CN106860967B - 高精度药物输注系统的容量传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度药物输注系统的容量传感装置，包括药物输注运动件、驱动源、光源、光探测装置和信号处理模块；所述药物输注运动件通过位移推压药物进行输注；所述驱动源与光源和信号处理模块电连接，用于驱动光源发光，所述驱动源向信号处理模块发送光源的入射光的信息；所述光源向药物输注运动件发出入射光，所述入射光经药物输注运动件反射后由光探测装置接收；所述光探测装置与信号处理模块电连接，所述光探测装置向信号处理模块发送接收的反射光的信息；所述信号处理模块根据入射光的信息的反射光的信息计算药物输注运动件位移距离，并计算药物输注量。该容量传感装置采用非接触式光电测量可达到微米级别测量精度，稳定性好。

Description

高精度药物输注系统的容量传感装置

技术领域

本发明涉及一种容量传感装置，特别是涉及一种高精度药物输注系统的容量传感装置，属于医疗传感技术领域。

背景技术

医疗药物输注系统是目前很多疾病的常规治疗设备，如针筒输注泵，胰岛素泵等。按照输注药物的不同和治疗方式的不同，对输注有不同的要求，如胰岛素输注过多或过少对病人都有致命的影响，因此输注的精度和稳定是其输注的基本要求。而输注的精度主要依赖于对输注量的测量精度。目前可穿戴式医疗设备的普及，对传感器的尺寸和重量又提出了很高的要求。

现有的胰岛素泵或针筒输注泵基本采用步进马达，因此输注量的测量大致采用的技术有直接测量步进马达的驱动脉冲数，这是一种可靠性较低的开环系统，无法避免“失步”误差，因此只能针对常规药物的输注。进一步的技术是增加光电或Hall效应的马达转动编码器，组成闭环系统，使得输注量测量的可靠性大幅度提高。但是，这种测量还是一种间接的测量，驱动机械的误差和随时间的机械弛豫造成了测量的误差，测量稳定性不够。间接测量，机械链接的误差都造成了测量精度不够。因此直接高精度的测量成为医疗输注的需要，特别是可佩戴输注医疗仪器需要微小的传感测试技术，美国Medtronic公司采用了微小线性电阻或电容的方法来直接测量胰岛素泵的输注量测量，但精度的分辨率还是不够，同时传感器的时间稳定性不够，因为这是机械接触摩擦性的装置。

发明内容

本发明提供了一种高精度药物输注系统的容量传感装置，提升药物输注量测量的精度。

本发明技术方案如下：一种高精度药物输注系统的容量传感装置，包括药物输注运动件、驱动源、光源、光探测装置和信号处理模块；所述药物输注运动件通过位移推压药物进行输注；所述驱动源与光源和信号处理模块电连接，用于驱动光源发光，所述驱动源向信号处理模块发送光源的入射光的信息；所述光源向药物输注运动件发出入射光，所述入射光经药物输注运动件反射后由光探测装置接收；所述光探测装置与信号处理模块电连接，所述光探测装置向信号处理模块发送接收的反射光的信息；所述信号处理模块根据入射光的信息的反射光的信息计算药物输注运动件位移距离，并计算药物输注量。

在本发明的一个具体实施例中，所述入射光的信息包括入射光的相位信息和频率，所述反射光的信息包括反射光的相位信息。

进一步的，所述信号处理模块进行模拟相敏相位差检测或者数字式相位差检测入射光和反射光的相位差。

为了排除相位差检测噪声，在本发明的一个具体实施例中，包括参考光反射面，所述光探测装置包括参考反射光探测器，所述入射光经参考光反射面反射形成参考反射光由参考反射光探测器接收，所述参考反射光探测器将参考反射光的信息发送给信号处理模块。

进一步的，所述信号处理模块根据反射光的信息和参考反射光的信息对反射光的信息进行差分放大除噪。

为了进一步提升容量传感装置的测量精度，在本发明的一个具体实施例中，包括分光片，所述分光片设置于光源和药物输注运动件之间，所述光探测装置接收由分光片反射的第二反射光和反射光形成的相关光，并将所述相关光的信息发送给信号处理模块。

进一步的，所述相关光的信息为相干光的强弱周期。

在本发明的一个具体实施例中，所述药物输注运动件设有光栅，所述反射光经过所述光栅形成衍射条纹，所述光探测装置接收衍射条纹，并将所述衍射条纹的信息发送给信号处理模块。

