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CN106139311A - 一种包含位置检测单元的给药系统 - Google Patents

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CN106139311A CN201610665955.8A CN201610665955A CN106139311A CN 106139311 A CN106139311 A CN 106139311A CN 201610665955 A CN201610665955 A CN 201610665955A CN 106139311 A CN106139311 A CN 106139311A
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Abstract

本发明提供了一种包含位置检测单元的给药系统，包括壳体、储药筒、活塞、丝杆和至少两个或以上位置传感器，所述活塞包含可检测部件。所述位置传感器设置在储药筒外壁上或靠近储药筒外壁组成传感器阵列，用于检测所述可检测部件位移引起的电场或磁场变化并产生信号，基于该信号通过算法可算出活塞的实时位置，并可通过活塞位移异常检测出输注异常，使本发明包含位置检测单元的给药系统具有结构紧凑，成本低，精度高，反应灵敏，并在确保安全的前提下体积最小化的性能。

Description

一种包含位置检测单元的给药系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体地说，涉及一种包含位置检测单元的给药系统。
背景技术
对于使用移动式输注泵装置的患者而言，对于输注的药物具有连续的、并且在一天的过程中存在变化的需求。输注泵装置对于移动式治疗来说尤其有用，通常被实施为直接连接到患者身体上，且药物容器通常包括用于一天或数天的药物供给。液体药剂从药物容器通过输注套管或注射针输注到患者皮下。
移动式输注泵装置典型的是注射器驱动类型的。在本领域已知这种输注泵设计的许多缺点。具体地说，这种泵装置精度有限，这是因为纳升等级的微小体积的药液从具有毫升等级的总容积的储药筒中被泵出，为了实现精确给药，有必要非常精确地移动活塞。即使小的偏差也可能导致过量给药或不足给药，并且致动活塞所需的力由于储药筒的内壁与活塞的密封件之间的摩擦以及密封件的材料迟滞作用而相对较高，导致了对所涉及的驱动系统和机械部件具有严苛的要求。因此，这种输注泵装置是昂贵的。
另一问题是这种输注泵装置的长度的下限。全部药液必需被储存在储药筒中。处于精度和限制厚度的考虑，活塞的截面面积必须小于某一极限值，而厚度众所周知是对于应用期间的舒适度和自由选择度来说尤其关键的尺寸。故此，该装置的最小总长度实质上受给药系统的最小长度所限制，这对于提供结构紧凑的输注泵是不利的。传统输注泵中推出储药筒中药液的柱塞具有柱塞头和柱塞轴，柱塞轴后再设置驱动电机，部件多，结构复杂，体积大，导致整个输注设备的便携性受到影响。
在另选的方法中，有在药液容器下游设置单独的给药系统的做法。由于主容器并不执行附加功能，其尺寸可根据输注泵装置的紧凑性来优化。这种给药系统可包括具有小尺寸的微活塞泵，所述微活塞泵从较大的主容器吸取药液并传输到患者体内。这种泵通常是全行程泵，其中膜泵的腔或者活塞泵的筒始终被完全清空。因此，泵的内部容积必须对应于需要被传输的最小体积增量，该体积增量通常来说在纳升级别。虽然在本领域已知这种给药系统的数种设计，但是这些给药系统都相当复杂、昂贵并且对于大规模制造来说是苛刻的，而且使用并不方便。
不论给药系统如何设置，为了实现精确的计量，有必要使用可以被非常精确地控制的泵马达例如步进马达，或者监测活塞的实际位置。US2014039396A1公开了一种具有光学位置检测系统的给药单元，其缸泵包括缸和活塞，活塞分为活塞头和活塞轴两部分，活塞轴设有标记部段，标记部段上布置了许多光学条带，条带上的标线可与传感器相作用以检测活塞位置；而US20080077081A1公开了一种具有缸泵的输注泵装置，所述缸泵具有能够纵向移位的活塞，所述活塞具有分离的活塞轴，该活塞轴将活塞头连接到螺母。螺母与旋转的螺纹驱动轴相互作用，将驱动轴的旋转转化为活塞头的直线位移。诸如磁性标记或光学标记之类的一个或多个可检测部件被设置在活塞轴上，所述可检测部件可由相应传感器检测到，用于确定标记的直线位置并由此确定活塞头的直线位置。然而，这两者的设计仍然存在部件多、体积大、精度有限的问题。更重要的，如位置传感器使用磁传感器，其精度可能受多种环境因素的干扰而遭受损失，磁传感器离可检测部件越远，受到的干扰越多其精度也就越差。并且，如果仅使用一个传感器作为位置传感器，无法做到分段检测可实现的使用于检测的传感器始终处于离可检测部件足够近的距离，也就无法达到理想的检测精度，而使用传感器阵列则可以做到。
