CN106581813A

CN106581813A - 重力输液泵

Info

Publication number: CN106581813A
Application number: CN201710016412.8A
Authority: CN
Inventors: 吴新社
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明公开了一种流速控制精度更高的重力输液泵，它包括主机和探控器；所述主机包括主移动电源、具有悬挂功能的外壳、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键；所述探控器包括探控盒、从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块、电机零位开关及泵门开关；所述主移动电源、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键均安装于外壳内；所述从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块及泵门开关均安装于探控盒内。本发明具有输液精度较高、整体结构小巧以及操作使用简便等优点。

Description

重力输液泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是一种通过称量药液重量获取输液速率、求解输液误差并及时做出修正的高精度重力输液泵。

背景技术

现有蠕动式输液泵通过挤压输液管驱动药液注入血管，完成输液任务。输液过程的流速（ml/h）精度关系到治疗效果乃至生命安全。由于输液管 (多为PVC材料)弹性、环境温度、使用时长和外形尺寸不同，同一台输液泵使用不同厂家或不同批次输液器的流速精度不同，同样的输液泵和输液器，不同环境温度和使用时长条件下的流速精度也不同，因此现有输液泵的流速误差较大，远远超过5％的技术要求，严重影响治疗效果乃至患者生命安全，为此提出一种重力输液泵技术方案。重力输液泵以单片机控制为基础，通过实时测量药液重量间接获得实时流速并计算流速偏差，在步进电机驱动下依靠螺母丝杠机构运动改变输液管截面大小，进行流速控制，保证输液精度。

发明内容

本发明针对现有输液泵受管路弹性、外形尺寸和环境温度及使用时长影响、流速精度不高的问题，提出一种重力输液泵，可以避免上述因素影响，保证输液流速精度。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种重力输液泵，包括主机和探控器；所述主机包括主移动电源、具有悬挂功能的外壳、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键；所述探控器包括探控盒、从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块、电机零位开关及泵门开关；所述主移动电源、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键均安装于外壳内；所述从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块及泵门开关均安装于探控盒内。主机和探控器通过蓝牙技术相连。主机采用可悬挂平板结构，相关组件固定于可悬挂外壳内，壳内采用三明治结构，前面一层为主控制电路板（含主蓝牙模块）和液晶显示屏，中间一层为称重传感器，后面一层为移动电源。称重传感器居中，控制电路板靠右，称重传感器下端固连可悬挂输液袋或药瓶的挂钩，左边空间作为升级备用。探控盒采用带凹槽和泵门的方形壳体，从上至下分别安装气泡探测器、从控制电路板（含从蓝牙模块）、从移动电源、流速控制器和电机零位开关及泵门开关。主机与探控器可以通过蓝牙技术连接，还可通过导线相连，其余各组件导线相连。

所述主机和探控器主要采用有线连接方式。

所述外壳为带提手的平板形状，分为前后两块，前面一块中央位置开有与液晶显示屏配套的窗口，右边位置开有与按键匹配的若干个小孔，下面开有放置挂钩的圆孔，里边设有固定组件的定位螺钉孔。

所述称重传感器为S形或一字形，两根输入线（电源），两根输出线（信号），量程0～5kg。

所述气泡探测器为超声传感器，U形结构，一端发射超声，另一端接收超声，适用于直径3～6mm的输液管，驱动频率2～3MHz，探测灵敏度优于10ul。

所述主控制电路板包括放大器、内部自带A/D的单片机及蜂鸣器，所述按键和主蓝牙模块安装于主控制电路板上；主控制电路板可以实时测量药液重量，计算流速偏差，控制输液进程，显示剩余时间、已输液量、报警原因、运行状态和电池电量等。所述从控制电路板包括气泡探测驱动电路、内部自带A/D的单片机、步进电机驱动电路及电机零位开关，所述从蓝牙模块、电机零位开关及泵门开关与从控制电路板相连。从控制电路板可以实时检测管路气泡，控制步进电机运动，探测泵门和电机零位位置，感知阻塞报警，判断外部干扰性质（拉拽，折弯，摆动等），向主机发送状态数据等。

所述液晶显示屏自带驱动，可以显示5行，工作电压5V，矩阵规模320×256以上，上面两行显示流速，下面一行显示报警原因及电量信息，中间两行显示剩余时间和已输液量，右边靠近按键一列显示运行状态。

