專利名稱：確保注射設(shè)備中的電動(dòng)機(jī)的恒速的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確保注射設(shè)備中的電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的恒速 的方法。尤其是，本發(fā)明涉及一種用于設(shè)置優(yōu)選目標(biāo)速度，并且如果 電池的容量不足以達(dá)到或確保優(yōu)選目標(biāo)速度，則將優(yōu)選目標(biāo)速度降到 次級(jí)目標(biāo)速度的方法。本發(fā)明還涉及一種如果不能達(dá)到或維持目標(biāo)速 度，則產(chǎn)生告警信號(hào)的方法。
背景技術(shù)：
US 5,505,697公開了 一種電動(dòng)噴射注射器，該注射器將柱塞驅(qū)動(dòng) 器壓向柱塞以產(chǎn)生刺入人的皮膚的高初始?jí)毫γ}沖。然后，該柱塞驅(qū) 動(dòng)器繼續(xù)產(chǎn)生較低的輸出壓力直到完成例如胰島素的注射。注射器內(nèi) 的微處理器對(duì)移動(dòng)柱塞驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)的速度和方向進(jìn)行控制。該注 射器提供一種皮下注射，其對(duì)用于治療糖尿病的胰島素注射尤其有 用。
US 5，505，697公開了在注射的最初刺入階段，存在到大約4000psi 的峰值壓力的非?？斓膲毫υ鲩L(zhǎng)。該峰值壓力用于刺入皮膚并在皮下 組織中產(chǎn)生短的、略微細(xì)長(zhǎng)的通道。當(dāng)大約達(dá)到初始?jí)毫Ψ逯禃r(shí)，為 了在輸出階段輸出穩(wěn)態(tài)輸出壓力，CPU提供新的命令給電源切換電路 板以便降低電動(dòng)機(jī)速度。通常，輸出壓力在所實(shí)現(xiàn)的峰值壓力的約1/2 到1/3之間。僅在非常短的持續(xù)時(shí)間需要高壓以刺入皮膚并在皮下組 織內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)稱通道。然后，接下來的低穩(wěn)定輸出壓力僅用流體來填充 現(xiàn)有通道，而不會(huì)進(jìn)一步破壞組織。通過電動(dòng)機(jī)速度的閉環(huán)調(diào)節(jié)來提 供輸出階段的壓力控制。尤其是使用脈寬調(diào)制(PWM)，其中，CPU 中的固定頻率脈沖產(chǎn)生器的"接通時(shí)間"變化，以調(diào)制提供給電動(dòng)機(jī)的 平均電流。閉環(huán)控制允許設(shè)備補(bǔ)償電池電壓的變化、由于磨損或環(huán)境
溫度的變化而引起的摩擦力的變化、或安瓿參數(shù)特別是柱塞摩擦力的 變化。US 5,505,697中沒有提及如何對(duì)電池電壓的變化進(jìn)行補(bǔ)償。因 而，US 5,505,697沒有提及當(dāng)電池電壓降至電池的標(biāo)稱電壓水平以下 時(shí)，如何讓電動(dòng)機(jī)速度保持恒定。因此，需要一種即使在電池電壓下 降低于電池的標(biāo)稱電壓水平時(shí)，確保電動(dòng)機(jī)速度可以保持恒定的方 法。本發(fā)明的目的是提供一種確保注射設(shè)備中的電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 恒速的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在電池電壓低于電池的標(biāo)稱電 壓的情況下，確保電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的恒速的方法。發(fā)明內(nèi)容在第一方面，通過提供一種確保電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的恒定目標(biāo)速度 的方法來實(shí)現(xiàn)上述目的，所述電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)適于移動(dòng)注射設(shè)備中的 活塞桿，以便從注射設(shè)備注射設(shè)定劑量的藥物，該方法包括步驟 -設(shè)定要由活塞桿實(shí)現(xiàn)的第一目標(biāo)速度， -確定是否可以達(dá)到第一目標(biāo)速度，以及，-如果可以達(dá)到第 一 目標(biāo)速度，則維持第 一 目標(biāo)速度直到已 經(jīng)從注射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或-如果不能達(dá)到第一目標(biāo)速度，則設(shè)定第二目標(biāo)速度。 根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括確定是否可以達(dá)到第二目標(biāo) 速度的步驟，以及-如果可以達(dá)到第二目標(biāo)速度，則維持第二目標(biāo)速度直到已 經(jīng)從注射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或-如果不能達(dá)到第二目標(biāo)速度，則設(shè)定第三目標(biāo)速度。 根據(jù)本發(fā)明的方法甚至可以進(jìn)一步包括下列步驟確定是否可以 達(dá)到第三目標(biāo)速度，如果可以達(dá)到第三目標(biāo)速度，則維持第三目標(biāo)速 度直到已經(jīng)從注射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或，如果不能達(dá)到第
三目標(biāo)速度，則關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。關(guān)閉電動(dòng)機(jī)意味著目標(biāo)速度設(shè)定為零。
