智能静脉输液器装置的制作方法

本发明涉及一种智能静脉输液器装置，属于医疗设备。

背景技术：

目前，医院静脉输液主要是人工控制，由人监控的静脉输液，无法正确调解药液流速，速度过快由于点滴里有钾元素的成分会造成血管刺激，通常刺激会表现为疼痛。但通常输液快慢要看自身身体情况，但输液还是会对血管和心脏，肾脏有刺激。在智能输液领域，主要是在研究以下5个方面的问题：滴速的精确测量；滴速的自动控制；药液剩余量的智能检测；恒温输液；输液信息的及时反馈；下面就这5个方面梳理以下国内外的主要研究、应用方法。

在处理滴速测量时，有两种主要的方法：第一，通过光电传感器检测光通过液滴时的衰减来实现液滴计数，从而达到测量的目的。具体又可分为透射式和反射式的检测方法。透射式是检测衰减的透射光强，把光信号转换成电信号通过比较器设定阈值的方式变为高低电平，送入相应的整形电路后实现单片机计数；反射式是检测通过液滴反射回来的反射光转换成电信号后进行电路整形实现计数。光电检测成本小，在大范围内基本能够准确的判断是否有液滴低下，从而实现滴速检测。但是，该方法受杂光影响大，可能会出现漏检或者错检，导致计数错误；第二，通过改变电路的谐振状态来计数。此方式是通过改变电容极板间的介电常数使电容的容值发生改变，从而破坏电路的谐振状态达到计数。此方法能实现较为精确的液滴计数，误差小，但成本高，实现起来较为困难，需要有一定的加工条件。现有的大多数同类产品都是采用透射式光电测量的方式进行输液速度的测量。

在滴速控制方面，目前有三种方法，第一，自给动力控制。该种设备不借助重力的作用，液体靠设备内部的气泵推动，可以通过调节气泵的推力大小来调节液体流动的速度。第二，利用步进电机和横杆控制。该种设备控制的主要元件是横杆加竖杆，竖杆固定，有一内螺纹孔，横杆有与之匹配的外螺纹，与步进电机连接，通过步进电机的作用使横杆与竖杆发生相对运动从而挤压输液管实现调节滴速。第三是通过传动装置进行控速，用传动带把小齿轮和大齿轮连接，用大齿轮传动小齿轮实现控速。这些现有的滴速控制方式存在以下不足：第一种方法虽说可实现较为精确的控速，但是制作成本高，操作比较麻烦。而后两种方式由于受电机的角度限制都无法实现线性控速，误差较大。

对于药液剩余量的估计,同类产品普遍采用重力传感器的方式来测量，直接把剩余的液体的重量通过换算直接变成剩余量。该现有的药液剩余量估计方式存在以下不足：成本高，实际操作中较为复杂。

输液信息的反馈与传递通常都是采用无线传输方式，一般有三种，第一是蓝牙，但由于其传输距离短等弊端已逐步被弃用；第二是wifi,此方式能够十分方便的实现下位机，上位机与手机端的数据共享，传输速率快，但其安全性差，距离短；第三是用zigbee无线协议，其功耗小，安全性好，传输距离远，但传输速率较慢，无法实现下位机直接与手机进行数据共享。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能静脉输液器装置。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种智能静脉输液器装置，应用于一次性输液器上，其特征在于：所述智能静脉输液器装置设有滴速控制机构；所述滴速控制机构设有壳体、伺服舵机和偏心轮，所述伺服舵机和所述一次性输液器的一段输液软管均固定在所述壳体上，所述偏心轮安装在所述伺服舵机的转轴上，且所述偏心轮的部分外周面作为工作面，该工作面的周向沿阿基米德螺线延伸，其中，所述阿基米德螺线垂直于所述伺服舵机的转轴轴线，所述阿基米德螺线的极点位于所述伺服舵机的转轴轴线上，并且，所述偏心轮的工作面与所述输液软管固定在壳体上的管段相紧贴。

作为本发明的优选实施方式：所述的智能静脉输液器装置还设有微处理器系统、用于输入输液信息的输入电路、用于检测滴入所述一次性输液器的滴壶中的液滴的液滴检测电路、舵机驱动电路、显示电路和用于为所述微处理器系统供电的电压转换电路；所述微处理器系统能够分别接收所述输入电路输入的输液信息和所述液滴检测电路检测到每一滴所述液滴滴入所述滴壶中时所产生液滴滴入触发信号，且所述微处理器系统能够通过所述舵机驱动电路控制所述伺服舵机工作；所述显示电路与所述微处理器系统电性连接。