进一步的，所述衍射条纹的信息为衍射条纹的移动距离，所述光探测装置为CCD或CMOS光探测列阵。

本发明所提供的技术方案的优点在于：采用非接触式的光电技术提高精度和可靠性；采用光学千分尺的方法、光学相位干涉测量技术分别使得测量精度达到微米量级、亚微米量级；采用光学调制的方法提高测量的抗环境干扰能力，同时提高传感器的信噪比；采用光学滤波技术和红外光技术，实现高信噪比和灵敏度；采用光机电一体化集成，光源，探头和信号一体化，提高稳定性和可靠性。

附图说明

图1为实施例1的高精度药物输注系统的容量传感装置的结构示意图。

图2为实施例2的高精度药物输注系统的容量传感装置的结构示意图。

图3为实施例3的高精度药物输注系统的容量传感装置的结构示意图。

图4为实施例4的高精度药物输注系统的容量传感装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

请参考图1所示，本实施例的高精度药物输注系统的容量传感装置包括药物输注装置、驱动源102、光源103、光探测装置104和信号处理模块105。药物输注装置包括了药物管100和活塞101，活塞101即为药物输注运动件，其可通过步进电机连接传动机构后再药物管100内做直线推动，推压药物管100内药物完成输注动作。

驱动源102用于驱动光源103发光，其与光源103和信号处理模块105电连接。同时驱动源102用于将光源调制信号发送给信号处理模块105处理。光源103采用LED或者激光管进行发光，其发光参数由驱动源102确定，由光源103发射的入射光a射向药物输注运动件，即射向活塞101，在活塞101尾端设置光反射面反射入射光a形成反射光b。

光探测装置104与光源设置103在药物输注运动件的同侧用于接收由光反射面反射形成的反射光b，光探测装置104包括多个光探测器用于检测反射光b的相位，光探测装置104与信号处理模块105电连接，其将反射光b的相位信息发送给信号处理模块105。信号处理模块105根据驱动源102发送的光源调制信号计算获得入射光a的相位，以及根据光探测装置104发送的反射光b的相位，进行模拟相敏相位差检测或者数字式相位差检测得到入射光a以及反射光b的相位差。该相位差是调制的光源103经过反射的光程形成一定的，测量出的相位差，结合光速和光源调制信号的频率就可以测量出光源103—活塞101尾端—光探测装置104的距离，进而推算出活塞101的移动距离，再依据活塞101移动距离与药物输注量的固定关系即可获得对应的药物输注量。其中活塞101移动距离与药物输注量的固定关系可由预先进行的测量取得。

实施例2

请参考图2所示，本实施例的高精度药物输注系统的容量传感装置包括药物输注装置、驱动源202、光源203、光探测装置、参考光反射面206和信号处理模块205。药物输注装置包括了药物管200和活塞201，活塞201即为药物输注运动件，其可通过步进电机连接传动机构后再药物管200内做直线推动，推压药物管200内药物完成输注动作。

驱动源202用于驱动光源203发光，其与光源203和信号处理模块205电连接。同时驱动源202用于将光源调制信号发送给信号处理模块205处理。光源203采用LED或者激光管进行发光，其发光参数由驱动源202确定。由光源203发射的入射光c射向药物输注运动件，即射向活塞201，在活塞201尾端设置光反射面反射入射光c形成反射光d。同时光源203还向参考光反射面发送入射光c，参考光反射面206反射其入射光c形成参考反射光e。

光探测装置与光源203设置在药物输注运动件的同侧，光探测装置包括反射光探测装置204和参考反射光探测器204a。其中反射光探测装置204用于接收由光反射面反射形成的反射光d，参考反射光探测器204a用于接收参考光反射面206反射形成的参考反射光e。反射光探测装置204包括多个光探测器用于检测反射光d的相位，反射光探测装置204与信号处理模块205电连接，其将反射光d的相位信息发送给信号处理模块205。参考反射光探测器204a用于检测参考放射光e的光强，其将参考反射光e的光强信息发送给信号处理模块205。

信号处理模块205包括差分放大器，差分放大器利用参考反射光e的光强信息对反射光d的相位信息做差分放大，消除由于光强起伏造成的反射光相位噪声。信号处理模块205根据驱动源202发送的光源调制信号计算获得入射光c的相位，以及根据消除噪声的反射光d的相位，进行模拟相敏相位差检测或者数字式相位差检测得到入射光c以及反射光d的相位差。该相位差是调制的光源203经过反射的光程形成一定的，测量出的相位差，结合光速和光源调制信号的频率就可以测量出光源203—活塞201尾端—光探测装置的距离，进而推算出活塞201的移动距离，再依据活塞201移动距离与药物输注量的固定关系即可获得对应的药物输注量。其中活塞201移动距离与药物输注量的固定关系可由预先进行的测量取得。

