專利名稱：一種藥劑注射器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療用品技術(shù)領(lǐng)域，用于藥劑注射，具體為一種一種藥劑注射器及其 控制方法。
背景技術(shù)：
目前，糖尿病已成為繼心血管病、腦血管病、癌癥之后的第四大殺手。針對糖尿病 患者最有效的治療方法就是長期注射胰島素，而患糖尿病的人群往往是較高年齡段。目前 市場上常見的胰島素注射器多為普通注射器分為一次性和可再用性；市場上流通的可再 用性的胰島素注射用的器具，一種是純機械的注射筆，另一種是價格昂貴的注射泵。胰島素 筆如諾和筆，優(yōu)伴筆等，存在如下缺點劑量設(shè)置麻煩，每次使用前均需要調(diào)整刻度旋轉(zhuǎn) 胰島素筆尾部的螺紋結(jié)構(gòu)，對準所需的刻度線用來設(shè)置每次的胰島素注射劑量，因患者大 多為老年群體，視力不佳，且很多糖尿病患者都伴有視力受損的并發(fā)癥，使得每次注射前的 劑量設(shè)置，主要是將細密的刻度線對齊，成為一個很大的困難。且一旦劑量設(shè)置不對將會造 成嚴重的后果。另外，很多老年人容易健忘，容易造成多次注射的風險。鑒于對二種產(chǎn)品的分析，了解病人的心聲，希望有一種價格能承受和使用方便的 注射產(chǎn)品。有一些老年病人，經(jīng)濟差，老眼昏花，看不清注射筆刻度，調(diào)整進藥量困難，誤操 作機率大，潛在風險性高，多次誤操作會加劇病情。因此如何依據(jù)醫(yī)囑按時、精確調(diào)整劑量、安全無誤地對自己在身體的有效部位進 行穿刺和推藥是關(guān)系到患者能科學、正確地進行治療，最終達到提高生活質(zhì)量、保持生命活 力和身體康健的大問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有藥劑注射用品，特別是胰島素注射產(chǎn)品大多操作不 夠精確，患者自行注射存在操作風險，不適于老年群體使用，而且制造成本高，需要提供性 能好，易于精確操作，成本低的產(chǎn)品。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種藥劑注射器，包括電機驅(qū)動部分、注射推進部分、注射 部分、控制部分和電源部分，及注射器殼體控制部分為微處理器電路板；電機驅(qū)動部分包括步進電機總成和感應(yīng)結(jié)構(gòu)，步進電機總成包括定子線圈、磁鋼 轉(zhuǎn)子和電機軸，控制部分發(fā)出脈沖信號至定子線圈，驅(qū)動磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機軸與磁鋼轉(zhuǎn)子 同步旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)結(jié)構(gòu)包括感應(yīng)盤和光電感應(yīng)器，感應(yīng)盤為齒輪狀結(jié)構(gòu)，感應(yīng)盤中心與電機軸 固定連接，并與電機軸同步旋轉(zhuǎn)，光電感應(yīng)器設(shè)置在感應(yīng)盤邊緣，其感應(yīng)光路對應(yīng)于齒輪狀 結(jié)構(gòu)的齒的位置，用于監(jiān)測感應(yīng)盤的旋轉(zhuǎn)，光電感應(yīng)器與控制部分電連接；注射推進部分包括螺桿和頂出管，螺桿設(shè)置在頂出管內(nèi)，螺桿和頂出管通過滑配 的螺紋連接，將螺桿的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為頂出管的直線運動；注射部分包括注射液總成和注射針，注射液總成包括活塞、藥液筒和注射針固定套，活塞設(shè)置在藥液筒內(nèi)，并與頂出管連接，注射針固定套與藥液筒連為一體，注射針通過 注射針固定套固定在藥液筒上，并與藥液筒連通；電機驅(qū)動部分的電機軸通過連軸節(jié)與螺桿連接，螺桿與電機軸同步旋轉(zhuǎn)，螺桿隨 電機軸的同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為頂出管沿電機軸向的直線運動，活塞隨頂出管的移動在藥液筒中 移動，頂出管的長度不小于活塞在藥液筒內(nèi)的移動行程長度。做為優(yōu)選方式，注射推進部分設(shè)有頂出管保護套，頂出管在頂出管保護套內(nèi)滑動， 頂出管與活塞之間設(shè)有頂出盤，通過頂出盤連接頂出管和活塞。優(yōu)選的，頂出管保護套內(nèi)側(cè)設(shè)有T型槽，頂出管外側(cè)設(shè)有與T型槽對應(yīng)的凸塊，所 述凸塊在T型槽內(nèi)滑動。進一步的，電機驅(qū)動部分、注射推進部分、注射部分、控制部分和電源部分均設(shè)置 在注射器殼體中，注射器殼體為筆型，電機驅(qū)動部分，注射推進部分和注射部分設(shè)置在同一 軸線上，電機驅(qū)動部分位于筆型注射器殼體的筆尾端，注射部分位于筆頭端，注射部分的注 射針伸出注射器殼體，對應(yīng)設(shè)置帽蓋，密閉注射針。