作为本发明的优选实施方式：所述的微处理器系统统计所接收到的液滴滴入触发信号的数量，并以相同的时间间隔按照以下公式一计算所述一次性输液器的实时滴速：

其中，vi为所述一次性输液器在第i个所述时间间隔的实时滴速，di为所述微处理器系统在第i个所述时间间隔内所接收到的液滴滴入触发信号的数量，δt为每一个所述时间间隔的时长。

作为本发明的优选实施方式：所述输入电路输入的输液信息包括目标滴速；所述微处理器系统将计算出的每一个所述实时滴速与所述目标滴速进行比较，如果所述实时滴速小于所述目标滴速，则通过所述舵机驱动电路控制所述伺服舵机驱动所述偏心轮正向旋转一个单位角度，以减小所述偏心轮的工作面对所述输液软管固定在壳体上的管段的挤压程度，如果所述实时滴速大于所述目标滴速，则通过所述舵机驱动电路控制所述伺服舵机驱动所述偏心轮反向旋转一个单位角度，以增大所述偏心轮的工作面对所述输液软管固定在壳体上的管段的挤压程度，如果所述实时滴速等于所述目标滴速，则通过所述舵机驱动电路控制所述伺服舵机停止驱动所述偏心轮旋转。

作为本发明的优选实施方式：所述输入电路输入的输液信息还包括输液容量，所述微处理器系统预设有每一滴滴入所述一次性输液器的滴壶中的液滴的单位体积；所述微处理器系统按照以下公式二和公式三分别计算本次输液在当前时刻的药液剩余量和剩余输液时间，并显示在所述显示电路上：

其中，do表示本次输液在当前时刻的药液剩余量，dn表示所述本次输液在当前时刻的已输出药液液滴数量，该已输出药液液滴数量dn等于所述微处理器系统从本次输液开始时刻至当前时刻所接收到的液滴滴入触发信号的数量，s0表示所述输液容量，s′表示所述液滴的单位体积，依据通用规格的一次性输液器的特性，液滴的单位体积s′一般预设为0.05ml；to表示本次输液在当前时刻的剩余输液时间，vo表示所述目标滴速。

作为本发明的优选实施方式：所述的智能静脉输液器装置还设有用于对在所述一次性输液器中流过的药液进行加热的加热单元和用于检测所述一次性输液器所在环境温度的温度检测电路，所述微处理器系统能够控制所述加热单元启动加热或停止加热，且所述微处理器系统能够接收所述温度检测电路检测到的实时环境温度，其中，所述加热单元的加热功率为17w；

所述微处理器系统在每一次计算所述实时滴速vi时按照以下公式四计算所述加热单元在当前时刻的工况下所能加热的加热温度能力上限：

tmax＝6.1163×t1-0.0187×vi-0.3125×t1²+0.0051×t1³-0.0001×vi²[公式四]

其中，tmax表示所述加热温度能力上限，t1表示所述实时环境温度；

并且，所述输入电路输入的输液信息还包括最高安全加热温度tsaft，所述微处理器系统将每一次计算得到的所述加热温度能力上限tmax与所述最高安全加热温度tsaft进行比较，如果tmax＞tsaft，则控制所述加热单元停止加热，如果tmax≤tsaft，则控制所述加热单元启动加热。

作为本发明的优选实施方式：所述的液滴检测电路采用红外光电传感器对滴入所述一次性输液器的滴壶中的液滴进行检测，并采用波形整形芯片将所述红外光电传感器的输出信号整形为方波信号作为所述液滴滴入触发信号。

作为本发明的优选实施方式：所述的智能静脉输液器装置还设有无线传输电路；所述微处理器系统能够将所述智能静脉输液器装置工作中产生的数据通过所述无线传输电路发送到远程终端，其中，所述无线传输电路采用型号为xbeepro的zigbee芯片

作为本发明的优选实施方式：所述的智能静脉输液器装置还设有报警电路；所述报警电路与所述微处理器系统电性连接。

作为本发明的优选实施方式：所述的微处理器系统为msp430单片机最小系统，所述的输入电路为键盘，所述的电压转换电路为usb端口电路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明设有滴速控制机构，通过伺服舵机即可驱动偏心轮正向旋转和反向旋转，利用阿基米德螺线的等速螺线的性质，偏心轮的工作面在其旋转过程中对输液软管固定在壳体上的管段的挤压程度是线性变化的，这就使得一次性输液器的滴速即药液通过一次性输液器的滴速也能够在偏心轮的旋转过程中接近于线性变化，因此，通过伺服舵机精确控制偏心轮的旋转角度，即可精确的控制输液软管的受挤压程度，以精确控制一次性输液器的滴速；所以，本发明能够大幅度提高对一次性输液器滴速控制的精度，可实现临床静脉输液速度的准确调控。

