专利名称：一种药剂注射器及其控制方法
技术领域：
本发明属于医疗用品技术领域，用于药剂注射，具体为一种一种药剂注射器及其 控制方法。
背景技术：
目前，糖尿病已成为继心血管病、脑血管病、癌症之后的第四大杀手。针对糖尿病 患者最有效的治疗方法就是长期注射胰岛素，而患糖尿病的人群往往是较高年龄段。目前 市场上常见的胰岛素注射器多为普通注射器分为一次性和可再用性；市场上流通的可再 用性的胰岛素注射用的器具，一种是纯机械的注射笔，另一种是价格昂贵的注射泵。胰岛素 笔如诺和笔，优伴笔等，存在如下缺点剂量设置麻烦，每次使用前均需要调整刻度旋转 胰岛素笔尾部的螺纹结构，对准所需的刻度线用来设置每次的胰岛素注射剂量，因患者大 多为老年群体，视力不佳，且很多糖尿病患者都伴有视力受损的并发症，使得每次注射前的 剂量设置，主要是将细密的刻度线对齐，成为一个很大的困难。且一旦剂量设置不对将会造 成严重的后果。另外，很多老年人容易健忘，容易造成多次注射的风险。鉴于对二种产品的分析，了解病人的心声，希望有一种价格能承受和使用方便的 注射产品。有一些老年病人，经济差，老眼昏花，看不清注射笔刻度，调整进药量困难，误操 作机率大，潜在风险性高，多次误操作会加剧病情。因此如何依据医嘱按时、精确调整剂量、安全无误地对自己在身体的有效部位进 行穿刺和推药是关系到患者能科学、正确地进行治疗，最终达到提高生活质量、保持生命活 力和身体康健的大问题。
发明内容
本发明要解决的问题是现有药剂注射用品，特别是胰岛素注射产品大多操作不 够精确，患者自行注射存在操作风险，不适于老年群体使用，而且制造成本高，需要提供性 能好，易于精确操作，成本低的产品。本发明的技术方案为一种药剂注射器，包括电机驱动部分、注射推进部分、注射 部分、控制部分和电源部分，及注射器壳体控制部分为微处理器电路板；电机驱动部分包括步进电机总成和感应结构，步进电机总成包括定子线圈、磁钢 转子和电机轴，控制部分发出脉冲信号至定子线圈，驱动磁钢转子旋转，电机轴与磁钢转子 同步旋转，感应结构包括感应盘和光电感应器，感应盘为齿轮状结构，感应盘中心与电机轴 固定连接，并与电机轴同步旋转，光电感应器设置在感应盘边缘，其感应光路对应于齿轮状 结构的齿的位置，用于监测感应盘的旋转，光电感应器与控制部分电连接；注射推进部分包括螺杆和顶出管，螺杆设置在顶出管内，螺杆和顶出管通过滑配 的螺纹连接，将螺杆的旋转转化为顶出管的直线运动；注射部分包括注射液总成和注射针，注射液总成包括活塞、药液筒和注射针固定套，活塞设置在药液筒内，并与顶出管连接，注射针固定套与药液筒连为一体，注射针通过 注射针固定套固定在药液筒上，并与药液筒连通；电机驱动部分的电机轴通过连轴节与螺杆连接，螺杆与电机轴同步旋转，螺杆随 电机轴的同步旋转转化为顶出管沿电机轴向的直线运动，活塞随顶出管的移动在药液筒中 移动，顶出管的长度不小于活塞在药液筒内的移动行程长度。做为优选方式，注射推进部分设有顶出管保护套，顶出管在顶出管保护套内滑动， 顶出管与活塞之间设有顶出盘，通过顶出盘连接顶出管和活塞。优选的，顶出管保护套内侧设有T型槽，顶出管外侧设有与T型槽对应的凸块，所 述凸块在T型槽内滑动。进一步的，电机驱动部分、注射推进部分、注射部分、控制部分和电源部分均设置 在注射器壳体中，注射器壳体为笔型，电机驱动部分，注射推进部分和注射部分设置在同一 轴线上，电机驱动部分位于笔型注射器壳体的笔尾端，注射部分位于笔头端，注射部分的注 射针伸出注射器壳体，对应设置帽盖，密闭注射针。
