CN113663166B - 双边驱动的智能控制输注装置及闭环人工胰腺 - Google Patents

Abstract

本发明提供双边驱动的智能控制输注装置，包括：输注单元，其包括储药单元，活塞和刚性螺杆，活塞设置于储药单元中，活塞设置有金属件，金属件与刚性螺杆固定连接；设置有轮齿的驱动轮，通过转动推动螺杆运动，螺杆推动活塞运动；与驱动轮相配合运作的驱动单元；与驱动单元相连接的动力单元，其对驱动单元施加两个不同方向的力以使驱动单元转动；位置探测器，与金属件相互作用以产生信号；程序单元，与输注单元相连接，将接收的信号转化为活塞的位置信息，可根据需求控制驱动单元实施不同速率输注。本发明可以实施不同速率输注，提高输注灵活性，驱动单元具有多种运作模式，可实现对驱动轮的多档推动，输注装置具有多种输注模式，提高了输注效率。

Description

双边驱动的智能控制输注装置及闭环人工胰腺

技术领域

本发明主要涉及医疗器械领域，特别涉及一种双边驱动的智能控制输注装置及闭环人工胰腺。

背景技术

正常人身体中的胰腺可自动监测人体血液中的葡萄糖含量，并自动分泌所需的胰岛素/胰高血糖素。而糖尿病患者胰腺的功能出现异常状况，无法正常分泌人体所需胰岛素。因此糖尿病是人体胰腺功能出现异常而导致的代谢类疾病，糖尿病为终身疾病。目前医疗技术尚无法根治糖尿病，只能通过稳定血糖来控制糖尿病及其并发症的发生和发展。

糖尿病患者在向体内注射胰岛素之前需要检测血糖。目前多数的检测手段可以对血糖连续检测，并将血糖数据实时发送至远程设备，便于患者查看，这种检测方法称为连续葡萄糖检测(Continuous Glucose Monitoring，CGM)。该方法需要检测装置贴在皮肤表面，将其携带的探头刺入皮下的组织液完成检测。根据CGM检测到的血糖值，输注设备将当前所需的胰岛素输入皮下，进而构成闭环或者半闭环人工胰腺。目前，检测设备与输注设备互相连接，通过程序单元的处理，检测设备与输注设备组成闭环人工胰腺，输注设备根据检测设备的数据，自动给药。

药物输注装置是通过向患者体内持续注射药物，从而实现患者病症治疗的一种医疗器械装置。药物输注装置广泛的用于糖尿病的治疗，按照人体需要的剂量将胰岛素持续地输注到患者的皮下，以此来模拟胰腺的分泌功能，从而保持患者血糖的稳定。药物流体通常储存在输注泵体内部，现有的药物输注装置通常是将泵体直接通过医用胶布粘贴在患者身体上，患者操作远程设备进行输注。

在进行药物输注时，目前现有的输注设备只具有一种输注速率，输注过程不能灵活控制，输注效率比较低。且每次能够输注的最小剂量比较大，这导致患者的体液水平在输注药物的控制下波动比较大，不能够达到更加精确控制体液水平的目的。

因此，现有技术亟需一种能够灵活控制药物输注过程，提高药物输注效率的智能控制输注装置及闭环人工胰腺。

发明内容

本发明实施例公开了一种双边驱动的智能控制输注装置及闭环人工胰腺，可以实施不同速率输注，提高输注的灵活性，同时，驱动单元具有多种运作模式，进而实现对驱动轮的多档推动，使输注装置具有多种单位输注量，患者可灵活控制输注过程，提高输注效率。

本发明公开了一种双边驱动的智能控制输注装置，包括：输注单元，输注单元包括储药单元，活塞和刚性螺杆，活塞设置于储药单元中，活塞设置有金属件，金属件与刚性螺杆固定连接；设置有轮齿的驱动轮，通过转动推动螺杆运动，螺杆推动所述活塞运动；与所述驱动轮相配合运作的驱动单元；与所述驱动单元相连接的动力单元，动力单元对驱动单元施加两个不同方向的力以使驱动单元转动；位置探测器，与金属件相互作用以产生信号；程序单元，与输注单元相连接，将接收的信号转化为活塞的位置信息，程序单元可根据需求控制驱动单元实施不同速率输注。。

根据本发明的一个方面，刚性螺杆为金属螺杆，金属件与金属螺杆电连接以使金属件与对应的位置探测器组成电容器，金属件的线性运动引起电容变化，对应的位置探测器产生电信号。

根据本发明的一个方面，金属件为磁性金属件，位置探测器为磁感应探测器，磁性金属件线性运动引起各个位置探测器处的磁场变化，各位置探测器产生磁信号。

根据本发明的一个方面，驱动单元的运作模式包括运动幅度或运动速率，驱动单元的多种不同的运作模式包括多种不同的运动幅度或运动速率。

根据本发明的一个方面，还包括转轴，驱动单元包括至少两个驱动臂，驱动单元绕转轴转动以带动驱动臂运动。

根据本发明的一个方面，驱动轮包括至少两个子轮，驱动臂通过推动轮齿使驱动轮转动。

根据本发明的一个方面，转轴设置于两个子轮之间，驱动单元的两侧分别设置有一个或多个驱动臂，每个子轮至少与一个驱动臂相配合。

根据本发明的一个方面，一种运动幅度与驱动单元的一个转动档位相对应，驱动单元通过在多个转动档位转动带动驱动臂对驱动轮实施多档位推动，以进行多档位输注，每个输注档位对应一种单位输注量。

根据本发明的一个方面，驱动单元的多个转动档位包括：驱动单元单次向一个方向转动一个或多个档位后，开始单次向另一个方向转动一个或多个档位，直至向另一方向的转动结束，驱动单元完成一次向两个方向的交替转动，以对驱动轮实施多档推动。

