通道而是直接落到滴斗的侧壁上，这会造成漏检并使得输液泵错误地认为实际速度下降了进而加大输液速度，这将非常危险。输液泵配用一次性重力式输液器的另一个风险就是很难预测防范跑针，而跑针是输液中最容易发生的一种意外(尤其是老人与儿童)，当发生跑针时输液泵一般还是按既定速度向人体灌注，这很容易将静脉周边的肌肉组织、神经组织、骨骼组织灌坏死。因一次性重力式输液器一般都是由经济廉价的PVC等材质制成，当输液泵对其大面积、高强度、高频率地挤压揉搓后，输液器软管内壁上的微粒杂质就容易剥离脱落污染药液，对病患的肺部和微循环系统造成不可逆转的损害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型的输液泵技术，使其能适合我国国情可配用普通的一次性重力式输液器；输注精度不随输液时间的增加而逐步恶化；能有效地防范跑针等意外；不对输液软管进行频繁的、高强度的挤搓，使得输液器管壁上微粒不容易剥离脱落进入药液；大幅度地降低输液泵的成本、功耗与体积，使其能更好地推广应用。为了解决上述技术问题，本发明采用了一种新型的输液泵技术，包括一种液滴探测电路和一种控制液滴输出电路。所述液滴探测电路包括电容，其两个极板分别安置在输液器特定位置；电连接于所述电容用于测量其电容值的电容测量单元；电连接于电容测量单元进行控制处理的微处理器。探测方法为将滴斗中液面调至特定高度，使每一滴液滴能够完整成形并在滴落的最后一瞬间导通滴斗中上下两部分的液体，使得所述电容的电容值发生一种脉冲式突变，电容测量单元和微处理器连续测量并分析所测电容值，每当测获一次上述脉冲式突变就表明一滴药液已完整形成并滴落。
所述控制液滴输出电路包括对各单元进行控制的微处理器MCU ;夹在输液管外侧对输液通道进行简单的开启一关闭式控制的电磁阀；电连接于微处理器用于输液操作、设置、显示、报警的蜂鸣器、LED、LCD、按键。控制方法为MCU将操作者预设的输液速 度换算为滴速(如滴/分钟)，然后每隔一定周期就输出一滴药液，当需要输出一滴药液时，MCU首先控制电磁阀松开压迫开启输液通道，随后当探测到该液滴已完整形成并滴落后就控制电磁阀立即恢复压迫关闭输液通道，如此往复循环控制就可实现一个恒定的输液速度。进一步地，所述电容为金属极板电容，它的两个极板和输液泵作为一个整体夹附安置在输液器滴斗上方的输液管两侧；或其中一个极板安置在输液器滴斗上方输液管外侦lJ,另外一个极板安置在输液器滴斗的外侧。进一步地,将滴斗中液面调至距离滴口 6mm至9mm的特定范围内，在此范围内每一滴液滴都是充分聚集涨大后才滴落，即每一滴液滴都具有一个相同的容积；同时每一滴液滴在滴落的最后一瞬间，依靠其尾部的细微液丝和圆粗的头部，会同时接触到滴斗中上下两部分的液体并将两者导通，这个导通会改变所述电容两极板之间的电介质的组成与分布，从而使所述电容的电容值发生一个脉冲式的突变。进一步地，所述电容测量单元对电容进行连续测量，并将测得的系列包含脉冲特征的电容值传递给微处理器进行分析、判断、处理，每当系统检测到一个脉冲式突变电容值，就表明有最新一滴药液滴落。进一步地，MCU将操作者预设的输液速度换算为滴速(如滴/分钟)，然后每隔一定周期就输出一滴药液，每当需要输出一滴药液时，MCU首先控制电磁阀松开压迫开启输液通道，随后当探测到该液滴已完整形成并滴落后(即紧随电磁阀开启后又测到一个电容值脉冲式突变)，MCU就控制电磁阀立即恢复压迫关闭输液通道，如此循环往复就能每隔一定时间精准地输出一滴药液，从而保持一个恒定的输注速度。