CN1089167A

CN1089167A - 医用电脑注射设备

Info

Publication number: CN1089167A
Application number: CN 92114671
Authority: CN
Inventors: 袁志坚; 袁志强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-26
Filing date: 1992-12-26
Publication date: 1994-07-13

Abstract

一种医用电脑注射设备，属于自动注射器领域。该设备包括注射器固定装置、推动装置、微电机装置、减速换向装置以及电脑控制装置，通过电脑自动控制注射速度、注射时间、以及两次注射间的时间间隔。通过实践可知，注射速度可达0.1ml/小时— 199.9ml/小时；注射时间为0.1分钟—999.9分钟；间隔时间为0.1小时—12小时。本设备特别适用于低速长时间注射。

Description

本发明属于自动注射器领域，按国际专利分类应属于A61M5/20。

现有的普通医用注射器是由人推动进行注射的，因此难以准确控制注射的速度，尤其是难以控制低速注射的速度。这在许多情况下是不能允许的，有时甚至于会造成医疗事故。

因引，本发明的目的在于提供一种由电脑自动控制注射速度、注射时间、以及两次注射间的时间间隔的自动注射设备，使用该注射设备可以进行单次或多次自动注射。

为此，本发明的医用电脑注射设备包括：

一个注射器固定装置，用于固定注射器针管并发出注射器规格信号;

一个推动装置，用于推动注射器柱塞或快速退回;

一个微电机装置，包括微电机和光电编码器，用于输出转速信号;

一个减速换向装置，用于减速、换向、将转动转为平动，并可输出一个结束残量信号和一个过载信号;

以及一个电脑系统，包括单片机、键盘、显示装置和报警装置，用于根据转速信号、规格信号、结束残量信号、过载信号以及设定参数控制整个设备运行，输出微电机驱动信号，显示信号、报警信号。

按照本发明设备的最佳实施例：

a.在推动装置上设置可调节伸出量大小的平顶螺栓;

b.减速器是齿轮减速器，换向器是和丝杠啮合的半螺母带动的套管;

c.半螺母可和丝杠脱开以实现快退;

d.在减速器中设置可由弹簧改变转矩的浮动齿轮，浮动齿轮和接近开关构成过载信号发生器。

下面参照附图描述本发明的医用电脑自动注射设备的实施例，其中：

图1是本发明的注射设备的结构示意图;

图2是本发明注射设备中的减速器和过载信号发生器的结构示意图;

图3是本发明的设备中的电脑系统的电路框图;

图4是本发明的设备中的电脑系统的键盘和显示器的管理程序流程图;

图5和图6是本发明的设备中的电脑系统的电机驱动控制的程序流程图。

图1是本发明的注射设备的结构示意图。如图1所示，该设备包括一个注射器固定装置60，用于将普通注射器1的针管1′固定在支架4上，例如用以标号3表示的带有弹簧的夹紧爪进行这种固定。固定装置60还可以包括一个设置在注射器1附近的规格判定器2，用于根据所用注射器1的不同规格向电脑系统25输出二进制编码的注射器规格信息。可以使用各种已有的传感器，例如霍耳传感器或光电传感器来形成规格判定器2。另外，可以使用各种适宜的材料来制作支架4，例如用工程塑料制作。也可以将支架4作成箱体形式，将各种相关的部件装在箱内，使设备的外观更加整齐。

本发明的注射器1的柱塞1″是靠从推动装置7伸出的平顶螺栓5的平顶栓帽的推动而移动的。螺栓5和装置7的主体是螺纹连接固定的。在使用前可依据不同轴向尺寸的注射器，通过旋转螺栓5，改变螺栓5的伸出量，使螺栓5的平顶栓帽与柱塞1″接触，并转动顶丝6将调节好的螺栓5锁紧。

本发明设备的推动装置7是和本发明的减速换向装置61刚性连接的。本发明的微电机装置17输出的转矩输出给装置61，经过装置61的减速、换向，带动与其刚性连接的推动装置7平动，装置7的平动推动柱塞1″移动，实现注射。