第二，本发明能够以相同的时间间隔计算一次性输液器的实时滴速，并能够用微处理器系统自动控制伺服舵机的工作，使得一次性输液器的实时滴速能够自动趋向于目标滴速变化并最终保持在目标滴速，实现了输液速度的智能控制。

第三，本发明能够通过软件估算的方式计算出药液剩余量和剩余输液时间，以便于患者和医生掌握输液状况。

第四，本发明在无需实时检测经加热单元加热后的药液温度的情况下(即无需改装一次性输液器来检测实时药液温度)，通过计算比较加热温度能力上限tmax是否超过最高安全加热温度tsaft来判断用加热单元对在所述一次性输液器中流过的药液进行加热是否存在安全隐患，以此作为是否控制加热单元启动加热的依据，避免了药液由于有可能被加热到超过最高安全加热温度而存在的安全隐患，保证了患者的人身安全，又能在加热安全得到保证的情况下加热药液，使得患者的输液体验更为舒适；并且，本发明选取加热功率为17w的加热单元，能够确保本发明应用于通用规格的一次性输液器上时，加热单元在大部分的工况下(包括滴速vi和环境温度t1)均能够对药液启动加热。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明中滴速控制机构的结构示意图；

图2为本发明的智能静脉输液器装置的电路原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开的是一种智能静脉输液器装置，应用于一次性输液器1上，其发明构思为：智能静脉输液器装置设有滴速控制机构；滴速控制机构设有壳体2、伺服舵机3和偏心轮4，伺服舵机3和一次性输液器1的一段输液软管11均固定在壳体2上，偏心轮4安装在伺服舵机3的转轴31上，且偏心轮4的部分外周面作为工作面41，该工作面41的周向沿阿基米德螺线延伸，其中，阿基米德螺线垂直于伺服舵机3的转轴31轴线，阿基米德螺线的极点位于伺服舵机3的转轴31轴线上，并且，偏心轮4的工作面41与输液软管11固定在壳体2上的管段相紧贴。

从而，通过伺服舵机3即可驱动偏心轮4正向旋转和反向旋转，利用阿基米德螺线的等速螺线的性质，偏心轮4的工作面41在其旋转过程中对输液软管11固定在壳体2上的管段的挤压程度是线性变化的，这就使得一次性输液器1的滴速即药液通过一次性输液器1的滴速也能够在偏心轮4的旋转过程中线性变化，因此，通过伺服舵机3精确控制偏心轮4的旋转角度，即可精确的控制输液软管11的受挤压程度，以精确控制一次性输液器1的滴速；所以，本发明能够大幅度提高对一次性输液器1滴速控制的精度，可实现临床静脉输液速度的准确调控。

在上述发明构思的基础上，本发明采用以下优选的实施方式：

作为本发明的优选实施方式：智能静脉输液器装置还设有微处理器系统、用于输入输液信息的输入电路、用于检测滴入一次性输液器1的滴壶12中的液滴的液滴检测电路、舵机驱动电路、显示电路和用于为微处理器系统供电的电压转换电路；微处理器系统能够分别接收输入电路输入的输液信息和液滴检测电路检测到每一滴液滴滴入滴壶12中时所产生液滴滴入触发信号，且微处理器系统能够通过舵机驱动电路控制伺服舵机3工作；显示电路与微处理器系统电性连接。

作为本发明的优选实施方式：微处理器系统统计所接收到的液滴滴入触发信号的数量，并以相同的时间间隔按照以下公式一计算一次性输液器1的实时滴速：

其中，vi为一次性输液器1在第i个时间间隔的实时滴速，di为微处理器系统在第i个时间间隔内所接收到的液滴滴入触发信号的数量，δt为每一个时间间隔的时长。

作为本发明的优选实施方式：输入电路输入的输液信息包括目标滴速；微处理器系统将计算出的每一个实时滴速与目标滴速进行比较，如果实时滴速小于目标滴速，则通过舵机驱动电路控制伺服舵机3驱动偏心轮4正向旋转一个单位角度，以减小偏心轮4的工作面41对输液软管11固定在壳体2上的管段的挤压程度，如果实时滴速大于目标滴速，则通过舵机驱动电路控制伺服舵机3驱动偏心轮4反向旋转一个单位角度，以增大偏心轮4的工作面41对输液软管11固定在壳体2上的管段的挤压程度，如果实时滴速等于目标滴速，则通过舵机驱动电路控制伺服舵机3停止驱动偏心轮4旋转。

