CN109821101B - 一种逐级增压的气动输液装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种逐级增压的气动输液装置，属于医疗器械领域。主体上设有上入孔、带上出口腔和出孔的凸台及至少两个所含圆台数依次变化的圆台组；圆台组中一个圆台上设有上进口腔和上出气孔、其它圆台上设有上通气孔；主体囊腔内装带气腔和药腔的输液袋，气腔与出孔连接；底座上设有下入孔、带下出口腔的孔腔及体腔构成的体腔组；体腔组中一个体腔上设有下进口腔和下出气孔、其它体腔上设有下通气孔；上下进出口腔与其内的阀片构成上下进出口阀；主体装在底座上并使上下出口腔及出孔连通，圆台经密封圈将压电驱动器压接在体腔内并构成上下压缩腔，同一体腔组中的上下压缩腔分别并联成上下压缩腔组，各上下压缩腔组分别串联成并联的上下压缩单元。

Description

一种逐级增压的气动输液装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种逐级增压的气动输液装置。

背景技术

注射给药主要有静脉注射、肌肉注射和皮下注射等。静脉注射也称输液给药，现有输液装置大都由输液瓶、输液管及输液架构成，输液瓶吊挂在输液架上、依靠药液自重流动并经输液管注入到人的血管中。这种输液模式在实际使用中会带来许多问题：通过手动方法调节流量，流量控制精度不够；病人走动、如厕等情况下需他人高举输液瓶，活动不方便且输液瓶高度不够时还会使血液回流；需要病人或护理人员长时间看守，如未及时发现输液完成还可能造成事故；药液与空气接触，环境空气不洁时还有被污染的可能性。除了上述直接问题外，有时还会通过减少溶液量、加快输液速度等方法缩短输液时间，这不仅加重了心脏负担，还影响了治疗效果：肌肉注射和皮下注射在相对较短的时间内将药物注射到肌肉或皮下，其最大弊端是一个注射周期内血药浓度差异较大，不利于药物的有效吸收与利用，因为：大多数药物在人体内都有较佳浓度范围，药物浓度过高时具有毒副作用、过低时将不具治疗效果。因此，可延长药品注射时间、保持合理药品浓度的微小型便携式药品控释装置或系统是目前医疗领域所急需的。

发明内容

本发明提出一种逐级增压的气动输液装置，本发明的实施方案是：主体上设有上入孔、带上出口腔和出孔的凸台及至少两个圆台组，从上入孔到出孔各圆台组所含圆台的数量依次减少；各圆台组中的一个圆台上设有上进口腔和上出气孔，其它圆台上仅设有上通气孔；最左侧圆台组的上进口腔与上入孔连通，最右侧圆台组的上出气孔经上出口腔与出孔连通；同一圆台组中的上出气孔和上通气孔经上连通孔连通，两左右相邻圆台组中的上进口腔和上出气孔连通；主体的囊腔内装有由气腔和药腔构成的输液袋，药腔的输液管上带有针头和流量阀，气腔经管路及开关阀与出孔连接；底座上设有下入孔、带下出口腔的孔腔及与圆台组及其所含圆台数量分别相等的体腔组和体腔；各体腔组中的一个体腔上设有下进口腔和下出气孔，其它体腔上仅设有下通气孔；最左侧体腔组的下进口腔与下入孔连通，最右侧体腔组的下出气孔与下出口腔连通；同一体腔组中的下出气孔和下通气孔经下连通孔连通，其它两个左右相邻体腔组中的下进口腔和下出气孔连通；上下进出口腔与其内所安装的阀片分别构成上下进出口阀，阀片为悬臂梁或碟形结构；主体经螺钉安装在底座上，凸台置于孔腔内并使上下出口腔及出孔连通；圆台经密封圈将驱动器压接在体腔内，密封圈位于驱动器上下两侧，驱动器由基板和压电片粘接而成，驱动器表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；驱动器及密封圈与主体和底座分别构成上下压缩腔，同一体腔组中的上下压缩腔分别并联成上下压缩腔组，各上下压缩腔组分别串联成上下压缩单元，上下压缩单元并联；工作中，同一体腔组内驱动器的变形方向相同，两相邻体腔组中驱动器的变形方向相反，上下压缩单元分别对气体进行逐级累积压缩后交替地从出孔排出。

