专利名称：全自动无耗材糖尿病输注治疗仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗设备领域，特别是一种用于糖尿病患者血糖控制和自我治疗的全自动无耗材胰岛素输注治疗仪。
背景技术：
糖尿病是一种胰岛素分泌相对不足或不能有效利用的慢性内分泌疾病；胰岛素缺乏或活性不足造成的葡萄糖代谢障碍会使体内血糖异常。持续血糖异常会带来不可逆的心脑血管、神经系统、眼睛和肾脏等器官功能损害，严重危害人类健康，因此向体内补充人工合成胰岛素进行血糖控制十分重要。对于90%以上需要注射给药的患者，目前的治疗方法是先用血糖仪或生化分析仪检测血糖浓度、再根据血糖浓度人为估计胰岛素注射量，最后用胰岛素注射工具将胰岛素定量注射到体内。存在的问题是1)治疗过程复杂患者需要先用采血针扎破手指取血，然后取出血糖仪、插入血糖试纸，待仪器自动开机后吸入血样，测得血糖值，最后根据血糖值选择胰岛素注射量，完成单次治疗；治疗次数由胰岛素药效长短而定，一般每天最少一次。2)检测成本过高目前最准确的个体化血糖检测方法还是葡萄糖氧化酶法，每次检测需要一片价格5元左右的血糖试纸，按每天检测3次(世卫组织建议4次)计算，每年试纸费用约M75元，这是一笔不小的费用。3)药量估计误差受饮食、运动和胰岛素敏感度等因素影响，估计值不可能恰好等于需要值，过多或过少都会影响患者健康。4)重复创伤血糖检测过程的采血和治疗过程的胰岛素注射两次穿刺皮肤，造成了重复创伤。很多患者尤其是没有“医保”的患者因检测成本、肌体损伤以及操作繁琐等原因， 没有按要求进行血糖检测，有的甚至平均每天不足一次，这样胰岛素注射量没有科学依据， 血糖控制效果不好。
发明内容针对上述问题，本实用新型提出一种用于糖尿病患者血糖控制和自我治疗的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，以自动采血技术和无耗材光电比色血糖检测技术为基础，通过相应算法和自动控制技术，将治疗过程的采血、血糖检测、胰岛素用量计算与胰岛素注射等巧妙集成形成一台多功能、全自动、无耗材的个体化治疗仪器。全自动无耗材糖尿病输注治疗仪自动实施治疗而无需人工操作，光电比色测量而无需材料消耗，综合计算胰岛素用量而非人工估计，既可断续治疗又可连续治疗，是糖尿病患者自我治疗的得力助手。本实用新型通过以下技术方案实现一种全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，包括摄像头、中空密封底座、血糖检测组件、针头、活塞腔、活塞、气阀、蠕动泵支撑架、蠕动泵、温控组件、胰岛素罐、排气组件和控制器等零部件，其特征在于用于测量穿刺点渗出的血滴大小的摄像头安装于活塞腔下端的中空密封底座内，用于血糖检测的血糖检测组件安装于中空密封底座中接近患者皮肤的位置，设置于活塞腔内的活塞中心垂直固定有用于皮肤采血穿刺和胰岛素注射的针头，在邻近针头的活塞上任意位置固定气阀，气阀与往复运动的活塞配合在活塞腔内产生负压或正压；活塞腔上端连接蠕动泵支撑架，蠕动泵安装于蠕动泵支撑架上；蠕动泵支撑架上端依次固定有温控组件和胰岛素罐，胰岛素罐下端出口与针头之间通过软管相连；胰岛素罐上端安装控制器，所述摄像头、血糖检测组件、活塞、气阀、蠕动泵和温控组件分别通过导线与控制器连接，并受控制器驱动与控制。所说密封底座内等间距安装至少二组血糖检测组件，每组血糖检测组件分别包括波长1. OMffl 25ΜΠ1的激光光源和探测器，激光光源和探测器的输出光轴分别与摄像头生成图像像素行、列方向一致。所说血糖检测组件的不同安装位置实现透射式血糖检测和漫反射式血糖检测。所说血糖检测组件采用不需要消耗材料的光电比色检测组件实现血糖检测。所述的圆柱形敞口胰岛素罐下底面有一针头形出口，罐内设置有防止空气进入的排气组件，排气组件上的弹簧紧贴胰岛素罐盖。所述的圆柱形中空密封底座紧密安装于活塞腔下端且与之同轴，紧贴患者皮肤的底座平面与活塞腔轴线之间形成有利于倾斜穿刺的夹角，所说夹角在10 75°之间选择。