RU141132U1

RU141132U1 - INSULIN POMP

Info

Publication number: RU141132U1
Application number: RU2013137932/14U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Мельченко; Люсьена Сергеевна Веснина; Виталий Алексеевич Десятов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Смарт Инновации"
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-05-27

Abstract

Инсулиновая помпа, которая включает корпус, блок управления, содержащий микроконтроллер, дисплей и клавиатуру, шприц, электродвигатель, редуктор и устройство перемещения поршня шприца, отличающаяся тем, что в нее введен датчик вращения редуктора, например оптопара, установленная в области одной из внутренних шестерен редуктора, в теле которой выполнены радиальные прорези, выход датчика вращения соединен с микроконтроллером блока управления, а устройство перемещения поршня шприца содержит конусный толкатель, снабженный гайкой, которая связана с ходовым винтом, головка винта размещена в центре выходной шестерни редуктора, при этом шестерня установлена на опорном подшипнике.An insulin pump, which includes a housing, a control unit containing a microcontroller, a display and a keyboard, a syringe, an electric motor, a gearbox and a syringe piston moving device, characterized in that a gearbox rotation sensor, for example an optocoupler, is installed in the area of one of the gears’ internal gears , in the body of which radial slots are made, the output of the rotation sensor is connected to the microcontroller of the control unit, and the device for moving the piston of the syringe contains a conical pusher equipped with a nut, which connected to the lead screw, the screw head is located in the center of the output gear of the gearbox, while the gear is mounted on a thrust bearing.

Description

Полезная модель относится к медицине и предназначена для введения лекарств пациенту посредством установленного катетера, типа игла. В частности, данное устройство предназначено для периодического или непрерывного введения инсулина больным диабетом.The utility model relates to medicine and is intended for administering drugs to a patient by means of an installed catheter, such as a needle. In particular, this device is intended for periodic or continuous administration of insulin to patients with diabetes.

Известна инсулиновая помпа (US 2007/0093750, опуб. 26.04.2007), содержащая устройство управления, инжектор со шприцом для инсулина и поршень, вставленный в дистальный конец шприца для обеспечения в нем давления нагнетания инсулина; корпус с пространством под инжектор в соответствующем месте, при этом пространство под инжектор имеет перегородку в его задней части; вращающийся вал с некруглым сечением и заданной длиной; электродвигатель для вращения вала на заданной скорости; нажимную сборную пластину для обеспечения поршня силой переднего хода посредством проталкивания поршня, при этом нажимная сборная пластина имеет дисковую часть с винтовой резьбой на ее внешней периферийной поверхности и соединительное отверстие, аксиально связанное с вращающимся валом в ее центральной части для обеспечения переднего и заднего хода вращающегося вала, который проходит через соединительное отверстие; и полый корпус цилиндрического типа для нажимной пластины, вставленный в пространство под инжектор на заднем конце шприца для прохождения сквозь него поршня, при этом корпус нажимной пластины имеет гаечную резьбу на его внутренней периферийной поверхности для соединения с винтовой резьбой дисковой части с целью обеспечения спирального переднего и заднего хода дисковой части. Данное устройство выбрано за прототип.Known insulin pump (US 2007/0093750, publ. 04/26/2007) containing a control device, an injector with an insulin syringe and a piston inserted into the distal end of the syringe to provide insulin injection pressure therein; a housing with a space for an injector in an appropriate place, while the space for an injector has a partition in its rear part; rotating shaft with a non-circular section and a given length; an electric motor for rotating the shaft at a given speed; a pressure assembly plate for providing the piston with forward power by pushing the piston, wherein the pressure assembly plate has a disk part with a screw thread on its outer peripheral surface and a connecting hole axially connected to the rotating shaft in its central part to provide forward and reverse rotation of the rotating shaft that passes through the connecting hole; and a cylindrical hollow body for the pressure plate inserted into the space under the injector at the rear end of the syringe to pass the piston through it, the pressure plate body having a nut thread on its inner peripheral surface to connect to the screw thread of the disk portion to provide a spiral front and reverse gear disc. This device is selected for the prototype.