根据本发明的一个方面，轮齿为棘轮齿，驱动单元单次向一个方向转动的整个过程中，驱动单元通过多个档位的转动和停止转动的交替动作，带动驱动臂交替地推动和停止推动棘轮齿，使驱动轮交替地转动和停止转动，以对驱动轮实施多档推动。

根据本发明的一个方面，当驱动单元推动驱动轮时，施加推动力一侧的驱动臂中至少有一个驱动臂推动轮齿，而驱动单元另一侧的驱动臂在轮齿表面滑动。

根据本发明的一个方面，还包括底座，驱动轮活动装配于底座上，底座与驱动轮摩擦配合，当所有驱动臂在轮齿表面滑动时，驱动轮停止转动。

根据本发明的一个方面，还包括限位部件，限位部件活动装配于底座上以限定驱动轮的位置，限位部件与驱动轮摩擦配合，当所有驱动臂在轮齿表面滑动时，驱动轮停止转动。

本发明还公开了一种闭环人工胰腺，包括如上所述的双边驱动的智能控制输注装置，还包括检测单元，用于连续检测血糖水平参数，与上述输注装置的程序单元、输注单元相连接。

根据本发明的一个方面，检测单元，程序单元和输注单元中的其中两个单元互相连接组成一个整体结构，并与第三个单元分别粘贴在皮肤的不同位置。

根据本发明的一个方面，检测单元，程序单元和输注单元相连接组成一个整体结构，并粘贴在皮肤的同一位置。

与现有技术相比，本发明的技术方案具备以下优点：

本发明公开的双边驱动的智能控制输注装置及人工胰腺包括位置探测器，可与活塞中的金属件作用产生信号，程序单元可以将接收的信号转化为活塞的位置信息，进而根据需求控制驱动单元实施不同速率输注，提高输注的灵活性，显著提高输注效率。

进一步的，动力单元对驱动单元施加两个不同方向的力以使驱动单元具有多种不同的运作模式，进而使输注装置具有多种不同的单位输注量或者输注速率。驱动单元具有多种不同的转动幅度，即驱动单元可实现多档位转动，进而实现对药物的多档位输注。同时，本发明也降低了输注装置的最小药物输注量，精确控制药物的输注，有效避免患者体液状态的较大波动，且患者或人工胰腺能够更加精密地控制和管理自身的生理状态。

进一步的，驱动单元的多个档位转动包括：驱动单元单次向一个方向转动一个或多个档位后，开始单次向另一个方向转动一个或多个档位，直至向另一方向的转动结束，驱动单元完成一次向两个方向的交替转动。当设置多个转动档位后，驱动单元能够根据实际需要选择不同档位的转动模式，推动驱动轮多档转动，进而完成对药物的多档位输注，患者或人工胰腺能够更加灵活的控制输注过程。

进一步的，本发明的技术方案中，驱动单元单次向一个方向转动的整个过程中，驱动单元通过转动和停止转动的交替动作，带动驱动臂交替地推动和停止推动棘轮齿，使驱动轮交替地转动和停止转动，以对驱动轮实施多档推动。在单次向一个方向转动的整个过程中，驱动单元通过转动-停止转动-转动-…相交替的方式，将输注的药物割裂为更小的输注量，进而实现精确输注。

进一步的，驱动单元的多个档位包括大档位和小档位。患者或人工胰腺可以根据实际的输注量和输注速率的需求，自由选择和切换大档位或小档位进行输注，使得输注过程更加灵活可控，大大提高了输注效率。

进一步的，驱动单元的多个档位还包括一个或多个中间档位。设置的中间档位为患者提供更多的输注选择，患者或人工胰腺对输注过程的控制更加灵活。

进一步的，驱动轮活动装配于底座上，底座与驱动轮摩擦配合。摩擦配合能够增大驱动轮在运动时受到的摩擦力。当驱动臂不进行实际驱动时，驱动轮停止转动，确保药物输注量的准确性，消除安全隐患。

附图说明

图1a为根据本发明一个实施例程序单元和输注单元分离设计的结构示意图；

图1b为根据本发明另一个实施例程序单元和输注单元整体设计的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置主要结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例金属件和位置探测器的结构示意图；

图4为根据本发明另一个实施例金属件和位置探测器的结构示意图；

图5a-图5c分别为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元的立体结构示意图、侧视结构示意图和俯视结构示意图；

图6a-图6b为根据本发明另一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元的立体结构示意图；

图7为根据本发明又一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元的立体结构示意图；

图8为根据本发明再一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元的立体结构示意图；

图9为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动轮的局部结构示意图；

图10为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元推动驱动轮转动的结构示意图；

图11为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元不同档位转动位置的结构示意图；

图12a-图12c为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动单元包括两个驱动臂的结构示意图；

图13a-图13b为根据本发明一个实施例的双边驱动的智能控制输注装置中驱动轮与底座或者限位部件的结构示意图；

图14为根据本发明一个实施例闭环人工胰腺模块关系图。

具体实施方式

如前所述，现有技术的输注装置只有一个档位，一种输注速率的输注模式，不能灵活控制输注过程。

经研究发现，造成上述问题的原因为：现有技术的药物输注装置驱动单元只有一种运作模式，即驱动单元只有一种转动档位，导致现有技术对输注过程的控制比较单一。

为了解决该问题，本发明提供了一种双边驱动的智能控制输注装置，驱动单元具有多种运作模式，进而对驱动轮实施多档推动。对多个档位的切换和选择，患者灵活控制了药物的输注过程。同时有效降低了该输注装置的最小药物输注量，减弱了患者体液状态的波动。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本发明范围的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所放大。

以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。这里对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。