第 一 目標(biāo)速度可以高于第二目標(biāo)速度，第二目標(biāo)速度可以高于第 三目標(biāo)速度。因此，在啟動(dòng)時(shí)注射設(shè)備系統(tǒng)的控制模塊設(shè)定優(yōu)選目標(biāo) 速度。如果不能達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速度，則設(shè)定略低的目標(biāo)速度。在不能 達(dá)到該較低的目標(biāo)速度的情況下，設(shè)定甚至更低的目標(biāo)速度。原則上， 該過程可以持續(xù)任意次數(shù)，但由于該注射設(shè)備的用戶需要在合理期間 內(nèi)知道注射設(shè)備是否能夠以恒速完成設(shè)定劑量的藥物注射，通常在電 動(dòng)機(jī)關(guān)閉之前設(shè)定三個(gè)目標(biāo)速度，并向注射設(shè)備的用戶提供告警信 號(hào)，通知用戶需要更換電池。
活塞桿速度的確定可包括使用某類編碼器單元和相關(guān)的電子檢 測(cè)電路來測(cè)定電動(dòng)機(jī)的速度。根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一 步包括測(cè)量 提供給電動(dòng)機(jī)的電流的步驟?？梢酝ㄟ^在電池和電動(dòng)機(jī)之間插入電流 傳感器，或通過測(cè)量可操作地連接到電動(dòng)機(jī)的一個(gè)端子的外部電阻兩 端的電壓降，來進(jìn)行這種測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括步驟如果提供給電動(dòng)機(jī)的電 流超過預(yù)定值，則關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。如果電動(dòng)機(jī)不知何故被阻塞，例如機(jī) 械阻塞，或者如果設(shè)定劑量被強(qiáng)制高速通過細(xì)注射針，則可以發(fā)生高 電流。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括當(dāng)設(shè)定第二目標(biāo)速度時(shí)產(chǎn)生 電池告警信號(hào)的步驟。該電池告警信號(hào)可提供給注射設(shè)備的控制模 塊，以警告設(shè)備的用戶電池的容量不足以達(dá)到第一目標(biāo)速度。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一方面的方
法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
-電動(dòng)機(jī)，其可操作地連接到方向敏感編碼單元，以及 -控制模塊，其包括用戶界面、微處理器、存儲(chǔ)模塊、電動(dòng)機(jī)控
制器和至少一個(gè)用于將輸入到控制模塊的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式
的A/D轉(zhuǎn)換器。
所述編碼單元可直接連接到DC電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸上，以便提供 有關(guān)電動(dòng)機(jī)軸的角位置的信息以及提供有關(guān)電動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)方向的
信息。原則上，用戶界面可以是能夠支持注射設(shè)備的用戶和設(shè)備之間 的通信的任何類型的用戶界面。例如，按鈕和壓敏平板顯示器可以是 適當(dāng)?shù)挠脩艚缑妗ｏ@示器還可向用戶提供有關(guān)注射設(shè)備的狀態(tài)的信 息。而且，有關(guān)電池剩余容量的告警信號(hào)可經(jīng)由這種平板顯示器傳送 給注射設(shè)備的用戶。微處理器可以是適于執(zhí)行或進(jìn)行預(yù)定步驟以便控
制活塞桿的回動(dòng)過程的ASIC。例如，諸如測(cè)量的電流和活塞桿的實(shí) 際位置的信號(hào)的處理可由微處理器來操作。電動(dòng)機(jī)控制器可包括包含 四個(gè)晶體管的常規(guī)H電橋。這種H電橋能夠在前向和后向上驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)?？赏ㄟ^調(diào)整至一個(gè)和更多晶體管的脈寬調(diào)制(PWM)控制信 號(hào)的占空比，來改變來自H電橋的輸出電壓。A/D轉(zhuǎn)換器可適于將代 表提供給電動(dòng)機(jī)的電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于進(jìn)一步處理的數(shù)字格 式。
在第三方面，本發(fā)明涉及一種用于從包含藥物的安瓿注射設(shè)定劑 量藥物的注射設(shè)備，所述注射設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明第二方面的系統(tǒng)。 從注射設(shè)備注射的藥物可以是胰島素。
第四方面，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)在諸如ASIC的 計(jì)算機(jī)或微處理器上運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā) 明第一方面的方法。


將參考附圖l進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，其以流程圖的形式描述了 本發(fā)明的方法。
雖然本發(fā)明適于各種修改和替換形式，但是這里通過例證的方式 在附圖中示出了特定實(shí)施例，并進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是， 本發(fā)明不試圖局限于所公開的特定形式。相反，本發(fā)明將覆蓋如權(quán)利 要求所限定的落入本發(fā)明精神范圍內(nèi)的所有修改、等同替換和替代方 式。
具體實(shí)施例方式