注射部分結(jié)構(gòu)具體為藥液筒連接注射針的一端伸出注射器殼體，伸出的部分外 設(shè)有藥液筒護套，帽蓋與藥液筒護套配合密閉注射針，帽蓋中對應(yīng)注射針設(shè)有注射針護套。藥劑注射器設(shè)有顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口，顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接 口分別連接控制部分。上述藥劑注射器的控制方法包括1)、控制部分的微處理器發(fā)出脈沖信號，通過步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機按 設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度及步進角，與步進電機連接的螺桿相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，頂出管在內(nèi)壁與 螺桿相配的螺紋作用下，與螺桿相對軸向位移，推動活塞在藥液筒內(nèi)移動，進而推動藥液筒 內(nèi)的藥液，步進電機轉(zhuǎn)動的角位移由此轉(zhuǎn)化為活塞的直線位移，由這一線性關(guān)系控制胰島 素的注射劑量；2)、步進電機上設(shè)置的感應(yīng)盤及光電感應(yīng)器監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)動，感應(yīng)盤為齒輪狀結(jié) 構(gòu)，光電感應(yīng)器設(shè)置在感應(yīng)盤邊緣，其感應(yīng)光路對應(yīng)于齒輪狀結(jié)構(gòu)的齒的位置，由于感應(yīng)盤 隨電機同步旋轉(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)盤的輪齒間歇性的隔斷光電感應(yīng)器的感應(yīng)光路，由此而 產(chǎn)生和電機轉(zhuǎn)動情況緊密相關(guān)的脈沖信號，控制部分根據(jù)光電感應(yīng)器的監(jiān)測信號判斷電機 的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，根據(jù)當前設(shè)定的電機工作狀態(tài)與光電感應(yīng)器的監(jiān)測結(jié)果，判斷電機是否正常 工作，當電機因為異常情況停轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)或者異速轉(zhuǎn)動時，進行報警；3)、控制部分連接人機接口，包括顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口，顯示屏用于注 射器狀態(tài)和注射數(shù)據(jù)顯示，按鍵用于設(shè)定注射器的工作，蜂鳴器用于提醒，USB接口用于與 計算機設(shè)備連接和充電。控制部分的微處理器設(shè)有Flash存儲器，通過軟件方式實現(xiàn)以下控制1)、注射模式設(shè)定快捷模式或分時模式快捷模式下，每次設(shè)定完注射劑量的時候，將參數(shù)存入Flash存儲器中，之后每次 注射前如果不重新設(shè)置新的注射劑量，就直接從Flash存儲器中讀取出上一次保存的注射 劑量參數(shù)，作為當前注射的注射劑量；分時模式下，對不同時刻設(shè)置不同注射劑量值，并設(shè)定時間提醒；2)、存儲注射信息，采用FIFO模式實現(xiàn)信息的存儲，存儲區(qū)中保存最近20次的歷史注射信息，包括注射開始時刻、注射劑量和注射模式；3)、歷史注射數(shù)據(jù)的瀏覽，通過按鍵選擇將Flash存儲器中存儲的信息直接在顯 示屏上逐條顯示出來，或?qū)⒋鎯Φ男畔⑼ㄟ^USB接口傳輸?shù)缴衔粰C上，在上位機上的軟件 中進行瀏覽和查閱；4)兩次注射時間間隔太短則禁止注射，設(shè)定注射時間間隔閾值，根據(jù)存儲的最近 一次注射信息，本次注射時間間隔小于閾值則禁止本次注射；5)設(shè)定省電模式，經(jīng)過設(shè)定的時間如果沒有操作，注射器進入低功耗狀態(tài)，以此來 節(jié)約電量，處在低功耗狀態(tài)下的控制部分在遇到按鍵中斷的時候跳出低功耗狀態(tài)，回到正 常的工作模式。
藥劑注射器設(shè)有以下操作提醒方式1)、當一次注射結(jié)束時，控制部分根據(jù)光電感應(yīng)器的監(jiān)測信號，控制蜂鳴器提示使 用者本次注射結(jié)束，同時在顯示屏顯示本次注射的設(shè)定劑量，并顯示注射結(jié)束信息；2)、控制部分根據(jù)存儲的注射信息，計算藥液筒的剩余劑量，當藥液筒中的剩余 劑量小于本次設(shè)定的注射劑量時，蜂鳴器發(fā)出警報以提醒使用者更換藥液筒；藥液筒劑量 全部注射完后，控制部分控制電機自動回到初始位置，準備使用新的藥液筒的藥液進行注 射；3)、實時監(jiān)測電池的電壓，電壓信息通過A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)娇刂撇糠?，當小于設(shè)定的 閾值時就進行報警，提醒使用者進行充電或更換電池，電池剩余電量低于設(shè)定閾值時禁止 注射；4)、設(shè)定注射時刻提醒，包括蜂鳴器聲音提示和屏幕顯示。