专利名称:为诊断目的抽取血液的采血系统的制作方法
为了分析-诊断目的从一个身体部位(多数从手指或耳垂)中抽取少量血液而使用刺血针，该刺血针为产生一个伤口而刺入相应身体部位中。只要手动进行，那就需要经过专门培训的人员。但刺孔会带来巨大的疼痛。
很长时间以来就已使用采血系统，这些采血系统包括一个针剌仪和附属的与该相应的针刺仪专门匹配的刺血针。在针刺仪的一个壳体中有一个刺血针驱动机构，通过该驱动机构用机械方法将一根刺血针刺入皮肤中。在这种情况下，通常使用弹簧作为用于刺入运动的驱动元件。
但为了定期对血液的特定的分析值进行监控，经常有必要使病人在一天内多次进行检验。这尤其适用于糖尿病患者，这些人应该经常检查其血糖水平，用于使胰岛素注射量与需求(该需求量依赖于营养吸收、身体活动等而剧烈变化)相匹配，以此尽可能总是将其血糖水平保持在特定的额定极限内。
因此，这种强化治疗的前提是，采血带来尽可能少的疼痛。过去，随着在这方面获得改进这一目标，开发了大量不同的采血系统，这些采血系统包括用于刺血针或注射针的机械驱动单元。在当今时代，已经如此高水平地开发出所述驱动单元，使得刺入过程可以用可再现的痛苦少的方式进行。但在可以操作所述采血系统之前，必须首先将该驱动单元的一个驱动元件-经常是一根弹簧-转移到一个张紧的位置中。在随后触发刺入过程时，该驱动元件又被转移到一个卸载的位置中。在这过程中释放的力被用来沿刺入方向驱动刺血针。
但现有技术的缺点是，采血系统的张紧过程在机械式驱动单元中经常很费力气，并且/或者要求使用者进行复杂的操作步骤。比如在文件DE 10223558.9中对一种采血系统的张紧进行了描述，在该采血系统中通过壳体旋钮的转动来张紧驱动单元中的弹簧。为此，病人被迫使用双手来操作该仪器。
但事实经常表明，年纪较大的或运动机能受限制的人感到所述操作步骤非常费力。因此，尤其在经常必须在年纪较大的人身上使用的强化治疗中，除了尽可能疼痛少地进行刺入，还期望能够对采血系统进行轻松操作。
在现有技术中，对带有自动驱动机构的采血系统进行了描述，这样的采血系统尤其对运动机能有残障的人来说应该可以简便而舒适地进行操作。在此，对使用者来说在很大程度上省去了部分繁琐的刺血针张紧过程以及随后刺入过程的触发。病人可以通过按压按钮来激活电驱动机构，而不必进行除此以外的其它操作步骤，而且使用者不必费力。文件WO 02/100 461、WO 02/100 460以及WO 02/001 01和WO02/100 251分别公开了采血系统，在这样的采血系统上电驱动单元使刺血针沿驱动方向移动，并且执行刺血过程。比如在文件WO 02/100 251中提到了电磁式驱动元件。通过控制单元对由驱动单元向刺血针本体进行的力传输进行控制，从而可以进行指定的刺入运动。
同样在文件US 6,530,892中公开了一种具有多个刺血针的自动采血系统。与上述现有技术相类似，通过磁体实现驱动单元。
所说明的系统分别使用电驱动单元。向刺血针进行的快速的力传递将电能转换为刺血针本体的一种运动，这种力传递必须通过额外的部件来实现。为了能够在使用电驱动单元的情况下也能实现很高的驱动速度，比如将电容器集成在电驱动单元中，这样的电容器通过快速放电提供进行针刺所需要的能量。通过这种方式试图将能量快速而直接地从所述电驱动单元传递到刺血针上。尽管电驱动单元由于其很高的大于每克100焦耳的存储密度特别优选用作针刺辅助装置中的长时间存储器，但事实表明，能量从电驱动单元中的提取速度由于给定的内阻通常限制在每秒几十焦耳。此外，随着能量提取速度的增加，系统的效率在下降。除此以外，为控制刺血针本体的指定的运动过程还需要采取额外的措施，这样的额外措施保证刺血针以很少的振动刺入病人的一个身体部位中，并且保证随后刺血针退回到采血系统中。
因此，所说明的现有技术的缺点在于，除了所述电驱动单元以外还需要昂贵的对在刺入过程中刺血针本体的指定的运动过程进行控制的控制机构。由于所述电驱动单元，无法在所述系统中集成早已经过充分证明的机械式驱动机构。因此，必须放弃在过去数年里总是重新开发出来的机械式驱动单元的优点，这样的机械式驱动单元由于刺血针本体的运动过程得到精确确定所以刺入过程中疼痛很少。
为在电驱动机构中实现一种可与机械式驱动单元相当的刺入过程控制，由此必须采取一些费用很高的额外措施，但这些额外措施与所述机械式驱动单元相比经常证实是不够的。除此以外，安排为此所必需的额外构件如电容器和控制单元使得刺孔辅助装置的结构费用很高并且增加其制造成本。此外，除了对移动过程的控制不够之外，驱动单元向刺血针本体进行的力传递经常迟延，从而导致刺血针本体的移动过程变慢。可是由此又增加了刺入疼痛。因此，电驱动单元和机械驱动单元的比较表明，电驱动单元虽然一方面具有很高的供系统使用的存储密度，但另一方面能量提取速度经常不足，并且由此也经常使驱动单元向刺血针本体进行的力传递不足。
由此表明，具有电驱动单元的采血系统很难满足在疼痛少的刺孔方面的要求。
