CN109821102B - 一种气体逐级压缩驱动的给药装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体逐级压缩驱动的给药装置，属医疗器械领域。主体装有注射器、设有缸腔，缸腔内的主活塞将缸腔分隔成左右腔，主活塞推杆经缸腔左壁伸出并顶靠在注射器副活塞的推杆上；主体装在底座上，主体的小凸台置于箱体的孔腔内，主体的凸台经密封圈将驱动器压接在底座的体腔内，驱动器由两个压电振子及环形垫圈构成，压电振子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下压缩腔，同一体腔组内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；左右腔经输气管及换向阀与储气室相连；工作中，同一体腔组内压电振子的变形方向相同，两相邻体腔组中压电振子的变形方向相反。

Description

一种气体逐级压缩驱动的给药装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种气体逐级压缩驱动的给药装置。

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

为提高气体输出压力，本发明提出一种气体逐级压缩驱动的给药装置，本发明的实施方案是：主体的顶部安装有注射器、设有缸腔和带滑槽的挡板，缸腔的中心线处于水平面内；缸腔的侧壁端部装有缸盖，缸腔内的主活塞将缸腔分隔成左右腔；注射器由药筒和副活塞构成，副活塞置于药筒内并与药筒构成药腔，药筒一端的耳板置于挡板的滑槽内、另一端安装有带针头的输液管；主活塞的推杆经缸腔左壁上的通孔伸出并顶靠在副活塞的推杆上；主体的底部设有上入孔、带上出口腔的小凸台及至少两个凸台组，从左到右各凸台组所含凸台的数量依次减少；各凸台组中最左侧的凸台上设有上进口腔和上出气孔，其它凸台上设有上进出气孔；最左侧凸台组中的上进口腔与上入孔连通，最右侧凸台组中的最右侧上出气孔与上出口腔连通，其余的同一凸台组内两相邻的上进出气孔连通、左右相邻两凸台组中的上出气孔和上进口腔连通；上进出口腔与其内所安装的阀片分别构成上进出口阀，阀片为悬臂梁阀或碟形阀；底座上设有下入孔、带下出口腔的孔腔、与下出口腔连通的储气室及与凸台组及其所含凸台数量分别相等的体腔组和体腔；各体腔组中最左侧的体腔底壁上设有下进口腔和下出气孔，其它体腔的底壁上设有下进出气孔；最左侧体腔组中的下进口腔与下入孔连通，最右侧体腔组中的最右侧下出气孔与下出口腔连通，其余的同一体腔组内两相邻的下进出气孔连通、左右相邻两体腔组中的下出气孔和下进口腔连通；下进出口腔与其内所安装的阀片分别构成下进出口阀；主体经螺钉装在底座上，小凸台置于孔腔内并使上下出口腔与储气室连通；凸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，驱动器由两个压电振子及其中间压接的环形垫圈构成，压电振子由基板和压电片粘接而成，压电片靠近环形垫圈安装，压电振子的表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；驱动器中两个压电振子受电压作用时的弯曲变形方向相同，驱动器的变形方向即为两个压电振子的变形方向；驱动器及密封圈与主体和底座分别构成上下压缩腔，同一体腔组内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；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排入储气室；左右腔经输气管与换向阀连接，换向阀经输气管与储气室相连，换向阀为三位四通阀。

以具有三个上下压缩腔组的给药装置为例，从右到左，凸台组依次定义为凸台组一、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，所排出的气体经历了上压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩；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，所排出的气体经历了下压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩，逐级压缩后的气体存储进储气室；换向阀的阀芯处于中位时，储气室内气体及药腔内药液均无输出；换向阀的阀芯处于左位时，储气室内的气体经输气管进入右腔并推动主副活塞向左运动，药腔中药液经输液管和针头输出；换向阀的阀芯置于右位时，储气室内的气体经输气管进入左腔并推动主活塞向右运动，右腔内的气体经输气管及换向阀排出，主活塞复位，更换注射器z。

本发明中，上下压缩单元所含上或下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，上下压缩腔的高度和半径分别相等；储气室的最大储气压力为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、即压电振子变形引起的上下压缩腔的容积变化量与上下压缩腔的容积之比，β＞1为各左右相邻上下压缩腔组所含上或下压缩腔数量之比的最小值，n≥2为上下压缩单元所含上或下压缩腔组的数量；工作中，两相邻上或下压缩腔组相互连通、即其间的阀片开启时，含压缩腔数量较多的上或下压缩腔组的容积变化量不小于含压缩腔数量较少的上或下压缩腔组的容积变化量；为获得最大压缩比，上下压缩腔的高度等于压电振子中心点的变形量，压电振子由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时上下压缩腔的高度为

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为上下压缩腔半径。

优势与特色：利用压电驱动器与气体耦合作用控制药液输出，易于通过驱动电压高低精确地控制输液速度；静脉注射时无需吊挂装置，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；肌肉及皮下注射时，可根据需要延长注射时间，避免手动快速推注所造成人体内血药浓度不均的问题，有助于提高药品疗效。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中给药装置构成与结构剖面图；

