CN114253303B - 一种输液泵非线性流量补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种输液泵非线性流量补偿方法，包括：确定流量补偿系数、补偿指数、补偿上限、补偿间隔时间；启动输液泵的电机，识别输液器类型；在达到所述补偿间隔时间后，根据输液器的类型判断是否改变电机转速；针对电机启动后输出流量下降慢的管路采用非线性补偿方式；针对电机启动后输出流量下降快的管路采用线性补偿方式；针对电机启动后输出流量稳定的管路，则不进行流量补偿。本发明的优点在于：能够灵活设置精度补偿的系数、补偿指数、补偿间隔时间。并且能够精准显示输液流量的变化。能够针对不同品牌的注射器，采用不同的算法进行流量补偿，达到临床使用稳定的目的。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种输液泵非线性流量补偿方法。
背景技术
输液泵在临床使用过程中，面临使用不同输液器管路的情况，并且不同的输液器管路会对输液泵输出流量产生不同的影响，有些较差的管路会使输出流量产生较大的波动，比如输液泵运行后出现流量持续下降的情况，对临床使用产生较大的影响。为了应对复杂多变的情况，需要研究一套输液泵流量补偿方案，使得输液泵能够适应不同材质的输液器管路，从而保证输出流量的稳定，并在允许的公差范围内波动。
目前的现有技术中，针对不同的输液器管路，对输液泵进行多点校准，即在不同流速下（低流速、中流速、高流速）校准输液泵的精度系数。待机器运行后，根据不同的流速采用相应的精度系数启动电机。但是现有技术的缺点如下：输液泵多点校准无法涵盖所有流速下的情况，仍然会发现在某些流速下，使用某些品牌输液器路的输液泵输出精度偏差较大的情况。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种输液泵非线性流量补偿方法，根据不同材质的输液器路，采用不同的校准公式（包含补偿系数、补偿指数、补偿间隔时间）来改变电机的转速，从而达到稳定输液泵输出流量的目的。
具体的，本发明提供了一种输液泵非线性流量补偿方法，包括：
确定流量补偿系数、补偿指数、补偿上限、补偿间隔时间；
启动输液泵的电机，识别输液器类型；
在达到所述补偿间隔时间后，根据输液器的类型判断是否改变电机转速；针对电机启动后输出流量下降慢的管路采用非线性补偿方式；针对电机启动后输出流量下降快的管路采用线性补偿方式；针对电机启动后输出流量稳定的管路，则不进行流量补偿。
进一步地，确定流量补偿系数、补偿指数、补偿上限、补偿间隔时间，包括：
使用福禄克仪器测试输液泵在10分钟内的平均输出流量，同时仪器自动计算平均输出流量偏差，若/>则说明输液泵输出流量偏差大，若/>则说明输液泵输出流量偏差小，若/>则说明输液泵输出流量无偏差；
对不同材质输液泵进行测试，观察输液泵在10min内的时间-流量曲线、平均输出流量及偏差，针对所述曲线的数据，使用excel进行统计分析，确定流量补偿系数、补偿指数、补偿上限、补偿间隔时间。
进一步地，在启动输液泵的电机的同时，进一步包括：
通过实时时钟记录时间，在电机运行过程中，根据流量=时间*速率得到输液泵的实时流量，并通过显示装置显示实时流量。
进一步地，所述识别输液器的类型包括：根据输液器耗材的序号，若判断为自定义输液器，则需要进行补偿。
进一步地，所述非线性补偿的方法如下：
每间隔补偿间隔时间后改变一次电机频率，第n次提高后的电机频率为：，其中，
流量补偿系数为x，补偿指数为y，电机基频为m。
进一步地，所述电机基频m的取值范围是3.6Hz<m<53333Hz，最大限制频率的取值范围是/><53333Hz；补偿上限z的取值范围是1%<z<100%，补偿间隔时间t的取值范围是1s<t<3600s。
进一步地，所述线性补偿的方法如下：
每间隔所述补偿间隔时间后改变一次电机频率，第n次提高后的电机频率为：m*nx，其中，m为电机基频，x为流量补偿系数。
进一步地，每到达一个补偿间隔时间，判断提高后的电机频率是否达到电机最大限制频率，如果否，则返回根据输液器的类型判断是否改变电机转速的步骤。
进一步地，所述电机最大限制频率，
其中为最大限制频率，m为电机基频，z为补偿上限。
进一步地，如果提高后的电机频率达到电机最大限制频率，则电机以固定转速运行预设时间，然后停止运转。
本发明的优点在于：能够灵活设置精度补偿的系数、补偿指数、补偿间隔时间。并且能够精准显示输液流量的变化。能够针对不同品牌的注射器，采用不同的算法进行流量补偿，达到临床使用稳定的目的。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的一种输液泵非线性流量补偿方法流程图；
图2示出了补偿前福禄克测试曲线示意图；