与此相反，机械驱动单元的使用由很高的能量提取速度确定，就象比如为一根刺血针的刺入运动所迫切需要的能量提取速度一样。这里，普通弹簧在近乎理想的效率中提供高达每秒数千焦耳的能量提取速度。但作为蓄能器，所述其中经常以弹簧形式实现的机械驱动单元证实是无效率的，因为为得到很高的存储密度需要很大的体积。与电驱动单元相比，比如在一种典型的机械驱动单元中所使用的弹簧仅仅拥有很低的大约每克150毫焦的存储密度。鉴于采血系统的紧凑的结构形式，就象在现代分析学中所规定的一样，因而在机械驱动机构中无法实现很高的存储密度。除此以外，机械驱动单元的使用经常要求使用者进行复杂而费力的操作，如上文早已说明的一样这一点被视为十分不利。
由此在过去几年里，事实越来越多地表明，人们对采血系统有很大兴趣，该采血系统同时尽可能在很大程度上满足困难的及部分互相相反的要求(最小的疼痛感，简单的操作，紧凑，尽可能细长的结构形式以及简单且费用很低的设计)。
本发明的任务是，避免所说明的现有技术的缺点，并且提供一种采血系统，该采血系统对年纪较大的或残疾的人士来说也可以简单操作，其中应该保证用于采血的刺入过程疼痛很少。在此，尤其应该简化采血系统的通常复杂又费力的张紧过程。
按本发明的任务通过独立权利要求
得到解决。特别优选的实施方式按照从属权利要求
产生。
本发明包括一个用于在身体部位中产生一个皮肤开孔的刺孔辅助装置。该刺孔辅助装置的壳体具有一个开口，一根刺血针可从该开口中伸出。在该壳体内部定位了刺血针，该刺血针通过一个用于执行刺入过程的驱动单元进行驱动。按本发明，所述采血系统的驱动单元包括一个机械式蓄能器，该蓄能器可以通过一个电机与一个电蓄能器相连接，从而可以提供用于驱动刺血针的能量。在此，如早已说明的一样，电蓄能器的突出之处在于很高的存储密度，并且可以比如包括电池或蓄电池。为从所述电蓄能器中提取能量，电机与所述电蓄能器及机械式蓄能器进行耦合，从而使提供给该电机的电能可以转换为机械能并加以存储。与此相反，所述机械式蓄能器的突出之处在于很快的能量提取速度，并且在短短几毫秒之内向采血系统提供执行刺入过程所需要的能量。刺血针本体通过一个耦合机构与机械式蓄能器相耦合，使得所存储的能量可以直接传递给刺血针本体。在一种优选的实施方式中，所述耦合机构在机械式蓄能器和刺血针之间包括一个用于对所述刺血针本体的运动过程进行控制的机械式运动转换器，使得该刺血针执行一种强制导引的运动。通过这种方式可以如此将刺血针运动控制在刺入方向上或与刺入相反的方向上，从而保证刺入过程疼痛很少。
所述按本发明的系统实现了电机与机械式蓄能器的组合，并且由此实现与采血系统的驱动单元的其它机械部件的组合，从而可以保证在刺入过程中所述刺血针本体的运动过程受到控制。该采血系统由此为将刺血针本体耦合到所述机械式蓄能器上，可以采用根据早已公开的机械部件的原理如控制滑槽(比如参见US 6,409,740和US6,419,661)，为耦合到刺血针上，这样的机械部件使用了弹簧。通过这种方式，那些在过去数年里早已经过考验的部件可以集成在该采血系统中，用于在机械驱动机构中确定地导引刺血针。在此可以放弃昂贵的就象在电驱动机构中所必需的控制单元。除此以外，该采血系统不仅拥有很高的存储密度，而且还同时拥有很高的能量提取速度。因而这种按本发明的采血系统的突出之处在于电机与机械式蓄能器的组合，使得电能可以转换为机械能。
机械式蓄能器可以按照本发明以多种方式得以实现。优选所述机械式蓄能器作为固体集成在所述驱动单元中。一种所述的蓄能器比如是弹簧，就象其早已在机械式驱动单元中加以应用的一样。而后通过一个首先对该弹簧进行压缩的电机来张紧该弹簧。作为弹簧，比如可以使用螺旋弹簧、扭簧或螺旋扭力弹簧等，其在现有技术中同样得到早已公知。刺入过程可以相应地象在机械式驱动单元中一样由弹簧的卸载来触发，并且可以在弹簧和刺血针本体之间使用相应的耦合机构。
为张紧弹簧，将电机通过一个耦合器和/或通过一个传动机构与机械式蓄能器进行耦合这一做法有时证实很有帮助。通过这种方式，可以由较小的电机顺利地提供张紧弹簧所需要的转矩。
如果将耦合器用作电机和机械式蓄能器之间的连接，那么可以由此以简单的方式将30mNm的转矩传递给所述机械式蓄能器。作为电机和机械式蓄能器之间的耦合器，比如优选使用转矩或旋转角控制的耦合器，这样的耦合器可以同时用简单的方式对电机进行控制。作为传动机构，可以比如使用锥齿轮传动机构。同样也可以考虑其它类型的在现有技术中早已公开的能够将电机耦合到机械式蓄能器上的传动机构或耦合器类型等。
如果使用用于将电机的力传递到所述机械式蓄能器上的耦合器，则可如上所述一样考虑根据加载的转矩对所述电机进行控制。在这种情况下，在一种优选的实施方式中对张紧过程中的电机电流进行测量，并且与预先给定的数值进行比较。如果比如所述机械式蓄能器通过弹簧来实现，那就加大弹簧的压缩程度来提高用于张紧弹簧的转矩。因此根据弹簧的压缩程度来提高电机电流，其中所述相应地测量出的电机电流值反映了弹簧的指定的压缩状态。借助于预先设定的电机电流值，可以由此向采血系统表示，已经完全执行了张紧过程。如果电机电流超过一个所述的阈值，那就停下电机，从而结束弹簧的张紧过程。因而可以用简单的方式实现对电机的自动控制。所说明的优选的实施方式可以驱动采血系统，而不需要用于对工作过程进行控制的附加的位置传感器等。随后以相同的方式通过由所述加载的转矩进行的控制来触发刺入过程。这里首先要重新激活电机，从而首先使弹簧的张紧过程继续下去，直至达到一个预先设定的第二转矩，一个第二阈值。现在随着电机达到所述第二阈值的预先设定的转矩，在电机和弹簧之间的连接就自动松开，从而可以释放由弹簧存储的机械能。该弹簧由此卸载，其中所述刺血针本体通过由弹簧释放的能量进行驱动。在此，该能量可以通过相应的如在现有技术中用于在弹簧和刺血针本体之间进行力传递的耦合机构一样按指定方式作用于刺血针本体。