US2014197824A1公开了一种包含注射器活塞上的传感器阵列的输注泵，其在泵体内设置有包含活塞连接部件的连接杆，连接杆上设有磁铁，连接杆的臂上设有位置传感器阵列，通过磁铁在磁场中产生的信号给位置传感器以经由软件推算活塞位移，然而此方法仍然需要将被位置传感器检测的部件放置在活塞之外增设的元件上，该元件的存在明显影响了整个输注设备的紧凑性，而紧凑性是体现此类设备的核心性能之一：便携性的关键因素。此外，连接杆的位移与活塞位移并不能做到绝对对应，检测结果可能承受较大误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种包含位置检测单元的给药系统，包括：
一个壳体；
一个设置于壳体中的储药筒；
一个在所述储药筒中沿储药筒的纵向轴线位移的活塞，所述活塞包含可检测部件；
一根直接连接到所述活塞的丝杆；
至少两个或以上位置传感器，其特征在于，所属传感器组成传感器阵列设置在所述储药筒的纵向长度之内，用于检测所述可检测部件位移引起的电场或磁场变化并产生信号，基于该信号通过算法可算出活塞的实时位置，并可通过活塞位移异常检测出输注异常。
优选地，所述传感器阵列为线性传感器阵列，每个传感器对活塞位移的检测对应指定的范围，以实现对所述可检测部件的分段检测；
优选地，所述位置传感器和储药筒在同一个壳体内，其设置在所述储药筒外壁；
优选地，所述位置传感器设置在靠近储药筒的可与容纳储药桶的壳体连接的另一壳体中；
优选地，所述线性传感器阵列中的位置传感器数量为5‐10个，且可以通过算法实现多个传感器的联合检测。
优选地，所述位置传感器为磁传感器；
优选地，所述可检测部件是活塞自身，所述活塞由磁性塑料制成；
优选地，所述可检测部件是一磁铁薄片，所述磁铁镶嵌于设置在所述活塞上的一凹槽中；
优选地，所述可检测部件是置于活塞外周的磁性硅胶密封圈；
优选地，所述可检测部件是置于活塞外周的磁性橡胶密封圈。
优选地，所述可检测部件是一金属件，所述金属件镶嵌于设置在所述活塞上的一凹槽中；
优选地，所述位置传感器为电容传感器；
优选地，所述位置传感器为电感传感器；
优选地，所述位置传感器为电涡流传感器。
本发明提供的包含位置检测单元的给药系统，其活塞纵向长度短结构紧凑，没有耗费体积的活塞轴，也没有用于驱动活塞轴的电机耗费更多的体积，丝杆直接与结构紧凑的活塞相连推动其在储药筒中沿纵轴运动。可检测部件直接设置于结构紧凑的活塞上或活塞本身作为可检测部件，其位移变化引起的磁场或电场变化被位置传感器检测到并生成实时位移信号，用以计算储药筒的实时给药量，达到精确掌控输注状态以及检测输注异常如管路堵塞、丝杆断裂等的目的。此种检测实现方法的最大优势在于，不需要额外增加连接活塞的部件来安置传感器或被检测部件，大大减少了不必要的体积浪费，同时避免了活塞位移和附加部件位移不完全等同造成的难以忽视的误差。位置传感器至少是两个或以上，既可以与储药筒并排设置于两个可连接的壳体内，也可以直接设置在储药筒外壁上，确保离可检测部件足够近。在优化的实施例中，多个位置传感器形成传感器阵列，在已经被充分限制的距离内进一步实现分段检测，每个传感器只在自己在所有传感器中离可检测部件最近时进行位置检测，将干扰降到最小化，最大程度的保证了检测精度，还可以通过算法实现多个传感器的联合检测。综上所述，本发明提供的包含位置检测单元的给药系统结构紧凑，成本低，精度高，反应灵敏，在确保了安全性的前提下实现了体积最小化，通过精心排布的检测单元实现了极高精度的检测，体现了便携式输注设备其便携性与安全性两大优势的结合。
附图说明
图1是本发明一种实施例的示意图
图2是本发明一种实施例的透视图
图3是是本发明另一实施例的示意图
图4本发明活塞位于储药筒中的透视图
图5是本发明另一实施例的示意图
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图1和图2，提供一个本发明包含位置检测单元的给药系统的实施例。其中储药筒2、活塞3、丝杆4设置于壳体1中，两个位置传感器5a和5b设置于可与壳体1相连的另一壳体中，两者的纵向位置限于储药筒长度之内，并构成线性传感器阵列。位置传感器5a和5b是磁传感器。活塞3可在储药筒2内沿纵轴位移。一与活塞横截面有着相同形状的磁铁薄片6镶嵌于活塞3上的一凹槽内，作为可检测部件。丝杆4直接连接活塞3并驱动其在储药筒2中推进。位置传感器5a和5b靠近活塞3的线性位移路径，每个传感器在优选的范围内检测活塞3的位移。磁铁薄片6具有关联磁场，每个位置传感器感测活塞3位移引起的磁场变化，再根据特定算法算出活塞3的真实位移，不需要初始校准。在特定的范围内，5a作为主传感器产生主信号，但5b也可作为辅助传感器产生辅助信号，既实现了一个范围内以一个传感器提供的信号为优先的分段检测，由实现了多个传感器协同工作的联合检测，使得检测结果更加准确可靠。