所述流速控制器由步进电机和螺母丝杠机构组成，步进电机可正反旋转，扭矩不大于0.10Nm，丝杠长度大于7mm；步进电机零位为流速最大位置；螺母套内螺纹长度大于6mm，螺母套滑动安装于探控盒内，螺母只能直线运动不能转动，轴线垂直或平行泵门。

所述主蓝牙模块和从蓝牙模块原理结构相同，内部软件设置和功能作用不同；主蓝牙模块最大传输距离20米，串口数据格式，可控制多个从蓝牙模块。

所述从蓝牙模块通过流速控制器调低输液流速，使之自动具有静脉开放功能（KVO）。

所述重力输液泵通过按键锁定输液流速，防止他人修改流速数值，引发医疗事故。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明的输液精度更高。由于采用称重输液而非挤压输液原理，输液过程不受管路材料、环境温度和使用时长影响，只与称重传感器精度、控制电路和电源质量有关，因而输液精度得以提高，理论可达10％以内。

（2）本发明的外形结构小巧。由于没有体积较大的挤压药液机构，输液过程依靠药液自身重力，只需一个微型电机控制输液流速即可，设备结构简化，能源消耗降低，体积和重量减小一半以上。

（3）本发明的操作使用简便。由于设备主机采用类似手机的平板结构，且只有5个可单手操作的按键（常用3个），可分离的探控盒很小，只需打开泵门、卡到紧贴滴壶下方的输液管上即可，因而操作使用非常方便，适用于工作非常繁忙的护理人员使用。

（4）本发明的制造成本较低。由于省去了复杂的驱动机构，缩小了外形尺寸，减轻了结构重量，制造只需移动电源、液晶显示器、称重传感器、两块电路板等低值组件，因而制造成本大幅下降。

（5）本发明具有自动保持静脉开放功能（KVO），通过流速控制器调低输液流速，防止回血。

（6）本发明无需配置压力传感器，通过控制程序即可感知输液过程的管路阻塞。

（7）本发明可以通过按键锁定输液流速，防止他人更改流速数值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的称重部分原理图；

图2为本发明的流速控制部分原理图；

图3为本发明的主机控制电路原理框图；

图4为本发明的探控器控制电路原理框图；

图5为本发明采用有线控制电路的原理框图；

图6为本发明的控制过程图；

图7为本发明的液晶液晶显示屏及按键布局示意图；

图8为本发明的主机结构示意图；

图9为本发明的探控器结构示意图；

图1-9中各标号为：1步进电机；2螺母套；3管夹；4电机零位开关；5输液管；6泵门开关；7探控盒；8泵门；9气泡探测器；10从控制电路板；11外壳；12称重传感器；13控制电路板；14主移动电源；15液晶显示屏；16挂钩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图8-9所示的重力输液泵，包括主机以及探控器；所述主机包括主移动电源、具有悬挂功能的外壳、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键；所述探控器包括探控盒、从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块、电机零位开关及泵门开关；所述主移动电源、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键均安装于外壳内；所述从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块及泵门开关均安装于探控盒内。主机和探控器通过蓝牙技术或导线相连。主机采用可悬挂平板结构，相关组件固定于可悬挂外壳内，壳内采用三明治结构，前面一层为主控制电路板（含主蓝牙模块）和液晶显示屏，中间一层为称重传感器，后面一层为移动电源。称重传感器居中，控制电路板靠右，称重传感器下端固连可悬挂输液袋或药瓶的挂钩，左边空间作为充电插座。探控盒采用带凹槽和泵门8的方形壳体7，从上至下分别安装气泡探测器、从控制电路板（含从蓝牙模块）、从移动电源、流速控制器和电机零位开关及泵门开关。主机与探控器通过蓝牙技术连接，其余各组件导线相连。

所述外壳为带提手的平板形状，分为前后两块，前面一块中央位置开有与液晶显示屏匹配的窗口，右边位置开有与按键匹配的若干个小孔，下面开有放置挂钩的圆孔，里边设有固定组件的定位螺钉孔。