Принцип действия прототипа состоит в следующем. Устройством управления задается величина и периодичность подачи дозы инсулина. Устройство управления задает время работы электродвигателя, который приводит во вращение шестигранный вал. Вращение двигателя передается шестигранному валу посредством понижающего редуктора. На оси шестигранного вала расположена муфта, передающая вращение вала на гайку поршня и способная свободно перемещаться по длине шестигранного вала. Таким образом, при включении двигателя приводится во вращение гайка поршня, которая вращаясь по внутренней резьбе шприца, передвигает поршень и соответственно выдавливает порцию инсулина из шприца во внешний катетер.The principle of operation of the prototype is as follows. The control device sets the size and frequency of the dose of insulin. The control device sets the operating time of the electric motor, which drives the hexagonal shaft. The rotation of the engine is transmitted to the hexagonal shaft by means of a reduction gear. A coupling is located on the axis of the hexagonal shaft, transmitting the rotation of the shaft to the piston nut and able to move freely along the length of the hexagonal shaft. Thus, when the engine is turned on, the piston nut is rotated, which, rotating along the internal thread of the syringe, moves the piston and accordingly squeezes a portion of insulin from the syringe into an external catheter.

К недостаткам прототипа можно отнести повышенную нагрузку на редуктор и двигатель из-за увеличения диаметра гайки поршня. Больший диаметр гайки привел к увеличению площади соприкосновения витков резьбовой части, что увеличило силу трения в резьбовом соединении, и увеличение диаметра гайки пропорционально увеличило радиус приложения усилия, соответственно приведя к еще большим механическим потерям.The disadvantages of the prototype include the increased load on the gearbox and engine due to the increase in the diameter of the piston nut. The larger diameter of the nut led to an increase in the contact area of the turns of the threaded part, which increased the friction force in the threaded connection, and an increase in the diameter of the nut proportionally increased the radius of application of the force, resulting in even greater mechanical losses.

Наличие муфты скольжения также приводит к увеличению механической нагрузки из-за необходимости преодоления трения вращения муфты и трения при перемещении самой муфты вдоль оси шестигранного вала. Повышение механических нагрузок приводит соответственно к повышению энергопотребления устройства и снижению срока службы.The presence of the slip clutch also leads to an increase in mechanical load due to the need to overcome friction of the rotation of the clutch and friction when moving the clutch along the axis of the hexagonal shaft. An increase in mechanical loads leads to an increase in the energy consumption of the device and a decrease in the service life.

Наличие внутренней гайки в шприце дозатора приводит к определенным неудобствам, связанным с заправкой шприца лекарством. Пользователь вынужден проводить заправку шприца специальным устройством-ключом, для приведения во вращение гайки поршня.The presence of an internal nut in the syringe of the dispenser leads to certain inconveniences associated with the filling of the syringe with medicine. The user is forced to refill the syringe with a special key device to drive the piston nut into rotation.

Управление подачей инсулина производится за счет управления временем работы двигателя устройства. При этом не учитывается возможность закупоривания катетера или механическое «заклинивание» системы. Такой способ управления имеет существенные ограничения по точности дозирования лекарства. Нет автоматического контроля расхода препарата, пользователь вынужден контролировать количество оставшейся дозы лекарства визуально, через окно корпуса помпы, в котором видно положение поршня шприца.The control of insulin delivery is done by controlling the operating time of the engine of the device. This does not take into account the possibility of clogging of the catheter or mechanical "jamming" of the system. This control method has significant limitations on the accuracy of dosage of the drug. There is no automatic control of the drug consumption, the user is forced to control the amount of the remaining dose of the drug visually, through the pump casing window, in which the position of the syringe piston is visible.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - снижение механической нагрузки на редуктор, повышение точности дозирования лекарства и контроль за расходованием препарата.The technical problem to which the claimed utility model is aimed is to reduce the mechanical load on the gearbox, increase the accuracy of the dosage of the drug and control the consumption of the drug.