所述的活塞腔为直线电机的壳体，活塞为直线电机的转子，气阀为一电磁气路开关，活塞通过密封件安装于活塞腔内，最大行程为注射时的穿刺深度；气阀在控制器控制下打开，活塞带动针头向患者皮肤方向运动进行快速穿刺，到达穿刺深度后气阀关闭，在气阀关闭情况下活塞向远离皮肤的方向运动产生负压，向接近皮肤的方向运动产生正压。所述测量血滴大小的摄像头的光轴与皮肤之间的夹角通过摄像头基座可调。所述蠕动泵用普通电磁开关代替。依据以上技术方案获得的本实用新型与现有技术比较具有如下优点或有益效果一、治疗过程全自动。除了仪器启动外，其余如采血、温度测量、血糖检测、胰岛素用量计算、胰岛素注射等治疗动作全部由仪器自动完成，无需人工操作。二、血糖检测无需耗材。血糖检测采用光电比色技术，不需要试纸或试剂，没有材料消耗，从而降低了检测成本。三、胰岛素注射量更精确。胰岛素注射量根据患者测得的血糖浓度、进食量、运动量、胰岛素敏感度及提前注射时间等因素综合计算而得，不是人为估计出来的，因而更加精确。四、肌体损伤程度相对减轻。原来的技术需要两个不同点进行两次穿刺，本实用新型通过活塞腔规范活塞沿同一条空间直线运动，保证了两次穿刺路径相同，肌体损伤程度相对减轻。五、针头可以倾斜穿刺。考虑到人体皮肤较薄，倾斜穿刺有利于血滴渗出，也有利于减轻肌体损伤，本实用新型通过选择中空密封底座的底座平面与活塞腔轴线夹角实现倾斜穿刺。
4[0025]图1是本实用新型的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪原理结构示意图。图2是本实用新型的控制部分原理框图。图3是本实用新型的控制流程图。
具体实施方式
全自动无耗材糖尿病输注治疗仪结构如图1所示，主要包括摄像头1、中空密封底座2、血糖检测组件3、针头5、活塞腔7、活塞8、气阀9、蠕动泵支撑架10、蠕动泵11、温控组件12、胰岛素罐13、排气组件14、控制器15等零部件。摄像头用于测量穿刺点渗出的血滴 4沿两组正交放置的血糖检测组件3光轴方向的长度，还可测量其它方向的长度。血糖检测组件3用于检测血糖浓度，每组分别含有激光光源和探测器，二者光轴分别与摄像头生成图像的行、列方向一致。活塞腔为直线电机的壳体即定子，可以规范活塞做直线运动。针头负责采血穿刺和胰岛素注射。活塞即直线电机的转子，用来驱动针头穿刺和在气阀配合下产生负压或正压，其最大行程为注射时的穿刺深度。气阀为一电磁气路开关，在其关闭情况下活塞8向远离皮肤6的方向运动产生负压，向接近皮肤6的方向运动产生正压。蠕动泵用来按给定的速度和体积注射胰岛素，也可用电磁开关代替它。温控组件用于控制胰岛素罐内的胰岛素温度，保证胰岛素的药效。排气组件置于胰岛素罐内，以产生压力方式阻止空气进入。控制器15用于控制和驱动整个仪器，主要由摄像头和血糖检测组件信号处理电路，活塞、气阀、蠕动泵、温控组件驱动电路以及微处理器电路等组成。具体连接方式上摄像头、血糖检测组件、活塞、气阀、蠕动泵、温控组件等都通过信号线和电源线与控制器相连，并受控制器驱动与控制。摄像头安装于活塞腔下端的中空密封底座内，光轴与活塞腔轴线夹角根据测量需要调整。血糖检测组件安装于活塞腔下端中空密封底座内接近皮肤的位置，光轴方向分别与摄像头生成图像的行和列方向一致。活塞通过密封件安装于活塞腔内，且不能旋转只能直线运动，行程略大于最大穿刺深度。针头固定于活塞中心并与其几何轴线重合，上端与来自蠕动泵的软管相连。气阀固定安装于活塞上。蠕动泵支撑架固定于活塞腔上端，蠕动泵固定在蠕动泵支撑架上，其上软管上端与胰岛素罐出口密封相连，下端与针头密封相连。仪器控制原理如图2所示，主要包括控制键盘、显示与报警、温度控制、血滴测量、 气阀驱动、活塞驱动、血糖检测、蠕动泵驱动和控制器等9大模块。控制键盘模块用于仪器参数设置。显示与报警模块用于数据和状态显示以及报警提示等。温度控制模块用于胰岛素温度测控和患者注射点皮肤温度测量，胰岛素要求低温存贮，血滴温度影响血糖浓度测量。