注射部分结构具体为药液筒连接注射针的一端伸出注射器壳体，伸出的部分外 设有药液筒护套，帽盖与药液筒护套配合密闭注射针，帽盖中对应注射针设有注射针护套。药剂注射器设有显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口，显示屏、按键、蜂鸣器和USB接 口分别连接控制部分。上述药剂注射器的控制方法包括1)、控制部分的微处理器发出脉冲信号，通过步进电机驱动器来驱动步进电机按 设定的方向转动相应的角度及步进角，与步进电机连接的螺杆相应旋转，顶出管在内壁与 螺杆相配的螺纹作用下，与螺杆相对轴向位移，推动活塞在药液筒内移动，进而推动药液筒 内的药液，步进电机转动的角位移由此转化为活塞的直线位移，由这一线性关系控制胰岛 素的注射剂量；2)、步进电机上设置的感应盘及光电感应器监测电机的转动，感应盘为齿轮状结 构，光电感应器设置在感应盘边缘，其感应光路对应于齿轮状结构的齿的位置，由于感应盘 随电机同步旋转，电机转动时，感应盘的轮齿间歇性的隔断光电感应器的感应光路，由此而 产生和电机转动情况紧密相关的脉冲信号，控制部分根据光电感应器的监测信号判断电机 的转动状态，根据当前设定的电机工作状态与光电感应器的监测结果，判断电机是否正常 工作，当电机因为异常情况停转、堵转或者异速转动时，进行报警；3)、控制部分连接人机接口，包括显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口，显示屏用于注 射器状态和注射数据显示，按键用于设定注射器的工作，蜂鸣器用于提醒，USB接口用于与 计算机设备连接和充电。控制部分的微处理器设有Flash存储器，通过软件方式实现以下控制1)、注射模式设定快捷模式或分时模式快捷模式下，每次设定完注射剂量的时候，将参数存入Flash存储器中，之后每次 注射前如果不重新设置新的注射剂量，就直接从Flash存储器中读取出上一次保存的注射 剂量参数，作为当前注射的注射剂量；分时模式下，对不同时刻设置不同注射剂量值，并设定时间提醒；2)、存储注射信息，采用FIFO模式实现信息的存储，存储区中保存最近20次的历史注射信息，包括注射开始时刻、注射剂量和注射模式；3)、历史注射数据的浏览，通过按键选择将Flash存储器中存储的信息直接在显 示屏上逐条显示出来，或将存储的信息通过USB接口传输到上位机上，在上位机上的软件 中进行浏览和查阅；4)两次注射时间间隔太短则禁止注射，设定注射时间间隔阈值，根据存储的最近 一次注射信息，本次注射时间间隔小于阈值则禁止本次注射；5)设定省电模式，经过设定的时间如果没有操作，注射器进入低功耗状态，以此来 节约电量，处在低功耗状态下的控制部分在遇到按键中断的时候跳出低功耗状态，回到正 常的工作模式。
药剂注射器设有以下操作提醒方式1)、当一次注射结束时，控制部分根据光电感应器的监测信号，控制蜂鸣器提示使 用者本次注射结束，同时在显示屏显示本次注射的设定剂量，并显示注射结束信息；2)、控制部分根据存储的注射信息，计算药液筒的剩余剂量，当药液筒中的剩余 剂量小于本次设定的注射剂量时，蜂鸣器发出警报以提醒使用者更换药液筒；药液筒剂量 全部注射完后，控制部分控制电机自动回到初始位置，准备使用新的药液筒的药液进行注 射；3)、实时监测电池的电压，电压信息通过A/D转换传输到控制部分，当小于设定的 阈值时就进行报警，提醒使用者进行充电或更换电池，电池剩余电量低于设定阈值时禁止 注射；4)、设定注射时刻提醒，包括蜂鸣器声音提示和屏幕显示。本发明由控制部分发出脉冲信号驱动步进电机，再经螺杆、顶出管推动活塞在药 液筒内移动，步进电机转动的角位移由此转化为活塞的直线位移，由这一线性关系精确控 制胰岛素的注射剂量，传动环节少，精确度高，误差< 0. IU。