本發(fā)明由控制部分發(fā)出脈沖信號驅(qū)動步進電機，再經(jīng)螺桿、頂出管推動活塞在藥 液筒內(nèi)移動，步進電機轉(zhuǎn)動的角位移由此轉(zhuǎn)化為活塞的直線位移，由這一線性關(guān)系精確控 制胰島素的注射劑量，傳動環(huán)節(jié)少，精確度高，誤差< 0. IU?，F(xiàn)有胰島素注射器都是患者設(shè)定好注射量后，注射器進行注射，期間注射器是否 正常工作沒有明確的提示，由于注射行為的特殊性，是否正確完成了注射不易察覺，特別是 藥劑瓶不透明的話，患者僅憑自身感覺很難判斷注射是否成功。如注射器無傳感反饋裝置， 輕則增加病情，病人還不知何原因，重則有生命危險。本發(fā)明特別在注射器中設(shè)置了光電感 應(yīng)裝置，利用光電感應(yīng)反饋步進電機運轉(zhuǎn)信息。光電傳感器檢測到的信號與控制部分發(fā)送 給步進電機的脈沖信號相對應(yīng)，則電機運轉(zhuǎn)正常；若光電傳感器檢測到的信號與發(fā)送給步 進電機的脈沖信號不匹配，則電機運轉(zhuǎn)異常；沒有檢測到信號，則表示電機停轉(zhuǎn)；如根據(jù)控 制部分的設(shè)置顯示電機工作在異常狀態(tài)，則發(fā)出警示提醒患者，注射器沒有正常工作，等于 沒有用藥，以此減少用藥隱患。本發(fā)明螺桿與步進電機通過聯(lián)軸節(jié)相連，減少不必要的傳動環(huán)節(jié)，螺桿與頂出管 通過螺紋滑配，調(diào)整螺紋角度可以調(diào)節(jié)螺桿將電機軸圓周運動轉(zhuǎn)化為頂出管的軸向直線運 動的速度，頂出管螺紋材料采用聚四氟乙烯或聚甲醛等耐磨材料，在運動過程中，幾乎是零 磨損，所以使用起來壽命長，出現(xiàn)咬牙機率很微小。同時本發(fā)明頂出管特意加設(shè)了頂出管護 套，并設(shè)計了 T型槽，保證在頂出管沿著護套與電機軸同一軸線上平穩(wěn)移動，并且防止螺桿 旋轉(zhuǎn)帶動頂出管同時旋轉(zhuǎn)，完成注射動作。本發(fā)明在控制部分上也有諸多改進，實現(xiàn)智能化。本發(fā)明通過USB接口和內(nèi)部Flash的作用，可以記憶患者的注射信息，方便用戶查詢、使用，同時也方便醫(yī)生進行跟蹤、 分析。在軟件的智能控制上也極大地考慮患者使用的方便性及安全性?？旖菽Ｊ街苯尤〈?原有純機械式注射器的功能，同時記憶上一次注射劑量值，簡單、易于患者操作；分時模式 極大的體現(xiàn)智能化控制的特點，拒絕錯誤設(shè)置，一旦設(shè)置好參數(shù)，智能判定注射條件，通過 顯示屏提示、聲音提示等人機交互方式，避免了患者因記憶力下降、視力不佳而導致的非預 期注射事件的發(fā)生，使患者能夠更好的操作注射器，存儲注射信息便于患者查詢、使用，多 樣的提醒極大地保證了注射的安全性。


圖1為本發(fā)明注射器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明注射器的電機驅(qū)動部分局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明注射器的注射推進部分局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明注射器的注射部分局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明注射器電機驅(qū)動部分與注射推進部分的連接圖。圖6為本發(fā)明注射推進部分的截面圖。圖7為本發(fā)明電源部分和控制部分的框圖。圖8為本發(fā)明注射器的操作流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種使用便捷，操作精確的藥劑注射器，下面具體說明本發(fā)明藥劑 注射器的結(jié)構(gòu)和其控制方法。如圖1，藥劑注射器包括電機驅(qū)動部分，注射推進部分，注射部分，控制部分和電源 部分13，圖2-4為各部分的局部當大示意圖，其中控制部分為微處理器；電機驅(qū)動部分包括步進電機22，控制部分發(fā)出脈沖信號，通過芯片解碼驅(qū)動步 進電機22的磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機軸21與磁鋼轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，電機軸21上固定一感應(yīng)盤23， 感應(yīng)盤23中心設(shè)有一個鼓形孔，與電機軸21后端的鼓形部分緊配安裝，使感應(yīng)盤23與電 機軸21同步旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)盤23的截面為齒輪形狀，光電感應(yīng)器24設(shè)置在感應(yīng)盤23邊緣，其感 應(yīng)光路對應(yīng)于齒輪狀結(jié)構(gòu)的齒的位置，由于感應(yīng)盤23隨步進電機同步旋轉(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)動時， 感應(yīng)盤23的輪齒間歇性的隔斷光電感應(yīng)器24的感應(yīng)光路，監(jiān)測感應(yīng)盤23的旋轉(zhuǎn)，光電感 