所述气泡探测器为超声传感器，U形结构，一端发射超声，另一端接收超声，适用于直径3～6mm输液管，驱动频率2～3MHz，探测灵敏度优于10ul。

所述主控制电路板包括放大器、内部自带A/D的单片机及蜂鸣器，所述按键和主蓝牙模块安装于主控制电路板上；主控制电路板可以实时测量药液重量，计算流速偏差，控制输液进程，显示剩余时间、已输液量、报警原因、运行状态和电池电量等。所述从控制电路板包括气泡探测驱动电路、内部自带A/D的单片机、步进电机驱动电路及电机零位开关，所述从蓝牙模块及泵门开关、电机零位开关与从控制电路板相连。从控制电路板可以实时检测管路气泡，控制步进电机运动，探测泵门和电机零位位置，感知阻塞报警，判断外部干扰性质（拉拽，折弯，摆动等），向主机发送状态数据等。

所述流速控制器由步进电机和螺母丝杠机构组成，步进电机可正反旋转，扭矩不大于0.10Nm，丝杠长度大于7mm；步进电机零位为流速最大位置；螺母套内螺纹长度大于6mm，螺母套滑动安装于控制盒内，螺母只能直线运动不能转动，轴线垂直或平行泵门。

所述主移动电源和从移动电源，由充放电电路板、电量测量电路板和18650电芯或锂聚合物电芯组成，容量分别不小于10000mAh和5000mAh，输出5V。

所述按键为常开型，大小一样，不少于5个（本例中需要5个），排成一列安装在主控制电路板的右边，分别用来进行静音（流速单位切换）、流速增加、流速减少、启动输液（锁定流速）和电源开关。

图1 为本发明的称重原理，称重传感器上端固定在可悬挂外壳内，下端连接可悬挂输液袋（瓶）的挂钩。称重传感器输出的微伏信号经放大器放大到5V后，进入单片机，然后进行模数转换，得到单片机可识别的数字信号。

图2为本发明的流速控制部分原理图，包含步进电机1、螺母套2、管夹3、电机零位开关4、输液管5、泵门开关6；步进电机1的丝杠与驱动螺母套2，螺母套只能直线运动不能旋转，运动行程超过输液管5的直径。步进电机运动到零位后，零位开关4产生动作，以此作为运动起点，需要控制流速时，步进电机旋转驱动螺母套直线运动，挤压输液管5，通过改变截面大小实现流速变化。

图3为本发明的主机控制电路（主控制电路板）原理框图，包含放大器、单片机、移动电源、蜂鸣器和按键；称重传感器送出的微伏级模拟信号经放大器放大到5V左右，进入自带A/D功能的单片机内部，完成模数转换后供单片机使用；随着输液的进行，液体重量不断减少，单片机通过控制程序计算重量减少速率并转换为流速，再与设定值比较，求出误差大小；然后将误差信号通过蓝牙模块发送给探控器，由探控器控制流速控制器上的步进电机旋转，实现流速控制，保证输液精度；出现输液异常（如拉拽、弯折、托起、摇摆等干扰）信号后，控制程序可以消除干扰，单片机控制蜂鸣器发出报警声音，提示使用者注意；此外该电路还将输液流速、运行状态、剩余时间、已输液量和电池电量等信息送给液晶液晶显示屏进行显示。

图4为本发明的探控器控制电路原理框图，包含单片机电路、气泡探测器驱动电路、步进电机驱动电路、泵门开关电路和从蓝牙模块。平时为待机状态，输液管装入探控盒、泵门关闭后泵门开关动作，单片机立即检测步进电机泵门开关位置，探测有无气泡，然后通过从蓝牙模块发送状态OK信号给主机，主机转入可用状态并在状态栏显示暂停状态，操作者设定流速并确定输液后，向探控器发送输液指令，从控制电路板上的单片机驱动步进电机运动到适当位置，然后等待新的输液流速信号过来，一直这样直到输液结束。

图5为本发明采用有线控制的电路原理图，主机和探控器仍为分体结构，驱动电源和控制信号通过导线直接相连，没有从移动电源、从控制电路板（此时不含气泡探测电路）、主蓝牙模块和从蓝牙模块，组成更加简洁，功能完全相同。

图6为本发明的控制过程图，操作者开机后，将所有待输药液挂到主机下面的挂钩上，设备自动称量并记录药液重量，输液管装入探控盒、关闭泵门后，探控盒上的控制电路立即检查泵门关闭状态、步进电机零位和管路有无气泡，然后向主机发送OK信号，主机收到信号后提示操作者可以使用了，操作者设定流速后按START键开始输液，探控器按主机的输液指令控制步进电机运动，直到精度符合要求。输液过程中发生管路拉拽、弯折和输液袋瓶托起、摇摆时，控制程序发出报警提示并自动消除外部干扰。输完一袋（瓶）后，气泡探测器探测到空气，立即暂停输液并发出报警提示，操作者更换药袋（瓶）后，设定速率（如果需要）并按下START键后，接着下一袋药液的输送，直到输液结束。

