CN113413511B - 一种输液泵的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种输液泵的控制方法，所述输液泵与输液器件配套使用，所述输液器件包括储液容器以及与所述储液容器相连的输液导管，所述输液导管的出口端与静脉针相连，所述输液泵为所述输液导管中液体的流动提供驱动力，输液开始后，包括以下步骤：对所述储液容器中剩余液体的情况进行周期采样，当所述储液容器中的剩余液体量小于设定阈值时，根据此时储液容器中的剩余液体量、输液管路中的液体量以及输液导管中的液体流速计算剩余输液时间，将剩余输液时间设定为输液泵运行时间，并开始计时，所述输液管路为储液容器和静脉针之间的管路；当达到所输液泵运行时间后，输液泵停止输液。本发明方法可以将输液管路中的液体完全输送至人体，避免了药品的浪费。

Description

一种输液泵的控制方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种输液泵的控制方法。

背景技术

输液泵是一种用于对患者进行恒速静脉输注药液的医疗器械，输液过程中可以通过输液泵实时控制输液的速率、流向、压力等，进而实现临床输液过程的实时监测。目前对输液泵的控制一般是通过监测输液瓶中液体的剩余量来控制输液时间，当输液瓶中液体的剩余量为0时停止输液。但这种控制方法没有考虑输液管路中的液体容量，在计算剩余输液时间时只基于输液瓶中的液体量，输液瓶中没有液体时即停止输液，但此时输液管路中仍残留有液体，由于输液泵已停止，这部分液体不会被输送至人体，这不仅会造成药品的浪费，而且药品未完全输完也会影响患者的输液治疗效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制精度高的输液泵的控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种输液泵的控制方法，所述输液泵与输液器件配套使用，所述输液器件包括储液容器以及与所述储液容器相连的输液导管，所述输液导管的出口端与静脉针相连，所述输液泵为所述输液导管中液体的流动提供驱动力，输液开始后，包括以下步骤：

S101、对所述储液容器中剩余液体的情况进行周期采样，当所述储液容器中的剩余液体量小于设定阈值时，根据此时所述储液容器中的剩余液体量、输液管路中的液体量以及所述输液导管中的液体流速计算剩余输液时间，将计算得到的剩余输液时间设定为输液泵运行时间，并开始计时，所述输液管路为所述储液容器和所述静脉针之间的管路；

S102、当达到所输液泵运行时间后，所述输液泵停止输液。

由以上技术方案可知，本发明在计算输液泵的剩余输液时间时，不仅考虑了储液容器中剩余的液体量，还一起考虑了输液管路中的液体量，从而计算出来的剩余输液时间可以将输液管路中的剩余液体也一起输送至人体，提高了输液控制的精度，克服了现有技术在计算输液过程的剩余输液时间时因未考虑到输液管路中剩余液体的容量，控制精度不高，输液结束后输液管路中仍然会残留液体，导致药品浪费的问题。

作为本发明一种可选的技术方案，设置一装有注射溶液的预留袋，当所述输液泵在所述输液泵运行时间内运行的过程中，所述储液容器内的剩余液体为0时，将所述输液导管与所述预留袋连接，所述输液泵继续运行，直至达到所述输液泵运行时间。

通过设置预留袋，在检测到储液容器内剩余液体的容量为0，将输液导管接至预留袋，利用预留袋内的液体压力将输液导管内剩余液体全部输注至人体静脉，保障了输液泵在剩余输液时间内的输液速率控制精确性和稳定性，避免了输液导管内残留液体的现象，也保障了输液者的输液安全。

作为本发明一种可选的技术方案，在所述步骤S101中，对所述储液容器的重量进行周期采样，当所述储液容器的采样重量小于设定阈值时，计算剩余输液时间。

进一步的，输液时对所述输液泵的驱动装置进行PID控制，步骤如下：

S1001、设定预设流速；

S1002、确定所述储液容器的重量变化率；

S1003、根据储液容器的重量变化率计算所述输液导管中的液体流速，将所述预设流速作为PID控制器的输入量r(t)，将所述输液导管中的液体流速作为PID控制器的反馈量y(t)，PID控制器的误差值e(t)＝|r(t)-y(t)|，基于PID控制器的误差值对驱动装置的输入功率进行PID控制。