实施例3

请参考图3所示，本实施例的高精度药物输注系统的容量传感装置包括药物输注装置、驱动源302、光源303、光探测装置304、分光片306和信号处理模块305。药物输注装置包括了药物管300和活塞301，活塞301即为药物输注运动件，其可通过步进电机连接传动机构后再药物管300内做直线推动，推压药物管300内药物完成输注动作。

驱动源302用于驱动光源303发光，其与光源303和信号处理模块305电连接。同时驱动源302用于将光源调制信号发送给信号处理模块305处理。光源303采用LED或者激光管进行发光，其发光参数由驱动源302确定。由光源303发射的入射光f射向药物输注运动件，即射向活塞301，在活塞301尾端设置光反射面反射入射光f形成反射光g。分光片306设置在光源303和活塞301之间，因此由光源303发射的入射光f一部分透过分光片306由活塞301尾段的光反射面反射，另一部分直接由分光片306反射形成第二反射光h。

光探测装置304与光源303设置在药物输注运动件以及分光片306的同侧用于接收由光反射面反射形成的反射光g和分光片306反射的第二反射光h，反射光g和第二反射光h形成相干光，活塞301移动时，相干光强弱发生变化。光探测装置304用于检测相干光的强弱周期，光探测装置304与信号处理模块305电连接，其将相干光的强弱周期信息发送给信号处理模块305。信号处理模块305根据驱动源302发送的光源调制信号以及该相干光的强弱周期信息可以测量出光源303—活塞301尾端—光探测装置304的距离，进而推算出活塞301的移动距离，再依据活塞301移动距离与药物输注量的固定关系即可获得对应的药物输注量。其中活塞301移动距离与药物输注量的固定关系可由预先进行的测量取得。本实施例可以以实施例2的方式进行测量也可以进行相干光的测量，分光片306成为一个基准，测量活塞301移动时相干光强弱周期，测量精度可以达到亚微米。

实施例4

请参考图4所示，本实施例的高精度药物输注系统的容量传感装置包括药物输注装置、驱动源402、光源403、光探测装置404和信号处理模块405。药物输注装置包括了药物管400和活塞401，活塞401即为药物输注运动件，其可通过步进电机连接传动机构后再药物管400内做直线推动，推压药物管400内药物完成输注动作。

驱动源402用于驱动光源403发光，其与光源403和信号处理模块405电连接。同时驱动源402用于将光源调制信号发送给信号处理模块405处理。光源403采用LED或者激光管进行发光，其发光参数由驱动源402确定，由光源403发射的入射光i射向药物输注运动件，即射向活塞401，在活塞401尾端设置光反射面及光栅406使反射光形成反射光的衍射条纹j。

光探测装置404与光源403设置在药物输注运动件的同侧用于接收由活塞401尾端反射形成的衍射条纹j，光探测装置404采用探测器列阵如CCD或CMOS光探测列阵，测量衍射条纹j的移动，并将衍射条纹信息发送给信号处理模块405。信号处理模块405根据衍射条纹j的横向移动信息，结合光速和光源调制信号的频率就可以测量出光源403—活塞401尾端—光探测装置404的距离，进而推算出活塞401的移动距离，再依据活塞401移动距离与药物输注量的固定关系即可获得对应的药物输注量。其中活塞401移动距离与药物输注量的固定关系可由预先进行的测量取得。本实施例将活塞401的横向移动测量转变为衍射条纹j的纵向移动测量，精度可达到微米级别。

Claims (2)

1.一种高精度药物输注系统的容量传感装置，包括药物输注运动件、驱动源、光源、光探测装置、参考光反射面和信号处理模块；所述药物输注运动件通过位移推压药物进行输注；所述驱动源与光源电连接，所述驱动源用于驱动光源发光，所述驱动源与信号处理模块电连接，所述驱动源向信号处理模块发送光源的入射光的信息；所述光源向药物输注运动件发出入射光，所述光探测装置包括参考反射光探测器，所述入射光经药物输注运动件反射后由光探测装置接收，所述入射光经参考光反射面反射形成参考反射光由参考反射光探测器接收；所述光探测装置与信号处理模块电连接，所述光探测装置向信号处理模块发送接收的反射光的相位信息，所述参考反射光探测器将参考反射光的光强信息发送给信号处理模块；所述信号处理模块根据反射光的相位信息和参考反射光的光强信息对反射光的相位信息进行差分放大除噪，所述信号处理模块根据入射光的信息和差分放大除噪后的反射光的相位信息计算药物输注运动件位移距离，并计算药物输注量，所述入射光的信息包括入射光的相位信息和频率。

2.根据权利要求1所述的高精度药物输注系统的容量传感装置，其特征在于，所述信号处理模块进行模拟相敏相位差检测或者数字式相位差检测得到入射光和反射光的相位差。