应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图说明中将不需要对其进行进一步讨论。

图1a-图1b为本发明实施例双边驱动的智能控制输注装置的俯视结构示意图。

双边驱动的智能控制输注装置包括：粘性贴片104、程序单元101、输注单元102和输注针103。

程序单元101用于控制药物输注，控制动力单元动力的输出，接收位置探测器的信号，与远程设备之间建立无线通信等。在本发明的实施例中，程序单元101能够选择所需的驱动臂推动轮齿，实现不同速率输注，下文将详细叙述。

输注单元102包括用于实现药物输注机械功能的各个单元，下文将详细叙述。

在本发明实施例中，程序单元101和输注单元102分开设计，两者通过防水插塞相连接。程序单元101可以重复使用，输注单元102一次性使用后可抛弃。在本发明的其它实施例中，输注单元102和程序单元101设置于同一个壳体10内部，两者通过导线连接，一次性使用后整体抛弃，如图1b所示。

粘性贴片104用于将输注单元102或程序单元101，或者两者整体粘贴在皮肤表面。

输注针103的一端与储药单元出口连通，另一端送至皮下，以将药物输注到皮下。在本发明实施例中，输注针103设置于输注单元102的一端部。在本发明的其它实施例中，输注针103还可根据其所具备的功能或装置的结构特点而设置在其它位置，如设置于装置的中间等，这里并不作具体限制。输注针103为刚性输注针或柔性输注针，或者根据所处的不同位置以及实现不同的功能，输注针103也可采用刚性输注针和柔性输注针相结合的设计，在这里并不做具体限制。优选的，在本发明实施例中，输注针103为刚性输注针。

图2为本发明实施例双边驱动的智能控制输注装置的主要结构示意图，输注装置包括了驱动单元100、驱动轮130、储药单元150、活塞160、金属件161、位置探测器1100、螺杆170以及动力单元180。

螺杆170分别与活塞160和驱动轮130相连接。在本发明实施例中，驱动轮130活动设置于装置底座190上，驱动轮130通过转动推动螺杆170运动，进而推动设置于储药单元150中的活塞160向前运动，以达到注射药物的目的。

驱动单元100与驱动轮130相配合运作。在这里，相配合是指驱动单元100与驱动轮130两者的运动互相关联。

在本发明实施例中，驱动轮130圆周设置有轮齿131(如图9和图10所示)。驱动单元100通过转轴120活动连接于底座190上，驱动单元100可以绕转轴120转动。驱动单元100包括至少两个驱动臂110。转动的驱动单元100带动驱动臂110推动轮齿131前进以使驱动轮130转动。动力单元180对驱动单元100施加两个不同方向力的作用，以使驱动单元100的驱动臂110转动。

图3为本发明实施例的金属件161和位置探测器1100的结构示意图，本发明实施例的双边驱动的智能控制输注装置可以包括一个或多个位置探测器1100。位置探测器1100和金属件161相互作用以检测金属件161的位置，进而对活塞160定位，以判断储药单元150中的药物余量。具体的，在本发明实施例中，金属件161为磁性金属件，位置探测器1100为磁性位置探测器。当金属件161位于某一位置时，位置探测器1100处具有一定的磁场大小和方向，进而对活塞160精确定位。当活塞160在运动时，位置探测器1100处磁场的大小和方向随之变化，实时检测活塞160的位置。位置探测器1100将磁信号或者磁信号的变化发送至程序单元，信号被处理后转化为活塞160位置信息，进而提供剩余药量信息。

根据储药单元150的规格，位置探测器1100的个数为一个、两个或两个以上。具体的，在本发明实施例中，位置探测器1100的个数为两个。在本发明的另一个实施例中，位置探测器1100的个数为6个。在本发明的再一个实施例中，位置探测器1100只有一个。

需要说明的是，当位置探测器1100多于两个时，位置探测器1100线性等间距设置。位置探测器1100设置在输注单元102中，或设置在程序单元101的与活塞160行程对应位置处，或嵌入储药单元150侧壁中，或设计在储药单元150内表面。位置探测器1100还可以以其他方式排列，在这里并不作具体限制，只要能够满足对活塞160定位的条件即可。

如前所述，刚性螺杆170只沿着自身的轴向运动，而不进行旋转，因此活塞160中的金属件161与刚性螺杆170固定连接后也只沿着刚性螺杆170的轴向方向非旋转式前进。与螺杆旋转定位的方式相比，本发明实施例只在一维轴向方向或者在二维平面内检测磁场信号，原理更简单，定位更精确，操作和结构设计更简便，降低了设计和生产成本。

图4为本发明另一个实施例金属件161’和位置探测器1100’的结构示意图，在本发明另一个实施例中，刚性螺杆170'由金属材料制成。金属件161'与刚性螺杆170'固定电连接，金属件161'在某一位置与对应的位置探测器1100'组成电容器，产生电信号。当活塞160'运动时，电容随极板面积变化而变化，对应的位置探测器1100'产生变化的电信号，对活塞160'实施精确定位。对应的位置探测器1100'将电信号传入程序单元，转化活塞160'位置信息，进而输出药物余量信息。具体的，在本发明实施例中，为了精确定位，位置探测器1100'有多个，其设置方式如前文所述。

在本发明一个实施例中，动力单元180对驱动单元100施加两个不同方向力的作用，以使驱动单元100具有多种不同的运作模式。在这里，运作模式包括运动幅度或运动速率。因此，驱动单元100的多种不同的运作模式包括多种不同的运动幅度或运动速率，下文将详细叙述。

具体的，在本发明实施例中，动力单元180固定连接在驱动单元100的顶部位置140处，进而将动力单元180分为左右两个部分，如图2中A’方向部分和B’方向部分，进而在A’方向或者B’方向上交替拉动驱动单元100绕着转轴120转动。具体的，在本发明实施例中，当动力单元180在A’方向拉动驱动单元100时，驱动单元100绕着转轴120向A方向转动。当动力单元180在B’方向拉动驱动单元100时，驱动单元100绕着转轴120向B方向转动。通过在A’方向和B’方向上交替拉动驱动单元100，可以实现驱动单元100绕着转轴120向A方向和B方向交替转动。