通过检测储液容器的重量方式，来对输液导管中的液体流速进行PID反馈控制，实现了对输液导管中的液体流速平稳、自适应控制；相比于现有技术中采用检测输液管中点滴数的方式获取输液管流速的方式，称重检测的方式具有更高的导管流速检测精度，可以实现对输液导管内的液体流速进行更精确的控制。

更进一步的，所述储液容器的重量变化率采用以下方法计算：

第1个采样点的储液容器的重量变化速率Δm_rate为0；

对于后续的第j个采样点，j＝2,3,……，所述储液容器的重量变化率为：

式中的M₁为第1次采样时所述储液容器的采样重量，M₂为第2次采样时所述储液容器的采样重量，M_j为第j次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，M_j-1为第j-1次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，T为采样周期，当j-1＝2时，M_j-1为第2次采样时所述储液容器的采样重量。

在计算储液容器的重量变化率时，对储液容器的采样重量进行卡尔曼滤波，可以排除采样过程中的噪声量和干扰量，提高采样精度，减少采样误差，避免因采样误差而导致的输液导管中液体的流速控制误差。

作为本发明一种可选的技术方案，所述步骤S1001中的预设流速采用以下方法设定：

接收使用者输入的档位选择指令，确定与所输入的档位选择指令对应的输液档位；

接收输液者的生理指标数据，根据输液者的生理指标数据核对所述输液档位是否安全，如果根据所述输液者的生理指标数据判断所述输液档位安全，则根据输液档位和输液速度之间的对应关系，将与所述输液档位对应的输液速度设为预设流速，否则提示重新选择输液档位；所述生理指标数据至少包括体重、性别、年龄中的一项或多项；

所述输液档位和输液速度之间的对应关系根据临床经验预先建立。

作为本发明一种可选的技术方案，输液时通过所述输液泵的显示器上显示重量变化曲线，步骤如下：

连续获取一段时间内所述储液容器的多个采样重量；

对获得的所述储液容器的多个采样重量采用拉格朗日插值法获取重量变化曲线，并在显示屏上显示所述重量变化曲线。

作为本发明一种可选的技术方案，在所述输液导管靠近所述静脉针的一侧设置有气泡检测器，所述控制方法还包括气泡状态检测步骤，具体如下：

通过所述气泡检测器对所述输液导管内的气泡量进行超声检测，根据接收到的超声波信号判断所述静脉针和所述输液导管之间的连接状态是否正常，当检测到所述输液导管内的气泡量小于气泡预设值时认为所述静脉针和所述输液导管之间的连接正常，反之认为所述静脉针和所述输液导管之间的连接异常，并提示报警。

通过设置气泡检测器，可以及时发现输液导管与静脉针之间连接异常的状况，保障输液安全。

作为本发明一种可选的技术方案，在所述输液导管靠近所述静脉针的一侧设置有加热装置和温度传感器，所述温度传感器比所述加热装置更靠近所述静脉针，所述加热装置用于对所述输液导管中的液体进行加热，所述温度传感器用于检测所述输液导管内的液体温度。

通过在输液导管上设置加热装置，可以使输出的液体温度接近人体体温，提高输液者输液时的舒适性和安全性。

进一步的，控制方法还包括温度控制步骤，具体如下：

根据输液者的体温设定液体的预设加热温度；

根据预设流速和液体的预设加热温度依据温度-流速对照表确定加热装置的加热温度；

基于输液导管内的液体温度和预设温度对加热装置的输入功率进行PID控制，将所述输液导管内的液体温度作为PID控制器的反馈量，将预设温度作为PID控制器的输入量，对加热装置的输入功率进行PID控制；

所述温度-流速对照表采用实验方法建立，在改变所述加热装置的加热温度以及所述输液导管中的液体流速的情况下，检测所述输液导管内的液体温度，建立所述加热装置的加热温度与所述输液导管中的液体流速以及所述输液导管内的液体温度三者间的对应关系列表，即得到温度-流速对照表。

对加热装置的温度控制采用PID控制，实现加热的精准控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1输液泵的使用示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为实施例1配置有预留袋时输液泵的使用示意图；