进一步地，若开启输液通道后一定时间内没有液滴下落则说明药液已输完或发生了严重堵塞，MCU就控制所述蜂鸣器和LED发出相应报警。进一步地，每一次控制输出液滴期间，MCU都监测从开启电磁阀导通输液管到随后探测到有一滴药液滴落这两个信号之间的间隔，当这个时间间隔异常变化过大时(比如由最初的390ms变成了 500ms)，则表示可能发生了跑针或针管血管堵塞等压力异常，此时MCU就控制蜂鸣器与LED发出相应警示。进一步地，为了获得更高的输注精度，可预先针对不同厂家生产的不同型号的输液器或个别粘度特殊的药液进行液滴容积校准(因为真实情况下每一滴液滴的实际容积和理论标称容积之间有微小误差)，即先使用样品在输液泵上输出收集一定数量的液滴(比如1000滴)，然后用标准量具测量出这些液体的容积并将其值录入输液泵，MCU根据该实测容积和其标称的容积(如0.05ml/滴)计算出每一滴的容积误差，将该误差参数存入系统，在随后的实际输液中可根据该误差对滴速进行相应修正。
图I是本发明一种实施方式中输液泵整体使用示意图。图2是本发明另外一种实施方式中输液泵整体使用示意图。图3是所述输液泵电路原理图(开启输液管但液滴尚未滴落时)。图4是所述输液泵电路原理图(液滴完整形成后滴落瞬间)。
图5是所述输液泵电路原理图(液滴完全滴下以后)。图6是所述电容值随每次开启输液管、滴落、关闭输液管控制周期图。
具体实施例方式本发明提供了一种新型输液泵技术，它采用一种液滴探测方法和一种控制液滴输出方法对每一滴液滴的开启、形成、滴落、关闭等细微过程进行精准的控制，从而能在任何时刻准确地输出一滴液体，当按照预定的周期均匀地输出容积一致的液滴时，就可实现一种恒定稳定的输注。因为本发明对输液管只进行一种非常简单的开启-闭合式控制，对输液管的弹性、韧度等要求极低，长时间工作后输液精度也不会下降，所以完全可以配用经济实惠的一次性重力式输液器。另外因不含庞大繁杂的蠕动指、凸轮、皮带、伺服电机等机械部分，系统的可靠性增强，整机的成本、体积、功耗也大幅降低。参考图1，该图是本发明一种实施方式中的输液泵整体使用示意图，包括一个放置在滴斗上方输液管两侧的金属极板电容10、对输液管进行简单开-闭控制的电磁阀35、输液泵上的蜂鸣器31、输液泵上的LED32、输液泵上的IXD33、输液泵上的按键34，使用时将作为一个整体的输液泵、电容极板、电磁阀夹附在输液管上，并将滴斗51中液面52调节到距离滴口 53约6mm至9mm的范围内。参考图2，该图是本发明另外一种实施方式中的输液泵整体使用示意图，电容10的两个极板其中一个极板安置在输液器滴斗上方输液管外侧，另外一个极板安置在输液器滴斗的外侧，每一个极板可以由单片或双片金属组成，也可是平板型或包裹滴斗的半环形等形状。参考图3，该图是所述输液泵电路原理图(开启输液管但液滴尚未滴落时)，每当需要输出一滴药液时，MCU20首先控制电磁阀35开启输液管使液体开始滴落，因为液体表面张力的原因，液滴50在涌出滴口 53后并不会立即滴落，而是在滴口 53周围持续聚集涨大，此时滴斗51中上下两部分的液体是非接触不导通的，此时所述电容10的电容值是一个相对稳定的数值。参考图4，该图是所述输液泵电路原理图(液滴完整形成后滴落瞬间)，经过一个短暂的时间，液滴50完整形成并达到了一个标准的容积(比如0. 