具体的，在本发明实施例中，动力单元180为形状记忆合金。形状记忆合金A’方向部分和B’方向部分被交替通断电，进而通过其长度的变化，对驱动单元100施加力的作用。动力单元180可以由一根连续的形状记忆合金构成，也可以由左右两段(如A’方向段和B’方向段)形状记忆合金组成，在这里并不做具体限制，只要能够满足施加力的作用进而使驱动单元100转动的条件即可。

在这里，需要说明的是，动力单元180包括但不限于形状记忆合金，在本发明的其它实施例中，动力单元180还可以是其他结构，而且动力单元180对驱动单元100施力的位置也不限于在驱动单元100的顶部位置140，只要能够满足对驱动单元100施加力的作用使驱动单元100左右交替转动的条件即可。

明显的，通过控制动力单元180动力输出的大小，驱动单元100将具有多种运动幅度。如在本发明实施例中，控制电流的大小，形状记忆合金的长度将发生变化，动力输出的大小也发生变化，驱动单元100的运动幅度也随之变化。因此，驱动单元100具有多种运动幅度。驱动单元100的一种运动幅度与一种转动档位相对应，因此，驱动单元100具有多种转动档位。

同样的，通过控制动力单元180动力输出的频率，驱动单元100将具有多种运动速率。如在本发明实施例中，通过改变通电频率，形状记忆合金长度变化的快慢不同，动力输出的频率也发生变化，驱动单元100的运动速率也随之变化。

请结合参考图5a所示的驱动单元100立体结构示意图，驱动单元100还包括多于两个驱动臂110，驱动轮130包括多个子轮。再结合图2和图5a所示的结构，当驱动单元100一侧设置多个驱动臂110，驱动单元100能够通过多个档位转动带动驱动臂110推动轮齿131，以使驱动轮130进行多档转动。因此，在本发明的实施例中，驱动单元100和驱动轮130是相配合使用的。在这里，相配合是指驱动轮130的位置、子轮的数目需要与驱动单元100的工作原理以及驱动臂110的数目、位置结构相适应。

如图2和图5a所示，在本发明的实施例中，多个驱动臂110分别设置于驱动单元100的两侧。因此，多个子轮也分别设置于驱动单元100两侧，以配合驱动臂110使用。具体的，在本发明实施例中，驱动单元100包括4个驱动臂110，分别为110a、110b、110c、110d。其中110a、110b设置于驱动单元100的一侧，110c、110d设置于驱动单元100的另一侧。驱动轮130包括两个子轮，一个子轮与110a、110b相配合，另一个子轮与110c、110d相配合。

这里需要说明的是，驱动轮130还可以包括多于两个子轮，如根据多个驱动臂110位置结构的设计，可以在驱动单元100一侧设置两个相邻的子轮，以配合位于驱动单元100该侧不同位置和数量的驱动臂110。

图5a、图5b和图5c分别为驱动单元100的立体结构示意图、侧视结构示意图和俯视结构示意图，且图5c的俯视方向为图5b中箭头所示的方向，图5b的侧视方向为图5c中箭头所示的方向。

在本发明的实施例中，位于驱动单元100一侧的两个驱动臂110呈上下设置。在这里，上下设置是指图5b中所示的上下位置关系表示。具体的，是指在侧视图图5b中能够看到驱动单元100一侧的两个驱动臂110(如110a和110b)，而在俯视图图5c中，110b和110d分别被110a和110c遮挡，如图5c中虚线表示的110b和110d。

在本发明的实施例中，由于驱动轮130为圆形，相邻轮齿被施加推动力的表面并不平行。因此为了在驱动时驱动臂110和轮齿推动面保持垂直，进而提高驱动臂110的推动效率，当驱动单元100一侧的驱动臂110推动轮齿131时，该侧的两个驱动臂110在推动方向所在的直线相交。具体的，如图5b所示，当轮齿131被110a和/或110b推动时，110a所在的直线为l₁，110b所在的直线为l₂，l₁和l₂的夹角为α，3.1°≤α≤4.1°。具体的，在本发明实施例中，α＝3.5°。在本发明的另一个实施例中，α＝3.3°。在本发明的又一个实施例中，α＝3.9°。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，根据不同的结构设计，当驱动单元100一侧的驱动臂110推动轮齿131时，该侧的两个驱动臂110在推动方向所在直线还可以平行(α＝0°)或者异面，同样可以推动驱动轮130转动，达到输注药物的目的。此时，l₁和l₂的夹角α可根据实际的结构而设定，如α可根据驱动轮130的直径和数量、轮齿131的数目、螺杆170的节距以及驱动臂110的位置关系和数目而设定，如α还可以介于0°～3.1°之间或者4.1°＜α≤7°，在这里并不做具体限制。

如图5a和图5b的虚线圈10部位所示，在本发明实施例中，位于驱动单元100一侧的两个驱动臂110是在虚线圈10处经过翻折形成的。在本发明的其它实施例中，位于驱动单元100一侧的两个驱动臂110还可以通过其它方式形成，如图6a和6b所示的驱动单元立体结构示意图中，位于上方位置的210a、210c与下方位置的210b、210d分别设置于不同结构子单元中。如在图6a中，两个结构子单元通过焊接或其他的连接方式被固定在一起，成为一体结构。再如图6b所示，两个结构子单元在驱动单元300的顶部位置340处相连接，再将驱动单元300的顶部位置340经过翻折形成本发明实施例中驱动臂310的结构。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，驱动臂还可以通过其它的方式形成，只要能够满足推动驱动轮转动的条件即可，这里并不做具体限制。