图4为实施例1输液泵驱动装置采用PID控制的原理图；

图5为输液过程中储液容器的重量变化曲线图；

图6为输液管内的气泡量小于气泡预设值的超声波波形图；

图7为输液管内的气泡量大于等于气泡预设值的超声波波形图；

图8为本发明实施例2输液泵的使用示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

输液泵主要包括壳体、泵门，以及设置于壳体内的驱动装置、卡槽、管道夹，使用时，先打开泵门，将输液导管安装在卡槽和管道夹中，使驱动装置可以通过挤压输液导管，向输液导管中的液体提供驱动力，从而使得液体在输液导管内定向移动。输液泵和输液器件一起配套使用，输液器件一般包括存储药液的储液容器以及与储液容器相连的输液导管，储液容器可以是输液瓶、输液袋等。在一些具体应用中，输液泵还可以配置显示器，以实时显示输液泵的各项输液参数，便于用户通过显示器直观地了解输液状态。

如图1所示，输液导管100的输入端通过瓶塞穿刺器101与储液容器102相连，输出端与静脉针104相连，输液导管100穿过输液泵103，从而可以通过输液泵103对输液进行控制。作为一种优选的实施方式，本实施例在输液导管100靠近静脉针104的一侧还设置了气泡检测器105，用于检测输液导管100和静脉针104间的连接状态，同时还设置了莫菲氏壶106，输液导管100经莫菲氏壶106后与瓶塞穿刺器101相连，插入储液容器102中。莫菲氏壶106可起到平缓输液速率、排除输液气泡以及添加注入药物等作用。输液时，将储液容器102挂在支架，从而可以利用重力作用，将储液容器102中的药液通过输液导管100注入人体静脉。通过在输液泵上输入相应的控制指令，使输液泵根据控制指令改变输液速率和输液方向，对输液过程进行控制。

在进行输液前首先要检查管路是否都已安装且连接好，如输液导管是否和输液泵安装好，只有当输液导管安装在输液泵的卡槽和管路夹中并关上泵门后，输液泵才能够对输液导管内的液体流动状态进行控制，输液导管和输液泵安装好后，即可开始输液，如果没有安装好，则发出声光等报警提示；如图2所示，本发明的输液泵的控制方法包括以下步骤：输液开始后，

S101、对储液容器中剩余液体的情况进行周期采样，当储液容器中的剩余液体量小于设定阈值时，根据此时储液容器中的剩余液体量、输液管路中的液体量以及输液导管中的液体流速计算剩余输液时间，即剩余输液时间＝(储液容器中的剩余液体量+输液管路中的液体量)/输液导管中的液体流速，然后将剩余输液时间设定为输液泵运行时间，并开始计时；

S102、当达到所设定的输液泵运行时间后，输液泵停止输液，并发出声光等报警提示信号。

储液容器中剩余液体的情况测定可通过检测储液容器的重量来进行判断，或者储液容器中剩余液体的情况测定可通过检测储液容器中剩余液体的体积进行判断；例如可采用称重传感器来采集储液容器的重量，储液容器的自重已知，将采集到的储液容器的重量减去储液容器本身的自重即可得到储液容器中液体的重量，或者通过设置称重传感器的模式也可以直接得到储液容器中液体的重量；液体的密度已知，即可根据液体的重量和密度计算出剩余液体的体积。当然也可以通过其他方式直接检测储液容器中剩余液体的体积。采样周期可根据实际使用场合相应设置，如可将采样周期设置为0.1秒。设定阈值也根据实际使用情况设置，例如根据总的输液量、液体流速以及预计的输液总时长相应设置。

当对于储液容器中的剩余液体采用重量检测方式，则检测到储液容器中的液体剩余量小于设定阈值时，如储液容器的采样重量小于预设重量时，说明储液容器中的液体即将输完；又比如当对于储液容器中剩余液体采用液体体积检测方式，则检测到储液容器中的剩余量小于设定阀值时，如储液容器的采样体积小于预设体积时，说明储液容器中的液体即将输完；此时根据储液容器中剩余液体的实际体积、输液管路中液体的体积以及输液导管中的液体流速确定剩余输液时间，比如在输液管路只包括输液导管而未连接诸如莫菲氏壶等其他装置的情况下，储液容器内剩余液体的体积为10毫升，输液导管的容量为10毫升(由于输液还在进行中，因此输液导管中是充满液体的，输液管路中的液体量＝输液导管中的液体量＝输液导管的容量)，输液导管中的液体流速为3毫升/分钟，则输液泵的剩余输液时间为：(储液容器中的剩余液体量+输液导管的容量)/输液导管中的液体流速＝6.67分钟，将6.67分钟设置为输液泵运行时间，并在此时开始计时，即在储液容器的采样重量小于预设重量时，开始计时，当计时时间达到剩余输液时间时，控制驱动装置停止，输液泵停止输液，并发出声光报警提示，提醒输液者及时拔针。

