專利名稱：全自動無耗材糖尿病輸注治療儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療設備領域，特別是一種用于糖尿病患者血糖控制和自我治療的全自動無耗材胰島素輸注治療儀。
背景技術：
糖尿病是一種胰島素分泌相對不足或不能有效利用的慢性內分泌疾病；胰島素缺乏或活性不足造成的葡萄糖代謝障礙會使體內血糖異常。持續血糖異常會帶來不可逆的心腦血管、神經系統、眼睛和腎臟等器官功能損害，嚴重危害人類健康，因此向體內補充人工合成胰島素進行血糖控制十分重要。對于90%以上需要注射給藥的患者，目前的治療方法是先用血糖儀或生化分析儀檢測血糖濃度、再根據血糖濃度人為估計胰島素注射量，最后用胰島素注射工具將胰島素定量注射到體內。存在的問題是1)治療過程復雜患者需要先用采血針扎破手指取血，然后取出血糖儀、插入血糖試紙，待儀器自動開機后吸入血樣，測得血糖值，最后根據血糖值選擇胰島素注射量，完成單次治療；治療次數由胰島素藥效長短而定，一般每天最少一次。2)檢測成本過高目前最準確的個體化血糖檢測方法還是葡萄糖氧化酶法，每次檢測需要一片價格5元左右的血糖試紙，按每天檢測3次(世衛組織建議4次)計算，每年試紙費用約M75元，這是一筆不小的費用。3)藥量估計誤差受飲食、運動和胰島素敏感度等因素影響，估計值不可能恰好等于需要值，過多或過少都會影響患者健康。4)重復創傷血糖檢測過程的采血和治療過程的胰島素注射兩次穿刺皮膚，造成了重復創傷。很多患者尤其是沒有“醫保”的患者因檢測成本、肌體損傷以及操作繁瑣等原因， 沒有按要求進行血糖檢測，有的甚至平均每天不足一次，這樣胰島素注射量沒有科學依據， 血糖控制效果不好。
發明內容針對上述問題，本實用新型提出一種用于糖尿病患者血糖控制和自我治療的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，以自動采血技術和無耗材光電比色血糖檢測技術為基礎，通過相應算法和自動控制技術，將治療過程的采血、血糖檢測、胰島素用量計算與胰島素注射等巧妙集成形成一臺多功能、全自動、無耗材的個體化治療儀器。全自動無耗材糖尿病輸注治療儀自動實施治療而無需人工操作，光電比色測量而無需材料消耗，綜合計算胰島素用量而非人工估計，既可斷續治療又可連續治療，是糖尿病患者自我治療的得力助手。本實用新型通過以下技術方案實現一種全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，包括攝像頭、中空密封底座、血糖檢測組件、針頭、活塞腔、活塞、氣閥、蠕動泵支撐架、蠕動泵、溫控組件、胰島素罐、排氣組件和控制器等零部件，其特征在于用于測量穿刺點滲出的血滴大小的攝像頭安裝于活塞腔下端的中空密封底座內，用于血糖檢測的血糖檢測組件安裝于中空密封底座中接近患者皮膚的位置，設置于活塞腔內的活塞中心垂直固定有用于皮膚采血穿刺和胰島素注射的針頭，在鄰近針頭的活塞上任意位置固定氣閥，氣閥與往復運動的活塞配合在活塞腔內產生負壓或正壓；活塞腔上端連接蠕動泵支撐架，蠕動泵安裝于蠕動泵支撐架上；蠕動泵支撐架上端依次固定有溫控組件和胰島素罐，胰島素罐下端出口與針頭之間通過軟管相連；胰島素罐上端安裝控制器，所述攝像頭、血糖檢測組件、活塞、氣閥、蠕動泵和溫控組件分別通過導線與控制器連接，并受控制器驅動與控制。所說密封底座內等間距安裝至少二組血糖檢測組件，每組血糖檢測組件分別包括波長1. OMffl 25ΜΠ1的激光光源和探測器，激光光源和探測器的輸出光軸分別與攝像頭生成圖像像素行、列方向一致。所說血糖檢測組件的不同安裝位置實現透射式血糖檢測和漫反射式血糖檢測。所說血糖檢測組件采用不需要消耗材料的光電比色檢測組件實現血糖檢測。所述的圓柱形敞口胰島素罐下底面有一針頭形出口，罐內設置有防止空氣進入的排氣組件，排氣組件上的彈簧緊貼胰島素罐蓋。所述的圓柱形中空密封底座緊密安裝于活塞腔下端且與之同軸，緊貼患者皮膚的底座平面與活塞腔軸線之間形成有利于傾斜穿刺的夾角，所說夾角在10 75°之間選擇。