请参考图7，为本发明另一个实施例的驱动单元400俯视示意图。

图7和图5c的视角相同。结合图5a、图5b、图5c和图7，明显的，驱动单元400一侧的两个驱动臂呈左右稍稍错位设置，如410a、410b以及410c、410d。具体的，在本发明的一个实施例中，410a和410c向右偏移，410b和410d向左偏移。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，同一侧的两个驱动臂的左右偏移量以及两者相对向哪一个方向偏移，需要根据实际结构设计而定，在这里并不作具体限制。进一步的，在本发明的一个实施例中，驱动单元一侧的两个驱动臂还可以左右设置。在这里，左右设置是指从如图7的视角下(俯视)，能够看到驱动单元一侧两个完整的驱动臂，同时从如图5b的视角下(侧视)，靠近驱动单元主体的驱动臂被远离驱动单元主体的驱动臂全部遮挡，或者部分遮挡，此时，驱动单元同侧驱动臂推动方向所在直线共面或者异面。同时，对驱动臂的长度以及不同驱动臂之间的长度关系不做具体限制。

请参考图8，为本发明又一个实施例的驱动单元500的立体结构示意图。

具体的，驱动单元500包括6个驱动臂510，每三个设置在驱动单元500的一侧，具体是：510a、510b、510c设置在一侧，510d、510e、510f设置于另一侧。如前文所述，同样的，同一侧驱动臂510的长度、之间的长度关系以及位置设置均根据具体结构和工作原理而设计，在这里并不做具体限制。具体的，在本发明实施例中，驱动单元500同一侧三个驱动臂510的位置关系同图5a、图5b和图5c中的相似，即驱动单元500同一侧三个驱动臂510上下设置。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，驱动臂总数还可以是奇数个，如3个、5个或者更多，即驱动单元两侧驱动臂的数量不相等。而且不同驱动臂之间的结构关系可以和上文所述的类似，在这里并不做具体限制。

请结合参考图9和图5c，图9为驱动轮130的局部结构示意图，131为轮齿。

在图5c的视角下，驱动单元100一侧两个驱动臂驱动端的水平距离为h，轮齿131的齿距为s，则0.5s≤h≤1.5s。具体的，在本发明的实施例中，h＝0.8s。在本发明的另一个实施例中，h＝1.2s。在本发明的又一个实施例中，h＝s。在这里，驱动臂110的驱动端是指驱动臂110在推动时直接和轮齿131接触的一端。水平距离是指按照如图5c的角度俯视时，驱动单元100同侧两个驱动臂110驱动端之间的平面距离。

需要说明的是，在本发明的其它实施例中，还可以有0.1s≤h＜0.5s或者1.5s＜h≤2.5s，均可以实现本发明的效果，在这里并不做具体限制。

如图9所示，在本发明实施例中，驱动轮130为棘轮，轮齿131为棘轮齿。棘轮齿包括缓面与陡面，因此更利于被推动，如图9所示。而且，在本发明实施例中，在驱动单元100单次向一个方向转动的整个过程中，驱动单元100的驱动臂110包括推动驱动轮130转动的部分和非推动驱动轮130转动的部分。推动驱动轮130转动的部分将推动力作用于棘轮齿的陡面实施推动，使驱动轮130向C方向转动。

请参考图10，为驱动单元100和驱动轮130相配合的立体结构示意图。

结合图10、图2、图5b和图5c，在本发明实施例中，在动力单元180的作用下，驱动单元100绕着转轴120转动，从而带动驱动单元100两侧的多个驱动臂110推动轮齿131，进而推动驱动轮130转动。

请结合参考图10和图11，图11为驱动单元100进行转动的多个档位的位置结构示意图。

如前文所述，驱动单元100同侧的驱动臂110驱动端之间具有一定距离h，在推动时其推动方向所在直线具有一定夹角α，因此，在驱动单元100单次向一个方向转动的整个过程中，如图10中单次向A方向转动，110a和/或110b推动轮齿131使驱动轮130转动，而110c和110d可在轮齿131上滑动(如在棘轮齿的缓面上滑动，并不施加推动驱动轮130转动的力)。且明显的，110c先滑动到相邻的下一个驱动位置(驱动位置是指可以推动轮齿131前进的位置，下文的驱动位置与此处意义相同)。此时，110c的驱动端作用于棘轮齿的陡面。此时驱动单元100可以停止转动，驱动臂110a和/或110b停止推动轮齿131，驱动轮130停止转动。驱动单元100完成了一个档位的转动，请参考图8，此时驱动单元100向A方向转动到A₁位置，即到达A₁档，并对应一种转动幅度，使输注装置具备一种单位输注量。下一刻驱动单元100继续向A方向转动，110d会滑动到相邻的下一个驱动位置。同样的，110d的驱动端作用于棘轮齿的陡面。驱动单元100又完成了一个档位的转动，请参考图11，此时驱动单元100转动到A₂位置，即到达A₂档，并对应另一种转动幅度，使输注装置具备另一种单位输注量。此时110c和110d各自完成一次相邻轮齿131之间的滑动，驱动单元100完成了单次向A方向转动的整个过程，实现A₁、A₂两档位转动，从而对驱动轮130进行两档位推动，使得输注装置进行两档位输注，即输注装置具有两种不同的单位输注量。

需要说明的是，在上述转动过程中，还可以是110d先滑动至下一个轮齿131，110c后滑动至下一个轮齿131，在这里不作具体限制。同样的，当驱动单元100向B方向转动时，同样有B₁、B₂两档位的转动动作，并对应两种单位输注量。

明显的，驱动单元100在上述单次向A方向转动的整个过程中，驱动单元100经过了转动和停止转动相交替的动作，驱动臂110交替地推动和停止推动轮齿131，使驱动轮130交替地转动和停止转动，实现了对驱动轮130的两档位推动，最终达到两档位药物输注的目的。

