CN110806238A - 医用注射泵和输液泵检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用注射泵和输液泵检测装置及方法。本发明包括第一三通阀、第二三通阀、测量池、积液盒和压力传感器。待测注射泵或输液泵的输入口与第一三通阀的入口连接，第一三通阀的一个输出口连接至积液盒，另一个输出口连接至第二三通阀的输入口，第二三通阀的一个输出口与积液盒连接，另一个输出口与测量池的底部连接，所述的测量池为筒状，测量池的沿高度方向上设置有测量阵列，所述的测量阵列用于测量测量池内的液位高度，从而得到流量数据。本发明测量结果稳定、测量精度高，对出现的一些干扰及常情况能进行恢复，与进口设备相比，在操作性上更简单合理方便。

Description

医用注射泵和输液泵检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体是一种医用注射泵和输液泵检测装置，用于对输液泵、注射泵进行周期性检测及质量管理。

背景技术

国内医疗机械所使用的输液泵一部分从国外进口，只选择进口“裸泵”，所使用的输液耗材并不完全匹配，易出现流速异常或其它相关医疗事故，而实际使用前医务人员并没有清楚这一问题。而国产输液泵基本是仿制国外技术，制造工艺较进口设备差，缺少关键部位“电脑药物数据库”(根据不同的药物参数，决定输液速率)，临床使用时没有根据输液设备及耗材的性能进行速率修正。

参照美国FDA(食品药品监督管理局)2005年到2009年接收的报告，5年内共有710名病人的死亡与输液泵类医疗器械出现的问题有关。有数据显示，到2010年，我国各医疗机械装备的输液泵和注射泵已超过20万台，而且年增长率超过35％。因此面对数量庞大、安全风险高的输液设备，需要对其工作性能进行周期性检测以及质量控制管理。

目前国内输液泵、注射泵质量检测仪装置主要由国外进口产品为主，价格昂贵，维修维护费用高并且过程复杂，如Fluke的IDA系列和奥利科SOLO系列和2000E系列，而国内主要是对输液泵质量控制与方法等进行研究为主，对标准器的开发研究不多。

当前微流量计量技术主要有以下几种：质量时间法、体积时间法、流量比对法、微粒子成像法(PIV)、光度法、数字微流体法等。德国联邦物理技术研究院(PTB)水流量实验室的小流量标准装置的可检定流量范围是1～2000mL/min，装置的不确定度为0.1％～0.2％。中国计量科学研究院电离辐射与医学工程计量科学研究所近年研制了一套输液泵检测仪校准装置，使用电子天平对蠕动泵进行校准，然后使用蠕动泵作为输液泵检测仪的校准装置，装置可校准的流量范围为0.1mL/h～1000mL/h，扩展不确定度为2％。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种医用注射泵和输液泵检测装置及方法。

医用注射泵和输液泵检测装置，包括第一三通阀、第二三通阀、测量池、积液盒和压力传感器。

待测注射泵或输液泵的输入口与第一三通阀的入口连接，第一三通阀的一个输出口连接至积液盒，另一个输出口连接至第二三通阀的输入口，第二三通阀的一个输出口与积液盒连接，另一个输出口与测量池的底部连接，所述的测量池为筒状，测量池的沿高度方向上设置有测量阵列，所述的测量阵列用于测量测量池内的液位高度，从而得到流量数据。

所述的测量阵列由多组发光-接收对管组成，每组发光-接收对管间隔高度相同，发光-接收对管的输出端连接至定时器。

所述的第一三通阀与第二三通阀之间的管路上接有压力传感器，所述的压力传感器的输出端连接至处理器。

进一步说，所述的测量池为玻璃毛细管。

进一步说，还包括处理电路部分，所述的处理电路包括MCU主控模块、CPLD逻辑分析模块、压力信号放大调理采集模块、显示屏和无线收发模块。

所述的MCU主控模块选择MSP430F5438A作为所述处理器，带有所述的定时器，是整个检测装置的核心，进行数据的信号采集、计算处理和发送。

所述的CPLD逻辑分析模块主要完成功能是：由流量传感器感应液体流过时发出一定频率脉冲，流量越高发出脉冲频率越高，反之流量越低发出脉冲频率越低，通过测量频率值来确定流量值大小，所述的流量传感器感由所述的测量阵列构成，其测量范围为0.1ml/h～1000ml/h。