應(yīng)器24與控制部分電連接；注射推進部分包括螺桿15和頂出管16，螺桿15外和頂出管16內(nèi)壁設(shè)有相互滑 配的螺紋，頂出管16與螺桿15通過所述螺紋相對軸向移動，螺桿的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為頂出管的直 線運動，調(diào)整所述螺紋角度可以調(diào)節(jié)頂出管相對螺桿的直線運動的速度；注射部分包括注射液總成5，注射針3，注射液總成5包括活塞7、藥液筒和注射 針固定套4，活塞7設(shè)置在藥液筒內(nèi)，并與頂出管16連接，注射針固定套4與藥液筒連為一 體，注射針3通過注射針固定套4固定在藥液筒上，并與藥液筒連通；注射液總成5可以選 擇現(xiàn)成的市售產(chǎn)品，注射針3是一次性使用的。如圖5，電機驅(qū)動部分的電機軸21通過連軸接20與螺桿15連接，螺桿15與電機軸21同步旋轉(zhuǎn)，螺桿15隨電機軸21的同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為頂出管16沿電機軸向的直線運動， 活塞7位于注射液總成5的藥液筒內(nèi)，隨頂出管16的移動在藥液筒中移動，頂出管16的長 度不小于活塞7在藥液筒內(nèi)的移動行程長度。其中，連軸節(jié)20是連接電機軸21與螺桿15 的一種軟連接的接頭，它的內(nèi)截面是鼓形孔，與螺桿15、電機軸21前端的外截面鼓形狀配
I=I O注射推進部分設(shè)有頂出管保護套17，頂出管16在頂出管保護套17內(nèi)滑動，頂出管 16與活塞7之間設(shè)有頂出盤10，以在頂出管16的移動中平穩(wěn)推動活塞7移動。如圖6，頂出管保護套17內(nèi)側(cè)設(shè)有T型槽，頂出管16外側(cè)設(shè)有與T型槽對應(yīng)的凸 塊，所述凸塊在T型槽內(nèi)滑動。頂出管保護套17結(jié)合T型槽和凸塊使頂出管16的運動更 加穩(wěn)定，保證注射器的精確工作。做為本發(fā)明的一種具體優(yōu)選實現(xiàn)方式，電機驅(qū)動部分、注射推進部分、注射部分、 控制部分和電源部分均設(shè)置在注射器殼體中，注射器殼體為筆型，電機驅(qū)動部分，注射推進 部分和注射部分設(shè)置在同一軸線上，電機驅(qū)動部分位于筆型注射器殼體的筆尾端，注射部 分位于筆頭端，注射部分的注射針伸出注射器殼體，對應(yīng)設(shè)置帽蓋1，密閉注射針；控制部 分設(shè)置在筆尾端，電源部分13設(shè)置在注射推 進部分與注射器殼體之間的空隙中，合理的布 局使得本發(fā)明注射器具有小巧的體積，便于攜帶。注射部分結(jié)構(gòu)具體為藥液筒連接注射針3的一端伸出注射器殼體，伸出的部分 外設(shè)有藥液筒護套6，帽蓋1與藥液筒護套6配合密閉注射針，帽蓋1中對應(yīng)注射針設(shè)有注 射針護套2。這樣的設(shè)計使得本發(fā)明注射器可以適應(yīng)不同長度的注射液總成5，當需要不同 規(guī)格的注射部分，主要是注射液總成5的藥液筒容積不同的情況下，注射器殼體、電機驅(qū)動 部分，注射推進部分，控制部分和電源部分13可以批量生產(chǎn)，只要對應(yīng)注射液總成5的藥液 筒對應(yīng)配置不同規(guī)格的藥液筒護套即可。藥劑注射器設(shè)有顯示屏18、按鍵9、蜂鳴器和USB接口 25，顯示屏18、按鍵9、蜂鳴 器和USB接口 25分別連接控制部分，同樣，為使整個注射器內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局合理，顯示屏18 和按鍵9利用注射推進部分與注射器殼體的空隙，設(shè)置在與電源部分相對的另一側(cè)，USB接 口 25設(shè)置在控制部分旁。顯示屏18采用點陣式IXD顯示屏，按鍵9采用薄膜按鍵開關(guān)，通過將IXD顯示與 按鍵相配合使用，來實現(xiàn)菜單式顯示，記下每級菜單的層標，然后通過按鍵來轉(zhuǎn)向需要的那 一層，從而實現(xiàn)菜單式顯示。IXD狀態(tài)屏幕顯示內(nèi)容包括(1)電池的實時電量；(2)胰島素藥液筒剩余劑量；(3)當前注射劑量動態(tài)顯示；(4)當前模式狀態(tài)；(5)已注射次數(shù)；(6)日期和時間。選用的IXD尺寸為128X32，將其上半部分作為狀態(tài)顯示欄，下半部分作為菜單 欄。通過監(jiān)測電池容量和胰島素藥液筒剩余劑量，可以在LCD屏上來實時顯示這些信息。通 過讀取單片機內(nèi)部的實時時鐘，可以將當前的日期和時間顯示在LCD屏上。當正在進行注射時在LCD屏上實時動態(tài)顯示注射，告訴使用者此時正在進行注射。每完成一次注射就會 將注射時間和劑量等相關(guān)信息存在Flash中，并可以通過菜單中“回顧”項來查看這些歷史 fn息ο按鍵9設(shè)定的內(nèi)容包括實時時鐘、注射劑量、注射次數(shù)及每次的注射時刻，菜單 共有時間、劑量和回顧三個選項，其中劑量選項下有一個二級菜單，二級菜單的內(nèi)容為快捷 模式和分時模式，與菜單顯示配合的按鍵有四個，分別是“退出(ESC) ”、“確認(ACT) ”、“上翻 (UP) ”、“下翻(DOWN) ”，通過這四個按鍵的配合和IXD屏上的對應(yīng)提示，可以設(shè)定系統(tǒng)實時 時鐘，注射劑量(快捷模式和最多五個時刻點的分時模式所對應(yīng)的劑量)，通過菜單中“回 顧”選項可以瀏覽之前注射的歷史信息。