图2是本发明一个较佳实施例中给药装置工作时阀片与驱动器的变形关系图；

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的左视图；

图5是图3的仰视图；

图6是本发明一个较佳实施例中底座的结构示意图；

图7是图6的俯视图；

图8是本发明一个较佳实施例中驱动器的结构示意图；

图9是本发明一个较佳实施例中注射器的结构示意图。

具体实施方式

主体a的顶部安装有注射器z、设有缸腔a9和带滑槽的挡板a8，缸腔a9的中心线处于水平面内；缸腔a9的内部套有主活塞h，缸腔a9的侧壁端部装有缸盖g；主活塞h将缸腔a9分隔成左腔a11和右腔a12；注射器z由药筒z1和副活塞z2构成，副活塞z2置于药筒z1内并与药筒z1构成药腔z3，药筒z1一端的耳板z4置于挡板a8的滑槽内、另一端安装有带针头的输液管；主活塞h的推杆经缸腔左壁a10上的通孔伸出并顶靠在副活塞z2的推杆上；主体a的底部设有上入孔a1、带上出口腔a7的小凸台a3及至少两个凸台组Aj，从左到右各凸台组Ai所含凸台a2的数量依次减少；各凸台组Ai中最左侧的凸台a2上设有上进口腔a4和上出气孔a5，其它凸台a2上设有上进气孔a6和上出气孔a5；最左侧凸台组Ai中的上进口腔a4与上入孔a1连通，最右侧凸台组Ai中的最右侧上出气孔a5与上出口腔a7连通，其余的同一凸台组Ai内两相邻的上出气孔a5和上进气孔a6连通、左右相邻两凸台组Ai中的上出气孔a5和上进口腔a4连通；上进口腔a4和上出口腔a7与其内所安装的阀片n分别构成上进口阀vi和上出口阀v，阀片n为悬臂梁阀或碟形阀；底座b上设有下入孔b1、带下出口腔b7的孔腔b3、与下出口腔b7连通的储气室b8及与凸台组Ai及其所含凸台a2数量分别相等的体腔组Bi和体腔b2；各体腔组Bi中最左侧的体腔b2底壁上设有下进口腔b4和下出气孔b5，其它体腔b2的底壁上设有下进气孔b6和下出气孔b5；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中的最右侧下出气孔b5与下出口腔b7连通，其余的同一体腔组Bi内两相邻的下出气孔b5和下进气孔b6连通、左右相邻两体腔组Bi中的下出气孔b5和下进口腔b4连通；下进口腔b4和下出口腔b7与其内所安装的阀片n分别构成下进口阀Vi和下出口阀V；

主体a经螺钉装在底座b上，小凸台a3置于孔腔b3内并使上出口腔a7与下出口腔b7及储气室b8连通；凸台a2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由两个压电振子d及其中间压接的环形垫圈d’构成，压电振子d由基板d1和压电片d2粘接而成，压电片d2靠近环形垫圈d’安装，压电振子d的表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；驱动器D中两个压电振子d受电压作用时的弯曲变形方向相同，驱动器D的变形方向即为两个压电振子d的变形方向；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内的上压缩腔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排入储气室b8；左腔a11和右腔a12经输气管与换向阀e连接，换向阀e经输气管与储气室b8相连，换向阀e为三位四通阀。

本发明中，凸台组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的给药装置为例，从右到左，凸台组Ai依次定义为凸台组一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，所排出的气体经历了上压缩腔组三c3、二c2和一c1的逐级累积压缩；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，所排出的气体经历了下压缩腔组三C3、二C2和一C1的逐级累积压缩，逐级压缩后的气体存储进储气室b8；换向阀e的阀芯处于中位时，储气室b8内的气体及药腔z3内的药液均无输出；换向阀e的阀芯处于左位时，储气室b8内的气体经输气管进入右腔a12并推动主活塞h和副活塞z2向左运动，药腔z3中药液经输液管和针头输出；换向阀e的阀芯置于右位时，储气室b8内的气体经输气管进入左腔a11并推动主活塞h向右运动，右腔a12内的气体经输气管及换向阀e排出，主活塞h复位，更换注射器z。

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；储气室b8的最大储气压力为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、即压电振子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n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的高度等于压电振子d中心点的变形量，压电振子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)

1.一种气体逐级压缩驱动的给药装置，其特征在于：主体的顶部装有注射器、设有缸腔，缸腔的侧壁端部装有缸盖，主活塞将缸腔分隔成左腔和右腔；注射器由药筒和置于药筒内的副活塞构成，主活塞的推杆经缸腔左壁上的通孔伸出并顶靠在副活塞的推杆上；主体的底部设有上入孔、带上出口腔的小凸台及至少两个凸台组，凸台组由至少一个凸台构成，从左到右各凸台组所含凸台的数量依次减少；各凸台组中最左侧的凸台上设有上进口腔和上出气孔，其它凸台上设有上进出气孔；底座上设有下入孔、带下出口腔的孔腔、与下出口腔连通的储气室及与凸台组及其所含凸台数量分别相等的体腔组和体腔；各体腔组中最左侧的体腔底壁上设有下进口腔和下出气孔，其它体腔的底壁上设有下进出气孔；上进口腔、下进口腔、上出口腔和下出口腔与其内所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，小凸台置于孔腔内，凸台经密封圈将驱动器压接在体腔内，驱动器由两个压电振子及环形垫圈构成；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，同一体腔组内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；左腔和右腔经输气管与换向阀连接，换向阀经输气管与储气室相连；储气室的最大储气压力为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为各左右相邻上压缩腔组所含上压缩腔或下压缩腔组所含下压缩腔的数量之比的最小值，n≥2为上压缩单元所含上压缩腔组的数量或下压缩单元所含下压缩腔组的数量；工作中，同一体腔组内压电振子的变形方向相同，两相邻体腔组中压电振子的变形方向相反。

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