05ml/滴)，因液体表面张力最终无法克服地球引力，此时液滴50向下迅速滴落并即将彻底脱离滴口 53，在这个瞬间液滴50通过其细微的尾部液丝和圆形头部同时接触到了滴斗51内上下两部分的液体并使其相互导通，这个导通会改变电容10两极板之间电介质的组成与分布，于是此时电容10的电容值会发生一个脉冲式的突变，当电容测量单元11和MCU20探测到这个突变后，就判断所需的这滴液滴已经完整形成并已滴落，随后MCU20迅速控制电磁阀35立刻关闭输液管以阻止下一个液滴的形成与滴落，最终完成一次输出液滴操作。参考图5，该图是所述输液泵电路原理图(液滴完全滴下以后)，此时情况又回到了与图3中类似，即滴斗51中上下两部分液体分离不导通，电容10的电容值又返回到了与图3中类似的一个相对稳定的数值。参考图3、图4、图5、图6，随着MCU20按照预定周期不断地发起输出液滴控制，液滴以稳定的周期不断地滴落，电容测量单元11就可测量获得一组如图6中所示的电容值曲线，同时图6也显示了各个控制信号之间的流程时序。参考图3、图4、图5、图6，当MCU20发出开启信号控制电磁阀35开通输液管后，经过一段很短的时间就可输出一滴液滴，随后MCU20就会立刻发出一个关闭信号控制电磁阀35关闭输液管，开启信号与关闭信号之间的间隔就是形成一滴液滴所需的时间。当输液中 发生跑针、针管凝血堵塞等意外时，这个时间会有较大的异常变化，比如由最初的390ms变成了 500ms，MCU20连续地监测这个间隔，发现上述异常后给出报警。另外，若开启输液管后经过一段较长时间还没有液滴落下，这表明药液已输完或发生了严重的堵塞，MCU20也给出相应报警。参考图I、图3，操作者通过按键34输入所需的输液速度等指令;MCU20将输液速度、已输出液量、待输出液量、输液时间等参数显示在所述LCD33上；每当探测到一滴药液滴落后MCU20就控制所述LED32短暂闪亮一次，给监护者陪护者以形象提示；当需要报警时，MCU20控制蜂鸣器31、LED32发出声光报警。参考图I、图3，为了获得更高的输注精度，可预先针对不同厂家生产的不同型号的输液器或个别粘度特殊的药液进行液滴容积校准(因为真实情况下每一滴液滴的实际容积和理论标称容积之间有微小误差)，即先使用样品在输液泵上输出收集一定数量的液滴(比如1000滴)，然后用标准量具测量出这些液体的容积并将其值录入输液泵，MCU20根据该实测容积和其标称的容积(如0.05ml/滴)计算出每一滴的容积误差，将该误差参数存入系统，在随后的实际输液中可根据该误差对滴速进行相应修正。
参考图I、图3，因为系统中没有大功耗大体积的器件，电磁阀35也仅需间歇式的短暂通电开启，所以整机的功耗较低，电源40可以选用轻量安全的小型电池，使得整机的体积重量大幅度下降，有利于实际产品的制造、销售、操作。以上所述是本发明的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、引申和润饰，比如将电磁阀安置在滴斗下方的输液管外进行控制等，这些改进、引申和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种新型输液泵技术，包括一种液滴探测电路和一种控制液滴输出电路。所述液滴探测电路包括电容，其两个极板分别安置在输液器特定位置；电连接于所述电容用于测量其电容值的电容测量単元；电连接于电容测量单元进行控制处理的微处理器。探測方法为将滴斗中液面调至特定高度，使每一滴液滴在完整形成并滴落的最后一瞬间导通滴斗中上下两部分的液体，使得所述电容的电容值发生ー种脉冲式突变，电容测量单元和微处理器连续测量并分析所测电容值，每当测获一次上述脉冲式突变就表明一滴药液已完整形成并滴落。