所述的压力信号放大调理采集模块选择Freescale公司MPX2202系列压差传感器。

所述无线收发模块采用APC220-43无线模块。

医用注射泵和输液泵检测方法，使用上述装置，包括流量检测和阻塞压力检测；

所述的流量检测具体是：

从注射泵或输液泵输出的液体依次经过第一三通阀和第二三通阀进入测量池中，当测量池中的液面上升至第一组发光-接收对管时，触发定时器，作为计时的初始时间点，液面每经过一组发光-接收对管均会产生触发信号，记录每组对管的触发时间点，与前一次触发的时间点相减得到多个时间间隔，时间间隔的大小与输入液体的流速成反比关系，通过两者关系拟合出时间间隔和流速之间的关系式，确定流速后从而可得出流量。

当测量池中最上面的那组发光-接收对管触发后，第一三通阀和第二三通阀切换状态，使得输入的液体直接流入积液盒，同时测量池中的液体也流入积液盒中，当最底下的发光-接收对管测量到液位的再次变化，表示当前测量循环结束，准备开始新的测量循环，第一三通阀和第二三通阀再次切换状态。

所述的阻塞压力检测具体是：

将第一三通阀常开端打开，第二三通阀切换成常闭端，液体将从输入端不断被注入，增加管路中的压力，压力传感器测量管路中压力，当注射泵或输液泵输到达压力报警阈值时将停止输入液体，记录测量过程中的最大压力值，作为注射泵或输液泵的堵塞压力。

进一步说，如果注射泵或输液泵压力报警功能故障不进行报警，管路中的压力将不断上涨，当管路中压力超过200kPa时，切换第一三通阀切换至常闭，将管路中的液体注入积液盒中，使得管路中压力降至常压。

本发明的有益效果：

1、测量过程反应速度快，能够迅速获取流量值准确结果。在以往的检测过程中，使用其它型号品牌的检测仪，每个测量点至少需要等待2～5分钟待显示结果趋于稳定后再读数，规程要求要选择4～5个测量点进行测量，因此整个流量检测过程至少需要15分钟。而本发明在高速度测量时大大提高测量速度，大大提高了流量检测工作的效率。

2、检测装置检测数据准确。由于注射泵和输液泵的工作原理，在输液整个过程中并不是完全匀速运行，注射泵由步进电机推动注射器输液，在不同时间点上输液流量有微小波动，输液泵通过挤压输液器皮条的方式进行输液，因此在输液过程中流量值呈波浪型输出。因此设置显示流量测量值结果：实时流量值，平均流量值。实时流量值是在测量过程中反应小时间段上流量测量值，可视为流量测量瞬时值；随着测量时间的累积，流量值也随着时间累积趋于稳定，将流过整个传感器的测量值作为平均流量值，对于注射泵这种稳定流量输出的设备，能够快速度确定流量值；对于输液泵流量值的测量，由于输出流量呈现波浪型，需要进行长时间的累积测量，对累积流量值分析处理，使测量结果更具有实际意义。

3、检测装置使用方便。使用5.7寸液晶触摸显示屏，在一块显示屏上就可完成全部的测量工作，操作简洁明了，无抖动干扰影响，触摸反应快。

附图说明

图1是检测装置内部结构图。

图2是本发明测试系统主要结构；

图3是本发明测量电路结构；

图4是MSP430F5438A最小系统；

图5是CPLD逻辑分析电路；

图6是压力传感器放大调理采集电路；

图7是MSP430主控软件流程图；

图8是流量传感器中断输入程序；

图9是触摸屏中断输入程序；

图10是CPLD逻辑软件流程图。

具体实施方式

输液泵或注射泵和检测装置组成的检测液路，输液泵或注射泵按照设置的流量值，不断向检测装置不断注入液体，液体走完检测液路，排出检测装置，检测装置内部结构如图1所示。检测装置进行流量测量时，进行不断进液排液循环，具体流程如下：

(1)液体经过三通阀1(即第一三通阀)和三通阀2(即第二三通阀)的常开端进入测量池中，测量池由8组发光管和接收管组成的测量阵列，用于测量液位的位置，当液面上升至第一组发光-接收对管时触发检测装置中的定时器，作为计时的初始时间点，液面每经过一组发光-接收对管均会产生触发信号，记录每组对管的触发时间点，与前一次触发的时间点相减得到7个时间间隔Δt₀～Δt₇，时间间隔的大小与输入液体的流速成反比关系，通过两者关系可以拟合出时间间隔和流速之间的关系式L＝f(Δt)。