图7为本发明的液晶液晶显示屏，像素矩阵320×256左右，工作电压5V，分成流速显示、剩余时间显示、已输液量显示、报警原因显示和电池电量显示等区域，右边一列为运行状态显示窗口，分别显示运行（▼）、暂停（▍▍）两种状态符号。紧邻液晶液晶显示屏右边一列5个按键用于操作使用，分别用于静音和单位切换、流速增加、流速减少、启动输液和锁定流速以及开关机。

本发明的制造过程如下：

第一步，选购0～5kg、5V供电的称重传感器YZC-133，放大器AD620，单片机STM32F103C8，充电芯片FM9603BL，电机驱动芯片TC1508，气泡探测器探头ZBU02-207，液晶液晶显示屏LCD12864R、泵门开关和按键；

第二步，设计主机和探控器详细结构，尤其是各组件安装固定方式；

第三步，确定主控制电路板和从控制电路板平面尺寸及安装元件的许可高度；

第四步，设计电路原理图，制作PCB板，然后安装元件、测试电路；

第五步，制作主机和探控器外壳；

第六步，将称重传感器、主控制电路板（含液晶液晶显示屏、主蓝牙模块）、主移动电源及挂钩装入主机外壳内并固定好；

第七步，将气泡探测器、从控制电路板、从移动电源、流速控制器的步进电机、零位开关和泵门开关分别装入探控盒内并固定好；

第八步，分别向主控制电路板和从控制电路板写入控制程序，设定运行参数等。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

（1）本发明输液精度更高，能够降低因输液流速不准带来的医疗风险，可望减少医疗事故；

（2）本发明外形结构小巧，体积变小、重量变轻、能耗降低、节约资源；

（3）本发明操作使用简便，智能程度高，操作动作少，且具有单手操作功能；

（4）本发明制造成本较低，市场潜力大，具有推广应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种重力输液泵，其特征在于：包括主机和探控器；所述主机包括主移动电源、具有悬挂功能的外壳、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键；所述探控器包括探控盒、从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块、电机零位开关及泵门开关；所述主移动电源、称重传感器、主控制电路板、液晶显示屏、主蓝牙模块和按键均安装于外壳内；所述从移动电源、从控制电路板、气泡探测器、流速控制器、从蓝牙模块及泵门开关均安装于探控盒内。

2.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述主机和探控器主要采用有线连接方式。

3.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述外壳为带提手的平板形状，分为前后两块，前面一块中央位置开有与液晶显示屏配套的窗口，右边位置开有若干个小孔，下面开有放置挂钩的圆孔，里边设有固定组件的定位螺钉孔。

4.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述称重传感器为S形或一字形，两根输入线，两根输出线，量程0～5kg。

5.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述气泡探测器为超声传感器，U形结构，一端发射超声，另一端接收超声，适用于直径3～6mm的输液管，驱动频率2～3MHz，探测灵敏度优于10ul。

6.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述主控制电路板包括放大器、内部自带A/D的单片机及蜂鸣器，所述按键和主蓝牙模块安装于主控制电路板上；所述从控制电路板包括气泡探测驱动电路、内部自带A/D的单片机及步进电机驱动电路，所述从蓝牙模块、电机零位开关及泵门开关与从控制电路板相连。

7.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述液晶显示屏自带驱动，可以显示5行，工作电压5V，矩阵规模320×256以上，上面两行显示流速，下面一行显示报警原因及电量信息，中间两行显示剩余时间和已输液量，右边靠近按键一列显示运行状态。

8.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述流速控制器由步进电机和螺母丝杠机构组成，步进电机可正反旋转，扭矩不大于0.10Nm，丝杠长度大于7mm；步进电机零位为流速最大位置；螺母套内螺纹长度大于6mm，螺母套滑动安装于控制盒内。

9.根据权利要求1所述重力输液泵，其特征在于：所述重力输液泵通过按键锁定输液流速，防止他人修改流速数值，引发医疗事故。