现有胰岛素注射器都是患者设定好注射量后，注射器进行注射，期间注射器是否 正常工作没有明确的提示，由于注射行为的特殊性，是否正确完成了注射不易察觉，特别是 药剂瓶不透明的话，患者仅凭自身感觉很难判断注射是否成功。如注射器无传感反馈装置， 轻则增加病情，病人还不知何原因，重则有生命危险。本发明特别在注射器中设置了光电感 应装置，利用光电感应反馈步进电机运转信息。光电传感器检测到的信号与控制部分发送 给步进电机的脉冲信号相对应，则电机运转正常；若光电传感器检测到的信号与发送给步 进电机的脉冲信号不匹配，则电机运转异常；没有检测到信号，则表示电机停转；如根据控 制部分的设置显示电机工作在异常状态，则发出警示提醒患者，注射器没有正常工作，等于 没有用药，以此减少用药隐患。本发明螺杆与步进电机通过联轴节相连，减少不必要的传动环节，螺杆与顶出管 通过螺纹滑配，调整螺纹角度可以调节螺杆将电机轴圆周运动转化为顶出管的轴向直线运 动的速度，顶出管螺纹材料采用聚四氟乙烯或聚甲醛等耐磨材料，在运动过程中，几乎是零 磨损，所以使用起来寿命长，出现咬牙机率很微小。同时本发明顶出管特意加设了顶出管护 套，并设计了 T型槽，保证在顶出管沿着护套与电机轴同一轴线上平稳移动，并且防止螺杆 旋转带动顶出管同时旋转，完成注射动作。本发明在控制部分上也有诸多改进，实现智能化。本发明通过USB接口和内部Flash的作用，可以记忆患者的注射信息，方便用户查询、使用，同时也方便医生进行跟踪、 分析。在软件的智能控制上也极大地考虑患者使用的方便性及安全性。快捷模式直接取代 原有纯机械式注射器的功能，同时记忆上一次注射剂量值，简单、易于患者操作；分时模式 极大的体现智能化控制的特点，拒绝错误设置，一旦设置好参数，智能判定注射条件，通过 显示屏提示、声音提示等人机交互方式，避免了患者因记忆力下降、视力不佳而导致的非预 期注射事件的发生，使患者能够更好的操作注射器，存储注射信息便于患者查询、使用，多 样的提醒极大地保证了注射的安全性。
图1为本发明注射器的结构示意图。图2为本发明注射器的电机驱动部分局部放大结构示意图。图3为本发明注射器的注射推进部分局部放大结构示意图。图4为本发明注射器的注射部分局部放大结构示意图。图5为本发明注射器电机驱动部分与注射推进部分的连接图。图6为本发明注射推进部分的截面图。图7为本发明电源部分和控制部分的框图。图8为本发明注射器的操作流程图。
具体实施例方式本发明提供了一种使用便捷，操作精确的药剂注射器，下面具体说明本发明药剂 注射器的结构和其控制方法。如图1，药剂注射器包括电机驱动部分，注射推进部分，注射部分，控制部分和电源 部分13，图2-4为各部分的局部当大示意图，其中控制部分为微处理器；电机驱动部分包括步进电机22，控制部分发出脉冲信号，通过芯片解码驱动步 进电机22的磁钢转子旋转，电机轴21与磁钢转子同步旋转，电机轴21上固定一感应盘23， 感应盘23中心设有一个鼓形孔，与电机轴21后端的鼓形部分紧配安装，使感应盘23与电 机轴21同步旋转，感应盘23的截面为齿轮形状，光电感应器24设置在感应盘23边缘，其感 应光路对应于齿轮状结构的齿的位置，由于感应盘23随步进电机同步旋转，电机转动时， 感应盘23的轮齿间歇性的隔断光电感应器24的感应光路，监测感应盘23的旋转，光电感 应器24与控制部分电连接；注射推进部分包括螺杆15和顶出管16，螺杆15外和顶出管16内壁设有相互滑 配的螺纹，顶出管16与螺杆15通过所述螺纹相对轴向移动，螺杆的旋转转化为顶出管的直 线运动，调整所述螺纹角度可以调节顶出管相对螺杆的直线运动的速度；注射部分包括注射液总成5，注射针3，注射液总成5包括活塞7、药液筒和注射 针固定套4，活塞7设置在药液筒内，并与顶出管16连接，注射针固定套4与药液筒连为一 体，注射针3通过注射针固定套4固定在药液筒上，并与药液筒连通；注射液总成5可以选 择现成的市售产品，注射针3是一次性使用的。