一种气动输液装置的制作方法

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种气动输液装置。

背景技术：

注射给药主要有静脉注射、肌肉注射和皮下注射等。静脉注射也称输液给药，现有输液装置大都由输液瓶、输液管及输液架构成，输液瓶吊挂在输液架上、依靠药液自重流动并经输液管注入到人的血管中。这种输液模式在实际使用中会带来许多问题：通过手动方法调节流量，流量控制精度不够；病人走动、如厕等情况下需他人高举输液瓶，活动不方便且输液瓶高度不够时还会使血液回流；需要病人或护理人员长时间看守，如未及时发现输液完成还可能造成事故；药液与空气接触，环境空气不洁时还有被污染的可能性。除了上述直接问题外，有时还会通过减少溶液量、加快输液速度等方法缩短输液时间，这不仅加重了心脏负担，还影响了治疗效果：肌肉注射和皮下注射在相对较短的时间内将药物注射到肌肉或皮下，其最大弊端是一个注射周期内血药浓度差异较大，不利于药物的有效吸收与利用，因为：大多数药物在人体内都有较佳浓度范围，药物浓度过高时具有毒副作用、过低时将不具治疗效果。因此，可延长药品注射时间、保持合理药品浓度的微小型便携式药品控释装置或系统是目前医疗领域所急需的。

技术实现要素：

本发明提出一种气动输液装置，本发明的实施方案是：箱体上设有缓冲腔和上下出入孔，箱体上下两侧都设有出口腔和至少两个体腔组，从上入孔到上出孔和从下入孔到下出孔的体腔组所含体腔数量都依次减小；各体腔组中都有一个体腔上设有进口腔和出气孔，其它体腔上仅设有通气孔；箱体顶部，含体腔数量最多的体腔组的进口腔经上入孔与缓冲腔连通、含体腔数量最少的体腔组的出气孔经出口腔与上出孔连通；箱体底部，含体腔数量最多的体腔组的进口腔与下入孔连通、含体腔数量最少的体腔组的出气孔经出口腔和下出孔与缓冲腔连通；同一体腔组中的出气孔和通气孔经连通孔连通，其它两左右相邻体腔组中的进口腔和出气孔连通：进出口腔与其内所装阀片分别构成进出口阀，阀片为悬臂梁阀或碟形结构；上盖和底板经螺钉装在箱体上下两侧并将密封圈压接在出口腔内，上盖和底板经密封圈将驱动器压接在各体腔内构成压缩腔，密封圈位于驱动器上下两侧，驱动器为压电驱动器，驱动器由基板和压电片粘接而成，驱动器表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；同一体腔组内的压缩腔并联成一个压缩腔组；箱体顶部的上入孔、各压缩腔组、出口腔及上出孔串联成上压缩单元，箱体底部的下入孔、各压缩腔组、出口腔及下出孔串联成下压缩单元，上下压缩单元经缓冲腔串联：工作中，同一压缩腔组内驱动器变形方向相同，两左右相邻压缩腔组中驱动器的变形方向相反；上盖的囊腔内装有气囊和药囊，囊腔的端部装有挡板，挡板置于囊腔侧壁的滑槽内；气囊经输气管与上出孔连通，药囊的输液管上装有针头和流量阀，上下压缩单元为气囊供气前先关闭流量阀，待缓冲腔内气压达到设定值后再开启。

