專利名稱：具有tci學習模式的多功能注射泵的制作方法
技術領域：
具有TCI學習模式的多功能注射泵，屬于醫(yī)療設備，它在普通靜脈輸注微量泵和 常見靶控注射泵的基礎上，通過設定給藥的劑量或運行的速率實現(xiàn)藥物在人體內(nèi)濃度實時 變化的模擬。可廣泛應用到靜脈輸注的所有場合麻醉劑、激素、胰島素等藥物的靜脈注射； ICU、 CCU、 NICU中輸送營養(yǎng)物質(zhì)、血管活性類藥物等；給早產(chǎn)兒、新生兒輸入營養(yǎng)物質(zhì)，如牛 奶等；臨床手術中無污染、高度安全地麻醉控制；麻醉門診，如無痛腸鏡、無痛胃鏡等。
( 二 )
背景技術：
目前市面上常見的靜脈輸注藥物常有注射泵與輸液泵。輸液泵精度難于滿足要 求，而常見的注射泵大多以單片機為控制核心構(gòu)成，這些注射泵功能比較單一，比如只能通 過設置每小時需輸注的容量進行輸注、只能支持2 3種注射器規(guī)格、注射器活塞固定麻 煩、只能支持有限品牌的幾種注射器、不能將設定藥物劑量或者藥物注射速率進行模擬計 算藥物在人體內(nèi)的分布與衰減代謝過程等不足，而靶控泵在靶濃度設定方面需要相對專業(yè) 的培訓，導致了靶控泵臨床應用方面的局限。另外，一些由多臺注射泵構(gòu)成的靜脈輸液工作 站雖然功能比較多，但價格非常昂貴，因此，改進這樣的設計、使得注射泵具備多功能十分 必要。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有注射泵功能單一、規(guī)格注射器支持與注射器活塞自動固定方面的不 足以及恒速輸注無法模擬藥物濃度方面的不足，本實用新型提供一種注射泵，它能有效解 決了這些不足之處。 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是以功能強大32位嵌入式處理 器和嵌入式操作系統(tǒng)為核心，按照群體藥代、藥效動力學算法，設定的藥物劑量控制電機進 行動態(tài)調(diào)速或通過設定的輸注速率實時模擬藥物在人體內(nèi)分布和代謝的過程，實現(xiàn)對藥物 輸注的藥代和藥效的指示與控制。它由機械結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)及控制電路組成。所述 控制電路包括32位嵌入式CPU，與所述CPU連接、用于存儲嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件的 Flash,用于啟動后將嵌入式操作系統(tǒng)展開并加載應用軟件在里面運行的外擴RAM，與所述 CPU連接、為用戶提供操作接口的液晶接口電路、鍵盤與旋鈕電路，與所述CPU連接、用于接 收CPU提供的調(diào)整速率所需的脈沖信號的電機驅(qū)動電路，用于異常情況監(jiān)控、并將監(jiān)控的 信號輸送至CPU的報警采集系統(tǒng)電路，與所述CPU連接的數(shù)據(jù)存儲與導出電路，以及供電電 路。所述機械結(jié)構(gòu)包括與電機驅(qū)動電路連接的傳動部分，推座與滑塊，用于固定注射器并將 注射器規(guī)格信號輸送至CPU的注射器固定與規(guī)格自動識別裝置；其中，注射器壓把、齒條與 帶齒輪的旋轉(zhuǎn)電位器構(gòu)成注射器固定與規(guī)格自動識別裝置。 核心控制電路由32位嵌入式CPU、外擴RAM與Flash構(gòu)成，F(xiàn)lash用于存儲嵌入式 操作系統(tǒng)。RAM在系統(tǒng)啟動后將壓縮格式的嵌入式操作系統(tǒng)展開并加載應用軟件在里面運 行，而不象單片機系統(tǒng)一樣直接從CPU內(nèi)部的flash運行代碼，這樣運算的速度最快。 液晶接口、鍵盤與旋鈕電路構(gòu)成了人機交互界面，它們一起聯(lián)動，幫助用戶設定的 患者參數(shù)、藥物、給藥參數(shù)等等，適用旋鈕能設置參數(shù)比較快捷方便。[0009] 電機驅(qū)動電路構(gòu)成了驅(qū)動注射推進裝置的動力源，報警采集電路對注射泵運行中 全程進行異常情況的監(jiān)控，比如推進的壓力采集、傳動系統(tǒng)的嚙合狀態(tài)采集、傳動系統(tǒng)滑塊 的位置采集、注射器規(guī)格的大小采集、適用電池供電時的電池電量大小采集等。這些信號經(jīng) 過相應的處理電路處理后，送到CPU內(nèi)嵌的A/D轉(zhuǎn)換器或某些1/0 口上，由軟件中的報警軟 件部分實現(xiàn)統(tǒng)一控制。 數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)用于記錄當前注射參數(shù)的設定，以及用藥過程的注射速率、流量大 小、所模擬的濃度變化情況等輸液記錄，它斷電后可以保存，并可通過UART接口送到PC機 進行分析。