所述控制液滴输出电路包括对各单元进行控制的微处理器MCU ;夹在输液管外侧对输液通道进行简单的开启ー关闭式控制的电磁阀；电连接于微处理器用于输液操作、设置、显示、报警的蜂鸣器、LED、LCD、按键。控制方法为MCU将操作者预设的输液速度换算为滴速(如滴/分钟)，然后每隔一定周期就输出一滴药液，当需要输出一滴药液吋，MCU首先控制电磁阀松开压迫开启输液通道，随后当探测到该液滴已完整形成并滴落后就控制电磁阀立即恢复压迫关闭输液通道，如此往复控制就可获得ー个准确稳定的输液速度。
2.如权利要求I所述的液滴探测电路，其特征在于所述电容为金属极板电容，它的两个极板和输液泵作为ー个整体夹附安置在输液器滴斗上方的输液管两侧；或其中一个极板安置在输液器滴斗上方输液管外侧，另外一个极板安置在输液器滴斗的外侧。
3.如权利要求I所述的探測方法，其特征在于将输液器滴斗中的液面调至距离滴ロ6mm至9mm的特定范围内。
4.如权利要求I所述的控制液滴输出电路，其特征在于所述电磁阀为ー种简单可靠的开启ー关闭式电磁阀，该电磁阀卡夹于输液器滴斗上方的输液软管外，或卡夹于输液器滴斗下方的输液软管外。
5.如权利要求I所述的控制方法，其特征在于为了降低功耗，所述MCU仅在需要输出一滴药液的短暂时间内控制电磁阀电流导通使其开启，在其它大部分空闲时间内电磁阀都依靠自身所帯机械弹性装置保持闭合状态。
6.如权利要求I所述的控制方法，其特征在于操作者通过按键将所需要的输液速度设置给MCU，MCU根据该速度值和所用输液器型号计算得出每隔多长时间就应该输出一滴药液;MCU将输液速度、已输入液量、输液时间等參数显示在所述LCD上；每当探測到一滴药液滴落MCU就控制所述LED短暂闪亮一次；若开启输液通道后较长时间内没有液滴下落则说明药液已输完或发生了严重堵塞，MCU就控制所述蜂鸣器和LED发出相应报警。
7.如权利要求I所述的控制方法，其特征在于在每一次控制液滴输出期间，所述MCU都监测从开启电磁阀导通输液管到随后探測到有一滴药液滴落这两个信号之间的间隔，当这个时间间隔异常变化过大时(比如由最初的390ms变成了 500ms)，则表示可能发生了跑针或针管血管堵塞等压カ异常，此时MCU控制蜂鸣器与LED发出相应警示。
8.如权利要求I所述的控制方法，其特征在于可预先针对不同输液器厂家生产的不同型号的输液器或个别粘度特殊的药液进行液滴容积校准，即先用样品在输液泵上输出收集一定数量的液滴(比如1000滴)，然后用标准量具測量出这些液体的容积并将其值录入输液泵，MCU根据该实测容积和其标称的容积(如20滴=Iml)计算出每一滴的容积误差，并将该误差參数存入系统，在随后的实际输液中可根据该误差对滴速进行相应修正。
全文摘要
本发明公开一种新型输液泵技术，利用一种输液滴速监测技术(申请号201210015144.5)对每一滴液滴进行精细的实时探测，并采用一种简捷可靠的开启一关闭方式控制每一滴药液的形成与输出即当需要输出一滴药液时首先开通输液管，随后当探测到该液滴已完整形成并滴落后就立即关闭输液管，如此周期性地输出一系列容积相同的液滴即可实现一个稳定的输注。本发明适合国情可配用经济的一次性重力式输液器、输注精度高且长期稳定、对输液管的弹性韧度等要求极低、成本低、体积功耗小、可直接夹附在输液器上使用，并克服了现有技术配用一次性重力输液器时输注精度不稳定、不能防范跑针、体积功耗大、易将管壁微粒揉挤剥落污染药液等缺陷。
文档编号A61M5/142GK102671255SQ20121016426
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者李益民 申请人:李益民