如图5，电机驱动部分的电机轴21通过连轴接20与螺杆15连接，螺杆15与电机轴21同步旋转，螺杆15随电机轴21的同步旋转转化为顶出管16沿电机轴向的直线运动， 活塞7位于注射液总成5的药液筒内，随顶出管16的移动在药液筒中移动，顶出管16的长 度不小于活塞7在药液筒内的移动行程长度。其中，连轴节20是连接电机轴21与螺杆15 的一种软连接的接头，它的内截面是鼓形孔，与螺杆15、电机轴21前端的外截面鼓形状配
I=I O注射推进部分设有顶出管保护套17，顶出管16在顶出管保护套17内滑动，顶出管 16与活塞7之间设有顶出盘10，以在顶出管16的移动中平稳推动活塞7移动。如图6，顶出管保护套17内侧设有T型槽，顶出管16外侧设有与T型槽对应的凸 块，所述凸块在T型槽内滑动。顶出管保护套17结合T型槽和凸块使顶出管16的运动更 加稳定，保证注射器的精确工作。做为本发明的一种具体优选实现方式，电机驱动部分、注射推进部分、注射部分、 控制部分和电源部分均设置在注射器壳体中，注射器壳体为笔型，电机驱动部分，注射推进 部分和注射部分设置在同一轴线上，电机驱动部分位于笔型注射器壳体的笔尾端，注射部 分位于笔头端，注射部分的注射针伸出注射器壳体，对应设置帽盖1，密闭注射针；控制部 分设置在笔尾端，电源部分13设置在注射推 进部分与注射器壳体之间的空隙中，合理的布 局使得本发明注射器具有小巧的体积，便于携带。注射部分结构具体为药液筒连接注射针3的一端伸出注射器壳体，伸出的部分 外设有药液筒护套6，帽盖1与药液筒护套6配合密闭注射针，帽盖1中对应注射针设有注 射针护套2。这样的设计使得本发明注射器可以适应不同长度的注射液总成5，当需要不同 规格的注射部分，主要是注射液总成5的药液筒容积不同的情况下，注射器壳体、电机驱动 部分，注射推进部分，控制部分和电源部分13可以批量生产，只要对应注射液总成5的药液 筒对应配置不同规格的药液筒护套即可。药剂注射器设有显示屏18、按键9、蜂鸣器和USB接口 25，显示屏18、按键9、蜂鸣 器和USB接口 25分别连接控制部分，同样，为使整个注射器内部结构布局合理，显示屏18 和按键9利用注射推进部分与注射器壳体的空隙，设置在与电源部分相对的另一侧，USB接 口 25设置在控制部分旁。显示屏18采用点阵式IXD显示屏，按键9采用薄膜按键开关，通过将IXD显示与 按键相配合使用，来实现菜单式显示，记下每级菜单的层标，然后通过按键来转向需要的那 一层，从而实现菜单式显示。IXD状态屏幕显示内容包括(1)电池的实时电量；(2)胰岛素药液筒剩余剂量；(3)当前注射剂量动态显示；(4)当前模式状态；(5)已注射次数；(6)日期和时间。选用的IXD尺寸为128X32，将其上半部分作为状态显示栏，下半部分作为菜单 栏。通过监测电池容量和胰岛素药液筒剩余剂量，可以在LCD屏上来实时显示这些信息。通 过读取单片机内部的实时时钟，可以将当前的日期和时间显示在LCD屏上。当正在进行注射时在LCD屏上实时动态显示注射，告诉使用者此时正在进行注射。每完成一次注射就会 将注射时间和剂量等相关信息存在Flash中，并可以通过菜单中“回顾”项来查看这些历史 fn息ο按键9设定的内容包括实时时钟、注射剂量、注射次数及每次的注射时刻，菜单 共有时间、剂量和回顾三个选项，其中剂量选项下有一个二级菜单，二级菜单的内容为快捷 模式和分时模式，与菜单显示配合的按键有四个，分别是“退出(ESC) ”、“确认(ACT) ”、“上翻 (UP) ”、“下翻(DOWN) ”，通过这四个按键的配合和IXD屏上的对应提示，可以设定系统实时 时钟，注射剂量(快捷模式和最多五个时刻点的分时模式所对应的剂量)，通过菜单中“回 顾”选项可以浏览之前注射的历史信息。