圖1是本實用新型注射泵原理框圖； 圖2、圖3是本實用新型注射泵注射器固定與自動識別示意圖； 圖4、圖5、圖6是本實用新型注射泵注射器活塞自動固定示意圖； 圖7是本實用新型注射泵機械傳動示意圖； 圖8是本實用新型注射泵系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖； 圖9是本實用新型注射泵應用軟件流程圖； 圖10是本實用新型注射泵外觀示意圖。
具體實施方式現(xiàn)結(jié)合附圖闡述本方案的具體實施方式
。
圖1是本實用新型注射泵原理框圖。 它顯示了本實用新型注射泵由CPU、8M RAM、2M Flash、開關電源板、DC-DC轉(zhuǎn)換模 塊、液晶、鍵盤、旋鈕、電機驅(qū)動、傳動系統(tǒng)、報警信號采集與數(shù)據(jù)存儲、導出組成。32位的嵌 入式CPU集成有多個定時器為電機驅(qū)動電路提供調(diào)整速率所需的脈沖信號，通過調(diào)整脈沖 的頻率實現(xiàn)電機速率的控制；內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器用于壓力信號、電池狀態(tài)信號與注射器規(guī)格 識別信號等的采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量便于軟件處理，其余一些開關量的報警信號送入到某些 I/O引腳由軟件判斷處理。IIC接口外擴e印rom，用于掉電后存儲用藥設置信息和輸液信 息。UART接口外擴RS232接口芯片，用于數(shù)據(jù)導出。液晶、鍵盤和旋鈕電路通過一些簡單的 邏輯電路直接與CPU剩余的I/O引腳接到一起，為用戶提供操作接口 。本CPU內(nèi)部無f lash， 因此外擴flash用于存儲嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件，因為存儲適用了壓縮格式，所以需 要外擴RAM在啟動后將壓縮格式的操作系統(tǒng)解壓放置到其中運行。 為解決多種規(guī)格的注射器自動識別問題(參見圖2、圖3)，本實用新型使用壓把3、 壓力彈簧6、齒條7、小齒輪8組成；壓把3可以自由拉出和回位并旋轉(zhuǎn)鎖定，和壓把3 —起 作直線運動的齒條7驅(qū)動小齒輪8作旋轉(zhuǎn)運動。本實用新型使用了精密旋轉(zhuǎn)式線性電位器 9，在電位器9的旋轉(zhuǎn)軸處設計有小齒輪8，與固定在注射器壓把3上的齒條7嚙合，實現(xiàn)拉 動注射器壓把3時帶動旋轉(zhuǎn)式電位器9旋轉(zhuǎn)，將不同外徑的注射器4大小轉(zhuǎn)換為有效的電 信號，送到CPU內(nèi)嵌的12位A/D轉(zhuǎn)換器中，從而實現(xiàn)多種規(guī)格的注射器4大小自動識別。有 效地解決了市面上常見的使用光電對管方式實現(xiàn)的只能分段識別從而僅支持有限的2 3 種規(guī)格的注射器自動識別的不足。同時，也避免了使用直滑式電位器精度不足，從而識別的誤差造成識別的規(guī)格種類相對較少的不足。另外，注射器壓把3內(nèi)部的彈簧6起到了壓把4提起釋放后自動壓緊注射筒，從而有效固定了注射器4。 圖4、圖5、圖6是本實用新型注射泵注射器活塞自動固定示意圖，它解決了注射器末端活塞自動固定的問題。如圖中所示，本實用新型在推座設計上使用了蹺杠10、壓板11與導軌套12聯(lián)動的結(jié)構(gòu)。按下推座上的按鍵13，按鍵13推動蹺杠10帶動壓板ll，壓板11上的軸承14沿著導軌套12作直線和旋轉(zhuǎn)運動從而使得外部的小夾板15實現(xiàn)伸出與兩個方向張開的動作；松手的過程剛好相反，小夾板15后的彈簧16自動將壓板11推回到原位置從而實現(xiàn)注射活塞的自動固定。本實現(xiàn)方案機械結(jié)構(gòu)比較復雜，但有效地解決了注射器末端活塞的自動固定，從而避開了注射器活塞末端是否到位的檢測，極大地方便了用戶。[0023] 圖7是本實用新型注射泵機械傳動示意圖。