本發(fā)明注射器通過控制部分進行控制，各電控模塊框圖如圖7所示，整個注射器 中涉及的電控部分主要由微處理器MCU、按鍵模塊、點陣式LCD顯示器，電機驅(qū)動單元，光電 開關(guān)監(jiān)測單元，蜂鳴器報警單元，USB接口單元，電量監(jiān)測單元，存儲單元，實時時鐘RTC單 元，可充電鋰電池以及電源模塊組成。其中微處理器MCU為系統(tǒng)的核心，它由低功耗高性能處理器MSP430F5437構(gòu)成，用 來完成胰島素注射劑量的精確設(shè)定、注射信息的存貯和顯示，驅(qū)動步進電機完成注射器的 準確推藥，出現(xiàn)異常情況報警處理；按鍵模塊和點陣式LCD構(gòu)成了整個系統(tǒng)的人機交互部 分，由人機交互單元完成實時時鐘的設(shè)置，胰島素注射模式和注射劑量的設(shè)置，點陣式LCD 采用菜單化的操作模式，對注射器相關(guān)信息進行顯示，以及各種提示和報警信息等；電機驅(qū) 動單元主要由電機驅(qū)動芯片A3901構(gòu)成，用來提供足夠的驅(qū)動電流，驅(qū)動步進電機按照要 求的速度轉(zhuǎn)動；實時時鐘RTC為MCU內(nèi)部單元，為整個系統(tǒng)工作提供一個時間基準；存儲單 元為MCU內(nèi)部Flash，用來保存一些設(shè)置參數(shù)和注射信息；蜂鳴器報警電路主要用來進行注 射結(jié)束事件的聲音提示和異常情況的聲音報警；光電開關(guān)監(jiān)測單元主要用于電機轉(zhuǎn)動狀態(tài) 的反饋監(jiān)測，當出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等異常情況時，及時通知MCU進行異常情況處理；電量監(jiān)測 單元由MCU的A/D通道實時采集鋰電池的電壓，當電壓低于設(shè)定的閾值時，進行低電量報 警；USB接口單元用于胰島素注射器與上位機之間進行數(shù)據(jù)傳輸，將胰島素注射器中保存 的歷史注射信息傳輸?shù)缴衔粰C中，同時還可以利用USB接口給鋰電池充電；可充電鋰電池 為整個系統(tǒng)提供能量，鋰電池輸出的電壓經(jīng)電源模塊TPS63031穩(wěn)壓為3. 3V，為系統(tǒng)的各個 部分提供一個穩(wěn)定的工作電壓。本發(fā)明可采用單節(jié)鋰電池供電，通過DC/DC模塊TPS63031將鋰電池的輸出電壓轉(zhuǎn) 換為3. 3V的直流電壓，給微處理器，LCD以及步進電機驅(qū)動器以及步進電機等單元供電。利 用通用的USB接口，采用電池充電管理芯片BQ24072進行控制和管理，可以對鋰電池進行充 電，控制器MSP430F5437監(jiān)控整個充電的過程，IXD屏幕上動態(tài)顯示鋰電池的充電狀態(tài)和實 時電量，充電結(jié)束后，LCD屏幕給出充電結(jié)束的文字提示。如圖8，為本發(fā)明注射器的操作流程圖 ，藥劑注射器的控制方法包括1)、控制部分的微處理器發(fā)出脈沖信號，本發(fā)明中使用的微處理器為TI公司的 MSP430F5437，通過步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度及步進 角，與步進電機連接的螺桿相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，頂出管在內(nèi)壁與螺桿相配的螺紋作用下，與螺桿相對 軸向位移，推動活塞在藥液筒內(nèi)移動，進而推動藥液筒內(nèi)的藥液，步進電機轉(zhuǎn)動的角位移由 此轉(zhuǎn)化為活塞的直線位移，由這一線性關(guān)系控制胰島素的注射劑量；
2)、步進電機上設(shè)置的感應(yīng)盤及對應(yīng)設(shè)置的光電感應(yīng)器監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)動，由于感 應(yīng)盤隨電機同步旋轉(zhuǎn)，控制部分根據(jù)光電感應(yīng)器的監(jiān)測信號判斷電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，根據(jù)當 前設(shè)定的電機工作狀態(tài)與光電感應(yīng)器的監(jiān)測結(jié)果，判斷電機是否正常工作，當電機因為異 常情況停轉(zhuǎn)或者堵轉(zhuǎn)時，進行報警；感應(yīng)盤的截面為齒輪形狀，光電感應(yīng)器的感應(yīng)光路對應(yīng) 齒的位置，光電感應(yīng)器工作時，一直有連續(xù)不斷的光信號發(fā)出穿過感應(yīng)盤齒型處，如信號不 間斷感應(yīng)則表示感應(yīng)盤不在旋轉(zhuǎn)，也就是電機軸不運轉(zhuǎn)，反之光電感應(yīng)器信號有間斷反饋， 則是被感應(yīng)盤時擋時通，表示感應(yīng)盤在旋轉(zhuǎn)，也就是電機軸與螺桿在旋轉(zhuǎn)，螺桿旋轉(zhuǎn)帶動頂 出桿在頂出桿護套內(nèi)向前移動，推進藥液筒內(nèi)活塞，活塞擠壓藥液通過注射針進入人體，完 成用藥過程。