图3示出了根据本发明实施方式的一种输液泵非线性流量补偿方法补偿后福禄克测试曲线示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明设计一种输液泵非线性流量补偿的方法。本发明为了应对不同输液器的管路特性问题，保证输液流量精度误差在测量要求范围内；通过在步进电机启动后定时非线性改变电机转速，从而使输出流量保持稳定；在改变电机转速的过程中，由于电机计算步数不准确，因此采用RTC（Real Time clock，实时时钟）功能对输液流量进行计算显示，将电机运行与流量计算显示进行分离，在保证输液精度满足要求的前提下提高了输液显示精度。
RTC，英文全称：Real-time clock，中文名称：实时时钟，是指可以像时钟一样输出实际时间的电子设备，一般会是集成电路，因此也称为时钟芯片。实时时钟芯片是日常生活中应用最为广泛的消费类电子产品之一。它为人们提供精确的实时时间,或者为电子系统提供精确的时间基准,本发明的实时时钟芯片采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源。
如图1所示，本发明的一种输液泵非线性流量补偿方法的步骤如下：
S1、设置流量补偿系数、补偿指数、补偿间隔时间；设流量补偿系数为x，补偿指数为y，补偿上限为z，补偿间隔时间为t，电机基频为m，电机最大限制频率为。
本实施例中，在步骤S1之前，首先通过大量的测量数据确定S1中的流量补偿系数x，补偿指数y，补偿上限z，补偿间隔时间t。具体过程如下：
根据计量领域的计量要求，确定一套输液泵输出流量误差的阈值判断标准，规定使用福禄克仪器测试输液泵在10min内的平均输出流量，同时仪器自动计算平均输出流量偏差，若/>则说明输液泵输出流量偏差大，若/>则说明输液泵输出流量偏差小，若/>则说明输液泵输出流量无偏差；2）对客户自定义的不同材质输液器（精度通常难以保证）进行测试，观察输液泵在10min内的时间(t)-流量(vol)曲线、平均输出流量及偏差；3）针对曲线数据，使用excel进行统计分析，得到需要补偿的公式及所有系数的确定。
S2、启动输液泵的电机，识别输液器类型；这个步骤中，启动电机的同时，通过实时时钟记录时间，在电机运行过程中，根据流量=时间*速率得到输液泵的实时流量，并通过显示装置显示实时流量。
本步骤S2中，识别输液器的类型包括：根据输液器耗材的序号，若判断为自定义输液器（客户定制的输液器，精度难以保证），则需要进行接下来的补偿。
S3、在达到所述补偿间隔时间后，根据输液器的类型判断是否改变电机转速。针对电机启动后输出流量下降较慢的管路（采用非线性补偿方式）：将补偿指数设置为0-1之间，即设置0<y<1；针对电机启动后输出流量下降较快的管路（采用线性补偿方式）：将补偿指数设置为0，即设置y=0；针对电机启动后输出流量较为稳定的管路，则不进行流量补偿。
1）、用户首先在流速显示界面上设置某个流速，比如100ml/h，然后启动电机；
2）、步进电机一圈是200步，电机驱动芯片是32细分，因此步进电机转一圈是200*32=6400微步；
3）、电机转一圈的出液量为0.05ml；
4）结合2）和3）可知，1圈/s <==> 6400微步/s <==> 0.05ml/s <==> (0.05*3600)ml/h <==> 180ml/h，即有对应关系6400微步/s=6400Hz(Hz为电机频率的单位) <==>180ml/h；
5）若用户设置100ml/h的流速，则对应电机频率为6400/(180/100)=3556Hz；
6）通过输出频率为3556Hz，占空比为50%的PWM给步进电机，使电转动，并且频率和电机的实际转动快慢呈正比关系，频率越高则转动越快。
非线性补偿的具体算法如下：
有以下算法(每间隔时间t后改变一次电机频率)：
第一次提高后的电机频率为：；
第二次提高后的电机频率为：；
第三次提高后的电机频率为：；
.....
.....
第N次提高后的电机频率为：。
由于输液泵的速率范围为0.1ml/h-1500ml/h，对应的频率范围为3.6Hz-53333Hz，因此基频m的取值范围是3.6Hz<m<53333Hz，最大限制频率l的取值范围是l<53333Hz；为了使补偿更加灵活，设置的补偿上限z、补偿系数x、间隔时间t的范围也较为宽松，补偿上限z的取值范围是1%<z<100%，补偿系数x的范围不受限制，补偿间隔时间t的取值范围是1s<t<3600s； n的值不确定，根据补偿上限z、补偿系数x、补偿时间t综合而定，只要保证不超过最大限制频率即可。
（2）线性补偿的方法如下：
有以下算法(每间隔时间t后改变一次电机频率)：
第一次提高后的电机频率为：m*x ；
第二次提高后的电机频率为：m*2x ；
第三次提高后的电机频率为：m*3x ；
.....