所述的活塞腔為直線電機的殼體，活塞為直線電機的轉子，氣閥為一電磁氣路開關，活塞通過密封件安裝于活塞腔內，最大行程為注射時的穿刺深度；氣閥在控制器控制下打開，活塞帶動針頭向患者皮膚方向運動進行快速穿刺，到達穿刺深度后氣閥關閉，在氣閥關閉情況下活塞向遠離皮膚的方向運動產生負壓，向接近皮膚的方向運動產生正壓。所述測量血滴大小的攝像頭的光軸與皮膚之間的夾角通過攝像頭基座可調。所述蠕動泵用普通電磁開關代替。依據以上技術方案獲得的本實用新型與現有技術比較具有如下優點或有益效果一、治療過程全自動。除了儀器啟動外，其余如采血、溫度測量、血糖檢測、胰島素用量計算、胰島素注射等治療動作全部由儀器自動完成，無需人工操作。二、血糖檢測無需耗材。血糖檢測采用光電比色技術，不需要試紙或試劑，沒有材料消耗，從而降低了檢測成本。三、胰島素注射量更精確。胰島素注射量根據患者測得的血糖濃度、進食量、運動量、胰島素敏感度及提前注射時間等因素綜合計算而得，不是人為估計出來的，因而更加精確。四、肌體損傷程度相對減輕。原來的技術需要兩個不同點進行兩次穿刺，本實用新型通過活塞腔規范活塞沿同一條空間直線運動，保證了兩次穿刺路徑相同，肌體損傷程度相對減輕。五、針頭可以傾斜穿刺。考慮到人體皮膚較薄，傾斜穿刺有利于血滴滲出，也有利于減輕肌體損傷，本實用新型通過選擇中空密封底座的底座平面與活塞腔軸線夾角實現傾斜穿刺。


4[0025]圖1是本實用新型的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀原理結構示意圖。圖2是本實用新型的控制部分原理框圖。圖3是本實用新型的控制流程圖。
具體實施方式
全自動無耗材糖尿病輸注治療儀結構如圖1所示，主要包括攝像頭1、中空密封底座2、血糖檢測組件3、針頭5、活塞腔7、活塞8、氣閥9、蠕動泵支撐架10、蠕動泵11、溫控組件12、胰島素罐13、排氣組件14、控制器15等零部件。攝像頭用于測量穿刺點滲出的血滴 4沿兩組正交放置的血糖檢測組件3光軸方向的長度，還可測量其它方向的長度。血糖檢測組件3用于檢測血糖濃度，每組分別含有激光光源和探測器，二者光軸分別與攝像頭生成圖像的行、列方向一致。活塞腔為直線電機的殼體即定子，可以規范活塞做直線運動。針頭負責采血穿刺和胰島素注射。活塞即直線電機的轉子，用來驅動針頭穿刺和在氣閥配合下產生負壓或正壓，其最大行程為注射時的穿刺深度。氣閥為一電磁氣路開關，在其關閉情況下活塞8向遠離皮膚6的方向運動產生負壓，向接近皮膚6的方向運動產生正壓。蠕動泵用來按給定的速度和體積注射胰島素，也可用電磁開關代替它。溫控組件用于控制胰島素罐內的胰島素溫度，保證胰島素的藥效。排氣組件置于胰島素罐內，以產生壓力方式阻止空氣進入。控制器15用于控制和驅動整個儀器，主要由攝像頭和血糖檢測組件信號處理電路，活塞、氣閥、蠕動泵、溫控組件驅動電路以及微處理器電路等組成。具體連接方式上攝像頭、血糖檢測組件、活塞、氣閥、蠕動泵、溫控組件等都通過信號線和電源線與控制器相連，并受控制器驅動與控制。攝像頭安裝于活塞腔下端的中空密封底座內，光軸與活塞腔軸線夾角根據測量需要調整。血糖檢測組件安裝于活塞腔下端中空密封底座內接近皮膚的位置，光軸方向分別與攝像頭生成圖像的行和列方向一致。活塞通過密封件安裝于活塞腔內，且不能旋轉只能直線運動，行程略大于最大穿刺深度。針頭固定于活塞中心并與其幾何軸線重合，上端與來自蠕動泵的軟管相連。氣閥固定安裝于活塞上。蠕動泵支撐架固定于活塞腔上端，蠕動泵固定在蠕動泵支撐架上，其上軟管上端與胰島素罐出口密封相連，下端與針頭密封相連。儀器控制原理如圖2所示，主要包括控制鍵盤、顯示與報警、溫度控制、血滴測量、 氣閥驅動、活塞驅動、血糖檢測、蠕動泵驅動和控制器等9大模塊。控制鍵盤模塊用于儀器參數設置。顯示與報警模塊用于數據和狀態顯示以及報警提示等。溫度控制模塊用于胰島素溫度測控和患者注射點皮膚溫度測量，胰島素要求低溫存貯，血滴溫度影響血糖濃度測量。