在具体应用中，还可以设置一个预留袋107，如图3所示，预留袋107内装有一定量的注射溶液，如生理盐水等，储液容器102和预留袋107一起挂在输液架110上。在输液泵103在剩余输液时间内运行过程中，储液容器102内的剩余液体为0时，将输液导管100接到预留袋107上，通过预留袋107中的液体继续提供输液压力，使输液导管100内剩余的液体能够全部输入至人体，这样可以避免因储液容器102中没有液体而无法继续为输液导管100中的液体提供液压，不能完全将输液导管100中的液体输入至人体。

本发明的输液管路是指位于储液容器和静脉针之间的管路，也就是输液过程中储液容器中的液体从储液容器流至静脉针时经过的管路，储液容器和静脉针之间只有输液导管时，输液管路就是指输液导管，此时只要确定了输液导管的长度和管径，即可计算出输液导管的储液量，如输液导管管径为2.6毫米，长度为1.2米时，输液导管的储液量＝3.14×0.13×0.13×120＝6.368毫升。输液导管中的液体流速可通过输液泵检测出来。当输液导管与莫菲氏壶连接时，输液管路不仅包括输液导管，还包括与输液导管相连的莫菲氏壶，则计算输液管路的液体量时要把莫菲氏壶中的液体量计算进去，即输液管路中的液体量＝输液导管的容量+莫菲氏壶中的液体量，莫菲氏壶中的液体量根据莫菲氏壶是否装满液体而有所不同，当莫菲氏壶中装满液体时，莫菲氏壶中的液体量就是莫菲氏壶的容量，当莫菲氏壶中液体不满时，可通过液位传感器对莫菲氏壶中液体的液位进行检测，然后根据检测到的液位以及莫菲氏壶的容量计算莫菲氏壶中的液体量。

作为本发明的一种可选的实施方式，输液时，输液泵的驱动装置采用以下方法控制：

S1001、设定预设流速，预设流速为经验值，可以根据患者的情况相应设置，如患者体重大，预设流速就大一些，体重小，预设流速就小一些；

S1002、确定储液容器中液体的变化速率，如通过称重传感器对储液容器的重量进行周期性采样，就可以得到储液容器的重量变化率，也就是储液容器中液体的重量变化率；在其他的实施方式中，也可以以储液容器中液体的体积变化率作为储液容器中液体的变化率，根据采样的情况相应变化；

S1003、根据储液容器中液体的变化速率计算输液导管中的液体流速，比如根据储液容器的重量变化率计算输液导管中的液体流速，并根据输液导管中的液体流速和预设流速对驱动装置的输入功率进行PID控制。

输液导管中的液体流速可以根据储液容器中液体的重量变化率和液体的密度计算出来。图4为PID控制的原理示意图，如图4所示，驱动装置是PID控制的被控对象，采用PID控制器对驱动装置的输入功率进行PID反馈控制，当驱动装置的输入功率发生变化时，驱动装置对输液导管中液体的驱动力也会降低或者升高，输液导管中液体流速也会相应变化，从而可以使输液导管中的液体流速逐渐接近预设流速。更具体的，将预设流速作为PID控制器的输入量r(t)，将液体流速作为PID控制器的反馈量y(t)，则PID控制器的误差值e(t)＝|r(t)-y(t)|，基于PID控制器的误差值对驱动装置的输入功率进行PID控制。