参考图3，提供另一个实施例。在本例中，位置传感器5a和5b和储药筒2在同一个壳体内并直接设在储药筒2的外壁上。这种安排使得传感器更靠近作为可检测部位的磁铁薄片6，使得所测磁场受到干扰源如地磁场的干扰更小，进一步提高了检测结果的准确性。
参考图2和图4，维持磁传感器作为位置传感器不变，可检测部件可由磁铁以外的选项代替，例如由磁性材料制成的活塞3本体或可拆分但与活塞3联合使用的部件，比方说磁性硅胶圈或磁性橡胶圈。在某一实施例中，如图2所示的磁性密封硅胶圈7作为可检测部件；在其它的实施例中，如图4所示的磁性密封橡胶圈7’也可作为可检测部件。
参考图5，提供本发明另一实施例。本例中，可检测部件是一金属键6’，位置传感器是电容传感器。本例中五个位置传感器5a、5b、5c、5d、5e组成传感器阵列，每个传感器在优选的范围内检测活塞3的位移。金属键6具有关联电场，每个位置传感器感测活塞3位移引起的电场变化，再根据特定算法算出活塞3的真实位移，不需要初始校准。在特定的范围内，5a作为主传感器产生主信号，但5b和5c也可作为辅助传感器产生辅助信号以实现联合检测，更少受到公共电场的干扰,使得检测结果更加准确可靠。同理可知，5d作为主传感器工作时，5c和5e也可以作为辅助传感器实现联合检测。在本实施例中，位置传感器是电容传感器，在其它实施例中，位置传感器也可以是电感传感器或电涡流传感器。在这些实施例中，都是以金属键6’作为可检测部件。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种包含位置检测单元的给药系统，包括：
一个壳体；
一个设置于壳体中的储药筒；
一个在所述储药筒中沿储药筒的纵向轴线位移的活塞，其特征在于，所述活塞包含可检测部件；
一根直接连接到所述活塞的丝杆；
至少两个或以上位置传感器，其特征在于，所属传感器组成传感器阵列设置在所述储药筒的纵向长度之内，用于检测所述可检测部件位移引起的电场或磁场变化并产生信号，基于该信号通过算法可算出活塞的实时位置，并可通过活塞位移异常检测出输注异常。
2.根据权利要求1所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述传感器阵列为线性传感器阵列，每个传感器对活塞位移的检测对应指定的范围，以实现对所述可检测部件的分段检测。
3.根据权利要求2所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述位置传感器和储药筒在同一个壳体内，其设置在所述储药筒外壁。
4.根据权利要求2所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述位置传感器设置在靠近储药筒的可与容纳储药桶的壳体连接的另一壳体中。
5.根据权利要求2所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述线性传感器阵列中的位置传感器数量为5‐10个，且可以通过算法实现多个传感器的联合检测。
6.根据权利要求2所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述位置传感器为磁传感器。
7.根据权利要求6所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述可检测部件是活塞自身，所述活塞由磁性塑料制成。
8.根据权利要求6所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述可检测部件是一磁铁薄片，所述磁铁镶嵌于设置在所述活塞上的一凹槽中。
9.根据权利要求6所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述可检测部件是置于活塞外周的磁性硅胶密封圈。
10.根据权利要求6所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述可检测部件是置于活塞外周的磁性橡胶密封圈。
11.根据权利要求2所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述可检测部件是一金属件，所述金属件镶嵌于设置在所述活塞上的一凹槽中。
12.根据权利要求11所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述位置传感器为电容传感器。
13.根据权利要求11所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述位置传感器为电感传感器。
14.根据权利要求11所述的包含位置检测单元的给药系统，其特征在于，
所述位置传感器为电涡流传感器。
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