以具有三个上下压缩腔组的输液装置为例，从右到左，圆台组依次定义为圆台组一、二和三，体腔组依次定义为体腔组一、二和三，上进口阀依次定义为上进口阀一、二和三，下进口阀依次定义为下进口阀一、二和三，上压缩腔组依次定义为上压缩腔组一、二和三，下压缩腔组依次定义为下压缩腔组一、二和三，则具体工作过程为：上半周内，体腔组一和三中的驱动器向下弯曲、体腔组二中的驱动器向上弯曲，上进口阀一和三、下进口阀二及下出口阀开启，上进口阀二、上出口阀及下进口阀一和三关闭，上压缩腔组一和三、下压缩腔二吸入气体，上压缩腔组二、下压缩腔一和三排出气体，此为上吸下排过程，下半周内，体腔组一和三中的驱动器向上弯曲、体腔组二中的驱动器向下弯曲，上进口阀一和三、下进口阀二及下出口阀关闭，上进口阀二、上出口阀及下进口阀一和三开启，上压缩腔组一和三、下压缩腔二排出气体，上压缩腔组二、下压缩腔一和三吸入气体，此为上排下吸过程；上述工作过程中，气体经历了上或下压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩；开关阀开通时累积压缩的气体进入气腔，气腔的容积增加并挤压药腔，药腔内药液压力增加并经输液管输出，药液输出量经驱动器的驱动电压或输液管上的流量阀调节。

本发明中，上下压缩单元所含压缩腔组的数量相等，同一个体腔组中所含的上下压缩腔数量相等，上下压缩腔高度和半径分别相等；上下压缩单元最大供气压力为P_max＝P₀η_p{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：P₀为标准大气压，η_p为效率系数，α＞0为压缩比、即驱动器变形引起的上压缩腔的容积变化量与上压缩腔的容积之比，β＞1为各相邻上压缩腔组所含上压缩腔数量之比的最小值，n≥2为上压缩单元所含上压缩腔组的数量；工作中，两相邻上压缩腔组相互连通、即其间的阀片开启时，含上压缩腔数量较多的上压缩腔组的容积变化量不小于含上压缩腔数量较少的上压缩腔组的容积变化量；为获得最大压缩比，上压缩腔的高度等于驱动器中心点的变形量，驱动器由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时上压缩腔的高度为

η_h、U₀分别为动态修正系数和驱动电压，d₃₁为压电常数，h_p为压电片厚度，r为上压缩腔半径。

优势与特色：利用累积压缩的方法可大幅度提高气体压力；利用气体驱动药液，易于通过驱动电压精确地控制输液速度，无需吊挂装置、方便移动和携带；药液不与空气接触，不会发生药液被污染、气体进入血管及血液倒流等现象，无需实时看守、安全可靠。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中输液装置的结构剖面示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明一个较佳实施例中主体的结构示意图；

图4是图3的仰视图；

图5是本发明一个较佳实施例中底座的结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明一个较佳实施例中驱动器的结构示意图；