如注射過程中由于故障，電機停轉(zhuǎn)，則光電感應(yīng)器感應(yīng)不到感應(yīng)盤旋轉(zhuǎn)，光電 感應(yīng)器無均勻間斷信號反饋到系統(tǒng)，系統(tǒng)則根據(jù)設(shè)定的程序，報警提示病人，注射動作沒有 正常完成。如注射器在進行注射動作表現(xiàn)為螺桿勻速在旋轉(zhuǎn)，同理電機軸在勻速旋轉(zhuǎn)，帶動 感應(yīng)盤勻速旋轉(zhuǎn)，則光電感應(yīng)器感應(yīng)到均勻的間斷信號，反饋到控制系統(tǒng)的芯片，芯片會根 據(jù)輸入的程序，判斷注射運作正常，不發(fā)出警報提示。3)、控制部分連接人機接口，包括顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口，顯示屏用于注射器狀態(tài)和注射數(shù)據(jù)顯示，按鍵用于設(shè)定注射器的工作，蜂鳴器用于提醒，USB接口用于與 計算機設(shè)備連接交換數(shù)據(jù)和充電?？刂撇糠值奈⑻幚砥髟O(shè)有Flash存儲器，并能智能化判斷注射條件，進行以下操 作1)、注射模式設(shè)定快捷模式或分時模式快捷模式下，每次設(shè)定完注射劑量的時候，將參數(shù)存入Flash存儲器中，之后每次 注射前如果不重新設(shè)置新的注射劑量，就直接從Flash存儲器中讀取出上一次保存的注射 劑量參數(shù)，作為當前注射的注射劑量；分時模式下，對不同時刻設(shè)置不同注射劑量值，并設(shè)定鬧鈴時間提醒；快捷模式完全取代現(xiàn)有純機械式胰島素注射器的功能，設(shè)定劑量即可進行注射， 方便使用；分時模式根據(jù)病人的不同飲食習慣設(shè)定單日內(nèi)最多五個時刻點的不同注射劑量 滿足患者不同進食狀態(tài)下對不同劑量的胰島素的需求；特別是分時模式下，智能判斷設(shè)定值的有效性，錯誤的設(shè)定，如兩次注射時間過 短，鬧鈴的時間遠遠超出注射時刻有效作用區(qū)段等，將被禁止也不會被保存至Flash中。完 成有效的設(shè)定后，不同時刻注射時自動選擇相應(yīng)劑量，未到注射時刻有效區(qū)段時禁止注射， 同時禁止相同時間段內(nèi)的連續(xù)注射；2)、存儲注射信息，采用FIFO模式實現(xiàn)信息的存儲，存儲區(qū)中保存最近20次的歷 史注射信息，包括注射開始時刻、注射劑量和注射模式；3)、歷史注射數(shù)據(jù)的瀏覽，通過按鍵選擇將Flash存儲器中存儲的信息直接在顯 示屏上逐條顯示出來，或?qū)⒋鎯Φ男畔⑼ㄟ^USB接口傳輸?shù)缴衔粰C上，在上位機上的軟件 中進行瀏覽和查閱；4)考慮到藥效和安全等問題，兩次注射時間間隔過短會對身體產(chǎn)生不利的影響， 因此兩次注射時間間隔太短則禁止注射，設(shè)定注射時間間隔閾值，根據(jù)存儲的最近一次注 射信息，本次注射時間間隔小于閾值則禁止本次注射；5)設(shè)定省電模式，經(jīng)過設(shè)定的時間如果沒有操作，注射器進入低功耗狀態(tài)，以此來節(jié)約電量，處在低功耗狀態(tài)下的控制部分在遇到按鍵中斷的時候跳出低功耗狀態(tài)，回到正 常的工作模式。注射器設(shè)有以下操作提醒方式1)、注射過程中檢測電機轉(zhuǎn)動情況，一旦出現(xiàn)停轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)、異速轉(zhuǎn)動，電機停止轉(zhuǎn) 動，并發(fā)出蜂鳴器警報；2)、當一次注射結(jié)束時，控制部分根據(jù)光電感應(yīng)器的監(jiān)測信號，控制蜂鳴器提示使 用者本次注射結(jié)束，同時在顯示屏顯示本次注射的設(shè)定劑量，并顯示注射結(jié)束；3)、控制部分根據(jù)存儲的注射信息，計算藥液筒的剩余劑量，當藥液筒中的剩余 劑量小于本次設(shè)定的注射劑量時，蜂鳴器發(fā)出警報以提醒使用者更換藥液筒；藥液筒劑量 全部注射完后，控制部分控制電機自動回到初始位置，準備使用新的藥液筒的藥液進行注 射；4)、實時監(jiān)測電池的電壓，電壓信息通過A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)娇刂撇糠?，當小于設(shè)定的 閾值時就進行報警，提醒使用者進行充電或更換電池，電池剩余電量低于設(shè)定閾值時禁止 注射；
5)、設(shè)定注射時刻提醒，包括蜂鳴器聲音提示和屏幕顯示。6)、設(shè)定劑量、時間等不符合既定規(guī)則時，通過顯示屏顯示錯誤提示，并且放棄保 存當前設(shè)置的參數(shù)，所述既定規(guī)則可以是預先在注射器中設(shè)置的警告閾值，或是用戶在之 前的劑量、時間設(shè)置；7)、注射時刻未到，或者試圖在規(guī)定時間段內(nèi)連續(xù)注射時，注射將被禁止，并在顯 示屏上顯示警示信息。
權(quán)利要求