機械傳動裝置由安裝于機殼內(nèi)部的傳動部分和外部的推座部分組成；傳動部分有左支架17、右支架18，在左支架17上安裝有步進電機19、主動齒輪20、過渡齒輪21、從動齒輪22，架上裝有螺桿23，轉(zhuǎn)換移動架24內(nèi)裝有半螺母，半螺母與螺桿23的嚙合與脫開由凸輪架25的開合控制，裝于移動架24上的滑管26隨移動架24 —塊沿螺桿23軸向移動，導桿27連接左右支架并起移動架24的導向作用。外部的推座部分連接到伸出于機殼外的滑管26 —端并隨滑管26的移動而同步運動，進而推動注射器4輸注藥液。 圖8是本實用新型注射泵系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖。它按小型計算機系統(tǒng)所需的模塊進行架構(gòu)，最底層是硬件層，及核心控制板與液晶等外擴設備，在上一層是嵌入式系統(tǒng)，基于操作系統(tǒng)的設計便于硬件資源的管理和軟件系統(tǒng)擴展，第三層為設備驅(qū)動程序，它完成外擴硬件設備的驅(qū)動并為應用軟件提供接口，最上層才是應用軟件。這樣的架構(gòu)與簡單的單片機實現(xiàn)的系統(tǒng)要復雜一些，因為單片機系統(tǒng)資源有限，所能實現(xiàn)的功能有限，系統(tǒng)升級也不便，比如升級到網(wǎng)絡版，就比較困難。 圖9是本實用新型注射泵應用軟件流程圖。圖中顯示了系統(tǒng)啟動后，首先進行硬件初始化工作，主要是內(nèi)存初始化，然后將壓縮格式的操作系統(tǒng)從flash中讀出并解壓縮到RAM中，然后從解壓后的初始地址開始運行。操作系統(tǒng)在初始化過程完成所有外部硬件設備的初始化工作，最后加載應用程序。在應用程序中，軟件首先實現(xiàn)運行環(huán)境的初始化工作，對所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化后，打開相應的外部設備，然后等待底層中斷的到來。應用軟件按照設置參數(shù)、注射運行、按下停止運行分為若干個軟件狀態(tài)，狀態(tài)的變更主要由鍵盤中斷引起。在不同的狀態(tài)下完成相應的處理。比如，設置用藥參數(shù)完畢后，按下開始鍵，系統(tǒng)將會切換到注射狀態(tài)，然后根據(jù)設置的速率驅(qū)動電機開始運轉(zhuǎn)同時，在報警軟件中實時查詢各報警信號，實現(xiàn)對系統(tǒng)異常的檢測。 系統(tǒng)軟件中，為解決目前的恒速泵不能模擬藥物濃度在人體內(nèi)變化，而靶控泵又不能直接設定給藥劑量的問題，本實用新型先實現(xiàn)了恒速注射泵功能，然后基于32位嵌入式CPU的快速運算能力，實現(xiàn)靶控算法。然后，依據(jù)此算法，輸入需要輸注的藥物劑量，進行TCI逆算，從而計算出藥物在人體內(nèi)的濃度變化狀況與實時變化的推注速率，推動電機并經(jīng)傳動系統(tǒng)推注藥物?；蛘咄ㄟ^設定需要持續(xù)輸注藥物速率，進行TCI逆算，從而計算并提示醫(yī)務人員藥物在人體內(nèi)的濃度變化狀況，以便于大夫依據(jù)藥物濃度判斷患者的藥物作用的效果，從而更加準確地控制與調(diào)整用藥過程，達到最佳的臨床效果。[0027](五)本實用新型的有益效果
5[0028] 具有TCI學習功能的多功能注射泵綜合運用基礎藥理學、臨床醫(yī)學、計算機仿真技術和精密機械制造工藝，它除了普通注射泵所具有的恒速注射功能與常見靶控注射泵的靶控注射功能外，更重要的是可以通過恒速使用的方式，實現(xiàn)靶控泵才能實現(xiàn)有的血藥濃度、效應部位濃度的模擬指示。因此，此裝置可廣泛用于麻醉科、ICU室、腫瘤科、小兒科等
相關科室。 (1)解決了 5、10、20、30、50(60)ml注射器規(guī)格的自動識別; (2)解決了注射器末端活塞的自動固定功能，使安裝注射器最為簡便； (3)實現(xiàn)了持續(xù)微量輸注法通過設定流量實施長時間的輸注；包含了目前市面
的常見的微量注射泵功能； (4)實現(xiàn)了血漿濃度靶控法通過計算機實時模擬藥物的體內(nèi)過程并計算藥物在血漿中的濃度變化過程，從而計算出需要補充藥量的給藥速率使得血漿中的藥物濃度維持在預期的水平上； (5)實現(xiàn)了效應部位濃度靶控方法通過計算機實時模擬藥物的體內(nèi)過程并計算藥物在作用部位的濃度變化過程，從而計算出需要補充藥量的給藥速率使得作用部位中的藥物濃度維持在預期的水平上； (6)解決了持續(xù)輸注法對藥代藥效的模擬，實現(xiàn)了 TCI學習功能通過設定給藥劑量或給藥速率，計算機實時模擬并計算藥物在血漿與效應部位中的濃度變化過程，以幫助醫(yī)務人員更準確的判斷持續(xù)給藥時，評估藥物的作用效果，更好地實施臨床控制。