血滴測量模塊的任務是實時測量血滴在血糖測量方向的長度，供控制模塊和血糖檢測使用，達到設定值后活塞抽吸運動在控制器控制下自動停止，超過設定值后則自動進行正壓止血。氣閥驅動模塊即氣路開關，第一種情況是在采血穿刺時打開氣閥，復位時關閉氣閥；第二種情況是扎破血管后血滴尺寸過大時關閉氣閥，活塞運動進行正壓止血；第三種情況是胰島素注射時打開氣閥。活塞驅動模塊實為直線電機驅動電路。血糖檢測模塊用來處理檢測到的血糖濃度信號，檢測結果作為胰島素注射量計算依據。控制過程如圖3所示，開機后儀器首先初始化，使活塞、氣閥、蠕動泵、血糖檢測組件等復位，然后按照圖示程序逐步運動，直到整個任務完成。胰島素注射時藥量由蠕動泵總轉數確定，壓力由泵的轉速控制，轉速高則壓力大，達到極限后就不再升高，輸注速度也一樣。如果將短時間的注射變成長時間的輸液，蠕動泵的旋轉速度要大大降低。工作原理如下第一步自動采血。氣閥在控制器控制下打開，活塞在直線電機驅動下向患者皮膚方向運動，帶動針頭進行快速穿刺，到達預定深度后氣閥關閉，活塞迅速復位產生負壓，皮膚內的末梢血在血管內正壓和皮膚外負壓共同作用下滲出形成血滴，攝像頭實時測量血滴大小，達到預定大小后活塞停止負壓抽血，超過預定大小后活塞進行正壓止血，直到血滴大小符合要求。第二步血糖檢測。血滴大小符合要求后，控制器啟動血糖檢測程序，血糖檢測組件開始工作，測得值送到控制器中進行處理。第三步藥量計算。控制器根據測得的血糖濃度、進食量、運動量和胰島素敏感度等，進行胰島素注射量計算。第四步藥物輸注。胰島素注射量計算出來后控制器控制活塞向皮膚方向運動，針頭按原來位置和方向再次穿刺，到達預定深度后蠕動泵啟動，胰島素在蠕動泵作用下按給定流量和體積實施注射，注射完畢后針頭在活塞驅動下回到原位。藥物注射過程氣閥始終打開。本實用新型包括自動采血，溫度測控，血糖檢測，胰島素注射量計算，胰島素注射等幾個方面，結構比較復雜，涉及技術較多，具體制作步驟如下第一步，根據穿刺速度和力度大小選擇圓柱形音圈電機作為驅動元件，并將音圈電機定子改造成活塞腔；第二步，用軟質硅膠制作圓柱形中空密封底座，緊密同軸安裝于活塞腔下端，與患者皮膚緊貼的密封底座平面與活塞腔7軸線夾角在10 75°之間選擇，通常為45° ；第三步，選擇焦距短、體積小的攝像頭，將其安裝于活塞腔下端中空密封底座內， 光軸盡量垂直于中空密封底座的底座平面，如不能垂直，傾斜方向要與活塞腔傾斜方向相反且二者軸線共面；第四步，選擇波長1. OMffl 25ΜΠ1的激光器作光源并與光纖耦合，選擇包含所述波長的銦鎵砷或硅半導體探測器，構成血糖檢測組件，將其安裝于中空密封底座內接近皮膚位置，調整輸出光纖，使光軸能夠完全穿過血滴并進入探測器中心，光軸分別與攝像頭生成圖像像素行列方向一致；第五步，將活塞套上密封圈或粘上密封膠，并在其中央垂直固定針頭，活塞向下運動到極限位置時針頭伸出中空密封底座平面的長度略大于最大穿刺深度；第六步，選擇體積小、功耗低、流量合適的電磁氣閥，固定安裝于活塞上；第七步，制作圓筒形蠕動泵支撐架，并將其安裝于活塞腔上端；第八步，選擇流量合適、體積較小、功耗較低的蠕動泵并將其固定在蠕動泵支撐架上；第九步，制作容積5ml左右的圓柱形敞口胰島素罐，罐下設一針頭形出口，罐內設防止空氣進入的排氣組件，排氣組件上的彈簧緊貼胰島素罐蓋；第十步，用蠕動泵的軟管將針頭與胰島素罐出口連接起來，并將軟管安裝到蠕動泵的泵頭上，松緊程度適當；第^^一步，設計制作含活塞、氣閥、蠕動泵、溫控組件的驅動電路，攝像頭、血糖檢測組件的信號處理電路以及控制電路，并用導線將它們分別連接起來； 第十二步，按控制流程編寫控制程序并將其存入控制電路。