一種藥劑注射器，其特征是包括電機驅(qū)動部分、注射推進部分、注射部分、控制部分和電源部分，及注射器殼體控制部分為微處理器電路板；電機驅(qū)動部分包括步進電機總成和感應(yīng)結(jié)構(gòu)，步進電機總成包括定子線圈、磁鋼轉(zhuǎn)子和電機軸，控制部分發(fā)出脈沖信號至定子線圈，驅(qū)動磁鋼轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機軸與磁鋼轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)結(jié)構(gòu)包括感應(yīng)盤和光電感應(yīng)器，感應(yīng)盤為齒輪狀結(jié)構(gòu)，感應(yīng)盤中心與電機軸固定連接，并與電機軸同步旋轉(zhuǎn)，光電感應(yīng)器設(shè)置在感應(yīng)盤邊緣，其感應(yīng)光路對應(yīng)于齒輪狀結(jié)構(gòu)的齒的位置，用于監(jiān)測感應(yīng)盤的旋轉(zhuǎn)，光電感應(yīng)器與控制部分電連接；注射推進部分包括螺桿和頂出管，螺桿設(shè)置在頂出管內(nèi)，螺桿和頂出管通過滑配的螺紋連接，將螺桿的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為頂出管的直線運動；注射部分包括注射液總成和注射針，注射液總成包括活塞、藥液筒和注射針固定套，活塞設(shè)置在藥液筒內(nèi)，并與頂出管連接，注射針固定套與藥液筒連為一體，注射針通過注射針固定套固定在藥液筒上，并與藥液筒連通；電機驅(qū)動部分的電機軸通過連軸節(jié)與螺桿連接，螺桿與電機軸同步旋轉(zhuǎn)，螺桿隨電機軸的同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為頂出管沿電機軸向的直線運動，活塞隨頂出管的移動在藥液筒中移動，頂出管的長度不小于活塞在藥液筒內(nèi)的移動行程長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種藥劑注射器，其特征是注射推進部分設(shè)有頂出管保護 套，頂出管在頂出管保護套內(nèi)滑動，頂出管與活塞之間設(shè)有頂出盤，通過頂出盤連接頂出管 和活塞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種藥劑注射器，其特征是頂出管保護套內(nèi)側(cè)設(shè)有T型槽，頂 出管外側(cè)設(shè)有與T型槽對應(yīng)的凸塊，所述凸塊在T型槽內(nèi)滑動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種藥劑注射器，其特征是電機驅(qū)動部分、注射推 進部分、注射部分、控制部分和電源部分均設(shè)置在注射器殼體中，注射器殼體為筆型，電機 驅(qū)動部分，注射推進部分和注射部分設(shè)置在同一軸線上，電機驅(qū)動部分位于筆型注射器殼 體的筆尾端，注射部分位于筆頭端，注射部分的注射針伸出注射器殼體，對應(yīng)設(shè)置帽蓋，密 閉注射針。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種藥劑注射器，其特征是注射部分結(jié)構(gòu)具體為藥液筒連 接注射針的一端伸出注射器殼體，伸出的部分外設(shè)有藥液筒護套，帽蓋與藥液筒護套配合 密閉注射針，帽蓋中對應(yīng)注射針設(shè)有注射針護套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種藥劑注射器，其特征是藥劑注射器設(shè)有顯示 屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口，顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口分別連接控制部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種藥劑注射器，其特征是藥劑注射器設(shè)有顯示屏、按鍵、蜂 鳴器和USB接口，顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口分別連接控制部分。
8.權(quán)利要求1-7任一項所述的藥劑注射器的控制方法，其特征是包括1)、控制部分的微處理器發(fā)出脈沖信號，通過步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機按設(shè)定 的方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度及步進角，與步進電機連接的螺桿相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，頂出管在內(nèi)壁與螺桿 相配的螺紋作用下，與螺桿相對軸向位移，推動活塞在藥液筒內(nèi)移動，進而推動藥液筒內(nèi)的 藥液，步進電機轉(zhuǎn)動的角位移由此轉(zhuǎn)化為活塞的直線位移，由這一線性關(guān)系控制胰島素的 注射劑量；2)、步進電機上設(shè)置的感應(yīng)盤及光電感應(yīng)器監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)動，感應(yīng)盤為齒輪狀結(jié)構(gòu)，光 