(2)当测量池中最上面的那组发光-接收对管触发后，三通阀1和三通阀2切换成常闭，输入的液体直接流入积液盒，这样不会因为堵塞产生管路压力增大，产生流量的波动，同时测量池中的液体流入积液盒中，当最底下的发光-接收对管测量到液位的再次变化，表示当前测量循环结束，准备开始新的测量循环，三通阀1和三通阀2切换成常开。

进行阻塞压力测量：将三通阀1常开端打开，三通阀2切换成常闭端，液体将从输入端不断被注入，增加管路中的压力，压力传感器测量管路中压力，当输液泵或注射泵输到达压力报警阈值时将停止输入液体，测量仪记录测量过程中的最大压力值，作为输液泵或注射泵堵塞压力，如果输液泵或者注射泵压力报警功能故障不进行报警并进行停止输入，管路中的压力将不断上涨，当管路中压力超过200kPa时，检测装置切换三通阀1切换至常闭，将液路中的液体注入积液盒中将管路中压力降至常压，并输出报警压力故障的结果。

本实施例的电控部分由MCU主控模块、CPLD逻辑分析模块、流量传感器、压力传感器、显示屏、无线收发模块与电源模块组成，见图2和图3。

1、MCU主控模块选择MSP430F5438A作为主控制器，是整个测试系统的核心，进行数据的信号采集、计算处理、发送，见图4。

2、CPLD逻辑分析模块主要完成功能是：由流量传感器感应液体流过时发出一定频率脉冲，流量越高发出脉冲频率越高，反之流量越低发出脉冲频率越低。通过测量频率值来确定流量值大小，见图5。

3、压力信号放大调理采集模块：按照设计目标的要求范围，选择Freescale公司MPX2202系列压差传感器，压力传感器放大调理电路如图6所示，由两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器串联组成三运放差分放大电路，电路中有关电阻保持严格对称，这个电路提高差模信号与共模信号之比，提高压力传感器输出信号的信噪比。

4、流量传感器：输液泵质量检测装置设计最为核心在于液体测量传感器的选择或设计。目标设计流量测量范围为0.1ml/h～1000ml/h，根据测试的结果来看能够满足精度±1.0％的要求。

5、无线模块采用APC220-43无线模块，集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片，创新的产用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大担高，最大可纠24bits连续突发错误，达到业内的领先水平，模块提供多个频道的选择，可在线修改串口速率、发射功率及射频速率等各种参数，可透明传输任何大小数据，传输距离远。

本发明软件系统设计，如图7、图8、图9和图10所示：

1、MSP430主控软件设计：程序开始后，首先进行系统初始化，包括时钟初始化，稳定配置时钟信号，为系统提供一个稳定的时钟基础；外部引脚初始化，配置好所有输入输出引脚功能，以及复用引脚功能，配置外部中断寄存器；定时器初始化，配置定时器的工作方式及定时时间。其次初始化液晶显示屏，初始化输出显示屏的内容。打开全局中断，准备接收外部中断输入信号。初始化完成后，进入测量循环主程序，接收到流量传感器和压力传感器信号进行数据分析处理，若有新的数据更新则更新输出，在消息处理中将数据输出显示并返回主循环，没有新数据更新则返回主循环等待数据到来。

若流量传感器有输入信号，读取CPLD当前计数值，对读到的数值进行数字滤波，滤去噪声干扰信号，按照标定时所确定的拟合参数计算当前流量值，将流量值输出显示。

点击触摸屏后，触摸屏接口电路会向主控单片机发出一个外部中断信号，读取触摸屏输入信号，首先判断该信号是否为有效输入信号，排除干扰信号，若是干扰信号则返回主程序；对有效信号进行简析，判断是哪个功能按键的输入，作出相应的操作。

2、CPLD逻辑软件设计：主要完成的功能是流量传感器流量值计数功能。MSP430控制器向CPLD控制器发送流量测量的始能功能，如没有始能信号，则即使有脉冲信号输入也不进行计数。流量测量始能后，等待第一个脉冲信号到来，第一个脉冲信号到来后清除原来计数值，并开始计数；等待第二个脉冲，记录下当前计数值，计算这两个脉冲之间计数差值，把这个计数差值发送给MSP430主控单元。