Техническая задача решается тем, что инсулиновая помпа, которая включает в себя, как и прототип, корпус, блок управления содержащий микроконтроллер, дисплей и клавиатуру, шприц, электродвигатель, редуктор и устройство перемещения поршня шприца, в отличие от прототипа, в нее введен датчик вращения редуктора, например, оптопара, установленная в области одной из внутренних шестерен редуктора, в теле которой выполнены прорези, выход датчика вращения соединен с микроконтроллером блока управления, устройство перемещения поршня шприца содержит конусный толкатель, снабженный гайкой, которая связана с ходовым винтом, головка винта размещена в центре выходной шестерни редуктора, при этом шестерня установлена на опорном подшипнике.The technical problem is solved in that the insulin pump, which includes, like a prototype, a housing, a control unit containing a microcontroller, a display and a keyboard, a syringe, an electric motor, a gearbox and a syringe piston moving device, unlike the prototype, a rotation sensor is introduced into it gearbox, for example, an optocoupler installed in the region of one of the internal gears of the gearbox, in the body of which slots are made, the output of the rotation sensor is connected to the microcontroller of the control unit, the device for moving the piston of the syringe contains a conical pusher equipped with a nut that is connected to the lead screw, the screw head is located in the center of the output gear of the gearbox, while the gear is mounted on the thrust bearing.

Снижение механической нагрузки на редуктор достигается тем, что головка винта размещена в центре выходной шестерни редуктора, при этом шестерня установлена на опорном подшипнике.Reducing the mechanical load on the gearbox is achieved by the fact that the screw head is located in the center of the output gear of the gearbox, while the gear is mounted on a pillow block bearing.

Повышение точности дозирования лекарства достигается чем, что введен датчик вращения редуктора, например, оптопара, установленная в облает одной из внутренних шестерен редуктора, в теле которой выполнены прорези.Improving the accuracy of dosage of drugs is achieved by introducing a rotation sensor for the gearbox, for example, an optocoupler installed in one of the internal gears of the gearbox with slots in its body.

Контроль за расходованием препарата достигается тем, что выход датчика вращения соединен с микроконтроллером блока управления, который четко фиксирует количество импульсов датчика вращения. Суммируя количество зарегистрированных импульсов, микроконтроллер очень точно определяет дозу лекарства, полученного пациентом.Monitoring the consumption of the drug is achieved by the fact that the output of the rotation sensor is connected to the microcontroller of the control unit, which clearly captures the number of pulses of the rotation sensor. Summing up the number of recorded pulses, the microcontroller very accurately determines the dose of the drug received by the patient.

Приведенная совокупность признаков ранее не была известна.The given set of features was not previously known.

В дальнейшем сущность полезной модели поясняется описанием и чертежами, на которых изображено:In the future, the essence of the utility model is illustrated by the description and drawings, which depict:

Фиг.1 - общий вид помпыFigure 1 - General view of the pump

Фиг.2 - конструкция редуктораFigure 2 - design of the gearbox

Инсулиновая помпа состоит из корпуса 1, на передней панели которого находится устройство управления, состоящее из дисплея 2, клавиатуры 3 и микроконтроллера (на чертеже не показан), расположенного внутри корпуса. Корпус снабжен двумя нишами. В первой расположен отсек для батареи питания, ниша закрывается винтовой пробкой 4. Вторая ниша предназначена для установки шприца 5 с поршнем 6. Во второй нише установлен конусный толкатель 7, находящийся в резьбовом соединении с ходовым винтом 8. Ниша закрывается винтовой пробкой 9 с отверстием для подключения внешнего катетера. Ходовой винт 8 имеет шестигранную головку - гайку 10 для стыковки с выходной шестерней редуктора 11. Редуктор 11 соединен с электродвигателем 12 и датчиком вращения 13. Снаружи корпус инсулиновой помпы закрывается защитной крышкой 14.The insulin pump consists of a housing 1, on the front panel of which there is a control device consisting of a display 2, a keyboard 3 and a microcontroller (not shown in the drawing) located inside the housing. The case is equipped with two niches. In the first compartment there is a compartment for the battery, the niche is closed by a screw plug 4. The second niche is designed to install a syringe 5 with a piston 6. In the second niche there is a conical pusher 7, which is in threaded connection with the lead screw 8. The niche is closed by a screw plug 9 with an opening for connecting an external catheter. The lead screw 8 has a hexagonal head - a nut 10 for docking with the output gear of the gear 11. The gear 11 is connected to the electric motor 12 and the rotation sensor 13. Outside the casing of the insulin pump is closed by a protective cover 14.