除此以外，也可以考虑通过其它的实施方式对电机进行类似的控制，在这些实施方式中比如通过旋转角对耦合器进行控制。
此外，同样可以通过一个质量实现固体形式的机械式蓄能器，该质量比如由一个电机置于旋转之中。通过这种方式产生的动能被传递给刺血针本体，使得刺血针执行刺入运动。因而这一切表明，电机的电能不仅可以转换为势能的形式，而且可以转换为动能的形式，并且可以由机械式蓄能器加以存储。如果电能由机械式蓄能器作为动能加以存储，那么随后在这里也将刺血针本体与机械式蓄能器进行耦合，从而可以直接地并且损失很少地释放所存储的能量，并且转换为刺血针本体的一种有针对性的运动。为此在使用旋转质量作为蓄能器时，优选将耦合器设置为机械式蓄能器和刺血针本体之间的耦合机构，该耦合器可以使所述质量的动能再次作用到刺血针本体上，或者在一种优选的实施方式中作用到一个机械式运动转换器上。一种所述的耦合器可以比如包括一个摩擦调整联锁装置(Reibrichtsperre)和一根轴，就象其在现有技术中早已公开的一样。同样可以考虑具有缠绕弹簧或具有自动耦合器的实施方式，下面还将对这样的实施方式进行详细说明。通过将耦合器集成在所述移动质量和刺血针本体之间来实现很高的能量提取速度，并且由此实现优选处于1毫秒范围内的耦合时间。
所以，作为机械式蓄能器和刺血针本体之间的耦合机构，除了在现有技术中早已公开的用于将弹簧与刺血针本体进行耦合的实施方式以外，也可以考虑使用这样的耦合器，这样的耦合器能够将能量从移动的质量直接传递到刺血针本体上。机械式蓄能器和刺血针本体之间的耦合器由此可以一方面通过简单的机构得以实现，比如在US5,318,584中就为机械式驱动单元对这些机构作了说明。另一方面，耦合器和/或传动机构的使用也证实十分有利。在此，所述负责机械式蓄能器和刺血针本体之间的耦合的部件也可以同时起到机械式运动转换器的作用，或者也通过机械式运动转换器与刺血针本体相连接，从而使刺血针执行经过强制导引的运动。比如对此应该提到一种十字头曲拐传动机构，这种十字头曲拐传动机构实现了所述部件的耦合，并且同时用作机械式运动转换器。
所提到的实施方式仅仅示例性地列出。就象在用于传递能量的现有技术中所公开的一样，同样可以考虑其它的实施方式以及这些实施方式与所述在现有技术中所公开的机械式蓄能器的组合。
作为用于按确定方式对被驱动的刺血针本体进行导引的机械式运动转换器，同样可以使用如在现有技术中在机械式驱动单元中所使用的机构。比如，这里应该提到一种控制滑槽的原理(DE 10223558.9)。在此，由于使用了一种控制滑槽，可以实现刺血针本体在刺入方向或与刺入方向相反的方向上的指定的运动过程。但同样这里也可以使用传动机构，比如如上所述的十字头曲拐传动机构。
所述按本发明的系统可以将电机集成在传统的机械式采血系统驱动单元中。通过这种方式可以满足很高的对疼痛少的刺入过程的要求，其中尤其对运动机能受到限制的病人来说同时保证操作过程十分舒适。
其中，所述按本发明的系统实现了一种简单的和成本很低的结构。其中，按本发明实现了电机与机械式驱动元件的耦合，就象在现有技术中早已公开的一样。这一点尤其通过将电能由一个电机转换为机械能这种做法来解决。通过使用机械式蓄能器，可以与其它的机械部件如机械式运动转换器相耦合，就象在用于使刺入运动在机械式驱动单元中按指定方式进行导引的现有技术中所使用的一样。通过这种方式，不仅提供了很高的能量提取速度，而且提供了指定的运动过程。
作为电机，比如可以使用电动机(直流电机、外转子/电机或无刷电机或一种所谓的“形状记忆合金致动器(Memory shaped AlloyActuator)”)。所谓的“形状记忆合金致动器”在现有技术中又被称为“Nanomuscle”，在这样的致动器中通过电流对优选由高纯度合金制成的单个元件进行加热，从而由此改变其形状(相应的元件的膨胀)。
除此以外，所述按本发明的系统证实在集成系统中的应用中特别有利，这样的集成系统在分析系统中优选将多种功能集于一身。所述系统将多个系统功能集成在一个仪器中，由此使用者省去复杂的操作步骤。其中，集成系统的使用由此使使用者可以借助于一台唯一的仪器首先执行刺入过程，并且而后将血液放到由采血系统提供的测试元件上。而后直接在仪器中对测试元件进行分析，而病人则不必在不同的仪器元件(刺孔辅助装置、测试元件、测量仪)之间更换。比如，在文件WO 98/24366中对刺孔辅助装置集成在测量仪中的情况进行了说明。病人由此可以通过一台仪器执行所有分析所需要的操作步骤。但在现有技术中也公开了一些其它的系统，这些系统具有与此不同的集成方式。