减速换向装置61包括减速器16和换向器16′。在现有技术中，有许多种减速换向装置可把微电机装17输出的转矩降低并转换成需要的平动。例如在图2中给出的齿轮减速器16由齿轮21、22和23组成。其中齿轮23固定在电机输出轴上，齿轮22固定在换向器16′的丝杠14（图1）上，齿轮21为双联浮动齿轮。换向器16′如图1所示包括丝杠14、半螺母13、定位块12、外套杆11、内套杆10。当微电机输出的转矩通过减速器16使丝杠14转动时，推动与丝杠啮合的半螺母13向左移动。由于半螺母13的轴向定位块12、套杆11和推动装置7是刚性固定的，所以推动装置7与半螺母13同方向等速移动。推动装置7通过螺栓5的平顶栓帽推动注射器1的柱塞1″向左平移，从而实现自动注射。

在换向器16′的始端还设置结束残量信号发生器15结束残量信号发生器15可由公知的接近开关、光电开关等构成。当注射快结束时，固定块12移动到结束残量信号发生器15的作用范围时，发生器15向电脑系统25发出结速残量信号。

本发明设备的微电机装置17′包括微电机17和光电编码器18。微电机17可使用各种型号的已有的微电机;光电编器18可向电脑系统25送出微电机17的转速信号。

本发明的微电机17是通过电脑系统25输出的驱动信号驱动的。图3给出了本发明电脑系统25的电路框图。如图3所示，该系统主要包括单片机27以及与其相连的输入、输出设备。

单片机27例如可为8751或8398单片机，用于完成键盘管理、显示器管理、获取各种相关的输入信号、输出微电机驱动信号，以实现微电机转速的闭环控制。此外，还要输出显示信息和报警信号。

单片机27的一位I/O输出63输出的微电机驱动信号经功率放大器32（例如由功率三极管BU407组成）放大后驱动微电机17转动;光电编码器18输出的微电机17的转速信号经放大整形器33放大整形后经单片机27的另一I/O口64送入单片机。放大整形器33例如可由电压比较器LM339构成。

键盘28通过单片机27的8位I/O口66-72以及74和单片机27相接。单片机27通过这8位I/O口对键盘进行扫描。用键盘28上的参数设定键完成对四位参数的设定;用键盘28上的参数选择键完成对注射速度、注射时间、间隔时间三种参数的选择;当只设定注射速度而不设定注射时间和间隔时间时，按只注射一次控制，至药品注射完为止;单片机27根据设定速度值和由I/O口64输入的实测速度之间的差值来调节微电机17的转速。

此外，在键盘28上还设置一些附加功能键。例如：（1）快速键，按下此键可使微电机17快速运转;（2）启动键，启动微电机按设定速度运行;（3）停止键，停止微电机运行;（4）停止报警键，停止报警。

如前所述的由规格判定器2输出的注射器规格判定信号从I/O口75、75′输入单片机27;由结束信号发生器15输出的结束残量信号经I/O口76输入单片机27;此外，输入单片机27的还有通过I/O口77输入的由过载信号发生器40产生的过载信号。

由于某种意外的情况，例如推动装置7或半螺母13卡死，使微电机负载超过额定载荷，有可能将微电机烧坏。为了保护微电机，可以设置过载信号发生器19。可以有各种不同的过载保护机构。例如可将过载保护机构和减速器16设置在一起。如图2所示，浮动齿轮21的支撑板20可绕丝杠14转动。弹簧24的一端固定在支撑板20上，弹簧24的另一端固定在支架4上，而且固定在支架4上的弹簧的这一端是可调整的。调节弹簧24的拉力，即调节了微电机额定载荷的大小。支撑板20在弹簧力产生的转矩作用下紧靠住支架4。当微电机的驱动转矩大于弹簧产生的转矩时，即负载转矩大于弹簧转矩时，支撑板20在浮动齿轮21作用下绕丝杠14转动，使过载信号发生器19产生过载信号。过载信号通过I/O口77进入单片机27，该设备立即停止工作，并产生报警信号。报警信号通过I/O口65输出给放大器34放大，并在扬声器35上发出声响报警。过载信号发生器40例如可由接近开关或光电开关构成。

