CN209416456U - 一种医用微流量注射用智能校准系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗设备领域，具体为一种医用微流量注射用智能校准系统；本装置以主控制器为核心处理单元，通过电源模块对主控制器进行供电，同时主控制器通过电路与流量传感器、无线收发模块、显示屏和压力传感器连接。使用时，将流量传感器和压力传感器与输液管连接，可实现对流速和压力的测量；其有益效果为：本装置通过流量传感器和压力传感器的双重检测，并通过主控模块的计算控制，提高控制精度，实现为医用微小流量注射，尤其在(0.1～20.0)ml/h流量段的质量控制。

Description

一种医用微流量注射用智能校准系统

技术领域

本实用新型涉及医疗设备领域，具体为一种医用微流量注射用智能校准系统。

背景技术

随着科技的发展，精准医疗的理念越来越多的应用于各级临床治疗过程中。医用微流量注射系统主要适用流量范围(1～10)ml/h输液和注射治疗医疗设备，目前引用在临床的主要是微量输液泵和微量注射泵，广泛的应用于手术室、ICU、 CCU等危重临床科室。由于药量少、注射时间长，因此临床治疗对其流量准确度、流量重复性有着极高的要求，其上述计量性能直接关系到医疗质量甚至病人的生命安全。为了保证临床诊断的质量、保护患者的人身健康，建立医用微流量注射系统量值溯源系统势在必行，质检总局颁布了《医用注射泵和输液泵校准规范》(JJF1259-2010)。随着2010年卫生部《医疗器械临床使用安全管理规范》(试行)中要求医院必须成立“医疗器械临床使用安全管理委员会”，在采购验收时要求进行质量测试；根据不同类产品要求制定定期检查和质控计划和计划实施，该校准装置将广泛地应用于大型医疗卫生机构及各级计量检测部门。因此研制我国自主的医用微流量注射系统智能高速校准装置是十分迫切的。

现有的国外校准装置有美国FLUKE公司、德国S.P.L公司，国内无此类校准装置的生产。上述外国公司产品通常更侧重于(20～1000)ml/h测量范围，而在(1～10)ml/h流量测量范围内不完全可控，而这部分流量准确度正是医院临床最关心的。并且上述校准装置在实际校准工作中存在校准效率较低，检出时限慢等问题。随着精准医疗的普及，医用微流量注射系统广泛应用于各级临床治疗过程中，因此该装置研究研发十分必要。

实用新型内容

本实用新型提供了一种医用微流量注射用智能校准系统，有效的解决了背景技术中存在的问题，本装置通过流量传感器和压力传感器的双重检测，并通过主控模块的计算控制，提高控制精度，实现为医用微小流量注射，尤其在 (0.1～20.0)ml/h流量段的质量控制。

为实现上述目的，本实用新型采用具体方案如下：

一种医用微流量注射用智能校准系统，其特征在于：本系统采用主控模块为处理单元，在本系统上安装有流量传感器、压力传感器、显示屏、无线收发模块和电源模块，电源模块为主控模块提供电力，同时主控模块通过电路与显示屏和无线收发模块进行双向数据传输；

所述主控模块通过CPLD逻辑分析模块与流量传感器连接，流量传感器与输液管相互连接，对输液速率进行感应检测；

所述主控模块通过阻塞压力放大调理电路与压力传感器连接，压力传感器与输液管相互连通，对输液压力进行感应检测。

所述主控模块选择MSP430单片机，MSP430主控部分由MSP430F5438A最小系统组成，最小系统由JTAG接口电路、复位电路和时钟电路三部分组成。

所述CPLD采用20MHz的石英晶体振荡器作为主时钟信号源，支持JTAG下载方式对EPM240GT100C5N芯片进行在线系统编程和配置，使用CPLD逻辑分析模块设计一个32位的计数器，时钟分频后最大可以实现3436s的长时间测时，最短能够实现的0.8us长时间测时。

所述压力传感器放大调理电路由两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器串联组成三运放差分放大电路，电路中有关电阻保持严格对称。

本实用新型的有益效果为：该装置的研究成功填补了临床治疗在微小流量尤其在(0.1～20.0)ml/h流量段质量控制需求的空白，并优于国家质检总局在《医用注射泵和输液泵校准规范》(JJF1259-2010)中对于计量标准的要求。该装置具有集成化程度高、携带方便、对使用环境温度要求低、操作自动化程度高等特点，便于检测机构现场开展检测工作。同时本校准系统可广泛适用于各级医疗器械质量监督检测部门及计量检定校准部门开展相关领域质量检验或计量校准工作。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型测量电路结构示意图；