例如在一些不太复杂的仪器中要操作独立于测量仪的刺孔辅助装置，这样的仪器具有测试元件盒，并且自动地输出测试元件。比如这里应该提到Roche Diagnostics GmbH公司的AccuCheck Compact仪器。除此以外，所述的集成系统可以优选除了测试元件盒以外还具有刺血针盒。如果按本发明的系统与如上所述的集成系统进行组合，那么由此可以满足很高的对操作舒适性的要求。
在对按本发明的系统进行集成之后，就可以在一种优选的实施方式中将所述电机用作组合驱动机构。按本发明在组合驱动机构中，所述电驱动的电机一方面如所说明的一样为所述机械式蓄能器提供能量，但另一方面所述电驱动的电机也同时或者在时间上独立地为另一系统功能提供能量。这种系统功能可以比如是储备盒输送、测试元件输送等。
如果该电机在时间上先后用于执行不同的功能，那么证明十分有利的是使用另一个将该电机耦合到所述相应的系统功能上或使其与相应的系统功能脱耦的传动机构和/或耦合器。由此不仅可以轻易地在空间上而且在时间上独立地将电机用于相应的系统功能。由此可以实现高度集成的系统的紧凑结构形式。
下面根据附图对示例性优选的实施方式进行更详细地描述。附图示出图1a)是具有一根作为机械式蓄能器的弹簧的电气刺孔辅助装置；图1b)是具有锥齿轮传动机构和弹簧的电气刺孔辅助装置；图1c)是具有可移动导向的滑杆的电气刺孔辅助装置；
图2是作为机械式蓄能器的具有自动耦合器的旋转质量；图3a)是具有一个组合式驱动机构的集成系统；图3b)是具有用于滚筒盒的组合式驱动机构的集成系统；图4是具有旋转角控制的耦合器的系统；图5是具有转矩控制的耦合器的系统；图6是具有一个作为机械式蓄能器的旋转质量的系统。
图1a)示出了一个采血仪器1的剖面图。该仪器包括一个外部的壳体2，该壳体2在其前面的端部3上具有一个用于刺血针尖伸出的出口4。该出口4集成在刺孔辅助装置的一个盖帽5中，该盖帽5可转动地与壳体1相连接。通过该盖帽5围绕着轴线A的转动可以改变针尖从出口4中伸出的伸出距离，并且由此可以由使用者选择采血仪的刺入深度。此外，在采血仪的前面区域6中布置了一根刺血针，优选布置一个刺血针盒(未示出)，从该刺血针盒中可以取出刺血针用于刺入过程。为执行刺入过程，通过一个驱动单元8在沿着轴线A的刺入方向上驱动刺血针，并且在刺入过程之后再次将其退回所述壳体中。在所示出的实施例中，所述驱动单元包括一个电机9，该电机9与一个电池形式的电蓄能器相连接(未示出)。该电机通过一个传动机构10与一个耦合器11相耦合。如果该电机由使用者起动以执行刺入过程，那就通过传动机构和耦合器将旋转运动传递给弹簧12，该弹簧12就以这种方式被压缩。在此，通过耦合器产生对弹簧的压缩来说所必需的转矩，从而即使在电机功率很低的情况下也能对弹簧进行足够的压缩。优选通过对加载的电机电流及由此对当前转矩的测量来控制电机。如果在此超过一个预先确定的极限值，则向该系统传递信号，该弹簧现在已加载了足够的预紧力，其中所述电机自动停止。使用者现在可以通过一个触发按钮7触发刺入过程。在这种情况下，使用者重新通过操纵触发按钮来起动电机，其中该弹簧再次被压缩，直至达到一个预先确定的第二转矩。在达到所述第二极限值时，先前在张紧状态中被锁止的弹簧自动松开，从而由该弹簧所存储的势能得以释放。弹簧的释放出来的能量现在通过一个运动转换器(未示出)比如一个控制滑槽被导向刺血针本体，使得所述刺血针进行强制导引的运动，并且可以疼痛少的刺入身体部位。
图1b)示出一个自动化的刺孔辅助装置的粗略功能图，并且在此表明电机耦合到一个机械式蓄能器以及一个导引刺血针本体的刺入运动的机械式运动转换器上的情况。在所示出的实施例中，仅仅示意示出了电机9，该电机9通过一个传动机构10以及一个耦合器11与一根作为机械式蓄能器的弹簧20相耦合。该弹簧在其第二端部上与一个滑杆15相连接，该滑杆15则通过轴承13可运动地支承在一个按本发明的系统中。该滑杆具有一个导向凹槽16，其用作刺血针支架14的控制滑槽。如果起动电机以张紧弹簧，则弹簧被压缩，其中所述滑杆移近该电机。该滑杆因此可在旁边朝电机移动。与此相反，所述刺血针支架14沿着方向B位置固定地定位在系统中，并且位置固定地留在其相对于电机的旁边的位置中，而所述滑杆则进行侧向移动。在这期间，所述刺血针支架沿着导向凹槽16进行导引，该导向凹槽16作为控制曲线引起所述刺血针支架的垂直于滑杆的运动方向偏移。因此该刺血针支架得到一个沿着刺入方向A的移动升程，并且随后通过导向凹槽的构造再次被拉回到其原始位置中。在张紧后，所述滑杆位置固定地锁止在系统中。在触发刺入过程之后，首先松开锁止状态，从而弹簧可以再次返回到其消除应力的状态中。由此引起滑杆的垂直于刺入方向A的运动，所述刺血针支架14也因此重新跑完导向凹槽16的行程，其中执行了所述刺入过程。