本发明注射器通过控制部分进行控制，各电控模块框图如图7所示，整个注射器 中涉及的电控部分主要由微处理器MCU、按键模块、点阵式LCD显示器，电机驱动单元，光电 开关监测单元，蜂鸣器报警单元，USB接口单元，电量监测单元，存储单元，实时时钟RTC单 元，可充电锂电池以及电源模块组成。其中微处理器MCU为系统的核心，它由低功耗高性能处理器MSP430F5437构成，用 来完成胰岛素注射剂量的精确设定、注射信息的存贮和显示，驱动步进电机完成注射器的 准确推药，出现异常情况报警处理；按键模块和点阵式LCD构成了整个系统的人机交互部 分，由人机交互单元完成实时时钟的设置，胰岛素注射模式和注射剂量的设置，点阵式LCD 采用菜单化的操作模式，对注射器相关信息进行显示，以及各种提示和报警信息等；电机驱 动单元主要由电机驱动芯片A3901构成，用来提供足够的驱动电流，驱动步进电机按照要 求的速度转动；实时时钟RTC为MCU内部单元，为整个系统工作提供一个时间基准；存储单 元为MCU内部Flash，用来保存一些设置参数和注射信息；蜂鸣器报警电路主要用来进行注 射结束事件的声音提示和异常情况的声音报警；光电开关监测单元主要用于电机转动状态 的反馈监测，当出现堵转和停转等异常情况时，及时通知MCU进行异常情况处理；电量监测 单元由MCU的A/D通道实时采集锂电池的电压，当电压低于设定的阈值时，进行低电量报 警；USB接口单元用于胰岛素注射器与上位机之间进行数据传输，将胰岛素注射器中保存 的历史注射信息传输到上位机中，同时还可以利用USB接口给锂电池充电；可充电锂电池 为整个系统提供能量，锂电池输出的电压经电源模块TPS63031稳压为3. 3V，为系统的各个 部分提供一个稳定的工作电压。本发明可采用单节锂电池供电，通过DC/DC模块TPS63031将锂电池的输出电压转 换为3. 3V的直流电压，给微处理器，LCD以及步进电机驱动器以及步进电机等单元供电。利 用通用的USB接口，采用电池充电管理芯片BQ24072进行控制和管理，可以对锂电池进行充 电，控制器MSP430F5437监控整个充电的过程，IXD屏幕上动态显示锂电池的充电状态和实 时电量，充电结束后，LCD屏幕给出充电结束的文字提示。如图8，为本发明注射器的操作流程图 ，药剂注射器的控制方法包括1)、控制部分的微处理器发出脉冲信号，本发明中使用的微处理器为TI公司的 MSP430F5437，通过步进电机驱动器来驱动步进电机按设定的方向转动相应的角度及步进 角，与步进电机连接的螺杆相应旋转，顶出管在内壁与螺杆相配的螺纹作用下，与螺杆相对 轴向位移，推动活塞在药液筒内移动，进而推动药液筒内的药液，步进电机转动的角位移由 此转化为活塞的直线位移，由这一线性关系控制胰岛素的注射剂量；
2)、步进电机上设置的感应盘及对应设置的光电感应器监测电机的转动，由于感 应盘随电机同步旋转，控制部分根据光电感应器的监测信号判断电机的转动状态，根据当 前设定的电机工作状态与光电感应器的监测结果，判断电机是否正常工作，当电机因为异 常情况停转或者堵转时，进行报警；感应盘的截面为齿轮形状，光电感应器的感应光路对应 齿的位置，光电感应器工作时，一直有连续不断的光信号发出穿过感应盘齿型处，如信号不 间断感应则表示感应盘不在旋转，也就是电机轴不运转，反之光电感应器信号有间断反馈， 则是被感应盘时挡时通，表示感应盘在旋转，也就是电机轴与螺杆在旋转，螺杆旋转带动顶 出杆在顶出杆护套内向前移动，推进药液筒内活塞，活塞挤压药液通过注射针进入人体，完 成用药过程。