通常，本發(fā)明涉及一種方法，用于向注射設(shè)備中的電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)供電，并確保在注射設(shè)定劑量藥物期間以恒速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由于電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作用于包含藥物的安瓿的活塞桿，因此非常有必要以恒速向 前并朝向安瓿移動(dòng)活塞桿，使得安瓿中的藥物(如胰島素)以每時(shí)間 單位恒定量從注射設(shè)備注射。當(dāng)設(shè)定劑量的藥物要從注射設(shè)備注射時(shí)，控制模塊設(shè)置電動(dòng)機(jī)要 達(dá)到的優(yōu)選目標(biāo)速度。注射期間，定期測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度和提供給電 動(dòng)機(jī)的電流。如果電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到并維持優(yōu)選目標(biāo)速度，則通過以這 個(gè)優(yōu)選電動(dòng)機(jī)速度驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來注射設(shè)定劑量，直到注射完成。如果 由于電池電壓降低而不能達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速度，或不能維持優(yōu)選目標(biāo)速 度，則控制模塊設(shè)定低于該優(yōu)選目標(biāo)速度的第二目標(biāo)速度。同時(shí)，產(chǎn) 生告警信號(hào)，告知注射設(shè)備的用戶電池的剩余容量不足以以優(yōu)選目標(biāo) 速度來運(yùn)行電動(dòng)機(jī)。在設(shè)定第二目標(biāo)速度之前，啟動(dòng)達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速 度的進(jìn)一步嘗試。這種嘗試可包括增加提供給電動(dòng)機(jī)的電壓水平。通過調(diào)整至一個(gè)或更多晶體管的PWM控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)這種增加。如果電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到并維持第二目標(biāo)速度，則在該電動(dòng)機(jī)速度注 射所述設(shè)定劑量。如果不能達(dá)到或維持第二目標(biāo)速度，則由控制模塊 設(shè)定第三以及甚至更低的目標(biāo)速度。如果不能達(dá)到或維持第三目標(biāo)速 度，則控制單元關(guān)閉電動(dòng)機(jī)并產(chǎn)生告警信號(hào)，以告知用戶需要馬上更 換電池。圖1的流程圖示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方法。在邏輯框"開始" 處開始，設(shè)定優(yōu)選目標(biāo)速度。經(jīng)過預(yù)定時(shí)間段以后，檢查電動(dòng)機(jī)是否 已達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速度。使用可操作地連接到電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸的編碼 器來測(cè)量該電動(dòng)機(jī)速度。如果達(dá)到或能維持優(yōu)選目標(biāo)速度，則注射完 成并到達(dá)邏輯框"注射完成"，所述注射設(shè)備準(zhǔn)備注射新劑量的藥物。如果不能達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速度，則檢查電動(dòng)機(jī)是否過栽。例如可能 由電動(dòng)機(jī)軸的機(jī)械阻塞或電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的活塞桿的機(jī)械阻塞引起電 動(dòng)機(jī)過栽。如果檢測(cè)到這種阻塞，則馬上關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。通過測(cè)量提供 給電動(dòng)機(jī)的電流來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的過載狀態(tài)-如果過載狀態(tài)發(fā)生，則提
供給電動(dòng)機(jī)的電流水平超過預(yù)定值，以及控制模塊關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。
如果電動(dòng)機(jī)不能達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速度，并且沒有檢測(cè)到過流，則目 標(biāo)速度從優(yōu)選目標(biāo)速度降至第二和更低的目標(biāo)速度。如上所述，電動(dòng) 機(jī)具有預(yù)定時(shí)段到達(dá)優(yōu)選目標(biāo)速度。該預(yù)定時(shí)段可以從幾個(gè)采樣率到 若干采樣率變化。如果設(shè)定第二目標(biāo)速度，則該電動(dòng)機(jī)必須在對(duì)應(yīng)于 給定達(dá)到優(yōu)選目標(biāo)速度的時(shí)間段的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到第二目標(biāo)速度。如果 能夠達(dá)到并維持第二目標(biāo)速度，則注射設(shè)備在第二目標(biāo)速度完成注 射。如果不是，則設(shè)定第三以及甚至更低的目標(biāo)速度，所述電動(dòng)機(jī)必 須在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到第三目標(biāo)速度。如果可以達(dá)到并維持第三目標(biāo) 速度，則注射設(shè)備在第三目標(biāo)速度完成注射。如果不是，或者如果檢 測(cè)到過流，則關(guān)閉電動(dòng)機(jī)并產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。該錯(cuò)誤信號(hào)通知注射設(shè)備 的用戶需要更換電池。