以每个压缩单元都具有三个压缩腔组的输液装置为例，从上出孔到上入孔及从下出孔到下入孔的体腔组依次定义为体腔组一、二和三，进口阀依次定义为进口阀一、二和三，压缩腔组依次定义为压缩腔组一、二和三；则下压缩单元的具体工作过程为：上半周内，压缩腔组一和三中的驱动器向下弯曲、压缩腔组二中驱动器向上弯曲，进口阀一和三开启、进口阀二及出口阀关闭，压缩腔组三从外部吸入气体、压缩腔组二内的气体进入压缩腔组一，此为吸入过程；下半周内，压缩腔组一和三中驱动器向上弯曲、压缩腔组二中的驱动器向下弯曲，进口阀一和三关闭、进口阀二及出口阀开启，压缩腔组三内的气体进入压缩腔组二，压缩腔组一内的气体进入缓冲腔，此为排出过程；上述的吸程和排程中，气体依次经历压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩后排出，有效地提升了输出压力；类似地，上压缩单元从缓冲腔吸入气体，经历压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩后经上出孔及输气管进入气囊，从而挤压药囊输出药液，药液输出速度通过驱动器的驱动电压或输液管上的流量阀调节。

本发明中，上下压缩单元的输出的最大气体压力为pmax＝p0ηp{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：p0对下压缩单元为标准大气压、对上压缩单元为缓冲腔内的气体压力，ηp为修正系数，α＞0为压缩比、即驱动器变形引起的压缩腔的容积变化量与压缩腔的容积之比，β＞1为各相邻压缩腔组所含压缩腔数量之比的最小值，n≥2为上下压缩单元各自所含压缩腔组的数量；工作中，两相邻压缩腔组相互连通、即其间阀片开启时，含压缩腔数量较多的压缩腔组的容积变化量不小于含压缩腔数量较少的压缩腔组的容积变化量；为获得最大压缩比，压缩腔的高度等于驱动器中心点的变形量，驱动器由等厚度pzt4晶片与黄铜基板粘接而成时压缩腔的高度为ηh、u0分别为动态修正系数和驱动电压，d31为压电常数，hp为压电片厚度，r为压缩腔半径。

优势与特色：利用累积压缩的方法可大幅度提高气体压力；利用气体驱动药液，易于通过驱动电压精确地控制输液速度，无需吊挂装置、方便移动和携带；药液不与空气接触，不会发生药液被污染、气体进入血管及血液倒流等现象，无需实时看守、安全可靠。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中输液装置的结构剖面示意图；

图2是图1的a-a剖视图；

图3是本发明一个较佳实施例中输液装置工作状态下的结构示意图；

图4是本发明一个较佳实施例中上盖的结构示意图；

图5是本发明一个较佳实施例中驱动器的结构示意图；

图6是本发明一个较佳实施例中箱体的结构示意图；

图7是图6的俯视图。

具体实施方式

箱体b的中部设有缓冲腔b9、顶部设有上入孔b1和上出孔b6、底部设有下入孔b1’和下出孔b6’，箱体b上下两侧都设有出口腔b3和至少两个体腔组bi，从上入孔b1到上出孔b6和从下入孔b1’到下出孔b6’的体腔组bi所含体腔b2的数量都依次减小；每个体腔组bi中都有一个体腔b2上设有进口腔b4和出气孔b5，其它体腔b2上仅设有通气孔b8；箱体b顶部，含体腔b2数量最多的体腔组bi的进口腔b4经上入孔b1与缓冲腔b9连通、含体腔b2数量最少的体腔组bi的出气孔b5经出口腔b3与上出孔b6连通；箱体b底部，含体腔b2数量最多的体腔组bi的进口腔b4与下入孔b1’连通、含体腔b2数量最少的体腔组bi的出气孔b5经出口腔b3和下出孔b6’与缓冲腔b9连通；同一体腔组bi中的出气孔b5和通气孔b8经连通孔b7连通，其它两个左右相邻体腔组bi中的进口腔b4和出气孔b5连通；进口腔b4和出口腔b3与其内所安装的阀片v分别构成进口阀vi和出口阀v，阀片v为悬臂梁阀或碟形结构；上盖a和底板c经螺钉安装在箱体b的上下两侧并将密封圈压接在出口腔b3内，上盖a和底板c经密封圈将驱动器d压接在各体腔b2内构成压缩腔c，密封圈位于驱动器d上下两侧，驱动器d为压电驱动器，驱动器d由基板d1和压电片d2粘接而成，驱动器d表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜：同一体腔组bi内的压缩腔c并联成一个压缩腔组ci；箱体b顶部的上入孔b1、各压缩腔组ci、出口腔b3及上出孔b6串联成上压缩单元i，箱体b底部的下入孔b1’、各压缩腔组ci、出口腔b3及下出孔b6’串联成下压缩单元ii，上下压缩单元i和ii经缓冲腔b9串联；工作中，同一压缩腔组ci内驱动器d的变形方向相同，两左右相邻压缩腔组ci中驱动器d的变形方向相反；上盖a的囊腔a1内装有气囊y1和药囊y2，囊腔a1的端部装有挡板z，挡板z置于囊腔a1侧壁的滑槽a2内；气囊y1经输气管与上出孔b6连通，药囊y2的输液管q上装有针头和流量阀m，上下压缩单元i和ii为气囊y1供气前先关闭流量阀m，待缓冲腔b9内气压达到设定值后再开启。