如注射过程中由于故障，电机停转，则光电感应器感应不到感应盘旋转，光电 感应器无均勻间断信号反馈到系统，系统则根据设定的程序，报警提示病人，注射动作没有 正常完成。如注射器在进行注射动作表现为螺杆勻速在旋转，同理电机轴在勻速旋转，带动 感应盘勻速旋转，则光电感应器感应到均勻的间断信号，反馈到控制系统的芯片，芯片会根 据输入的程序，判断注射运作正常，不发出警报提示。3)、控制部分连接人机接口，包括显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口，显示屏用于注射器状态和注射数据显示，按键用于设定注射器的工作，蜂鸣器用于提醒，USB接口用于与 计算机设备连接交换数据和充电。控制部分的微处理器设有Flash存储器，并能智能化判断注射条件，进行以下操 作1)、注射模式设定快捷模式或分时模式快捷模式下，每次设定完注射剂量的时候，将参数存入Flash存储器中，之后每次 注射前如果不重新设置新的注射剂量，就直接从Flash存储器中读取出上一次保存的注射 剂量参数，作为当前注射的注射剂量；分时模式下，对不同时刻设置不同注射剂量值，并设定闹铃时间提醒；快捷模式完全取代现有纯机械式胰岛素注射器的功能，设定剂量即可进行注射， 方便使用；分时模式根据病人的不同饮食习惯设定单日内最多五个时刻点的不同注射剂量 满足患者不同进食状态下对不同剂量的胰岛素的需求；特别是分时模式下，智能判断设定值的有效性，错误的设定，如两次注射时间过 短，闹铃的时间远远超出注射时刻有效作用区段等，将被禁止也不会被保存至Flash中。完 成有效的设定后，不同时刻注射时自动选择相应剂量，未到注射时刻有效区段时禁止注射， 同时禁止相同时间段内的连续注射；2)、存储注射信息，采用FIFO模式实现信息的存储，存储区中保存最近20次的历 史注射信息，包括注射开始时刻、注射剂量和注射模式；3)、历史注射数据的浏览，通过按键选择将Flash存储器中存储的信息直接在显 示屏上逐条显示出来，或将存储的信息通过USB接口传输到上位机上，在上位机上的软件 中进行浏览和查阅；4)考虑到药效和安全等问题，两次注射时间间隔过短会对身体产生不利的影响， 因此两次注射时间间隔太短则禁止注射，设定注射时间间隔阈值，根据存储的最近一次注 射信息，本次注射时间间隔小于阈值则禁止本次注射；5)设定省电模式，经过设定的时间如果没有操作，注射器进入低功耗状态，以此来节约电量，处在低功耗状态下的控制部分在遇到按键中断的时候跳出低功耗状态，回到正 常的工作模式。注射器设有以下操作提醒方式1)、注射过程中检测电机转动情况，一旦出现停转、堵转、异速转动，电机停止转 动，并发出蜂鸣器警报；2)、当一次注射结束时，控制部分根据光电感应器的监测信号，控制蜂鸣器提示使 用者本次注射结束，同时在显示屏显示本次注射的设定剂量，并显示注射结束；3)、控制部分根据存储的注射信息，计算药液筒的剩余剂量，当药液筒中的剩余 剂量小于本次设定的注射剂量时，蜂鸣器发出警报以提醒使用者更换药液筒；药液筒剂量 全部注射完后，控制部分控制电机自动回到初始位置，准备使用新的药液筒的药液进行注 射；4)、实时监测电池的电压，电压信息通过A/D转换传输到控制部分，当小于设定的 阈值时就进行报警，提醒使用者进行充电或更换电池，电池剩余电量低于设定阈值时禁止 注射；
5)、设定注射时刻提醒，包括蜂鸣器声音提示和屏幕显示。6)、设定剂量、时间等不符合既定规则时，通过显示屏显示错误提示，并且放弃保 存当前设置的参数，所述既定规则可以是预先在注射器中设置的警告阈值，或是用户在之 前的剂量、时间设置；7)、注射时刻未到，或者试图在规定时间段内连续注射时，注射将被禁止，并在显 示屏上显示警示信息。