图1c示出了一种按本发明的系统，它具有一个作为机械式运动转换器的十字头曲拐传动机构。该系统具有一个电驱动的电机9，该电机9通过轴承19位置固定地定位在系统中。该电机与一个锥齿轮传动机构10相连接，而该锥齿轮传动机构10则又与一个耦合器11(仅仅示意示出)相耦合。由于使用了锥齿轮传动机构，因而可以灵活地构造系统的空间结构，使得所述电机如在附图中举例示出的一样不必线性布置在刺血针支架14后面。由此可以毫无问题地将由所述电机提供的能量进行90°的转向。通过这种方式，可以实现该系统一种紧凑的结构形式。这里同样可以集成其它的系统功能(这里未示出)，其中所述按本发明的系统的空间结构可以相应地与所述其它的系统功能相匹配。如果该锥齿轮传动机构和耦合器通过所述电机进行驱动，那就张紧螺旋弹簧12。在所说明的实施例中对电机进行依赖于旋转角的控制，其中一旦耦合器旋转了360°，那就停下电机。该弹簧锁止在其张紧状态中。现在该采血系统处于准备工作状态。通过操作触发开关7，所述弹簧被释放，并且所存储的势能通过一个十字头曲拐传动机构18传递到刺血针本体上。在所示出的实施例中，使用一个十字头曲拐传动机构作为机械式运动转换器，该十字头曲拐传动机构使得刺血针支架进行强制导引的运动。所说明的实施方式示例性地示出按本发明的系统的不同的可能部件的组合。同样也可以考虑如在图1b中所说明的一样，代替十字头曲拐传动机构将一个滑杆导向装置集成在该系统中。在此，所述单个部件的多方面组合可以实现对按本发明的系统进行灵活构造，可以根据要求尤其为集成系统对该系统进行调整。
图2示出一个驱动机构的详细示图，其中作为机械式蓄能器使用了一个旋转质量。这种系统的结构基本上类似于早已在图1中所示的采血仪。但是，代替在图1中通过一根弹簧所示的机械式蓄能器，这里使用了一个旋转质量。由此在系统中进行一些调整，从而可以快速而有效地将旋转质量的能量传递给刺血针本体。下面仅仅示出全套系统的详细示图，该全套系统可以直接将一个旋转质量的能量传递到一个刺血针本体上。在此，图2示出一个自动耦合器的功能原理，该自动耦合器不仅将动能直接传递给一个刺血针本体，或者也首先与一根弹簧相耦合，从而使耦合器通过一根弹簧间接耦合到针血针本体上。如果该耦合器与一根弹簧耦合，那么由此首先将动能转换为首先在弹簧中进行中间存储的势能。在这种情况下，由于自动耦合器突入耦合，就将旋转质量的足够能量传递给弹簧，用于将该弹簧张紧。当然，也可以将自动耦合器直接连接到刺血针本体上。这些系统方案的优点和缺点如下面在图6中进行描述的。除此以外，与在图1中所示的系统相类似，将所述部件耦合到一个电机、刺血针本体等上面，为简化该图，这里未示出电机、刺血针本体等。
图2a)示出一个具有一个旋转质量的驱动机构的分解图以及一个自动耦合器。作为驱动机构，在此使用一种无刷外转子电机。该电机主要包括一个具有设置的绕组(未示出)的定子叠片铁心21，一个具有内置磁体的软铁转子23和一个共同的轴22。与该转子23固定地相连接的是自动耦合器，其包括部件24-27。耦合器壳24如上所述要么直接与一个有待驱动的针刺传动机构相连接，要么通过一根弹簧与针刺传动机构进行轴向连接(未示出)。所述定子叠片21和轴22位置固定地(不旋转地)定位在系统中。在接合状态下，所述转子23旋转，其中所述与该转子固定相连接的耦合元件25-27跟随此运动过程，并且围绕着定子21旋转。所述耦合器壳24可转动地支承在共同的轴22上，并且没有与所述部件23、25、26、27相连接，从而所述耦合器壳首先位置固定地留在系统中。在一个极限转速以上，所述自动耦合器的旋转的部件一下子与耦合器壳24相耦合。所存储的转子旋转能量以及旋转部件的旋转能量由此转移到耦合器壳中以及与耦合器壳相连接的针刺传动机构中或者一根弹簧中。在耦合过程之后，该电机被锁止并且被一个控制电子装置关闭。所述自动耦合器随后自动地分开在转子23和耦合器壳24之间的连接。该系统现在已为新的过程作好准备。
在图2b-2d中示出了自动耦合器的详细功能原理。图2b示出耦合器的低于极限转速的脱耦状态。两个对称布置的耦合爪25通过弹簧26保持在一个静止位置中。所述耦合爪25的表面没有接触到包围着的耦合器壳(未示出)。随着超过极限转速，所述耦合爪25围绕着支承销27旋转，并且接触耦合器壳。通过耦合爪25与耦合器壳内壁的摩擦连接，耦合器与耦合壳24耦合，使得耦合器壳跟随着旋转运动。为避免在耦合过程中的摩擦损失，这个过程必须尽可能突然进行。为此按如下所述选择一个专用的弹簧装置26作为跃进运动机构。在图2d中，借助于线条A-C示意示出了耦合过程中弹簧的位置。其中，线条A表示耦合器的原始位置(未耦合)，而线条C则示出处于极限转速以上的弹簧最终位置。该弹簧固定在系统中点28和29之间，并且作为压力弹簧工作。由于耦合爪质量重心的位置处于旋转轴承之外，所以在旋转时出现一个与转速成比例的离心力Fz。通过这种选择的装置，以上升的离心力Fz对所述弹簧进行压缩。随着达到极限转速，从而达到压缩的最大值，并且由线条B表示。但这种状态不稳定并且直接和突然导致耦合爪继续旋进根据线条C表示的位置中。一旦转子停止，那么耦合器壳就会脱耦。在此，由于电机停止，离心力Fz降到零，其中由于弹簧力F弹簧，耦合爪再次旋转到脱耦的原始位置中。所说明的自动耦合器的实施方式保证，通过耦合器壳的耦合，能量可以突然地直接或间接传递到刺血针支架上。由此实现足够快的能量提取速度，从而可以在疼痛少的情况下进行刺血针本体的刺入过程，或者说可以对作为中间蓄能器的弹簧进行张紧。