优选的，采用遗传算法对PID控制器的参数进行整定。则PID控制器的传递函数为：

式中的K_p为PID控制器的比例系数，T_I为PID控制器的积分时间常数，T_D为PID控制器的微分时间常数，通过对K_p、T_I、T_D这三个参数进行整定，以使PID控制器的超调量最小，调节时间更快。具体步骤如下：对三个参数K_p、T_I、T_D进行二进制编码，并且设定三个参数的变化范围，比如K_p∈(0.1,20)，T_I∈(0,2)，T_D∈(0,2)，然后设定遗传算法的各项参数，比如交叉概率、变异概率等，进行循环迭代得到不同K_p、T_I及T_D，代入传递函数中，当遗传算法执行完成之后，即整定得到三个最优的参数K_p、T_I及T_D。参数整定后的PID控制器具有更小的超调量和更快的调节时间，可以实现最佳的PID控制性能。根据参数整定后的PID控制器对驱动装置的输入功率进行PID控制，可以保障输液导管内液体流速的控制精度。

作为本发明一种可选的实施方式，步骤S1001中可采用以下方法设定预设流速：

S1001a、建立输液档位和输液速度(输液导管中的液体流速)之间的对应关系，输液档位和输液速度之间的对应关系为经验值，可如表1所示；

表1

输液档位	输液速度
		第一档	2毫升/分钟
第二档	3毫升/分钟
		第三档	4毫升/分钟
第四档	5毫升/分钟
		第五档	6毫升/分钟

S1001b、接收使用者输入的档位选择指令，确定与档位选择指令对应的输液档位；

S1001c、根据输液者的生理指标数据核对输液档位是否安全，如果根据输液者的生理指标数据判断输液档位安全，则按所设定的输液档位对应的输液流速作为预设流速，否则提示重新选择输液档位；输液者的生理指标数据可包括：体重、性别以及年龄中的一项或者多项。

人体的生理指标数据与输液速度存在一定的对应关系，比如，当人体的体重越大时，输液速度可选择快一些，又比如人体年龄越大时，输液速度可选择慢一些；同样的输液速度，对于年轻人来说合适，但对于年纪比较大的人来说可能会因输液速度过快而容易导致胸闷、咳嗽等症状。通过根据生理指标数据核对所选择的输液档位是否安全，可以避免选择的输液档位不适宜的情况。以表1为例，对于60岁以上的输液者，适用于第一档或第二档的输液档位，此时当选择其他更高的档位时，则提示用户重新选择输液档位，以保障输液的安全性。人体的生理指标数据与输液速度间的对应关系为经验值，根据临床情况总结。

在步骤1002中，当以储液容器的重量变化率作为储液容器中液体的变化速率时，作为一种可选的实施方式，储液容器的重量变化率采用以下方法计算：

在第1个采样点，也就是初始采样点，通过称重传感器对储液容器的重量进行采样得到采样重量，此时储液容器的重量变化率Δm_rate为0；

对于后续的第j个采样点(即第j次采样)，j＝2,3,……，当j＝2时，储液容器的重量变化率Δm_rate＝(M₂-M₁)/T，式中的M₂为第2次采样时储液容器的采样重量，M₁为第1次采样时储液容器的采样重量，T为采样周期，当j＞2时，对每次采样时得到的储液容器的采样重量进行卡尔曼滤波后再计算重量变化率，储液装置的重量变化率Δm_rate＝(M_j-M_j-1)/T，式中的M_j为第j次采样时储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，M_j-1为第j-1次采样时储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，当j-1＝2时，M_j-1取第2次采样时储液容器的采样重量，其余情况下M_j-1均取储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值。通过卡尔曼滤波去除储液容器在称重过程中的噪声量和干扰量，经过卡尔曼滤波后的采样重量能够还原更加真实的数据。

下面对采样重量的卡尔曼滤波的过程做更详细的说明，根据前面对储液容器的重量变化率的计算方法的说明可知，第1个采样点下储液容器的重量变化率为0，第2个采样点下储液容器的重量变化率是根据第1次采样时的储液容器的采样重量和第2次采样时的储液容器的采样重量计算，只有在计算第3个采样点及其以后的采样点的储液容器的重量变化率时是根据储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值进行计算，因此对储液容器的采样重量进行卡尔曼滤波是从第3个采样点开始，对储液容器的采样重量进行卡尔曼滤波的步骤如下：

步骤1002a、根据第j-1个采样点下经卡尔曼滤波后的储液容器的采样重量(亦即第j-1次采样时储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值)和第j-1个采样点下储液容器的重量变化率计算第j个采样点下储液容器的理论重量，即第j个采样点下储液容器的理论重量＝第j-1个采样点下经卡尔曼滤波后的储液容器的采样重量+第j-1个采样点下储液容器的重量变化率×采样周期，当j-1＝2时，第j-1个采样点下经卡尔曼滤波后的储液容器的采样重量，也就是第2个采样点下经卡尔曼滤波后的储液容器的采样重量取第2个采样点下的储液容器的采样重量；