具体的，当驱动单元一侧具有两个驱动臂时，驱动单元在单次向A方向转动的整个过程中，驱动单元经过转动-停止转动-转动的两档位动作，实现对驱动轮的两档推动。当驱动单元一侧具有三个驱动臂时，驱动单元在单次向A方向转动的整个过程中，驱动单元经过转动-停止转动-转动-停止转动-转动三档位动作，实现对驱动轮的三档推动，完成三档输注。依此类推，当驱动单元一侧具有更多个驱动臂时，驱动单元通过旋-停-旋-停-旋-…-旋的多档位动作实现对驱动轮的多档推动，完成多档输注。

请继续参考图10，结合上文所述，在本发明的实施例中，当驱动单元100推动驱动轮130转动时，实施推动力一侧的驱动臂110中至少有一个驱动臂110对轮齿131施加推动力。而另一侧的一个或两个驱动臂110与轮齿131接触，但并不对轮齿131施加使驱动轮130转动的力。因此，本发明实施例存在一种情况：驱动单元100的所有驱动臂110中只有一个驱动臂110对轮齿131施加推动驱动轮130转动的力，其他的驱动臂110会和驱动轮130接触，而并不对轮齿131施加推动驱动轮130转动的力。

需要说明的是，对于在驱动单元一侧有三个甚至更多个驱动臂的本发明实施例中，驱动单元工作时，也会有上述类似的情况。当驱动臂有奇数个时，驱动单元两侧的驱动臂数量不相等，驱动单元在向某一方向转动的整个过程中，也会有上述同样的过程。

请继续参考图11，在本发明的另一个实施例中，当驱动单元100一侧具有两个驱动臂110时，驱动单元100向A方向转动一个档位，即到达A₁档后，转而向B方向转动一个档位或两个档位，即到达B₁档或B₂档，直至向B方向的转动停止，驱动单元100转动了不同的幅度。此过程为驱动单元100完成了一次向两个方向的交替转动，从而可对驱动轮130实施多档推动。因此，本发明实施例中，驱动单元100可以在A₁-B₁档位或A₁-B₁-B₂档位或B₁-A₁-A₂档位之间交替切换档位进行转动，达到切换不同档位进行输注的目的。

继续参考图11，在本发明的又一个实施例中，驱动单元100还可以直接转动到A₂档位，而不经过A₁档位。然后再直接转动到B₂档位，而不经过B₁档位，即驱动单元100直接在A₂-B₂档位之间交替转动。如上所述，驱动单元100还可以在A₁-B₁档位之间交替转动。明显的，在单位时间内，驱动单元100在A₂-B₂档位之间交替转动时的药物输注量大于其在A₁-B₁档位之间交替转动时的药物输注量。

在本发明的其他实施例中，如图11所示，当驱动单元100向A方向转动，并且驱动臂110c或110d滑动到驱动位置时，驱动单元100仍可以继续向A方向转动，直至驱动臂110c和110d均不在驱动位置，驱动单元100停止转动，下一刻开始向B方向转动。这种运作模式使驱动单元100具备更多种运动幅度，即更多种转动档位。明显的，当驱动单元100向B方向转动的某一段时间内，所有驱动臂110均在轮齿131表面滑动，即均不实施推动。下文将结合驱动单元100只包括两个驱动臂的实施例对上述过程进行详细叙述。

图12a-图12c为驱动单元600包括两个驱动臂610a和610b的结构示意图。

类似上文所述的驱动原理，在本发明的一个实施例中，当动力单元680在A’方向对驱动单元600施加动力，驱动臂610a推动轮齿631前进，使驱动单元600绕转轴620转动，驱动臂610b在轮齿631表面滑动，直至驱动臂610b到达驱动位置，驱动单元600转动一定的幅度，如图12a所示。动力单元680开始向B’方向施加动力，使驱动臂610b推动轮齿631前进。依此类推，驱动单元600在两个方向交替旋转。

本发明实施例当驱动臂610b到达驱动位置后，驱动单元600继续向A方向转动，使驱动臂610b继续在轮齿631表面滑动。当驱动臂610b的驱动端与轮齿631陡面距离为d₁时，动力单元680停止输出动力，如图12b所示。此时驱动单元600转动更大的幅度。若轮齿131齿距为D，则d₁＝D/n，n＞1。明显的，当动力单元600向B’方向输出动力后，在驱动单元600开始转动的一段时间内，驱动臂610b和610a均在轮齿631表面滑动，如图12c所示，驱动臂610b和610a分别与对应轮齿631陡面的距离为d₂和d₃。明显的，d₂＜D，且d₃＜D。如上文所述，当驱动单元600具有更多驱动臂时，每个驱动臂同样会出现类似情况。

上述过程驱动臂610b滑动的总距离可任意选择，比如滑动总距离为0.4D、0.7D、D(如图12a所示)、1.5D、1.75D、2D、2.3D、2.5D等，因此驱动单元600具有多种转动幅度，即多种转动档位，使得输注装置具备多种单位输注量。

图13a和图13b为驱动轮130和底座190或限位部件191的结构示意图。图13a、图13b为图2部分结构的主视图。

当驱动臂110在轮齿131表面滑动时，驱动臂110通过与轮齿131接触向驱动轮130施加一定的压力，确保驱动轮130不转动。但明显的，由于轮齿131和驱动轮130圆周的结构特点，在不同位置，驱动臂110对驱动轮130的压力可能不相等，因此，当驱动臂110在轮齿131表面滑动时，驱动轮130有向前进方向转动或者反转的可能性，影响药物输注量的准确性，存在安全隐患。因此，本发明实施例增大了驱动轮130与其相邻结构的摩擦力，降低了出现上述可能性的概率。