在I/O口65输出的报警信号除了由过载信号发生器19产生的过载信号外，还可以是由结束信号发生器15输出的结束残量信号。

该电脑系统25还可包括各种显示器31，显示器31通过显示缓冲器30连到单片机27的串行I/O口73和73′。显示缓冲器30寄存来自单片机27的待显示的内容，可由移位寄存器（例如74LS164）实现。显示器31例如可包括显示设定数值的数码显示器，指示注射器规格、快进、工作、停止等状态，以及报警灯等。

此外，接入单片机27的还可以有直流稳压电源36、充电器37、蓄电池38、电池电压监视器39。在键盘28和+5V电源之间接有提升电阻29。

注射结束时，推动装置7可以快速退回，为下次注射做好准备。为此，只要使半螺母13转动一个角度离开丝杠14即可实现这一功能。例如：可让半螺母13和内套管10、以及设置在推动装置7中的脱离钮8进行刚性连接，按住钮8可使内套管10相对于外套管11转动，使半螺母13离开丝杠14，即可快速退回。

下面参照图4-6所示的流程框图描述电脑系统25的运行程序。

图4所示的框图表示键盘、显示器的管理程序-程序A。该系统一通电，立刻进入程序A（框101），然后对显示器逐位进行自检（框102）。自检结束后便要对键盘进行扫描，在框103检查是否有键按下。若没有键按下，则一直在框102循环等待键按下;若有键按下，则要读取该键数值并进行译码（框104）。键值译码后有六个去向：

（1）参数设定（框105）：例如这种键可有8个，4个设定值增长键以及4个设定值减少键。每个所设定的参数的4位数码都有一个增长键和一个减小键。按下增长键时，将该键所指位的计数值加1后送入显示缓冲器30;按下减小键时，将该键所指位的计数值减1后送入显示缓冲器30;

（2）参数选择（框106）：这种键共有3个。按下某一键时，则将该键所指的参数（注射速度、时间或间隔时间）的存贮单片的内容送入显示缓冲器30，以便对该参数进行修改设定;

（3）停止报警（框107）：当发生声响报警时，按下此键则停止声响报警信号的输出;

（4）快进（框108）：按下此键时，驱动微电机以最快的速度运转;

（5）停止（框109）：按下此键时，停止微电机驱动信号的输出，停止微电机运转;

（6）启动（框110和111）：按下此键时，首先在框110判断是否在支架4上安装上了注射器1？如果是：则发出微电机启动信号启动微电机按设定速度运转;如果没有安装上注射器1，则不发出驱动信号，电机不运转，程序返回至框103继续进行键盘查询。

在框105、106、107、108、109或111执行完毕后都返回至框103重复进行键盘查询。

图5和图6所示的框图表示本发明设备中电脑系统25的控制程序-程序B。当在程序A按下启动键并且已装上注射器1的情况下进行程序B。

在程序B中，需要完成以下几项任务：

（1）控制微电机按设定速度运转：采用PID调节来控制电机速度的稳定。控制的参量是脉宽T₀（即电机的通电时间）。脉宽T₀由单片机内的定时器C产生，在定时器C的中断程序中实现脉宽T₀和脉空T-T₀的输出。这些功能由图5中的框201、204、207-210以及图6中的框220-228完成。至于这些框的具体内容，留待后面统一介绐（下同）;

（2）按设定的注射时间进行注射：注射开始后，将设定的注射时间一秒一秒地减小为0便停止微电机运转。这一功能由框202、205、206完成;

（3）确定两次注射之间的时间间隔：一次注射结束后便进入间隔时间（T₂）。这时，系统只进行延时，当T₂一秒一秒地减少到0时，间隔时间结束，重新启动微电机运转，开始新的一次注射操作。这一功能由框214、215、216完成;