图3a)示意示出了一个组合的驱动机构(组合驱动机构)的可能结构。由于使用了一个按本发明的组合驱动机构，所以可以对集成的系统进行进一步小型化处理并降低其设备重量。由此向使用者保证在结构紧凑的便携式仪器上实现舒适的操作性。此外，降低对系统误操作的可能性。在此，电机9通过一个传动机构10与一个齿轮32相连接，该齿轮可转动地支承在系统中。通过电机的致动，该齿轮可以执行沿着不同的旋转方向的旋转运动。该齿轮在所示出的实施例中不仅与一根用于存储机械能的弹簧20相连接，而且也直接与一个滚筒盒34的壳体侧相耦合。因此，该电机通过一个传动机构10与两个系统功能相耦合。由此该齿轮的旋转一方面对弹簧20进行压缩。另一方面该齿轮啮合在一个滚筒盒的具有相应造型的底部中，从而使该滚筒盒围绕着其纵轴线旋转。该滚筒盒可以比如设置用于对测试带或刺血针进行盒装化处理，使得该滚筒盒以如此方式进行旋转，从而可以将滚筒盒中的一次性物品根据取用单元定位在仪器中。因此比如可以考虑，在弹簧为驱动刺血针而张紧的过程中同时使该滚筒继续前进一步，从而可以借助于一个为此而设置的取用单元比如一根顶杆将测试带从滚筒盒取出以用于检验任务。
图3b)示出在图3a)中示出的组合驱动机构的详细示图，该驱动机构起到滚筒盒输送机的功能并且将一根弹簧张紧以驱动刺血针。该组合驱动机构包括一个直流电机9，该直流电机9则同时使滚筒盒(未示出)继续步进前进，并且张紧刺孔辅助装置35。该电机为驱动滚筒与一个传动机构36相连接。该传动机构将在电机中提供的电能传递到一根轴37上并使其旋转。该轴在其上顶端具有一种齿状结构，该齿状结构则啮合在一个滚筒盒(未示出)的一个相应成形的壳体底部中。滚筒盒由此在放入所述测量仪中时被套到所述轴37上，并且锁止在那里。如果电机激活并且此轴旋转，那么滚筒就跟随运动。此外，为了同样为张紧刺孔辅助装置而截取能量，将一个圆柱齿轮40与所述传动机构36相连接。由此在所示出的实施例中使滚筒盒继续步进前进，而与此同时采血系统的弹簧被张紧。现在使用者可以根据愿望触发一次刺入过程，并且要求从滚筒盒中输出一个新的测试元件。当然可以考虑，使系统功能(弹簧的张紧和滚筒盒的继续步进前进)在时间上彼此分开。在这样的情况下，该系统优选包括一个耦合器，该耦合器使一项系统功能与电机脱耦或进行耦合，只要期望激活相应的系统功能。所述刺孔辅助装置的结构首先可以自由选择，其中在所示出的实施例中使用一根螺旋弹簧作为机械式蓄能器。对于刺孔辅助装置的其它结构，在此完全在内容上参照早已在现有技术中公开的系统，如DE10336933.3。
在原理上，可以为任意的系统功能考虑使用按本发明的组合驱动机构，并且不局限于特定的应途。比如在此应该提及测试元件输送等。
图4示出一个旋转角控制的耦合器的详细视图，该耦合器比如用于将电机与一根弹簧相耦合。该耦合器在一根轴47的一个第一轴段45上与一个刺孔辅助装置的一根弹簧(未示出)相接触，而该轴的一个第二轴段46则与一个电机(未示出)相连接，并且由该电机进行驱动。为此将该轴段46插入该电机(未示出)的一个接口中，并且由该电机进行旋转。该轴段46在其未与电机相连接的端部上具有一种齿状结构42，该齿状结构42啮合在所述轴段45的相对置的端部41的齿状结构中。由于所述两个轴端彼此进行不可转动的啮合，由此保证由电机引起的轴段46的旋转运动传递到所述轴段45上。轴段46的旋转由此引起整个轴47的旋转运动。一根与轴段45固定连接的弹簧(未示出)由于该轴的旋转而得到压缩，并且由此被张紧。此外，该耦合器具有一个滑杆44，在该滑杆44中所述第一轴段46由一根与轴段46固定连接的螺栓43进行导引。如果所述轴段46进行旋转，那么该螺栓43就相应地沿着滑杆44进行导引。由此该螺栓43及所述与其固定相连接的轴段46根据滑杆的轮廓进行轴向偏移。由于该轴段46的轴向移动，就导致齿状结构41和42脱耦，从而使所述轴段45和46相互松开。由于由弹簧的压缩而起作用的转矩，现在所述轴段45以相反方向旋转，使得所述弹簧驱动机构可以几乎无摩擦地回行。以这种方式释放出的能量被传递到刺血针本体上，从而使该刺血针本体沿刺入方向移动。图4由此示出一个耦合器，该耦合器能够根据规定的由滑杆的轮廓预先确定的旋转角对电机进行控制，并且由此对驱动单元进行控制。通过轴47的旋转，所述轴段46的螺栓43首先到达滑杆的一个位置48处。在该位置中，轴段46进行第一轴向偏移，电机因此而停止。为触发针刺，该电机由使用者再度激活。此外，随着旋转角的上升，螺栓43继续跟随滑杆的强制导向，直至其到达位置49。由此，所述轴段46在合适的程度上进行了偏移，从而如上所述实现了轴端的解耦。