作为本发明的优选实施方式：输入电路输入的输液信息还包括输液容量，微处理器系统预设有每一滴滴入一次性输液器1的滴壶12中的液滴的单位体积；微处理器系统按照以下公式二和公式三分别计算本次输液在当前时刻的药液剩余量和剩余输液时间，并显示在显示电路上：

其中，do表示本次输液在当前时刻的药液剩余量，dn表示本次输液在当前时刻的已输出药液液滴数量，该已输出药液液滴数量dn等于微处理器系统从本次输液开始时刻至当前时刻所接收到的液滴滴入触发信号的数量，s0表示输液容量，s′表示液滴的单位体积，依据通用规格的一次性输液器1的特性，液滴的单位体积s′一般预设为0.05ml；to表示本次输液在当前时刻的剩余输液时间，vo表示目标滴速。

作为本发明的优选实施方式：智能静脉输液器装置还设有用于对在一次性输液器1中流过的药液进行加热的加热单元和用于检测一次性输液器1所在环境温度的温度检测电路，微处理器系统能够控制加热单元启动加热或停止加热，且微处理器系统能够接收温度检测电路检测到的实时环境温度，其中，加热单元的加热功率为17w；

微处理器系统在每一次计算实时滴速vi时按照以下公式四计算加热单元在当前时刻的工况下所能加热的加热温度能力上限：

tmax＝6.1163×t1-0.0187×vi-0.3125×t1²+0.0051×t1³-0.0001×vi²[公式四]

其中，tmax表示加热温度能力上限，t1表示实时环境温度；

并且，输入电路输入的输液信息还包括最高安全加热温度tsaft，微处理器系统将每一次计算得到的加热温度能力上限tmax与最高安全加热温度tsaft进行比较，如果tmax＞tsaft，则控制加热单元停止加热，如果tmax≤tsaft，则控制加热单元启动加热。

作为本发明的优选实施方式：液滴检测电路采用红外光电传感器对滴入一次性输液器1的滴壶12中的液滴进行检测，并采用波形整形芯片将红外光电传感器的输出信号整形为方波信号作为液滴滴入触发信号，其中波形整形芯片优选采用型号为hcf4047bf的多谐振荡器。该液滴检测电路的工作原理为：由于红外光电传感器能够排除可见光干扰，液滴滴入滴壶12中时会遮挡红外光电传感器的发射管发出的部分红外光，红外光强会发生改变，使得红外光电传感器的接收管的暗电流发生变化，通过电阻转化为电压信号，令红外光电传感器的输出信号在液滴滴入滴壶12中时成为跳变信号，而波形整形芯片将该跳变信号整形为方波信号，使得微处理器系统能够准确的检测到方波信号的下降沿，以统计所接收到的液滴滴入触发信号的数量。

作为本发明的优选实施方式：智能静脉输液器装置还设有无线传输电路；微处理器系统能够将智能静脉输液器装置工作中产生的数据通过无线传输电路发送到远程终端，该工作中产生的数据包括滴速、温度等，以便于工作人员通过远程终端同时了解到多台智能静脉输液器装置及其所应用的一次性输液器1的实时工况，其中，无线传输电路采用型号为xbeepro的zigbee芯片，其具有功耗小、传输距离远、安全性好、室内能够传输180米的等优势，其与上位机采用星形拓扑的网络结构，网络中协调器可得到并利用每个输液装置在网络中独有的ip地址进行数据的分包与解包，这样输液装置的所有参数可传到pc端进行实时显示与监控，保证医生与家属能够实时了解输液情况和及时处理。

作为本发明的优选实施方式：智能静脉输液器装置还设有报警电路；报警电路与微处理器系统电性连接。从而，在智能静脉输液器装置出现故障时，微处理器系统即能控制报警电路发出声光报警，例如：在实时滴速vi超出微处理器系统预设的滴速允许范围时，即可发出声光报警。

作为本发明的优选实施方式：微处理器系统为msp430单片机最小系统，输入电路为键盘，其优选采用3*4矩阵键盘，电压转换电路为能够将5v直流电转换为3.3v直流电的usb端口电路。

另外，工作人员还可通过输入电路输入患者的病房号和病床号，利用显示电路显示病房号、病床号、滴速、环境温度和剩余输液时间等；微处理器系统可以在平时进入低功耗模式等待中断唤醒，在需要工作时例如进行滴速检测时再唤醒；而且，本发明的智能静脉输液器装置还可增设紧急停止电路即额外的键盘，以便对突发情况进行反应。

综上，本发明具有精度高，易操作的优点，能够实时的智能监护并管理数据，有效的减小了输液过程中患者的风险，同时大大减轻了医生的工作量，具有极大的临床应用前景与价值。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。