.....
第N次提高后的电机频率为：m*nx。
S4、每到达一个补偿间隔时间，判断提高后的电机频率是否达到电机最大限制频率，如果否，则返回步骤S3，如果是则进入步骤S5。
在步骤S4中，=m*z，假设基频为50Hz，补偿上限为10%，则需要在补偿间隔时间到达后判断补偿后的频率是否小于50*（1+10%）=55Hz，若小于则继续补偿，若大于或者等于上限55Hz，则停止补偿。
在步骤S4中，在提高电机频率的过程中始终保证提高后的电机频率小于电机最大限制频率，即有如下限制公式：
当电机达到最大限制频率之后，则一直保持最大限制频率/>运行。
S5、电机以固定转速运行预设时间，然后停止运转。
所述运行预设时间根据医院临床设置而定，只要速率v和输液量vol确定后，那么可通过公式计算时间t=vol/v。
从实际测试情况来看，电机启动后十分钟若能通过补偿达到输出流量稳定，则十分钟后输液器路通常会出现疲劳状态，无需再进行额外的补偿，因此保持电机输出固定频率即可。
本非线性补偿方法的优势如下（应对不同材质的输液器路）：
1、针对电机启动后输出流量下降较慢的管路（采用非线性补偿方式）：将补偿指数设置为0-1之间，即设置0<y<1；
2、针对电机启动后输出流量下降较快的管路（采用线性补偿方式）：将补偿指数设置为0，即设置y=0；
3、针对电机启动后输出流量较为稳定的管路，则不进行流量补偿；
4、无论采用哪种补偿方式，且无论是否采用补偿，均采用RTC进行流量显示时间的计算，即将电机运行与时间显示进行解耦，保证输液精度满足要求的前提下提高了输液显示精度。
为了说明本发明的技术效果，本发明进行了补偿效果测试，以100ml/h的流速为例，如图2所示，为补偿前福禄克测试曲线（负偏4%）。如图3所示，为补偿后福禄克测试曲线（正偏1%）。从图2、3的对比中可以看出非线性补偿效果明显，使输出流量偏差范围明显变小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种输液泵非线性流量补偿方法，其特征在于，包括：
确定流量补偿系数、补偿指数、补偿上限、补偿间隔时间，包括：测试输液泵在10分钟内的平均输出流量，计算平均输出流量偏差，若/>则说明输液泵输出流量偏差大，若/>则说明输液泵输出流量偏差小，若/>则说明输液泵输出流量无偏差；对不同材质输液泵进行测试，观察输液泵在10分钟内的时间-流量曲线、平均输出流量及偏差，针对所述曲线的数据，使用excel进行统计分析，确定流量补偿系数、补偿指数、补偿上限、补偿间隔时间；
启动输液泵的电机，识别输液器类型；
在达到所述补偿间隔时间后，根据输液器的类型判断是否改变电机转速；针对电机启动后输出流量下降慢的管路采用非线性补偿方式，针对电机启动后输出流量下降快的管路采用线性补偿方式，针对电机启动后输出流量稳定的管路，则不进行流量补偿；
所述非线性补偿的方法如下：
每间隔所述补偿间隔时间后改变一次电机频率，第n次提高后的电机频率为：，其中，
流量补偿系数为x，补偿指数为y，电机基频为m。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在启动输液泵的电机的同时，进一步包括：
通过实时时钟记录时间，在电机运行过程中，根据流量=时间*速率得到输液泵的实时流量，并通过显示装置显示实时流量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述识别输液器的类型包括：根据输液器耗材的序号，若判断为自定义输液器，则需要进行补偿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述电机基频m的取值范围是3.6Hz<m<53333Hz，补偿间隔时间t的取值范围是1s<t<3600s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述线性补偿的方法如下：
每间隔所述补偿间隔时间后改变一次电机频率，第n次提高后的电机频率为：m*nx，其中，m为电机基频，x为流量补偿系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
每到达一个补偿间隔时间，判断提高后的电机频率是否达到电机最大限制频率，如果否，则返回根据输液器的类型判断是否改变电机转速的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述电机最大限制频率，
其中为电机最大限制频率，m为电机基频，z为补偿上限。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
如果提高后的电机频率达到电机最大限制频率，则电机以固定转速运行预设时间，然后停止运转。
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