图8是本发明一个较佳实施例中输液装置工作时的结构示意图。

具体实施方式

主体a的底部设有上入孔a1、带上出口腔a6和出孔a9的凸台a3及至少两个圆台组Ai，从上入孔a1到出孔a9各圆台组Ai所含圆台a2的数量依次减少；各圆台组Ai中的一个圆台a2上设有上进口腔a4和上出气孔a5，其它圆台a2上仅设有上通气孔a8；最左侧圆台组Ai中的上进口腔a4与上入孔a1连通，最右侧圆台组Ai中的上出气孔a5经上出口腔a6与出孔a9连通；同一圆台组Ai中的上出气孔a5和上通气孔a8经上连通孔a7连通，两左右相邻圆台组Ai中的上进口腔a4和上出气孔a5连通；上进口腔a4和上出口腔a6与其内的阀片e分别构成上进口阀vi和上出口阀v，阀片e为悬臂梁或碟形结构；主体a顶部的囊腔a10内装有由气腔y1和药腔y2构成的输液袋y，药腔y2的输液管q上带有针头和流量阀m，气腔y1经管路及开关阀j与出孔a9连接；底座b上设有下入孔b1、带下出口腔b6的孔腔b3及与圆台组Ai及其所含圆台a2数量分别相等的体腔组Bi和体腔b2；各体腔组Bi中的一个体腔b2上设有下进口腔b4和下出气孔b5，其它体腔b2上仅设有下通气孔b8；最左侧体腔组Bi中的下进口腔b4与下入孔b1连通，最右侧体腔组Bi中的下出气孔b5与下出口腔b6连通；同一体腔组Bi中的下出气孔b5和下通气孔b8经下连通孔b7连通，其它两个左右相邻体腔组Bi中的下进口腔b4和下出气孔b5连通；下进口腔b4和下出口腔b6与其内所安装的阀片e分别构成下进口阀Vi和下出口阀V；主体a经螺钉安装在底座b上，凸台a3置于孔腔b3内并使上出口腔a6与下出口腔b6及出孔a9连通；圆台a2置于体腔b2内并经密封圈将驱动器d压接在体腔b2内，密封圈位于驱动器d上下两侧，驱动器d由基板d1和压电片d2粘接而成，驱动器d表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；驱动器d及密封圈与主体a和底座b分别构成上压缩腔c和下压缩腔C，同一体腔组Bi中的上压缩腔c并联成上压缩腔组ci、下压缩腔C并联成下压缩腔组Ci，各上压缩腔组ci串联成上压缩单元、各下压缩腔组Ci串联成下压缩单元，上下压缩单元并联；工作中，同一体腔组Bi内驱动器d的变形方向相同，两相邻体腔组Bi中驱动器d的变形方向相反，上下压缩单元分别对气体进行逐级累积压缩后交替地从出孔a9排出。

本发明中，圆台组Ai、体腔组Bi、上进口阀vi、下进口阀Vi、上压缩腔组ci、下压缩腔组Ci中的i代表从右到左的序号，i＝1,2,3,…；以具有三个上压缩腔组ci和三个下压缩腔组Ci的输液装置为例，从右到左，圆台组Ai依次定义为圆台组一A1、二A2和三A3，体腔组Bi依次定义为体腔组一B1、二B2和三B3，上进口阀vi依次定义为上进口阀一v1、二v2和三v3，下进口阀Vi依次定义为下进口阀一V1、二V2和三V3，上压缩腔组ci依次定义为上压缩腔组一c1、二c2和三c3，下压缩腔组Ci依次定义为下压缩腔组一C1、二C2和三C3，则具体工作过程为：上半周内，体腔组一B1和三B3中的驱动器d向下弯曲、体腔组二B2中的驱动器d向上弯曲，上进口阀一v1和三v3、下进口阀二V2及下出口阀V开启，上进口阀二v2、上出口阀v及下进口阀一V1和三V3关闭，上压缩腔组一c1和三c3、下压缩腔二C2吸入气体，上压缩腔组二c2、下压缩腔一C1和三C3排出气体，此为上吸下排过程，下半周内，体腔组一B1和三B3中的驱动器d向上弯曲、体腔组二B2中的驱动器d向下弯曲，上进口阀一v1和三v3、下进口阀二V2及下出口阀V关闭，上进口阀二v2、上出口阀v及下进口阀一V1和三V3开启，上压缩腔组一c1和三c3、下压缩腔二C2排出气体，上压缩腔组二c2、下压缩腔一C1和三C3吸入气体，此为上排下吸过程；上述工作过程中，气体经历了上压缩腔组三c3、二c2和一c1或下压缩腔组三C3、二C2和一C1的逐级累积压缩；开关阀j开通时累积压缩的气体进入气腔y1，气腔y1的容积增加并挤压药腔y2，药腔y2内药液压力增加并经输液管q输出，药液输出量经驱动器d的驱动电压或输液管q上的流量阀m调节。