本发明的总体性能指标：

1、外形尺寸：275mm×180mm×125mm。

2、显示屏：5.7寸触控屏；分辨率：640×480。

3、通道数：单通道。

4、流量测量范围：0.5ml/h～1000ml/h，测量精度：优于1.0％。

5、压力测量服范围：1～200kPa，测量精度：优于1.0％。

检测装置压力允许误差要求：在(0～200kPa)范围内，示值误差最大允许误差±2.0kPa。

综上所述，本发明自主研发的输液泵质量检测装置测量结果稳定、测量精度高，对出现的一些干扰及常情况能进行恢复，与进口设备相比，在操作性上更简单合理方便，解决了国内对于输液泵注射泵检测装配严重依懒进口设备的现状，填补了国内对于这一测量装置自主研发空缺。

上述具体原理与实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.医用注射泵和输液泵检测装置，包括第一三通阀、第二三通阀、测量池、积液盒和压力传感器，其特征在于：

待测注射泵或输液泵的输入口与第一三通阀的入口连接，第一三通阀的一个输出口连接至积液盒，另一个输出口连接至第二三通阀的输入口，第二三通阀的一个输出口与积液盒连接，另一个输出口与测量池的底部连接，所述的测量池为筒状，测量池的沿高度方向上设置有测量阵列，所述的测量阵列用于测量测量池内的液位高度，从而得到流量数据；

所述的测量阵列由多组发光-接收对管组成，每组发光-接收对管间隔高度相同，发光-接收对管的输出端连接至定时器；

所述的第一三通阀与第二三通阀之间的管路上接有压力传感器，所述的压力传感器的输出端连接至处理器。

2.根据权利要求1所述的医用注射泵和输液泵检测装置，其特征在于：所述的测量池为玻璃毛细管。

3.根据权利要求1所述的医用注射泵和输液泵检测装置，其特征在于：还包括处理电路部分，所述的处理电路包括MCU主控模块、CPLD逻辑分析模块、压力信号放大调理采集模块、显示屏和无线收发模块；

所述的MCU主控模块选择MSP430F5438A作为所述处理器，带有所述的定时器，是整个检测装置的核心，进行数据的信号采集、计算处理和发送；

所述的CPLD逻辑分析模块主要完成功能是：由流量传感器感应液体流过时发出一定频率脉冲，流量越高发出脉冲频率越高，反之流量越低发出脉冲频率越低，通过测量频率值来确定流量值大小，所述的流量传感器感由所述的测量阵列构成，其测量范围为0.1ml/h～1000ml/h；

所述的压力信号放大调理采集模块选择Freescale公司MPX2202系列压差传感器；

所述无线收发模块采用APC220-43无线模块。

4.医用注射泵和输液泵检测方法，使用权利要求1所述的装置，其特征在于：包括流量检测和阻塞压力检测；

所述的流量检测具体是：

从注射泵或输液泵输出的液体依次经过第一三通阀和第二三通阀进入测量池中，当测量池中的液面上升至第一组发光-接收对管时，触发定时器，作为计时的初始时间点，液面每经过一组发光-接收对管均会产生触发信号，记录每组对管的触发时间点，与前一次触发的时间点相减得到多个时间间隔，时间间隔的大小与输入液体的流速成反比关系，通过两者关系拟合出时间间隔和流速之间的关系式，确定流速后从而可得出流量；

当测量池中最上面的那组发光-接收对管触发后，第一三通阀和第二三通阀切换状态，使得输入的液体直接流入积液盒，同时测量池中的液体也流入积液盒中，当最底下的发光-接收对管测量到液位的再次变化，表示当前测量循环结束，准备开始新的测量循环，第一三通阀和第二三通阀再次切换状态；

所述的阻塞压力检测具体是：

将第一三通阀常开端打开，第二三通阀切换成常闭端，液体将从输入端不断被注入，增加管路中的压力，压力传感器测量管路中压力，当注射泵或输液泵输到达压力报警阈值时将停止输入液体，记录测量过程中的最大压力值，作为注射泵或输液泵的堵塞压力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：如果注射泵或输液泵压力报警功能故障不进行报警，管路中的压力将不断上涨，当管路中压力超过200kPa时，切换第一三通阀切换至常闭，将管路中的液体注入积液盒中，使得管路中压力降至常压。

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