图3是MSP430F5438A最小系统电路图；

图4是CPLD逻辑分析电路电路图；

图5是压力传感器放大调理采集电路电路图；

图6是5ml测量点实验值分布图；

图7是20ml测量点实验值分布图；

图8是50ml测量点实验值分布图；

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本实用新型的技术方案：

实施例1

本实用新型提供了一种医用微流量注射用智能校准系统，旨在提供智能的，高速的，能满足微小流量段质量控制需求的校准系统。校准系统设有微流量测量部分和阻塞压力测量部分。

医用微流量注射系统中流量为最重要的指标，目前以输液泵、注射泵为例, 其的流量可调范围为0.1ml/h～999.9ml/h，实际医院输、注使用流量范围为5ml/h～150ml/h，按照被检测对象的测量范围和《医用注射泵和输液泵校准规范》(JJF1259-2010)的要求，将校准装置的流量测量范围设计为0.1ml/h～300ml/h,研制出测量范围在液体流速：(20.0～300)ml/h时，最大允许误差± 1％；液体流速：(0.1～20.0)ml/h时，最大允许误差±2％。

医用微流量注射系统在使用过程中因为液路阻塞而停止输注，如病人转身时将输液管路压住而阻塞通路等其它原因。若不产生阻塞压力报警，输注药物未能及时进入病人体内会引起医疗事故。医用微流量注射系统的阻塞压力通常在150kPa以内，在《医用注射泵和输液泵校准规范》(JJF1259-2010)中要求对堵塞压力进行检测，压力范围为(0～200)kPa,因此将医用微流量注射系统智能高速校准装置的阻塞压力测量范围设计为(0～230)kPa。

如图1所示，本装置以主控制器为核心处理单元，通过电源模块对主控制器进行供电，同时主控制器通过电路与流量传感器、无线收发模块、显示屏和压力传感器连接。使用时，将流量传感器和压力传感器与输液管连接，可实现对流速和压力的测量。

整个整个检测系统主要由主控模块、CPLD控制模块、流量传感器、液晶显示模块、触摸控制模块及电源管理模块组成，如图2所示。

主控模块选择MSP430F5438A作为主控制器，主要特点有以下几个：1)低工作电压范围：1.8V～3.6V；2)极低的工作电流损耗：165uA/MHz；3)LQFP100 封装，87个通用I/O引脚，包括16个外部中断源；4)多达256KB片内FLASH 存储器，16KB RAM存储器；5)16通道片上12位ADC；6)3个16位通用定时器。

MSP430F5438A控制芯片作为MSP430单片机的一员，有着功耗低的优点，此外数量众多的IO引脚、丰富片内外设以及强大的寄存器管理系统为整个检测仪设计的提供了良好的基础平台。MSP430主控部分由MSP430F5438A最小系统组成，如图3所示，是整个测试系统的核心，进行数据的信号采集、计算处理、发送，最小系统由以下三个部分组成：

1)JTAG接口电路，JTAG编程方式能够对FLASH进行在线编程，改变传统生产流程中对芯片先进行预编程，然后再安装到板上，而是先将器件固定再写入程序，程序也可随时修改重新写入。JTAG接口也可配合IAR编绎软件，对程序在线调试测试，及时找出程序存在的问题，可以大大提高程序编写效率。