图5示出一个转矩控制的耦合器，它同样作为电机和一根弹簧之间的耦合机构应用。这个转矩控制的耦合器包括一个第一驱动元件52，该第一驱动元件52则具有一个板式弹簧53。另一个具有销钉54的驱动元件51可转动地与驱动元件52相连接。如在图5a)到d)中所示，该弹簧进行张紧，其中首先所述驱动元件51借助于一个电机(未示出)而旋转，而驱动元件52则位置固定地留在系统中。由此将所述板式弹簧53压在销钉54上，并且由此而弯曲。随着旋转角的上升，所必需的转矩也增加，并且由此如在图5f)中所示一样用于张紧弹簧的电机电流也一同上升。电机电流由一个驱动电子装置(未示出)进行测量，并且与一个设定的极限值进行比较。随着转速到达一个规定的第一极限值，该电机停止。现在该弹簧已张紧完毕(参见图5d)。为触发刺入过程，再次接通电机。该转矩再度上升。随着耦合器达到一个预先设定的第二极限值的触发转矩，该触发转矩大于所设定的第一极限值，板式弹簧53和销钉54之间的形状配合连接松开，并且该弹簧现在可以几乎无摩擦地回行。所释放出的能量实现了刺入过程的实施(参见图5e)。所加载的转矩如在图(5f)中所示一样回落到几乎为零的程度。
图6示出了一种耦合器的多个实施例，其中作为机械式蓄能器使用了一个被置于旋转的质量。通过这种方式，所述对一次刺入过程来说所需要的能量以动能的形式被存储，并且随后提供给一次刺入过程。在使用一个质量作为机械式蓄能器的情况下，其中可以放弃用于将电机耦合到该机械式蓄能器上的传动机构和/或耦合器。由此使系统的结构与利用弹簧作为机械式蓄能器的结构相比得到简化。同样，以此也可以缩小驱动单元的结构。如果使用移动的质量作为机械式蓄能器，那么由此比如可以将一个电机直接与有待加速的质量相连接，并且使该质量旋转。通过这种方式，首先通过一种简单的结构形式来存储动能。但为执行刺入过程，所存储的能量必须快速且损失少地从蓄能器传递到刺血针本体上。所述的能量传递可以通过合适的在机械式蓄能器-这里是移动的质量-和刺血针之间的耦合器进行。在这种情况下，所述耦合器应该尽可能无损失地工作，并且具有很小的开关动作时间，从而将摩擦能量损失降低到最低限度。在原理上可以使用两种优选的实施方式，它们能够快速且损失少地将能量传递到刺血针本体上。一方面，可以将动能直接转换到刺血针本体上，或者转换到一个机械式运动转换器上并且由此转换到刺入过程中。但也可以考虑，首先将旋转能量传递到另一个比如以弹簧的形式实现的中间蓄能器上。这样做的优点是，在触发刺入过程时不必首先将该质量置于旋转运动中，用于为刺入过程提供必要的能量。一种所述的机构会引起这样的结果，即在触发刺入过程时使用者首先必须等待几秒钟，直到质量由电机相应地进行加速，并且随后可以传递能量。但如果使用与旋转质量连接的中间蓄能器，那就可以将通过旋转获得的能量首先暂时存储在弹簧中。而后可以随时和直接地通过一根被压缩的作为中间蓄能器的弹簧的卸载来触发刺入过程，并且类似于上文早已说明的系统实现，在所述系统中使用了弹簧作为机械式蓄能器。如果因此结合中间蓄能器来使用旋转质量，那就可以向使用者提供对早已说明的按本发明的系统的相同操作方案。该旋转质量由此在该实施例中成为对弹簧进行张紧的替代方案，而不必为此设置相应的用于连接电机和蓄能器的传动机构和/或耦合器。由此，可以通过将动能直接传递到弹簧上这一做法来张紧弹簧，而弹簧的张紧在其他情况下需要很高的转矩。一般来说，一个处于质量和一个中间蓄能器或者说一个刺血针本体之间的耦合器可以在大约1毫秒的时间里突然传递动能。由此，尽管该系统结构简单，但这种做法要么能够将旋转能量直接转换为刺入运动，要么能够将能量有效地存储到中间蓄能器中。
图6a示出一个电机9，该电机9为对一个质量62进行加速而与其相连接，并且将其置于旋转之中。通过按开关键65将缠绕弹簧63的螺圈挤压到所述旋转质量62的轴颈上。如果该质量被电机驱动，那么由此该弹簧63就会突然卷绕到轴颈上，轴64由此得到加速。根据所应用的驱动原理，轴64的旋转运动被用来张紧所述用作中间蓄能器的驱动弹簧66，或者直接转换为刺入运动。通过按开关键65，由此可以一方面直接触发刺入过程。但如果使用中间蓄能器66，那么动能就通过所述开关键的自动致动而首先得到暂时存储，其中该弹簧66被压缩。随后通过为所述中间蓄能器进行的单独的触发过程使该弹簧卸载，由此可以驱动刺血针本体。为减轻可能夹住的缠绕弹簧63的松开过程，可以在执行张紧过程或刺入过程之后使电机短时间地沿相反方向旋转。在原理上，可以对刺入过程所必需的过程步骤进行自动化操作，从而比如在达到一个预先设定的旋转频率时自动地致动所述开关键65。此外，所述缠绕弹簧的松开以及由此电机沿相反方向的致动可以在刺入过程结束之后进行初始化。但经常期望，有意识地由使用者来触发刺入过程。
图6b)示出另一种使用摩擦校正联锁装置的原理，该原理可以将旋转质量的动能传递到刺血针本体上。与图6a)相类似，图6b)中的机械式蓄能器首先具有一个电机9，该电机9使质量62加速。通过移动开关键65使摩擦调整联锁装置67进行轴向移动。由此使该摩擦调整联锁装置67的夹紧接片压紧在该旋转质量62的圆锥体的外壁上。如果所述夹紧接片与该质量62之间夹紧，所述摩擦调整联锁装置就突然加速，并且跟随旋转质量62的运动过程。类似于上文早已说明的实施方式，该驱动原理可以直接与刺血针本体或中间蓄能器相耦合。为松开耦合器连接并且由此松开摩擦调整联锁装置67和旋转质量62之间的夹紧连接，移动所述开关键65，以此将摩擦调整联锁装置67从旋转质量62的圆锥体中拉出来。