優(yōu)選目標(biāo)速度、第二目標(biāo)速度和第三目標(biāo)速度之間的典型比率如
下如果優(yōu)選目標(biāo)速度對(duì)應(yīng)于100%，則第二和第三目標(biāo)速度將典型 地分別對(duì)應(yīng)于70%和40%。然而，也可以應(yīng)用其他比率以及附加或 更小的目標(biāo)速度。
權(quán)利要求
1.一種用于確保電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的恒定目標(biāo)速度的方法，所述電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)適合于移動(dòng)注射設(shè)備中的活塞桿，以便從注射設(shè)備注射設(shè)定劑量的藥物，該方法包括下列步驟-設(shè)定活塞桿要達(dá)到的第一目標(biāo)速度，-確定是否能夠達(dá)到第一目標(biāo)速度，以及，-如果能夠達(dá)到第一目標(biāo)速度，則維持第一目標(biāo)速度直到已從注射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或者-如果不能達(dá)到第一目標(biāo)速度，則設(shè)定第二目標(biāo)速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括步驟確定是否能夠達(dá) 到第二目標(biāo)速度，以及-如果能夠達(dá)到第二目標(biāo)速度，則維持第二目標(biāo)速度直到已從注 射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或者-如果不能達(dá)到第二目標(biāo)速度，則設(shè)定第三目標(biāo)速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括步驟確定是否能夠達(dá) 到第三目標(biāo)速度，以及，如果能夠達(dá)到第三目標(biāo)速度，則維持笫三目標(biāo)速度直到已從注射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或者，如果不能達(dá) 到第三目標(biāo)速度，則關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3的任何一個(gè)的方法，其中，確定活塞桿的 速度包括測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4的任何一個(gè)的方法，進(jìn)一步包括測(cè)量提供 給電動(dòng)機(jī)的電流的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括如果提供給電動(dòng)機(jī)的電 流超過預(yù)定值，則關(guān)閉電動(dòng)機(jī)的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6的任何一個(gè)的方法，其中，所述第一目標(biāo) 速度高于第二目標(biāo)速度，所述第二目標(biāo)速度高于第三目標(biāo)速度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7的任何一個(gè)的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)設(shè)定笫 二目標(biāo)速度時(shí)產(chǎn)生電池告警信號(hào)的步驟，所述電池告警信號(hào)被提供給注射設(shè)備的控制模塊，以便警告設(shè)備的用戶電池容量不足以達(dá)到第一 目標(biāo)速度。
9. 一種執(zhí)行權(quán)利要求1-8的任何一個(gè)的方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-可操作地連接到方向敏感編碼單元的電動(dòng)機(jī)，以及 -控制模塊，包括用戶界面、微處理器、存儲(chǔ)器模塊、電動(dòng)機(jī)控制器以及至少一個(gè)用于將輸入到控制模塊的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的A/D轉(zhuǎn)換器。
10. —種用于從包含藥物的安瓿注射規(guī)定劑量的藥物的注射設(shè) 備，所述注射設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)。
11. 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)在微處理器上運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī) 程序產(chǎn)品適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1 - 8的任何一個(gè)的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確保電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的恒定目標(biāo)速度的方法，該電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)適合于移動(dòng)注射設(shè)備中的活塞桿，以便從注射設(shè)備注射設(shè)定劑量的藥物，該方法包括下列步驟設(shè)定活塞桿要達(dá)到的第一目標(biāo)速度，確定是否能夠達(dá)到第一目標(biāo)速度，以及，如果能夠達(dá)到第一目標(biāo)速度，則維持第一目標(biāo)速度直到已從注射設(shè)備注射了設(shè)定劑量的藥物，或者如果不能達(dá)到第一目標(biāo)速度，則設(shè)定第二目標(biāo)速度。
文檔編號(hào)H02P7/00GK101115516SQ200680004453
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日
發(fā)明者波·V·詹森, 金·耐霍姆 申請(qǐng)人:諾和諾德公司