精密微量注射泵的设计与实现

　　0　引　言

　　微量注射泵是临床医疗和生命科学研究中经常使用的一种长时间进行均匀微量注射的仪器。这种仪器主要用于动静脉输液、输血、抗休克治疗、肠内管饲以及麻醉剂的注射等,同时还可用于挤压等外伤抢救中抗凝剂及其他特殊贵重药的微量注射中[1]。合理地使用微量注射泵,可以减轻许多人为的工作量[2],同时也方便控制精度,达到理想的治疗效果[3,4]。

　　国内外微量注射泵,面临的难点是精度不够和成本比较高[5]。国内同类产品采用软件控制注射的精度,这导致仪器容错性很差,并且只能使用单一厂家的注射器[6]。而国外同类产品采用的电位计控制注射的精度,要达到相对高的精度则对电位计的要求很高[7]。本文阐述了将先进电子技术、计算机技术、传感器技术,机械传动技术综合应用于注射泵系统的研究与开发,使之成为具有数字化、集成化、自动化、低成本特点的新型医疗仪器。

　　1　系统概述

　　主机如图1所示,主要由微处理器系统、管径检测元件、长度检测元件、微步进电机驱动控制系统、自动标注系统、显示器及按键六部分组成。整个系统则由单片机系统、输入系统、输出系统、步进电机、状态检测系统、注射器、电源、报警系统组成。在设计中通过步进电机的细分控制理论[8],结合集成电路驱动的CPU进行电机转速控制,实现注射量的精确注射和准确定位,有效降低了同类产品中由于抖动引起注射错误的发生。采用人性化操作界面,显示更直观,提高了操作性。由压力传感器组成的压力检测系统具备多等级的压力报警功能,增加使用的安全性。采用状态检测系统,实时地向处理单元提供系统运行中的基本信号,确保注射的准确进行。加入了注射器智能识别的模块,是目前国内惟一能使用任何厂家一次性注射器的注射泵。采用容栅传感器,改进了现今国内外产品采用软件或者电位计控制注射精度的弊端。预置报警系统能对不同的故障及系统状态做出响应,及时处理注射过程出现的各种问题并进行提醒与警报。

　　2　机械设计原理

　　机械传动原理图如图2所示。在得到中央电路的指令后,步进电机驱动电路就得到加载电压,通过一定的脉冲激励驱动四相八拍步进电机,步进电动机在一定规律的脉冲频率下做转动,然后将动力源传动到二级减速箱进行减速,减速箱的传动比为i=32∶1,使得输出的速度得到进一步细化而传到丝杆,丝杆通过与半螺母结构形成外循环滚动螺旋副而精确地把速度传到挡板处,在套筒的支撑下精确传动,从而使得挡板能够在滑杆上自由滑动,这样就提供了稳定而精确的进给运动。滑杆和注射器分别被固定板和压板固定在微量注射器的主体上。