血滴测量模块的任务是实时测量血滴在血糖测量方向的长度，供控制模块和血糖检测使用，达到设定值后活塞抽吸运动在控制器控制下自动停止，超过设定值后则自动进行正压止血。气阀驱动模块即气路开关，第一种情况是在采血穿刺时打开气阀，复位时关闭气阀；第二种情况是扎破血管后血滴尺寸过大时关闭气阀，活塞运动进行正压止血；第三种情况是胰岛素注射时打开气阀。活塞驱动模块实为直线电机驱动电路。血糖检测模块用来处理检测到的血糖浓度信号，检测结果作为胰岛素注射量计算依据。控制过程如图3所示，开机后仪器首先初始化，使活塞、气阀、蠕动泵、血糖检测组件等复位，然后按照图示程序逐步运动，直到整个任务完成。胰岛素注射时药量由蠕动泵总转数确定，压力由泵的转速控制，转速高则压力大，达到极限后就不再升高，输注速度也一样。如果将短时间的注射变成长时间的输液，蠕动泵的旋转速度要大大降低。工作原理如下第一步自动采血。气阀在控制器控制下打开，活塞在直线电机驱动下向患者皮肤方向运动，带动针头进行快速穿刺，到达预定深度后气阀关闭，活塞迅速复位产生负压，皮肤内的末梢血在血管内正压和皮肤外负压共同作用下渗出形成血滴，摄像头实时测量血滴大小，达到预定大小后活塞停止负压抽血，超过预定大小后活塞进行正压止血，直到血滴大小符合要求。第二步血糖检测。血滴大小符合要求后，控制器启动血糖检测程序，血糖检测组件开始工作，测得值送到控制器中进行处理。第三步药量计算。控制器根据测得的血糖浓度、进食量、运动量和胰岛素敏感度等，进行胰岛素注射量计算。第四步药物输注。胰岛素注射量计算出来后控制器控制活塞向皮肤方向运动，针头按原来位置和方向再次穿刺，到达预定深度后蠕动泵启动，胰岛素在蠕动泵作用下按给定流量和体积实施注射，注射完毕后针头在活塞驱动下回到原位。药物注射过程气阀始终打开。本实用新型包括自动采血，温度测控，血糖检测，胰岛素注射量计算，胰岛素注射等几个方面，结构比较复杂，涉及技术较多，具体制作步骤如下第一步，根据穿刺速度和力度大小选择圆柱形音圈电机作为驱动元件，并将音圈电机定子改造成活塞腔；第二步，用软质硅胶制作圆柱形中空密封底座，紧密同轴安装于活塞腔下端，与患者皮肤紧贴的密封底座平面与活塞腔7轴线夹角在10 75°之间选择，通常为45° ；第三步，选择焦距短、体积小的摄像头，将其安装于活塞腔下端中空密封底座内， 光轴尽量垂直于中空密封底座的底座平面，如不能垂直，倾斜方向要与活塞腔倾斜方向相反且二者轴线共面；第四步，选择波长1. OMffl 25ΜΠ1的激光器作光源并与光纤耦合，选择包含所述波长的铟镓砷或硅半导体探测器，构成血糖检测组件，将其安装于中空密封底座内接近皮肤位置，调整输出光纤，使光轴能够完全穿过血滴并进入探测器中心，光轴分别与摄像头生成图像像素行列方向一致；第五步，将活塞套上密封圈或粘上密封胶，并在其中央垂直固定针头，活塞向下运动到极限位置时针头伸出中空密封底座平面的长度略大于最大穿刺深度；第六步，选择体积小、功耗低、流量合适的电磁气阀，固定安装于活塞上；第七步，制作圆筒形蠕动泵支撑架，并将其安装于活塞腔上端；第八步，选择流量合适、体积较小、功耗较低的蠕动泵并将其固定在蠕动泵支撑架上；第九步，制作容积5ml左右的圆柱形敞口胰岛素罐，罐下设一针头形出口，罐内设防止空气进入的排气组件，排气组件上的弹簧紧贴胰岛素罐盖；第十步，用蠕动泵的软管将针头与胰岛素罐出口连接起来，并将软管安装到蠕动泵的泵头上，松紧程度适当；第^^一步，设计制作含活塞、气阀、蠕动泵、温控组件的驱动电路，摄像头、血糖检测组件的信号处理电路以及控制电路，并用导线将它们分别连接起来； 第十二步，按控制流程编写控制程序并将其存入控制电路。