步骤S1002b、设定卡尔曼增益值；卡尔曼增益值＝P1/(P1+P2)，设定第j个采样点下储液容器的重量服从正态分布，根据该正态分布计算出第j个采样点下储液容器的理论重量的可信度概率P1和第j个采样点下储液容器的采样重量的可信度概率P2，卡尔曼增益值代表了储液容器的理论重量的可相信程度。

步骤S1002c、计算第j个采样点下储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，第j个采样点下储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值＝P1/(P1+P2)×第j个采样点下储液容器的理论重量+P2/(P1+P2)×第j个采样点下储液容器的采样重量。

作为本发明的一种优选的实施方式，控制方法还包括显示重量变化曲线步骤，可通过显示器显示输液过程中的重量变化曲线，步骤如下：

步骤S1004、连续获取一段时间内储液容器的多个采样重量；

步骤S1005、对多个连续的采样重量采用拉格朗日插值法获取重量变化曲线，并在显示屏上显示重量变化曲线，如图5所示，采用拉格朗日插值法得到的重量变化曲线不仅能够获取在过去的连续一段时间内储液容器的重量变化情况，而且能通过重量变化曲线预测储液容器在将来一段时间的重量变化情况，以推测出输液导管中液体的流速变化情况。

采用拉格朗日插值法得到的重量变化曲线的具体步骤如下：

在连续一段时间内对储液容器的重量进行采样，第k个采样点对应的拉格朗日基本多项式为

式中的x₀，x₁，…，x_n表示采样时间点，获取的多个连续的采样点对应于它们的次数不超过n的拉格朗日多项式函数只有一个；

n次的拉格朗日多项式函数为：p(x)＝y₀·L₀(x)+y₁·L₁(x)+…+y_n·L_n(x)，式中的y₀，y₁，…，y_n表示采样时间点上获取的采样重量；

得到拉格朗日多项式函数后，就可以绘制出拉格朗日多项式函数的曲线图，即重量变化曲线，以便于根据储液容器在连续一段时间内的重量变化趋势准确地识别出输液泵的流速变化情况。

作为本发明一种可选的实施方式，当储液容器中的剩余液体量小于设定阈值时，调节输液泵的驱动装置的驱动力，降低输液导管中的液体流速，使输液导管中的液体流速小于预设流速。剩余液体量小于设定阈值时，说明储液容器内的液体即将输完，需要降低输液导管中液体的流速，以使得输液泵在降低后流速后能够继续将剩余液体全部注入至人体静脉。在降低流速后，根据降低后的液体流速计算剩余输液时间。

作为一种优选的实施方式，本实施例在输液导管靠近静脉针的一侧设置了气泡检测器，控制方法还包括气泡状态检测步骤，具体如下：

输液时，通过气泡检测器对输液导管内的气泡量进行超声检测；气泡检测器包括超声波发生器和超声波接收器，超声波发生器发出超声波，超声波穿过输液导管后被超声波接收器接收，根据接收到的超声波信号判断静脉针和输液导管之间的连接状态是否正常。图6为输液导管内的气泡量小于气泡预设值的超声波波形图，图7为输液导管内的气泡量大于等于气泡预设值的超声波波形图。为了便于观察，图6和图7都是将接收到的超声波信号进行放大后的波形图。当输液导管内的气泡量小于气泡预设值时为正常状态，反之则为异常状态。正常状态时，输液导管内的气泡量小于气泡预设值，说明静脉针和输液导管连接良好，异常状态时输液导管内的气泡量大于或等于气泡预设值，说明静脉针和输液导管间的连接出现松动，有气泡通过静脉针与输液导管之间的间隙进入输液导管内，此时发出声光等报警提示。

实施例2

如图8所示，本实施例和实施例1不同的地方在于，在输液导管100上靠近静脉针104的一侧还设置有加热装置108和温度传感器109，温度传感器109比加热装置108更靠近静脉针104。加热装置108用于对输液导管100中的液体进行加热，使输出的液体的温度更接近人体体温，避免液体温度过低导致输液者出现寒战、血糖增高等症状。温度传感器109用于检测输液导管100输出的液体的温度。