權利要求1.一種全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，包括攝像頭(1)、中空密封底座(2)、血糖檢測組件(3)、針頭(5)、活塞腔(7)、活塞(8)、氣閥(9)、蠕動泵支撐架(10)、蠕動泵(11)、溫控組件(12)、胰島素罐(13)、排氣組件(14)和控制器(15)零部件，其特征在于用于測量穿刺點滲出的血滴(4)大小的攝像頭安裝于活塞腔下端的中空密封底座內，用于血糖檢測的血糖檢測組件安裝于中空密封底座中接近患者皮膚(6)的位置，設置于活塞腔內的活塞中心垂直固定有用于皮膚采血穿刺和胰島素注射的針頭，在鄰近針頭的活塞上任意位置固定氣閥，氣閥與往復運動的活塞配合在活塞腔內產生負壓和正壓；活塞腔上端連接蠕動泵支撐架，蠕動泵安裝于蠕動泵支撐架上；蠕動泵支撐架上端依次固定有溫控組件和胰島素罐， 胰島素罐下端出口與針頭之間通過軟管相連；胰島素罐上端安裝控制器，所述攝像頭、血糖檢測組件、活塞、氣閥、蠕動泵和溫控組件分別通過導線與控制器連接，并受控制器驅動與控制。
2.如權利要求1所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于所說密封底座內等間距安裝至少二組血糖檢測組件，每組血糖檢測組件分別包括波長1. OMffl 25ΜΠ1的激光光源和探測器，激光光源和探測器的輸出光軸分別與攝像頭生成圖像像素行、列方向一致。
3.如權利要求1或2所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于所說血糖檢測組件的不同安裝位置實現透射式血糖檢測和漫反射式血糖檢測。
4.如權利要求1或2所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于所說血糖檢測組件采用不需要消耗材料的光電比色檢測組件實現血糖檢測。
5.如權利要求1所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于圓柱形敞口胰島素罐底面有一針頭形出口，罐內設置防止空氣進入的排氣組件，排氣組件上的彈簧緊貼胰島素罐蓋。
6.如權利要求1所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于圓柱形中空密封底座緊密安裝于活塞腔下端且與之同軸，緊貼患者皮膚的底座平面與活塞腔軸線之間形成有利于傾斜穿刺的夾角，所說夾角在10 75°之間選擇。
7.如權利要求1所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于活塞腔為直線電機的殼體，活塞為直線電機的轉子，氣閥為一電磁氣路開關，活塞通過密封件安裝于活塞腔內，最大行程為注射時的穿刺深度；氣閥在控制器控制下打開，活塞帶動針頭向患者皮膚方向運動進行快速穿刺，到達穿刺深度后氣閥關閉，在氣閥關閉情況下活塞向遠離皮膚的方向運動產生負壓，向接近皮膚的方向運動產生正壓。
8.如權利要求1所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于測量血滴大小的攝像頭光軸與皮膚之間夾角通過攝像頭基座可調。
9.如權利要求1所述的全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征在于蠕動泵為普通電磁開關。
專利摘要一種全自動無耗材糖尿病輸注治療儀，其特征是用于測量穿刺點滲出的血滴大小的攝像頭安裝于活塞腔下端的中空密封底座內，用于血糖檢測的血糖檢測組件安裝于中空密封底座中接近患者皮膚的位置，設置于活塞腔內的活塞中心垂直固定有用于皮膚采血穿刺和胰島素注射的針頭，在鄰近針頭的活塞上任意位置固定氣閥，氣閥與往復運動的活塞配合在活塞腔內產生負壓或正壓；活塞腔上端連接蠕動泵支撐架，蠕動泵安裝于蠕動泵支撐架上；蠕動泵支撐架上端依次固定有溫控組件和胰島素罐，胰島素罐下端出口與針頭之間通過軟管相連；胰島素罐上端安裝控制器，攝像頭、血糖檢測組件、活塞、氣閥、蠕動泵和溫控組件分別通過導線與控制器連接，并受控制器驅動與控制。
文檔編號A61M5/145GK201996553SQ20112005391
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者吳新社, 朱戈, 王振洲, 鄧芳軼 申請人:成都軍區昆明總醫院