На Фиг.2 показано устройство редуктора 11. Редуктор состоит из корпуса 15, задней крышки 16, передаточных шестерен 17, 18-22, электродвигателя 12.Figure 2 shows the device of the gearbox 11. The gearbox consists of a housing 15, a rear cover 16, gears 17, 18-22, an electric motor 12.

Для облегчения сборки и ремонтопригодности устройства винт 8 выполнен с метрической резьбой и имеет шестигранную головку 10 для стыковки с выходной шестерней 22 редуктора 11.To facilitate assembly and maintainability of the device, the screw 8 is made with a metric thread and has a hexagonal head 10 for docking with the output gear 22 of the gearbox 11.

Для повышения срока службы и механической точности устройства в редуктор введен опорный шариковый подшипник 23, расположенный на оси выходной шестерни 22. Выходная шестерня снабжена шестигранной нишей для стыковки с головкой винта 8.To increase the service life and mechanical accuracy of the device, a thrust ball bearing 23 is located in the gearbox located on the axis of the output gear 22. The output gear is equipped with a hexagonal niche for mating with the screw head 8.

Конусный толкатель снабжен запрессованной гайкой 10, соответственно резьбе винта 8.The conical pusher is equipped with a pressed nut 10, respectively, the thread of the screw 8.

Внутри корпуса 1, в нише толкателя 7 расположен электрический концевой выключатель (на чертеже не показан), замыкающийся при нахождении толкателя в нижнем положении.Inside the housing 1, in the recess of the pusher 7, there is an electric limit switch (not shown in the drawing), which closes when the pusher is in the lower position.

Для повышения точности отдаваемой дозы в конструкцию редуктора введен датчик вращения 13. Шестерня редуктора 17 выполнена с радиальными прорезями. Датчик вращения выполнен в виде оптической пары светодиод-фотодиод. Оптическая пара 13 расположена так, что световой поток проходит через прорези шестерни 17.To improve the accuracy of the dose given in the design of the gearbox, a rotation sensor 13 is introduced. The gear of the gearbox 17 is made with radial slots. The rotation sensor is made in the form of an optical pair of LED-photodiode. The optical pair 13 is located so that the light flux passes through the slots of the gear 17.

Принцип действия устройства.The principle of operation of the device.

В первую нишу устанавливают батарею питания и закрывают винтовой крышкой 4. При помощи дисплея 2 и клавиатуры 3 пользователь задает режим работы помпы: интервал и дозу получаемого лекарства. При установке шприца 5 с поршнем 6, пользователь включает электродвигатель, который приводит в движение ходовой винт 8. Вращение винта 8 происходит в направлении, вызывающем движение толкателя 7 внутрь корпуса, до нижней мертвой точки. В нижней мертвой точке толкателя 7 установлен электрический концевой выключатель. После замыкания выключателя движение толкателя 7 прекращается. Помпа готова к установке шприца 5 с лекарством. Шприц 5 заправляется пользователем в обычном порядке, путем вытягивания поршня 6. Далее шприц устанавливают во вторую нишу и закрывают винтовой пробкой 9. При помощи клавиатуры 3 пользователь включает электродвигатель 12, который посредством редуктора 11 придает вращение винту 8 для выталкивания толкателя 7. Толкатель 7 входит в зацепление с поршнем 6 шприца 5, и продолжая движение выталкивает из шприца 5 возможный воздушный пузырь. При появлении на выходе шприца капли лекарства, пользователь останавливает работу двигателя 12. Помпа готова к работе.The battery is installed in the first niche and closed with a screw cap 4. Using the display 2 and the keyboard 3, the user sets the pump operation mode: interval and dose of the medication received. When installing the syringe 5 with the piston 6, the user turns on the electric motor, which drives the spindle 8. The screw 8 rotates in the direction causing the pusher 7 to move inside the housing to the bottom dead center. At the bottom dead center of the pusher 7, an electrical limit switch is installed. After closing the switch, the movement of the pusher 7 stops. The pump is ready for syringe 5 with medicine. The syringe 5 is refilled by the user in the usual manner, by pulling the piston 6. Next, the syringe is installed in the second niche and closed with a screw plug 9. Using the keyboard 3, the user turns on the electric motor 12, which, by means of the gearbox 11, rotates the screw 8 to push the pusher 7. The pusher 7 enters in engagement with the piston 6 of the syringe 5, and continuing the movement pushes a possible air bubble out of the syringe 5. When a drop of medication appears at the syringe exit, the user stops the engine 12. The pump is ready for operation.