本实施例在输液导管靠近静脉针104的一侧设置了加热装置108和温度传感器109，控制方法还包括温度控制步骤，具体如下：

A、根据输液者的体温设定液体的预设加热温度；如输液者的体温为36摄氏度，则可将预设加热温度设为36或37摄氏度，使输出的液体温度与输液者的体温保持一致；

B、根据预设流速和液体的预设加热温度依据温度-流速对照表确定加热装置的加热温度；

温度-流速对照表可采用实验方法建立，由于加热装置108是套设在输液导管100的外壁，因此加热装置108的热量实际上是通过输液导管100的外壁传递给输液导管100内的液体，则加热装置108的加热温度与输液导管100内液体的温度存在一定的对应关系，如加热装置108的加热温度为40摄氏度时，输液导管100内液体的温度为35摄氏度，与此同时，输液导管100内的液体流速也会影响加热装置108的加热效果，如输液导管100内的液体流速越大时，液体被加热的时间就越短，加热装置108的加热温度就要设置得更高，才能够达到预设的加热效果。可以通过改变加热装置108的加热温度、输液导管100中的液体流速来建立加热装置的加热温度与输液导管中的液体流速和输液导管中液体的温度三者间的对应关系列表，即温度-流速对照表，以便于对加热装置的控制。表2为一个示例性的温度-流速对照表。

表2

在有了温度-流速对照表后，就可以将预设流速等同为输液导管内的液体流速，将液体的预设加热温度等同为输液导管内的液体温度，然后按照表2中的对应关系，确定加热装置的加热温度。如当预设流速为3毫升/分钟，液体的预设加热温度为36摄氏度时，根据表2中，将加热装置的加热温度设为42摄氏度。

C、基于输液导管内的液体温度和预设温度对加热装置的输入功率进行PID控制，以反馈调节加热装置的加热温度。即通过温度传感器检测到输液导管内的液体温度以后，将检测到的实际温度作为PID控制器的反馈量，将预设温度作为PID控制器的输入量，对加热装置的输入功率进行PID控制，以反馈调节加热装置的加热温度，经过PID控制以后，使加热装置的加热温度能够趋近于预设温度，提高了加热的精度，输液导管内的液体可以得到较佳的加热效果。加热装置的PID控制方法和输液泵驱动装置的PID控制方法一样，此处不再赘叙。

其中，本文所示出的各个步骤序号仅仅用于名称性指代，并非意味着本文中各个步骤一定按照步骤序号或者上下文顺序执行，本文中的每一个步骤按照逻辑顺序执行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种输液泵的控制方法，所述输液泵与输液器件配套使用，所述输液器件包括储液容器以及与所述储液容器相连的输液导管，所述输液导管的出口端与静脉针相连，所述输液泵为所述输液导管中液体的流动提供驱动力，其特征在于：设置一装有注射溶液的预留袋，输液开始后，包括以下步骤：

S101、对所述储液容器中剩余液体的情况进行周期采样，当所述储液容器中的剩余液体量小于设定阈值时，根据此时所述储液容器中的剩余液体量、输液管路中的液体量以及当前所述输液导管中的液体流速计算剩余输液时间，将计算得到的剩余输液时间设定为输液泵运行时间，并开始计时，所述输液管路为所述储液容器和所述静脉针之间的管路；

S102、所述输液泵在所述输液泵运行时间内运行的过程中，当所述储液容器内的剩余液体为0时，将所述输液导管与所述预留袋连接，所述输液泵继续运行，直至达到所述输液泵运行时间，当达到所输液泵运行时间后，所述输液泵停止输液；

输液时所述输液泵的驱动装置按照以下步骤进行控制：

S1001、设定预设流速；

S1002、确定所述储液容器的重量变化率；

S1003、根据储液容器的重量变化率计算所述输液导管中的液体流速，并根据所述输液导管中的液体流速和所述预设流速对驱动装置的输入功率进行PID设置；

步骤S1002中，所述储液容器的重量变化率采用以下方法计算：

第1个采样点的储液容器的重量变化率Δm_rate为0，对于后续的第j个采样点，j＝2,3,……，所述储液容器的重量变化率Δm_rate为：

式中的M₁为第1次采样时所述储液容器的采样重量，M₂为第2次采样时所述储液容器的采样重量，M_j为第j次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，M_j-1为第j-1次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值，T为采样周期，从第3个采样点开始，第j次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值按以下步骤获得：