权利要求
一种药剂注射器，其特征是包括电机驱动部分、注射推进部分、注射部分、控制部分和电源部分，及注射器壳体控制部分为微处理器电路板；电机驱动部分包括步进电机总成和感应结构，步进电机总成包括定子线圈、磁钢转子和电机轴，控制部分发出脉冲信号至定子线圈，驱动磁钢转子旋转，电机轴与磁钢转子同步旋转，感应结构包括感应盘和光电感应器，感应盘为齿轮状结构，感应盘中心与电机轴固定连接，并与电机轴同步旋转，光电感应器设置在感应盘边缘，其感应光路对应于齿轮状结构的齿的位置，用于监测感应盘的旋转，光电感应器与控制部分电连接；注射推进部分包括螺杆和顶出管，螺杆设置在顶出管内，螺杆和顶出管通过滑配的螺纹连接，将螺杆的旋转转化为顶出管的直线运动；注射部分包括注射液总成和注射针，注射液总成包括活塞、药液筒和注射针固定套，活塞设置在药液筒内，并与顶出管连接，注射针固定套与药液筒连为一体，注射针通过注射针固定套固定在药液筒上，并与药液筒连通；电机驱动部分的电机轴通过连轴节与螺杆连接，螺杆与电机轴同步旋转，螺杆随电机轴的同步旋转转化为顶出管沿电机轴向的直线运动，活塞随顶出管的移动在药液筒中移动，顶出管的长度不小于活塞在药液筒内的移动行程长度。
2.根据权利要求1所述的一种药剂注射器，其特征是注射推进部分设有顶出管保护 套，顶出管在顶出管保护套内滑动，顶出管与活塞之间设有顶出盘，通过顶出盘连接顶出管 和活塞。
3.根据权利要求2所述的一种药剂注射器，其特征是顶出管保护套内侧设有T型槽，顶 出管外侧设有与T型槽对应的凸块，所述凸块在T型槽内滑动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种药剂注射器，其特征是电机驱动部分、注射推 进部分、注射部分、控制部分和电源部分均设置在注射器壳体中，注射器壳体为笔型，电机 驱动部分，注射推进部分和注射部分设置在同一轴线上，电机驱动部分位于笔型注射器壳 体的笔尾端，注射部分位于笔头端，注射部分的注射针伸出注射器壳体，对应设置帽盖，密 闭注射针。
5.根据权利要求4所述的一种药剂注射器，其特征是注射部分结构具体为药液筒连 接注射针的一端伸出注射器壳体，伸出的部分外设有药液筒护套，帽盖与药液筒护套配合 密闭注射针，帽盖中对应注射针设有注射针护套。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种药剂注射器，其特征是药剂注射器设有显示 屏、按键、蜂鸣器和USB接口，显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口分别连接控制部分。
7.根据权利要求4所述的一种药剂注射器，其特征是药剂注射器设有显示屏、按键、蜂 鸣器和USB接口，显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口分别连接控制部分。
8.权利要求1-7任一项所述的药剂注射器的控制方法，其特征是包括1)、控制部分的微处理器发出脉冲信号，通过步进电机驱动器来驱动步进电机按设定 的方向转动相应的角度及步进角，与步进电机连接的螺杆相应旋转，顶出管在内壁与螺杆 相配的螺纹作用下，与螺杆相对轴向位移，推动活塞在药液筒内移动，进而推动药液筒内的 药液，步进电机转动的角位移由此转化为活塞的直线位移，由这一线性关系控制胰岛素的 注射剂量；2)、步进电机上设置的感应盘及光电感应器监测电机的转动，感应盘为齿轮状结构，光 电感应器设置在感应盘边缘，其感应光路对应于齿轮状结构的齿的位置，由于感应盘随电 