如图13a所示，驱动轮130活动装配于底座190上，两者互相摩擦配合。在这里，摩擦配合是驱动轮与相邻结构之间预设有一定摩擦力，下文的摩擦配合与此处的意义相同。本发明实施例在位置L处(如虚线框所示)增大驱动轮130和底座190相对运动的摩擦力，以确保当所有驱动臂110在轮齿131表面滑动时，驱动轮130停止转动。

如图13b所示，在本发明的另一个实施例中，输注装置还包括限位部件191。限位部件191活动装配于所述底座190上，以限定驱动轮130的位置。限位部件191与驱动轮130在位置M或位置N处(如虚线框所示)摩擦配合。同样的，本发明实施例通过限位部件191增大驱动轮130在转动时受到的摩擦力，确保当所有驱动臂110在轮齿131表面滑动时，驱动轮130停止转动。同时，限位部件191能够充分利用输注装置内部结构，并在不同的位置与驱动轮130摩擦配合。

本发明实施例并不限制上述摩擦配合的位置，只要能够满足增大驱动轮130在转动时受到的摩擦力的条件即可，如还可以同时作用于驱动轮130的两个侧面。本发明实施例也不限制限位部件191的材料，如限位部件19 1包括弹性件、塑料件或金属件等。

本发明其他实施例也可以不设置上述的摩擦配合，而是增加某一个或者所有驱动臂110对轮齿131的压力，进而提高驱动轮130的最大静摩擦力，确保当所有驱动臂110在轮齿131表面滑动时，驱动轮130不发生转动。

如果最小档输注的药物量为该药物输注装置的最小单位输注量，那么利用本发明实施例的药物输注装置能够降低最小单位输注量，实现对药物输注的精确控制。当患者需要输注较多药物时，患者或人工胰腺可选择大档位A₂-B₂档位模式，加快输注速率。当需要输注少量药物时，患者或人工胰腺可以选择小档位A₁-B₁档位模式，降低药物输注速率，实现对药物输注的精确控制。

与只有一种输注模式的装置相比，本发明实施例双边驱动的智能控制输注装置的驱动单元具有多种运作模式，使输注装置具备多种不同的单位输注量与输注速率。利用本发明实施例的输注装置，患者或人工胰腺可根据实际输注量以及输注速率的需求，自由灵活地选择不同的输注模式，提高了输注效率。同时，在大档位A₂-B₂档位之间设置中间档位A₁-B₁-B₂档位或B₁-A₁-A₂档位，以及小档位A₁-B₁档位，输注装置能够降低最小药物输注量，达到精确控制输注的目标。

如利用本发明实施例的双边驱动的智能控制输注装置，在开始输注时，药物输注量比较大，患者或者人工胰腺可以选择图11所示的大档位A₂-B₂档进行输注。输注一段时间后，可改用中间档位A₁-B₁-B₂档或B₁-A₁-A₂档，降低药物输注的速率。当接近完成药物输注时，可选用小档位A₁-B₁档位输注，进一步降低输注速率，达到对药物输注的精确控制。当然，还可以选择其中某一个或某几个档位进行输注，这里并不做具体限制。

在本发明的其它实施例中，当驱动单元的一侧设置多于两个驱动臂时，输注装置可具有更多且更加精细的输注档位，患者可以进一步灵活控制输注过程，更加精密地控制输注。

图14为本发明一个实施例闭环人工胰腺模块关系示意图。

本发明的一个实施例闭环人工胰腺包括前述实施例中双边驱动的智能控制输注装置，还包括检测单元105，与输注装置中的程序单元101和输注单元102相连，用于连续检测患者实时血糖水平参数。在本发明实施例中，检测单元105为连续葡萄糖检测仪(Continuous Glucose Monitoring，CGM)，可以实时检测血糖数值，并监控血糖变化，并将实时血糖数据发送至程序单元101。

程序单元101可接收检测单元105发出的血糖参数信号，并用于控制检测单元105的检测过程与记录输注单元102的输注信息与工作状态。如，当检测单元105在寿命终止后检测到的血糖信息并不准确，程序单元101可以向检测单元105发出停止检测指令。再如，当输注单元102发生胰岛素堵塞，程序单元101可及时记录堵塞状况并向患者提供反馈，消除安全隐患。因此，程序单元101分别与检测单元105和输注单元102相连接(在这里，相连接包括常规的电连接或者无线连接)。

输注单元102包含输注胰岛素所必备的机械结构，且受程序单元101控制，下文将详细叙述。根据程序单元101发出的当前胰岛素输注量数据，输注单元102向患者体内输注当前所需的胰岛素。

本发明的实施例并不限制检测单元105、程序单元101与输注单元102具体的位置以及连接关系，只要能够满足前述的功能条件即可。

如在本发明的一个实施例中，三者连接而组成一个整体结构。因此，三者粘贴在患者皮肤的同一个位置。三个模块连接成一个整体并粘贴在同一位置，患者皮肤粘贴设备的数量将减少，进而减弱因粘贴较多设备对患者活动伸展的干扰；同时，也有效解决了分离设备之间无线通信不畅的问题，进一步增强患者体验。

如在本发明的另一个实施例中，程序单元101与输注单元102互相连接而组成一个整体结构，而检测单元105单独设置于另一个结构中。此时，检测单元105与程序单元101互相发射无线信号以实现彼此连接。因此，程序单元101与输注单元102被粘贴在患者皮肤的某一个位置，而检测单元105被粘贴在患者皮肤的其他位置。

如在本发明的再一个实施例中，程序单元101与检测单元105互相连接而组成同一个设备，而输注单元102单独设置于另一个结构中。输注单元102与程序单元101互相发射无线信号以实现彼此连接。因此，程序单元101与检测单元105可被粘贴在患者皮肤的某一个位置，而输注单元102可被粘贴在患者皮肤的其他位置。

如在本发明的又一个实施例中，三者分别设置于不同的结构中。因此，三者被分别粘贴在患者皮肤的不同位置。此时，程序单元101分别与检测单元105、输注单元102之间互相发射无线信号以实现彼此连接。