電感應(yīng)器設(shè)置在感應(yīng)盤邊緣，其感應(yīng)光路對應(yīng)于齒輪狀結(jié)構(gòu)的齒的位置，由于感應(yīng)盤隨電 機同步旋轉(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)盤的輪齒間歇性的隔斷光電感應(yīng)器的感應(yīng)光路，由此而產(chǎn)生 和電機轉(zhuǎn)動情況緊密相關(guān)的脈沖信號，控制部分根據(jù)光電感應(yīng)器的監(jiān)測信號判斷電機的轉(zhuǎn) 動狀態(tài)，根據(jù)當前設(shè)定的電機工作狀態(tài)與光電感應(yīng)器的監(jiān)測結(jié)果，判斷電機是否正常工作， 當電機因為異常情況停轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)或者異速轉(zhuǎn)動時，進行報警；3)、控制部分連接人機接口，包括顯示屏、按鍵、蜂鳴器和USB接口，顯示屏用于注射器 狀態(tài)和注射數(shù)據(jù)顯示，按鍵用于設(shè)定注射器的工作，蜂鳴器用于提醒，USB接口用于與計算 機設(shè)備連接和充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的藥劑注射器的控制方法，其特征是控制部分的微處理器設(shè)有 Flash存儲器，通過軟件方式實現(xiàn)以下控制1)、注射模式設(shè)定快捷模式或分時模式快捷模式下，每次設(shè)定完注射劑量的時候，將參數(shù)存入Flash存儲器中，之后每次注射 前如果不重新設(shè)置新的注射劑量，就直接從Flash存儲器中讀取出上一次保存的注射劑量 參數(shù)，作為當前注射的注射劑量；分時模式下，對不同時刻設(shè)置不同注射劑量值，并設(shè)定時間提醒；2)、存儲注射信息，采用FIFO模式實現(xiàn)信息的存儲，存儲區(qū)中保存最近20次的歷史注 射信息，包括注射開始時刻、注射劑量和注射模式；3)、歷史注射數(shù)據(jù)的瀏覽，通過按鍵選擇將Flash存儲器中存儲的信息直接在顯示屏 上逐條顯示出來，或?qū)⒋鎯Φ男畔⑼ㄟ^USB接口傳輸?shù)缴衔粰C上，在上位機上的軟件中進 行瀏覽和查閱；4)兩次注射時間間隔太短則禁止注射，設(shè)定注射時間間隔閾值，根據(jù)存儲的最近一次 注射信息，本次注射時間間隔小于閾值則禁止本次注射；5)設(shè)定省電模式，經(jīng)過設(shè)定的時間如果沒有操作，注射器進入低功耗狀態(tài)，以此來節(jié)約 電量，處在低功耗狀態(tài)下的控制部分在遇到按鍵中斷的時候跳出低功耗狀態(tài)，回到正常的 工作模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的藥劑注射器的控制方法，其特征是注射器設(shè)有以下操作提 醒方式1)、當一次注射結(jié)束時，控制部分根據(jù)光電感應(yīng)器的監(jiān)測信號，控制蜂鳴器提示使用者 本次注射結(jié)束，同時在顯示屏顯示本次注射的設(shè)定劑量，并顯示注射結(jié)束信息；2)、控制部分根據(jù)存儲的注射信息，計算藥液筒的剩余劑量，當藥液筒中的剩余劑量小 于本次設(shè)定的注射劑量時，蜂鳴器發(fā)出警報以提醒使用者更換藥液筒；藥液筒劑量全部注 射完后，控制部分控制電機自動回到初始位置，準備使用新的藥液筒的藥液進行注射；3)、實時監(jiān)測電池的電壓，電壓信息通過A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)娇刂撇糠?，當小于設(shè)定的閾 值時就進行報警，提醒使用者進行充電或更換電池，電池剩余電量低于設(shè)定閾值時禁止注 射；4)、設(shè)定注射時刻提醒，包括蜂鳴器聲音提示和屏幕顯示。
全文摘要
一種藥劑注射器及其控制方法，藥劑注射器包括電機驅(qū)動部分、注射推進部分、注射部分、控制部分和電源部分，及注射器殼體，電機驅(qū)動部分包括步進電機總成和感應(yīng)結(jié)構(gòu)，感應(yīng)結(jié)構(gòu)通過光電感應(yīng)器監(jiān)測步進電機的運行狀態(tài)，電機驅(qū)動部分通過注射推動部分驅(qū)動注射部分完成注射工作，控制部分實現(xiàn)智能化控制，電源供電。本發(fā)明機械結(jié)構(gòu)部分運行穩(wěn)定，特別在設(shè)置了光電感應(yīng)裝置，利用光電感應(yīng)反饋步進電機運轉(zhuǎn)信息，警示提醒患者注射器的工作狀態(tài)，減少用藥隱患。本發(fā)明在控制部分上也有諸多改進，實現(xiàn)智能化，操作便捷，保證了注射的安全性。
文檔編號G05B19/02GK101862489SQ20101020072
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者寧新寶, 展慶波, 莊建軍, 徐小軍, 朱建軍, 李曉聰, 許云初, 趙文睿, 邵毅 申請人:江蘇華陽電器有限公司;南京大學