S1002a、计算第j次采样时所述储液容器的理论重量，第j次采样时所述储液容器的理论重量＝第j-1次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值+第j-1次采样时所述储液容器的重量变化率×采样周期，j-1＝2时，第j-1次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值为第2次采样时所述储液容器的采样重量；

S1002b、设定卡尔曼增益值，卡尔曼增益值＝P1/(P1+P2)，所述储液容器的采样重量服从正态分布，P1为根据正态分布计算得到的第j次采样时所述储液容器的理论重量的可信度概率，P2为根据正态分布计算得到的第j次采样时所述储液容器的采样重量的可信度概率；

S1002c、第j次采样时所述储液容器的采样重量的卡尔曼滤波值＝P1/(P1+P2)×第j次采样时所述储液容器的理论重量+P2/(P1+P2)×第j次采样时所述储液容器的采样重量；

在所述输液导管靠近所述静脉针的一侧设置有加热装置和温度传感器，所述温度传感器比所述加热装置更靠近所述静脉针，所述加热装置用于对所述输液导管中的液体进行加热，所述温度传感器用于检测所述输液导管内的液体温度，控制方法还包括温度控制步骤，具体如下：

根据输液者的体温设定液体的预设加热温度；

根据预设流速和液体的预设加热温度依据温度-流速对照表确定加热装置的加热温度；

基于输液导管内的液体温度和预设温度对加热装置的输入功率进行PID控制，将所述输液导管内的液体温度作为PID控制器的反馈量，将预设温度作为PID控制器的输入量，对加热装置的输入功率进行PID控制；

其中，所述温度-流速对照表采用实验方法建立，在改变所述加热装置的加热温度以及所述输液导管中的液体流速的情况下，检测所述输液导管内的液体温度，建立所述加热装置的加热温度与所述输液导管中的液体流速以及所述输液导管内的液体温度三者间的对应关系列表，即得到温度-流速对照表。

2.如权利要求1所述的输液泵的控制方法，其特征在于：在所述步骤S101中，对所述储液容器的重量进行周期采样，当所述储液容器的采样重量小于设定阈值时，计算剩余输液时间。

3.如权利要求1所述的输液泵的控制方法，其特征在于：将所述预设流速作为PID控制器的输入量r(t)，将所述输液导管中的液体流速作为PID控制器的反馈量y(t)，PID控制器的误差值e(t)＝|r(t)-y(t)|，基于PID控制器的误差值对驱动装置的输入功率进行PID控制。

4.如权利要求1所述的输液泵的控制方法，其特征在于：所述步骤S1001中的预设流速采用以下方法设定：

接收使用者输入的档位选择指令，确定与所输入的档位选择指令对应的输液档位；

接收输液者的生理指标数据，根据输液者的生理指标数据核对所述输液档位是否安全，如果根据所述输液者的生理指标数据判断所述输液档位安全，则根据输液档位和输液速度之间的对应关系，将与所述输液档位对应的输液速度设为预设流速，否则提示重新选择输液档位；所述生理指标数据至少包括体重、性别、年龄中的一项或多项；

所述输液档位和输液速度之间的对应关系根据临床经验预先建立。

5.如权利要求1所述的输液泵的控制方法，其特征在于：输液时通过所述输液泵的显示器上显示重量变化曲线，步骤如下：

连续获取一段时间内所述储液容器的多个采样重量；

对获得的所述储液容器的多个采样重量采用拉格朗日插值法获取重量变化曲线，并在显示屏上显示所述重量变化曲线。

6.如权利要求1所述的输液泵的控制方法，其特征在于：在所述输液导管靠近所述静脉针的一侧设置有气泡检测器，所述控制方法还包括气泡状态检测步骤，具体如下：

通过所述气泡检测器对所述输液导管内的气泡量进行超声检测，根据接收到的超声波信号判断所述静脉针和所述输液导管之间的连接状态是否正常，当检测到所述输液导管内的气泡量小于气泡预设值时认为所述静脉针和所述输液导管之间的连接正常，反之认为所述静脉针和所述输液导管之间的连接异常，并提示报警。

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