權(quán)利要求具有TCI學習模式的多功能注射泵，它由機械結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)組成，其特征在于還包括控制電路，所述控制電路包括32位嵌入式CPU，與所述CPU連接、用于存儲嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件的Flash，用于啟動后將嵌入式操作系統(tǒng)展開并加載應用軟件在里面運行的外擴RAM，與所述CPU連接、為用戶提供操作接口的液晶接口電路、鍵盤與旋鈕電路，與所述CPU連接、用于接收CPU提供的調(diào)整速率所需的脈沖信號的電機驅(qū)動電路，用于異常情況監(jiān)控、并將監(jiān)控的信號輸送至CPU的報警采集系統(tǒng)電路，與所述CPU連接的數(shù)據(jù)存儲與導出電路，以及供電電路；所述機械結(jié)構(gòu)包括與電機驅(qū)動電路連接的傳動部分，推座與滑塊，用于固定注射器并將注射器規(guī)格信號輸送至CPU的注射器固定與規(guī)格自動識別裝置；其中，注射器壓把、齒條與帶齒輪的旋轉(zhuǎn)電位器構(gòu)成注射器固定與規(guī)格自動識別裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射泵，其特征在于注射器固定裝置上裝有壓把、齒條、小齒輪、彈簧、電位器能夠自動識別5種規(guī)格的注射器且與注射器的品牌無關。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射泵，其特征在于所述推座包括按鍵，由所述按鍵推動的蹺桿，由所述蹺桿帶動移動的壓板，與所述壓板聯(lián)動的導軌套，用于卡牢注射器活塞的小夾板，自動將壓板推回到原位置從而實現(xiàn)注射器活塞的自動固定的彈簧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的注射泵，其特征在于所述推座還包括推座殼以及設置在推座殼內(nèi)、與報警采集系統(tǒng)電路連接的壓力傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射泵，其特征在于所述傳動部分包括由步進電機和主動齒輪組成的動力驅(qū)動裝置，由過渡齒輪和從動齒輪組成的速度變換裝置，由精密螺桿和半螺母及移動架組成的運動方式改變裝置，由左支架、右支架、導桿、滑管組成的支承連接導向裝置；其中，所述左支架上安裝所述步進電機、主動齒輪、過渡齒輪、從動齒輪以及螺桿；所述移動架沿螺桿軸向移動，其內(nèi)裝所述半螺母，其上裝所述滑管；所述導桿連接所述左支架和右支架，并起移動架的導向作用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的注射泵，其特征在于所述注射泵包括機殼，所述傳動部分安裝于機殼內(nèi)部，所述推座與伸出于所述機殼外的滑管的一端連接，并隨所述滑管的移動而同步運動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射泵，其特征在于使用32位嵌入式CPU與嵌入式操作系統(tǒng)作為注射泵的基本技術架構(gòu)。
專利摘要具有TCI學習模式的多功能注射泵，屬于醫(yī)療設備，由機械結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)及控制電路組成。其中，控制電路包括32位嵌入式CPU，F(xiàn)lash，外擴RAM，液晶接口電路、鍵盤與旋鈕電路，電機驅(qū)動電路，報警采集系統(tǒng)電路，數(shù)據(jù)存儲與導出電路，及供電電路。機械結(jié)構(gòu)包括與電機驅(qū)動電路連接的傳動部分，推座與滑塊，用于固定注射器并將注射器規(guī)格信號輸送至CPU的注射器固定與規(guī)格自動識別裝置；其中，注射器壓把、齒條與帶齒輪的旋轉(zhuǎn)電位器構(gòu)成注射器固定與規(guī)格自動識別裝置。本實用新型的自動識別與活塞自動固定，使得注射器的安裝達到了最便利的目的，同時兼?zhèn)涑掷m(xù)微量注射與靶控注射的功能，因此更加簡單適用。
文檔編號A61M1/00GK201524307SQ20082009438
公開日2010年7月14日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者范桂山 申請人:惠州益邦科技有限公司