图6c)示出另一种用于将一个旋转质量耦合到一个刺血针本体或者说中间蓄能器上的实施方式，就象在图6a和6b中已经介绍的刺血针本体或中间蓄能器一样。与上文说明的实施方式相类似，该系统具有一个对一个质量62进行旋转加速的电机9。移动一个开关键65，使空转轴68突然与旋转质量62耦合，使得该质量62的动能尽可能损失少地并且直接地传递到刺血针本体或一个中间蓄能器上。该系统为此具有多个夹紧球69，这些夹紧球69类似于在图6b中介绍的原理通过开关键的移动来与旋转质量62的圆锥体夹紧。在这种情况下，止动圆片70防止这些夹紧球69落出，轴63通过这些夹紧球69与旋转质量62相耦合。通过这种方式，所述空转轴68被强制跟随旋转质量62的运动，其中能量在一毫秒内从旋转质量传递到轴69上。为松开耦合连接，这里也通过开关键65的移动来松开轴64和旋转质量62之间的耦合连接，其具体方式是将该轴64从该质量的圆锥体中拉出。
权利要求
1.用于在一个身体部位中产生一个皮肤开孔的刺孔辅助装置，包括-具有开口的壳体，刺血针可以从该开口中伸出，-具有刺血针本体的刺血针，以及-用于驱动所述刺血针本体和刺血针的驱动单元，使得刺血针的针尖至少可以部分地从壳体中伸出用于执行刺入过程，其中-所述驱动单元包括-电机，该电机可以与电蓄能器相接触，从而提供驱动刺血针所需要的能量，-机械式蓄能器，该蓄能器如此耦合到所述电机上，使得由电蓄能器所存储的电能转换为机械能，并且至少部分地由所述机械式蓄能器加以存储，以及-耦合机构，该耦合机构将所述刺血针本体耦合到所述机械式蓄能器上，使得蓄能器的所存储的能量可以至少部分传递到所述刺血针本体上，其中-所述耦合机构具有机械式运动转换器，该运动转换器将蓄能器的能量引导到所述刺血针本体上，使得对刺血针运动的控制转换为一种强制导引的运动。
2.按权利要求
1所述的刺孔辅助装置，其中所述机械式蓄能器作为固体集成在该刺孔辅助装置中。
3.按权利要求
1所述的刺孔辅助装置，其中所述机械式运动转换器具有控制滑槽。
4.按权利要求
1所述的刺孔辅助装置，其中所述机械式运动转换器具有十字头曲拐传动机构。
5.按权利要求
1-4中任一项所述的刺孔辅助装置，其中所述电机具有传动机构，通过该传动机构将该电机耦合到所述蓄能器上。
6.按权利要求
1-5中任一项所述的刺孔辅助装置，其中所述电机具有耦合器，通过该耦合器将该电机耦合到所述蓄能器上。
7.按权利要求
2所述的刺孔辅助装置，其中所述机械式蓄能器是弹簧。
8.按权利要求
6所述的刺孔辅助装置，其中在所述驱动单元中测量电机电流，并且将其与预先确定的数值进行比较，并且在这种比较的基础上对电机进行控制。
9.按权利要求
6所述的刺孔辅助装置，其中所述耦合器至少将10mNm的转矩传递到所述蓄能器上。
10.按权利要求
5所述的刺孔辅助装置，其中所述传动机构是锥齿轮传动机构。
11.按权利要求
2所述的刺孔辅助装置，其中所述机械式蓄能器是一种质量。
12.按权利要求
1所述的刺孔辅助装置，其中所述耦合机构包括耦合器。
13.按权利要求
6所述的刺孔辅助装置，其中所述耦合器是转矩控制的或旋转角控制的。
14.按权利要求
1所述的刺孔辅助装置，其中所述电机是压电电机或外转子电机。
15.按权利要求
1所述的刺孔辅助装置，该刺孔辅助装置集成在用于测定来自血样的分析物的测量仪中。
16.按权利要求
15所述的刺孔辅助装置，其中所述电机与另一个在测量仪中独立于所述机械式蓄能器的系统功能相耦合。
17.按权利要求
16所述的刺孔辅助装置，其中同时或彼此独立地提供用于机械式蓄能器的能量和用于所述独立于蓄能器的系统功能的能量。
18.按权利要求
16所述的刺孔辅助装置，其中所述独立于蓄能器的系统功能是测试元件输送或储备盒输送。
19.按权利要求
15所述的刺孔辅助装置，其中将多个测试元件支承在测量仪中的储备盒中。
专利摘要
本发明涉及一种为诊断目的抽取血液的采血系统(1)。该采血系统包括一个电驱动的电机(9)，该电机(9)提供用于驱动刺血针的能量。按本发明，该采血系统还包括一个机械式蓄能器(20)，由电机转换的电能以机械能的形式存储在该蓄能器(20)中。通过使用机械式蓄能器，可以使用早已公开的机械驱动元件。同时可以用电气方式激活采血系统，并且由此对使用者来说实现了舒适的操作。
文档编号A61B5/15GK1993079SQ200580025970
公开日2007年7月4日 申请日期2005年7月27日
发明者J·舍雷, G·施梅尔泽詹-雷德克, W·施米德, J·拉施-门格斯, R·帕克尔, J·舒拉特, C·霍劳夫, F·德克, B·索斯, J·多帕, S·温海姆 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan