Инфузионный насос-дозатор

 

Использование: в медицинской технике для внутрисосудистой инфузии. Сущность изобретения: насос-дозатор содержит приводной двигатель, роликовый насос, управляемый генератор, ждущий мультивибратор и чувствительный элемент, в который дополнительно введены первая и вторая схемы И, первая и вторая схемы ИЛИ, первая и вторая схемы НЕ, первый - третий счетчики, схема сравнения, триггер, аналоговый ключ и генератор переменного напряжения. Подключение элементов схемы осуществлено с обеспечением повышения точности внутрисосудистой инфузии. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к конструкции инфузионных насосов-дозаторов, и может быть использовано для внутрисосудистой инфузии.

Уже известен перистальтический насос, в котором эластичный шланг взаимодействует с роликами, установленными на подпружиненных в тангенциальном направлении коромыслах. Сателлиты ротора по числу коромысел взаимодействуют с неподвижным центральным зубчатым колесом. Коромысла шарнирно закреплены на роторе и взаимодействуют с профильными кулачками, установленными на валах сателлитов.

К недостаткам этого известного устройства относятся сложность конструкции и ее недостаточная надежность.

Также известен дозатор для подачи малых доз жидкости, содержащий микропроцессор, линии связи, управляющую электронику, шаговый двигатель, механическую передачу и шестеренный насос.

К недостаткам этого устройства-аналога относятся периодическое изменение величины дозы во времени и недостаточная надежность системы управления вследствие ее разомкнутости.

В качестве прототипа выбран инфузионный насос, содержащий задатчик подачи и приводной двигатель, подключенный к выходам системы управления и механически связанный с роликовым насосом и снабженный датчиком форсирования, установленным на роликовом насосе, и ждущим мультивибратором, вырабатывающими сигнал включения режима форсирования, а также управляемым ими коммутатором, осуществляющим переключение по указанному сигналу систему управления приводным двигателем от задатчика подачи, задающего частоту вращения двигателя в основном режиме, определяющую необходимое дозирование жидкости, на задатчике предельной подачи, формирующий параметры потока в режиме форсирования.

К недостаткам этого устройства-прототипа относятся сложность управления двигателем при обеспечении малых расходов и его недостаточная надежность и точность. Это обусловлено ограничениями непрерывного принципа дозирования и разомкнутостью системы управления двигателем.

Целью изобретения является повышение точности, внутрисосудистой инфузии.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в инфузионном насосе, содержащем приводной двигатель, роликовый насос, управляемый генератор, ждущий мультивибратор и чувствительный элемент, включающий модулятор, в виде диска с штырями, соединенного с приводным двигателем и оптического датчика переключения ротора, предусмотрены следующие отличия: выход управляемого генератора соединен с первым входом первой схемы И, входом контрольного счетчика и первым входом первой схемы ИЛИ, триггера, установочный вход которого соединен с выходом первой схемы И, а выход - с управляющим входом аналогового ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, вместо датчика форсирования введен датчик перемещения ротора, состоящий из тех же элементов модулятор в промежутках между штырями имеет дополнительные более узкие штыри, выход преобразователя импульсов соединен с первым входом второй схемы И, вторым входом первой схемы ИЛИ и входом счетчика введенного объема, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, выход управляемого генератора соединен с входом контрольного счетчика, выход преобразователя импульсов соединен со входом счетчика введенного объема и первым входом схемы И, выход контрольного счетчика соединен с первым входом схемы сравнения, выход счетчика введенного объема соединен с вторым входом схемы сравнения, выход "1<2" схемы сравнения соединен с входом первой схемы НЕ и первым входом второй схемы ИЛИ, выход "1>2" соединен с входом второй схемы НЕ и вторым входом второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с входом сброса по заднему фронту счетчика задержки запуска сигнализации, счетный вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ, а выход переполнения соединен с устройством сигнализации, выход первой схемы НЕ соединен с вторым входом второй схемы И, выход которой соединен с входом сброса триггера, выход второй схемы НЕ соединен с вторым входом первой схемы И, а выход оптического датчика перемещения ротора подключен ко входу ждущего мультивибратора, при этом на диске модулятора в промежутках между основными штырями установлены дополнительные узкие штыри, а соответствующий основной штырь при установке ролика в точке сопряжения цилиндрического участка ложа с прямолинейным выходным участком расположен на оптической оси датчика перемещения ротора.

Достижение положительного эффекта при реализации данного технического решения обеспечивается большей потенциальной точностью частотно-импульсных систем дозирования, введением контроля правильности работы устройства по импульсам исполнения, введением защищенного от необоснованных срабатываний устройства сигнализации о существенных отклонениях расходов от заданного, а также возможностью измерения введенного объема с помощью счетчика импульсов датчика перемещения ротора насоса-дозатора.

На фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема инфузионного насоса-дозатора; на фиг. 2 - вид датчика перемещения ротора.

Инфузионный насос-дозатор содержит задатчик расхода 1, управляемый генератор 2, схемы И 3 и 4, триггер 5, аналоговый ключ 6, модулятор 7, генератор переменного напряжения 8, приводной двигатель 9, ротор насоса 10, датчик положения ротора 11, ждущий мультивибратор 12, счетчики 13-15, схема сравнения 16, две схемы НЕ 17 и 18, схемы ИЛИ 19 и 20, устройство сигнализации 21, ролики 22 (22 ), трубопровод 23, цилиндрическую опорную поверхность 24, водило 25, чувствительный элемент 26, светодиод 27, фотодиод 28, преобразователь импульсов 29.

Чувствительный элемент 26 состоит из модулятора 7 и оптического датчика перемещения ротора 11, который содержит светодиод 27, фотодиод 28 и преобразователь импульсов 29.

Задатчик расхода 1 соединен с входом управляемого генератора 2, выход которого соединен с первым входом схемы И 3, входом счетчика 13 и первым входом схемы ИЛИ 19. Выход схемы И 3 соединен с установочным входом триггера 5, выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа 6. Генератор переменного напряжения 8 через аналоговый ключ 6 соединен с приводным двигателем 9, в качестве которого может быть использован пъезодвигатель. На оси приводного двигателя 8 жестко закреплены ротор 10 шлангового насоса и модулятор 7.

Модулятор выполнен в виде диска и имеет по окружности основные и дополнительные штыри. Количество, угловой шаг дополнительных узких штырей и ширина основных штырей подбираются таким образом, чтобы дозы вытесняемой за один цикл работы насоса-дозатора жидкости как при прохождении ролика 22 (22') точки сопряжения цилиндрической опорной поверхности 24 с прямолинейным выходным участком, так и в ином случае были равны. Число основных штырей равно числу роликов шлангового насоса. Штыри модулятора 7 предназначены для перекрытия светового потока, создаваемого светодиодом 27 и направленного к фотодиоду 28. Преобразователь 29 импульсов соединен с ждущим мультивибратором 12, выход которого соединен с первым входом схемы И 14, вторым входом схемы ИЛИ 19 и входом счетчика 14. Выходы счетчиков 13 и 14 соединены с входами А и В схемы 16 сравнения соответственно. Выход счетчиков 13 и 14 соединены с входами A и B схемы 16 сравнения соответственно. Выход A<B схемы 16 сравнения соединен с входом схемы НЕ 17 и первым входом схемы ИЛИ 20, а выход A>B - с входом схемы НЕ 18 и вторым входом схемы ИЛИ 20. Выход схемы НЕ 17 соединен с вторым входом схемы И 4, а выход схемы НЕ 18 с вторым входом схемы И 3. Выход схемы ИЛИ 19 соединен со счетным входом счетчика 15, вход сброса которого соединен с выходом схемы ИЛИ 20, а выход переполнения - с устройством 21 сигнализации.

Устройство работает следующим образом. С задатчика расхода 1 на управляемый генератор 2 поступает код, определяющий частоту выдачи им коротких запускающих импульсов управления, которые поступают на вход первого счетчика 13, на первый вход первой схемы И 3, с выхода которой поступают на вход установки триггера 5, и на первый вход первой схемы ИЛИ 19. При этом, поскольку на вход второго счетчика 14 сигналы еще не поступали, с выхода схемы сравнения "A>B" на первый вход второй схемы ИЛИ 20 поступает сигнал логической "1". Выход триггера 5 переходит в активное состояние, при котором аналоговый ключ 6 пропускает от генератора переменного напряжения синусоидальный сигнал на приводной двигатель 9, ротор которого механически связан с ротором шлангового насоса 10 и модулятором 7. Водило 25 роликов 22 (22') при вращении ротором насоса 10 обеспечивает вытеснение роликами 22 (22') жидкости по трубопроводу 23 в сторону пациента. Когда вследствие вращения ротора модулятор 7 начинает пропускать световой поток от светодиода 24 к фотодиоду 25, срабатывает преобразователь импульсов 29, по сигналу которого запускается ждущий мультивибратор 12, который формирует сигнал длительностью, достаточной для последовательного срабатывания, комбинационных и последовательностных схем устройства, но меньшей, чем минимальный период следования импульсов с датчика перемещения ротора 11 при непрерывном вращении ротора насоса 10 с максимально возможной скоростью.

Импульс с ждущего мультивибратора 12 поступает на вход второго счетчика 14, выход которого соединен с входом B схемы сравнения 16, и на второй вход первой схемы ИЛИ 19. При этом устанавливается равенство показаний первого 13 и второго 14 счетчиков и с выхода схемы сравнения 16 А В сигнал логического "0" поступает на первую схему НЕ 17, с выхода которой сигнал логической "1" поступает на второй вход второй схемы И 4. На выходе схемы И 4 вырабатывается сигнал логической "1", который сбрасывает триггер 5. Аналоговый ключ 6 на управляющий вход которого поступает сигнал логического "0", прекращает поступление сигнала от генератора переменного напряжения 8 на пьезодвигатель 9 и он останавливается. В то же время сигнал логического "0" поступает на первый вход второй схемы ИЛИ 20, с выхода которой сигнал перехода от логической "1" к логическому "0" поступает на вход сброса по заднему фронту третьего счетчика 15 и его содержимое обнуляется.