2)复位电路，系统上电时提供复位信号，至电源稳定后，撤销复位信号。

3)时钟电路，单片机的工作是以时钟为基准的，时钟电路就是用来为单片机提供时钟信号的电路，其稳定运行是单片机系统稳定运行的基础。

CPLD逻辑分析模块采用20MHz的石英晶体振荡器作为主时钟信号源，支持 JTAG下载方式对EPM240GT100C5N芯片进行在线系统编程和配置，主要电路如图 4所示，主要特点有以下几个：1)240个逻辑单元(LE)；2)8Kb非易失性存储空间；3)引脚至引脚最快时间：4.5ns。CPLD逻辑分析模块主要完成功能是：由流量传感器感应液体流过时发出一定频率脉冲，流量越高发出脉冲频率越高，反之流量越低发出脉冲频率越低。通过测量频率值来确定流量值大小。校准装置的流量测量范围设计为0.1ml/h～300ml/h，对这么宽的流量范围，流量传感器输出的脉冲从0.1Hz到几十Hz，0.1ml/h流量通常需要15分钟才会输出一个脉冲。但300ml/h流量时仅需要0.5s不到就能输出一个脉冲，要完成这么宽量程的时间精确测量，仅靠MSP430F5438A主控完成比较复杂，并且测量精度也不高。使用CPLD逻辑分析模块设计一个32位的计数器，时钟分频后最大可以实现3436s的长时间测时，最短能够实现的0.8us长时间测时，足够满足流量传感器对于低流量测量要求。

压力传感器按照设计目标的要求范围，选择压差传感器，主要性能如下：1) 压力测量范围：0～200kPa,最大耐压400kPa；2)传感器信号输出范围：0～40mV，差压输出信号；压力磁滞<0.1％FS。压力传感器输出满量程电压为40mV，这个信号属于微小电压信号，需要将信号放大125倍到5V输出。将放大的压力电压信号进行模数变换，采集信号进行滤波等分析处理。其中ADC数模转换器主要功能特点如下：1)单电压供电：2.7V～5V；2)AD转换位数16位，在压力测量范围内测量最小分辨达0.003kPa；3)最高转换率：100kHz。足够满足压力测量需求。压力传感器放大调理电路如图5所示，由两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器串联组成三运放差分放大电路，电路中有关电阻保持严格对称，这个电路提高差模信号与共模信号之比，提高压力传感器输出信号的信噪比。

无线模块采用APC220-43无线模块，集成半双功微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片，创新的产用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大担高，最大可纠24bits连续突发错误，达到业内的领先水平。模块提供多个频道的选择，可在线修改串口速率、发射功率及射频速率等各种参数，可透明传输任何大小数据，传输距离远。

在临床的医用微流量注射系统中选取了医用注射泵作为主要样本进行样机试验。共选取市场主流品牌18个品牌，24型号，共计150台进行了样机测试，具体数据如下表1,被测样品各点误差分布如图6、图7、图8所示。

医用微量注射泵试验数据

本研究项目研制出医用微流量注射系统智能高速校准装置样机一台，通过第三方法定计量技术机构对其进行检测，样机各项技术指标为：液体流速在 (20.0～300)ml/h时，最大允许误差0.9％；液体流速：(0.1～20.0)ml/h时，最大允许误差1.1％。压力测量范围：(0～230)kPa，最大允许误差0.8％。通过上述检测数据，验证了整个装置技术指标优于设计的要求，该装置的研究成功填补了临床治疗在微小流量尤其在(0.1～20.0)ml/h流量段质量控制需求的空白并优于国家质检总局在《医用注射泵和输液泵校准规范》(JJF1259-2010) 中对于计量标准的要求。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种医用微流量注射用智能校准系统，其特征在于：本系统采用主控模块为处理单元，在本系统上安装有流量传感器、压力传感器、显示屏、无线收发模块和电源模块，电源模块为主控模块提供电力，同时主控模块通过电路与显示屏和无线收发模块进行双向数据传输；

所述主控模块通过CPLD逻辑分析模块与流量传感器连接，流量传感器与输液管相互连接，对输液速率进行感应检测；

所述主控模块通过阻塞压力放大调理电路与压力传感器连接，压力传感器与输液管相互连通，对输液压力进行感应检测。

2.根据权利要求1所述的一种医用微流量注射用智能校准系统，其特征在于：所述主控模块选择MSP430单片机，MSP430主控部分由MSP430F5438A最小系统组成，最小系统由JTAG接口电路、复位电路和时钟电路三部分组成。

3.根据权利要求1所述的一种医用微流量注射用智能校准系统，其特征在于：所述CPLD采用20MHz的石英晶体振荡器作为主时钟信号源，支持JTAG下载方式对EPM240GT100C5N芯片进行在线系统编程和配置，使用CPLD逻辑分析模块设计一个32位的计数器，时钟分频后最大可以实现3436s的长时间测时，最短能够实现的0.8us长时间测时。

4.根据权利要求1所述的一种医用微流量注射用智能校准系统，其特征在于：所述压力传感器放大调理电路由两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器串联组成三运放差分放大电路，电路中有关电阻保持严格对称。