机同步旋转，电机转动时，感应盘的轮齿间歇性的隔断光电感应器的感应光路，由此而产生 和电机转动情况紧密相关的脉冲信号，控制部分根据光电感应器的监测信号判断电机的转 动状态，根据当前设定的电机工作状态与光电感应器的监测结果，判断电机是否正常工作， 当电机因为异常情况停转、堵转或者异速转动时，进行报警；3)、控制部分连接人机接口，包括显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口，显示屏用于注射器 状态和注射数据显示，按键用于设定注射器的工作，蜂鸣器用于提醒，USB接口用于与计算 机设备连接和充电。
9.根据权利要求8所述的药剂注射器的控制方法，其特征是控制部分的微处理器设有 Flash存储器，通过软件方式实现以下控制1)、注射模式设定快捷模式或分时模式快捷模式下，每次设定完注射剂量的时候，将参数存入Flash存储器中，之后每次注射 前如果不重新设置新的注射剂量，就直接从Flash存储器中读取出上一次保存的注射剂量 参数，作为当前注射的注射剂量；分时模式下，对不同时刻设置不同注射剂量值，并设定时间提醒；2)、存储注射信息，采用FIFO模式实现信息的存储，存储区中保存最近20次的历史注 射信息，包括注射开始时刻、注射剂量和注射模式；3)、历史注射数据的浏览，通过按键选择将Flash存储器中存储的信息直接在显示屏 上逐条显示出来，或将存储的信息通过USB接口传输到上位机上，在上位机上的软件中进 行浏览和查阅；4)两次注射时间间隔太短则禁止注射，设定注射时间间隔阈值，根据存储的最近一次 注射信息，本次注射时间间隔小于阈值则禁止本次注射；5)设定省电模式，经过设定的时间如果没有操作，注射器进入低功耗状态，以此来节约 电量，处在低功耗状态下的控制部分在遇到按键中断的时候跳出低功耗状态，回到正常的 工作模式。
10.根据权利要求9所述的药剂注射器的控制方法，其特征是注射器设有以下操作提 醒方式1)、当一次注射结束时，控制部分根据光电感应器的监测信号，控制蜂鸣器提示使用者 本次注射结束，同时在显示屏显示本次注射的设定剂量，并显示注射结束信息；2)、控制部分根据存储的注射信息，计算药液筒的剩余剂量，当药液筒中的剩余剂量小 于本次设定的注射剂量时，蜂鸣器发出警报以提醒使用者更换药液筒；药液筒剂量全部注 射完后，控制部分控制电机自动回到初始位置，准备使用新的药液筒的药液进行注射；3)、实时监测电池的电压，电压信息通过A/D转换传输到控制部分，当小于设定的阈 值时就进行报警，提醒使用者进行充电或更换电池，电池剩余电量低于设定阈值时禁止注 射；4)、设定注射时刻提醒，包括蜂鸣器声音提示和屏幕显示。
全文摘要
一种药剂注射器及其控制方法，药剂注射器包括电机驱动部分、注射推进部分、注射部分、控制部分和电源部分，及注射器壳体，电机驱动部分包括步进电机总成和感应结构，感应结构通过光电感应器监测步进电机的运行状态，电机驱动部分通过注射推动部分驱动注射部分完成注射工作，控制部分实现智能化控制，电源供电。本发明机械结构部分运行稳定，特别在设置了光电感应装置，利用光电感应反馈步进电机运转信息，警示提醒患者注射器的工作状态，减少用药隐患。本发明在控制部分上也有诸多改进，实现智能化，操作便捷，保证了注射的安全性。
文档编号G05B19/02GK101862489SQ20101020072
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者宁新宝, 展庆波, 庄建军, 徐小军, 朱建军, 李晓聪, 许云初, 赵文睿, 邵毅 申请人:江苏华阳电器有限公司;南京大学