本发明中，体腔组bi、进口阀vi、压缩腔组ci中的i代表从上出孔b6到上入孔b1或下出孔b6’到下入孔b1’的序号，i＝1，2，3，...；以每个压缩单元都具有三个压缩腔组ci的输液装置为例，则从上出孔b6到上入孔b1及从下出孔b6’到下入孔b1’的体腔组bi依次定义为体腔组一b1、二b2和三b3，进口阀vi依次定义为进口阀一v1、二v2和三v3，压缩腔组ci依次定义为压缩腔组一c1、二c2和三c3；则下压缩单元ii的具体工作过程为：上半周内，压缩腔组一c1和三c3中的驱动器d向下弯曲、压缩腔组二c2中驱动器d向上弯曲，进口阀一v1和三v3开启、进口阀二v2及出口阀v关闭，压缩腔组三c3从外部吸入气体、压缩腔组二c2内的气体进入压缩腔组一c1，此为吸入过程；下半周内，压缩腔组一c1和三c3中驱动器d向上弯曲、压缩腔组二c2中的驱动器d向下弯曲，进口阀一v1和三v3关闭、进口阀二v2及出口阀v开启，压缩腔组三c3内的气体进入压缩腔组二c2，压缩腔组一c1内的气体进入缓冲腔b9，此为排出过程；在上述的吸程和排程中，气体依次经历压缩腔组三c3、二c2和一c1的逐级累积压缩后排出，有效地提升了输出压力；类似地，上压缩单元i从缓冲腔b9吸入气体，经历压缩腔组三c3、二c2和一c1的逐级累积压缩后经上出孔b6及输气管进入气囊y1，从而挤压药囊y2输出药液，药液输出速度通过驱动器d的驱动电压或输液管q上的流量阀m调节。

本发明中，上下压缩单元i和ii的输出的最大气体压力为pmax＝p0ηp{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：p0对下压缩单元i为标准大气压、对上压缩单元ii为缓冲腔b9内的气体压力，ηp为修正系数，α＞0为压缩比、即驱动器d变形引起的压缩腔c的容积变化量与压缩腔c的容积之比，β＞1为各相邻压缩腔组ci所含压缩腔c数量之比的最小值，n≥2为上压缩单元i或下压缩单元ii中压缩腔组ci的数量；工作中，两相邻压缩腔组ci相互连通、即其间阀片v开启时，含压缩腔c数量较多的压缩腔组ci的容积变化量不小于含压缩腔c数量较少的压缩腔组ci的容积变化量；为获得最大压缩比，压缩腔c的高度等于驱动器d中心点的变形量，驱动器d由等厚度pzt4晶片与黄铜基板粘接而成时压缩腔c的高度为ηh、u0分别为动态修正系数和驱动电压，d31为压电常数，hp为压电片d2的厚度，r为压缩腔c的半径。