权利要求1.一种全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，包括摄像头(1)、中空密封底座(2)、血糖检测组件(3)、针头(5)、活塞腔(7)、活塞(8)、气阀(9)、蠕动泵支撑架(10)、蠕动泵(11)、温控组件(12)、胰岛素罐(13)、排气组件(14)和控制器(15)零部件，其特征在于用于测量穿刺点渗出的血滴(4)大小的摄像头安装于活塞腔下端的中空密封底座内，用于血糖检测的血糖检测组件安装于中空密封底座中接近患者皮肤(6)的位置，设置于活塞腔内的活塞中心垂直固定有用于皮肤采血穿刺和胰岛素注射的针头，在邻近针头的活塞上任意位置固定气阀，气阀与往复运动的活塞配合在活塞腔内产生负压和正压；活塞腔上端连接蠕动泵支撑架，蠕动泵安装于蠕动泵支撑架上；蠕动泵支撑架上端依次固定有温控组件和胰岛素罐， 胰岛素罐下端出口与针头之间通过软管相连；胰岛素罐上端安装控制器，所述摄像头、血糖检测组件、活塞、气阀、蠕动泵和温控组件分别通过导线与控制器连接，并受控制器驱动与控制。
2.如权利要求1所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于所说密封底座内等间距安装至少二组血糖检测组件，每组血糖检测组件分别包括波长1. OMffl 25ΜΠ1的激光光源和探测器，激光光源和探测器的输出光轴分别与摄像头生成图像像素行、列方向一致。
3.如权利要求1或2所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于所说血糖检测组件的不同安装位置实现透射式血糖检测和漫反射式血糖检测。
4.如权利要求1或2所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于所说血糖检测组件采用不需要消耗材料的光电比色检测组件实现血糖检测。
5.如权利要求1所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于圆柱形敞口胰岛素罐底面有一针头形出口，罐内设置防止空气进入的排气组件，排气组件上的弹簧紧贴胰岛素罐盖。
6.如权利要求1所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于圆柱形中空密封底座紧密安装于活塞腔下端且与之同轴，紧贴患者皮肤的底座平面与活塞腔轴线之间形成有利于倾斜穿刺的夹角，所说夹角在10 75°之间选择。
7.如权利要求1所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于活塞腔为直线电机的壳体，活塞为直线电机的转子，气阀为一电磁气路开关，活塞通过密封件安装于活塞腔内，最大行程为注射时的穿刺深度；气阀在控制器控制下打开，活塞带动针头向患者皮肤方向运动进行快速穿刺，到达穿刺深度后气阀关闭，在气阀关闭情况下活塞向远离皮肤的方向运动产生负压，向接近皮肤的方向运动产生正压。
8.如权利要求1所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于测量血滴大小的摄像头光轴与皮肤之间夹角通过摄像头基座可调。
9.如权利要求1所述的全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征在于蠕动泵为普通电磁开关。
专利摘要一种全自动无耗材糖尿病输注治疗仪，其特征是用于测量穿刺点渗出的血滴大小的摄像头安装于活塞腔下端的中空密封底座内，用于血糖检测的血糖检测组件安装于中空密封底座中接近患者皮肤的位置，设置于活塞腔内的活塞中心垂直固定有用于皮肤采血穿刺和胰岛素注射的针头，在邻近针头的活塞上任意位置固定气阀，气阀与往复运动的活塞配合在活塞腔内产生负压或正压；活塞腔上端连接蠕动泵支撑架，蠕动泵安装于蠕动泵支撑架上；蠕动泵支撑架上端依次固定有温控组件和胰岛素罐，胰岛素罐下端出口与针头之间通过软管相连；胰岛素罐上端安装控制器，摄像头、血糖检测组件、活塞、气阀、蠕动泵和温控组件分别通过导线与控制器连接，并受控制器驱动与控制。
文档编号A61M5/145GK201996553SQ20112005391
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者吴新社, 朱戈, 王振洲, 邓芳轶 申请人:成都军区昆明总医院