Для нормальной работы помпы, пользователь выбирает соответствующий режим работы и задает дозу введения. Устройство управления периодически включает электродвигатель и контролирует работу устройства по скорости и количеству поступающих импульсов с датчика вращения 13. При известном передаточном соотношении редуктора, шаге винта 8 и количестве прорезей шестерни 17, устройство управления с очень высокой точностью может вычислить реально выданную дозу лекарства.For normal operation of the pump, the user selects the appropriate operating mode and sets the dose of administration. The control device periodically turns on the electric motor and controls the operation of the device according to the speed and number of incoming pulses from the rotation sensor 13. With the known gear ratio of the gearbox, the pitch of the screw 8 and the number of slots of the gear 17, the control device can very accurately calculate the actual dose of medicine.

При наличии проблем с выдачей заданного количества лекарства, таких как пережатие катетера, окончание лекарства в шприце и иных проблем затрудняющих работу, возрастает механическая нагрузка на электродвигатель. Соответственно скорость его вращения начинает падать и соответственно меняется частота следования импульсов с датчика вращения. Контроль за частотой следования импульсов осуществляется микроконтроллером, что позволяет своевременно предупредить пользователя о возникающих проблемах с выводом информации на дисплей. Своевременное отключение вращения, при данных ситуациях, позволяет избежать критических механических нагрузок на двигатель и редуктор, продлевая срок службы и надежность устройства. Так же своевременное отключение устройства экономит энергию источника питания устройства, увеличивая продолжительность работы.If there are problems with dispensing a predetermined amount of medication, such as squeezing a catheter, ending the medication in a syringe and other problems making work difficult, the mechanical load on the electric motor increases. Accordingly, its rotation speed begins to fall and, accordingly, the pulse repetition rate from the rotation sensor changes. The control of the pulse repetition rate is carried out by a microcontroller, which allows you to promptly warn the user about problems with the display of information. Timely shutdown of rotation, in these situations, avoids critical mechanical stresses on the motor and gearbox, prolonging the service life and reliability of the device. Also, timely shutdown of the device saves the energy of the device’s power source, increasing the duration of the work.

Высокая точность вычисления реальной дозы лекарства, позволяет заранее упредить пользователя о завершении лекарства в шприце. Выполнение ходового винта с меньшим, чем в прототипе, диаметром позволяет снизить потребление энергии по сравнению с прототипом.The high accuracy of calculating the real dose of the drug allows you to pre-alert the user about the completion of the drug in the syringe. The implementation of the lead screw with a smaller diameter than in the prototype allows to reduce energy consumption compared to the prototype.

Claims

An insulin pump, which includes a housing, a control unit containing a microcontroller, a display and a keyboard, a syringe, an electric motor, a gearbox and a syringe piston moving device, characterized in that a gearbox rotation sensor, for example an optocoupler, is installed in the area of one of the gears’ internal gears , in the body of which radial slots are made, the output of the rotation sensor is connected to the microcontroller of the control unit, and the device for moving the piston of the syringe contains a conical pusher equipped with a nut, which connected to the lead screw, the screw head is located in the center of the output gear of the gearbox, while the gear is mounted on a thrust bearing.