（4）检查过载信号和结束信号：在注射过程中要不断进行这种检查。若有过载信号发生，则报警并停止微机运转，若有结束信号发生，则发出报警后微电机继续运转一段时间，由注射人来终止注射。这一功能由212、213完成。

（5）不断查询停止键和停止报警键：在注射过程中，只有这两个键有效。因此，要不断查询这两个键是否按下。在图5的框205的调用1秒子程序中每隔0.1秒查询该两键一次。若有键按下，则执行该键的功能。

下面给出图5和图6中各框的内容：

201 取出速度设值V₀

202 取出注射时间设定值T₁

203 取出间隔时间设定值T₂

204 设定驱动脉宽T₀，并启动定时器C

205 调用延时1秒子程序

206 判断：T₁-1＝0？

207 读取速度测量值V

208 计算：Vi-Vi-1＝△ei

209 计算：P（△ei+Iei+D·△²ei）＝△Vi

210 根据△Ui修正脉宽T₀

211 判断：有过载吗？

212 判断：有结束信号吗？

213 启动报警

214 停止计数器C工作

215 调用延时1秒子程序

216 判断T₂-1＝0？

217 启动报警

218 停止计数器工作

219 进入程序A

220 定时器C中断

221 判断：标志位＝1？

222 标志←0

223 驱动输出0

224 周期T与脉宽T₀之差赋定时器C

225 标志←1

226 驱动输出1

227 T₀赋定时器C

228 启动定时器C工作

229 中断返回

本专业技术人员依据上述各框的含义并参照图5和6，将会很容易地理解电脑系统25的控制程序的实质，这里不做更多的描述。

按照本发明的上述结构构成的医用电脑注射设备可达到的注射速度为0.ml/h-199.9ml/h;注射时间为0.1分钟-999.9分钟;间隔时间为0.1小时-12小时。注射的速度恒定不变、注射时间和间隔时间控制准确，特别适合于低速，长时间的缓慢注射。

Claims

1、一种医用电脑注射设备，其特征在于包括：

一个注射器固定装置，包括固定普通注射器针管的支架和用于判定所用注射器规格并发出注射器规格信号的注射器规格判定器；

一个推动装置，用于注射时推动所说注射器柱塞前进并在注射结束时快速返回原位；

一个微电机装置，包括一个由微电机驱动信号驱动的微电机和一个能输出微电机转速信号的光电编码器；

一个减速换向装置，包括一个和所说微电机相连并用于降低微电机转速的减速器和一个和所说减速器相连并用于把转动转变为平动从而推动所说推动装置平动的换向器，在所说换向器的始端还包括一个结束残量发生器用于在注射结束之前产生一个结束残量信号；在所说减速器中还包括一个可产生过载信号输出的过载信号发生器；以及

一个电脑系统，包括根据所述转速信号、注射器规格信号、结束残量信号、过载信号以及键盘的设定参数控制整个设备运行、并输出微电机驱动信号、显示信号、报警信号的单片机，与所说单片机相连用于设定参数，选择参数的键盘，显示设备状态的显示装置，以及过载时或结束注射前发出声响的报警装置。

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于在所说推动装置和注射器柱塞接触的位置设置可调节伸出量大小的平顶螺栓，以便根据不同的注射器尺寸进行规一化调整。

3、如权利要求1所述的设备，其特征在于其中所说的减速器是齿轮减速器，其中所说的换向器是与丝杠啮合的半螺母带动与其刚性连接的固定块的结构，固定块带动与其刚性连接的套管一起平动，套管再带动与其刚性连接的推动装置平动以便进行注射。

4、如权利要求3所述的设备，其特征在于其中的所说的半螺母通过转动可以和丝杠脱开以实现注射结束时的快速退回。

5、如权利要求3或4所述的设备，其特征在于在所说齿轮减速器中设置由弹簧改变转矩的浮动齿轮，并在所说浮动齿轮附近设置接近开关从而构成过载信号发生器。