本发明中，上压缩单元所含上压缩腔组ci的数量与下压缩单元所含下压缩腔组Ci的数量相等，同一个体腔组Bi中所含的上压缩腔c与下压缩腔C的数量相等，上压缩腔c和下压缩腔C的高度和半径分别相等；上下压缩单元最大供气压力为P_max＝P₀η_p{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：P₀为标准大气压，η_p为效率系数，α＞0为压缩比、即驱动器d变形引起的上压缩腔c的容积变化量与上压缩腔c的容积之比，β＞1为各相邻上压缩腔组ci所含上压缩腔c数量之比的最小值，n≥2为上压缩单元所含上压缩腔组ci的数量；工作中，两相邻上压缩腔组ci相互连通、即其间的阀片e开启时，含上压缩腔c数量较多的上压缩腔组ci的容积变化量不小于含上压缩腔c数量较少的上压缩腔组ci的容积变化量；为获得最大压缩比，上压缩腔c的高度等于驱动器d中心点的变形量，驱动器d由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时上压缩腔c的高度为

η_h、U₀分别为动态修正系数和驱动电压，d₃₁为压电常数，h_p为压电片d2的厚度，r为上压缩腔c的半径。

Claims (1)

1.一种逐级增压的气动输液装置，其特征在于：主体上设有上入孔、带上出口腔和出孔的凸台及至少两个圆台组，从上入孔到出孔各圆台组所含圆台的数量依次减少；各圆台组中的一个圆台上设有上进口腔和上出气孔，其它圆台上仅设有上通气孔；最左侧圆台组的上进口腔与上入孔连通，最右侧圆台组的上出气孔经上出口腔与出孔连通；同一圆台组中的上出气孔和上通气孔经上连通孔连通，两左右相邻圆台组中的上进口腔和上出气孔连通；主体的囊腔内装有由气腔和药腔构成的输液袋，药腔的输液管上带有针头和流量阀，气腔经管路及开关阀与出孔连接；底座上设有下入孔、带下出口腔的孔腔及与圆台组及其所含圆台数量分别相等的体腔组和体腔；各体腔组中的一个体腔上设有下进口腔和下出气孔，其它体腔上仅设有下通气孔；最左侧体腔组的下进口腔与下入孔连通，最右侧体腔组的下出气孔与下出口腔连通；同一体腔组中的下出气孔和下通气孔经下连通孔连通，两相邻体腔组中的下进口腔和下出气孔连通；上进口腔、下进口腔、上出口腔和下出口腔与其内安装的阀片分别构成上进口阀、下进口阀、上出口阀和下出口阀；主体装在底座上，凸台置于孔腔内并使上出口腔、下出口腔及出孔连通，圆台经密封圈将驱动器压接在体腔内，驱动器由基板和压电片粘接而成；驱动器及密封圈与主体和底座分别构成上压缩腔和下压缩腔，同一体腔组中的上压缩腔和下压缩腔分别并联成上压缩腔组和下压缩腔组，各上压缩腔组和下压缩腔组分别串联成上压缩单元和下压缩单元，上压缩单元和下压缩单元并联；上压缩单元和下压缩单元最大供气压力为P_max＝P₀η_p{(1+α)/(1-α)[β+(1+α)/(1-α)]^n-1-1}，其中：P₀为标准大气压，η_p为效率系数，α＞0为压缩比，β＞1为各相邻上压缩腔组所含上压缩腔数量之比的最小值，n≥2为上压缩单元所含上压缩腔组的数量。

Images