需要说明的是，本发明实施例的程序单元101还具有存储、记录和访问数据库等功能，因此，程序单元101可以被重复利用。这样不仅能够存储患者身体状况数据，还节约生产成本与患者的消费成本。如上文所述，当检测单元105或者输注单元102寿命终止，程序单元101可与检测单元105、输注单元102或者同时与检测单元105和输注单元102分离。

一般的，检测单元105、程序单元101与输注单元102的使用寿命不同。因此，当三者互相电连接而组成同一个设备时，三者还可以两两互相分离。如某一个模块先终止寿命，患者可以只更换该模块，保留另两个模块继续使用。

在这里，需要说明的是，本发明实施例的程序单元101还可以包括多个子模块。根据子模块的功能，不同的子模块可分别设置于不同的结构中，在这里并不作具体限制，只要能够满足其相应的功能条件即可。

综上所述，本发明公开了一种双边驱动的智能控制输注装置及闭环人工胰腺，可以实施不同速率输注，提高输注的灵活性，同时，驱动单元具有多种不同的运作模式，使输注装置具备多种输注模式，增加了患者对输注过程控制的灵活度，提高了药物输注效率。同时双边驱动的智能控制输注装置也减低了最小药物输注量，患者能够精确控制药物输注，精密管理自身的生理状况。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，包括：

输注单元，所述输注单元包括储药单元，活塞和刚性螺杆，所述活塞设置于所述储药单元中，所述活塞设置有金属件，所述金属件与所述刚性螺杆固定连接；

设置有轮齿的驱动轮，所述驱动轮通过转动推动所述螺杆运动，所述螺杆推动所述活塞运动；

与所述驱动轮相配合运作的驱动单元，所述驱动单元至少包括两个驱动臂；

与所述驱动单元相连接的动力单元，所述动力单元对所述驱动单元施加两个不同方向的力以使所述驱动单元转动，当所述驱动单元推动所述驱动轮时，施加推动力一侧的所述驱动臂中至少有一个驱动臂推动所述轮齿，而所述驱动单元另一侧的所述驱动臂在所述轮齿表面滑动；

底座，所述驱动轮活动装配于所述底座上，所述底座与所述驱动轮摩擦配合，当所有所述驱动臂在所述轮齿表面滑动时，所述驱动轮停止转动；

位置探测器，所述金属件与所述位置探测器相互作用以产生信号；

程序单元，所述程序单元与所述输注单元相连接，将接收的所述信号转化为所述活塞的位置信息，所述程序单元可根据需求控制驱动单元实施不同速率输注。

2.根据权利要求1所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述金属件为磁性金属件，所述位置探测器为磁感应探测器，所述磁性金属件线性运动引起各个所述位置探测器处的磁场变化，各所述位置探测器产生磁信号。

3.根据权利要求1所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述刚性螺杆为金属螺杆，所述金属件与所述金属螺杆电连接以使所述金属件与对应的所述位置探测器组成电容器，所述金属件的线性运动引起电容变化，对应的所述位置探测器产生电信号。

4.根据权利要求1所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述驱动单元以具有多种不同的运作模式转动，进而使输注装置具有多种不同的单位输注量或者输注速率。

5.根据权利要求4所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述驱动单元的运作模式包括运动幅度或运动速率，所述驱动单元的多种不同的运作模式包括多种不同的运动幅度或运动速率。

6.根据权利要求5所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，还包括转轴，所述驱动单元绕所述转轴转动以带动所述驱动臂运动。

7.根据权利要求6所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述驱动轮包括至少两个子轮，所述驱动臂通过推动所述轮齿使所述驱动轮转动。

8.根据权利要求7所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述转轴设置于两个所述子轮之间，所述驱动单元的两侧分别设置有一个或多个所述驱动臂，每个子轮至少与一个所述驱动臂相配合。

9.根据权利要求8所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，一种所述运动幅度与所述驱动单元的一个转动档位相对应，所述驱动单元通过在多个所述转动档位转动带动所述驱动臂对所述驱动轮实施多档位推动，以进行多档位输注，每个输注档位对应一种所述单位输注量。

10.根据权利要求9所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述驱动单元的多个转动档位包括：所述驱动单元单次向一个方向转动一个或多个档位后，开始单次向另一个方向转动一个或多个档位，直至向另一方向的转动结束，所述驱动单元完成一次向两个方向的交替转动，以对所述驱动轮实施多档推动。

11.根据权利要求10所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，所述轮齿为棘轮齿，所述驱动单元单次向一个方向转动的整个过程中，所述驱动单元通过多个档位的转动和停止转动的交替动作，带动所述驱动臂交替地推动和停止推动所述棘轮齿，使所述驱动轮交替地转动和停止转动，以对所述驱动轮实施多档推动。

12.根据权利要求11所述的双边驱动的智能控制输注装置，其特征在于，还包括限位部件，所述限位部件活动装配于所述底座上以限定所述驱动轮的位置，所述限位部件与所述驱动轮摩擦配合，当所有所述驱动臂在所述轮齿表面滑动时，所述驱动轮停止转动。

13.一种闭环人工胰腺，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的双边驱动的智能控制输注装置，还包括检测单元，所述检测单元用于连续检测血糖水平参数，与所述输注装置的所述程序单元、所述输注单元相连接。

14.根据权利要求13所述的闭环人工胰腺，其特征在于，所述检测单元，所述程序单元和所述输注单元中的其中两个单元互相连接组成一个整体结构，并与第三个单元分别粘贴在皮肤的不同位置。

15.根据权利要求13所述的闭环人工胰腺，其特征在于，所述检测单元，所述程序单元和所述输注单元相连接组成一个整体结构，并粘贴在皮肤的同一位置。

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