По приходе следующего запускающего импульса с управляемого генератора 2 цикл повторяется.

В случае непоступления с выхода ждущего мультивибратора 12 до прихода следующего импульса с управляемого генератора 2 разность выходных кодов первого 13 и второго 14 счетчиков увеличивается, а на первый вход первой схемы ИЛИ 19 поступает запускающий импульс, с выхода которой импульс поступает на вход третьего счетчика 15. Цикл может повторяться до переполнения третьего счетчика 15, сигнал переполнения с выхода которого запускает устройство сигнализации 21.

По приходе с выхода ждущего мультивибратора 12 импульса после прихода следующего импульса с управляемого генератора содержимое второго счетчика 14 увеличивается, однако сигнал на выходе схемы сравнения 16 не меняется, с выхода второй схемы И 4 поступает сигнал логического "0" и триггер 5 продолжает находится в активном состоянии.

Цикл повторяется до наступления равенства содержимого первого 13 и второго 14 счетчиков.

В случае поступления ряда импульсов с выхода ждущего мультивибратора 12 до прихода следующего запускающего импульса с выхода управляемого генератора 2 содержимое второго счетчика 14 увеличивается и начинает превышать содержимое первого счетчика 13. Тогда с первого выхода схемы сравнения 16 сигнал логической "1" поступает на вторую схему НЕ 18, с выхода которой сигнал логического "0" поступает на второй вход первой схемы И 3. В результате запускающие импульсы не переводят триггер 5 в активное состояние. В то же время импульсы с ждущего мультивибратора 12 поступают на второй вход первой схемы ИЛИ 19, с выхода которой импульсы поступают на вход третьего счетчика 15.

Цикл может повторяться до переполнения третьего счетчика 15, сигнал переполнения с выхода которого запускает устройство сигнализации 21.

По приходе с выхода управляемого генератора 2 импульсов после прихода следующего импульса с ждущего мультивибратора 12 содержимое первого счетчика 13 увеличивается, однако сигнал на втором выходе схемы сравнения 16 не меняется, сигнал логического "0" продолжает поступать на второй вход первой схемы И 3, что не позволяет триггеру 5 перейти в активное состояние от очередного импульса с выхода управляемого генератора 2.

Цикл повторяется до наступления равенства содержимого первого 13 и второго 14 счетчиков.

Повышение точности обеспечения среднего расхода достигается применением частотно-импульсного способа дозирования, так как в этом случае точность обуславливается в основном точностью задания частоты управляющих импульсов. Реализовать это условие точности технически не сложно. Введение схемы, контролирующей работу механической части насоса по сигналам обратной связи с датчика перемещения ротора, позволяет повысить надежность устройства, а также получать информацию о введенном объеме путем подсчета импульсов обратной связи с датчика перемещения ротора насоса. Введение схемы сигнализации существенно повышает безопасность применения инфузионного насоса-дозатора. Испытания опытных образцов подтвердили точность и надежность насоса-дозатора. Как показывает анализ, принятые технические решения позволяют обеспечить соответствие устройства международным стандартам безопасности на медицинскую технику.

Формула изобретения

ИНФУЗИОННЫЙ НАСОС-ДОЗАТОР, содержащий приводной двигатель, соединенный с ним роликовый насос, управляемый генератор, ждущий мультивибратор и чувствительный элемент, включающий в себя модулятор в виде диска со штырями, соединенного с приводным двигателем, и оптического датчика перемещения ротора, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая схемы И, первая и вторая схемы ИЛИ, первая и вторая схемы НЕ, первый, второй и третий счетчики, схема сравнения, триггер, аналоговый ключ и генератор переменного напряжения, выход управляемого генератора соединен с первым входом первой схемы И, входом первого счетчика и первым входом первой схемы ИЛИ, установочный вход триггера соединен с выходом первой схемы И, а выход - с управляющим входом аналогового ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора переменного напряжения, выход ждущего мультивибратора соединен с первым входом второй схемы И, вторым входом первой схемы ИЛИ и входом второго счетчика, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, выход первого счетчика соединен с вторым входом второй схемы сравнения, выход "1 < 2" схемы сравнения соединен с входом первой схемы НЕ и первым входом второй схемы ИЛИ, выход "1 > 2" соединен с входом второй схемы НЕ и вторым входом второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с входом сброса по заднему фронту третьего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ, а выход переполнения - с устройством сигнализации, выход первой схемы НЕ соединен с вторым входом второй схемы И, выход которой соединен с входом сброса триггера, выход второй схемы НЕ соединен с вторым входом первой схемы И, а выход оптического датчика перемещения ротора подключен к входу ждущего мультивибратора, при этом на диске модулятора в промежутках между основными штырями установлены дополнительные узкие штыри, а соответствующий основной штырь при установке ролика в точке сопряжения цилиндрического участка ложа с прямолинейным выходным участком расположен на оптической оси датчика перемещения ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2