專利名稱：藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，屬于醫(yī)療設(shè)備，適合于需要連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間藥物注射的病人使用，尤其適合根據(jù)病人的年齡、性別、體重、健康狀況、藥物效果等情況，而需要綜合考慮注射泵給藥的速度和藥量。
背景技術(shù)：
病人在醫(yī)療過(guò)程中，需要注射藥物，可以采用分次靜脈注射、滴注和用泵持續(xù)滴注給藥的方法。這些方法均存在著一定的缺點(diǎn)。分次靜脈給藥會(huì)使血藥濃度產(chǎn)生較大的波動(dòng)，靜脈注射后血藥濃度迅速升高，高峰濃度會(huì)帶來(lái)副作用；藥物從血漿通過(guò)分解、轉(zhuǎn)化和排泄迅速消除，血藥濃度很快下降，當(dāng)?shù)陀谟行舛葧r(shí)又達(dá)不到應(yīng)有的藥理作用。用注射泵恒速靜脈滴注，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能使血藥濃度達(dá)到穩(wěn)態(tài)。由于藥物半衰期長(zhǎng)短不一，血藥濃度難以控制。因此，改進(jìn)給藥方法很有必要。

發(fā)明內(nèi)容
藥物注射泵的控制系統(tǒng)是為了克服用注射泵給藥難以控制血藥濃度的缺點(diǎn)，提高血液藥液濃度控制的準(zhǔn)確性，保證病人用藥安全、有效且副作用小的目的。
本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置是以藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)為基礎(chǔ)，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算藥物給藥速率，從而調(diào)節(jié)注射泵藥物的速度，達(dá)到控制血中藥物的濃度。
藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置由注射泵、操作系統(tǒng)、機(jī)體組成，其特征在于有自動(dòng)控制系統(tǒng)它由中央控制電路、串行通信電路、顯示電路、電源電路、報(bào)警電路、鍵盤控制電路連接而成；中央控制電路內(nèi)置系統(tǒng)控制程序，中央控制電路的信號(hào)輸出端連接串行通信電路的輸入端；串行通信電路的輸出端連接注射泵的控制輸入端；顯示電路的輸入端連接中央控制電路的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端；鍵盤控制電路的信號(hào)輸出端連接中央控制電路的控制輸入端；報(bào)警電路輸入端連接中央控制電路報(bào)警信號(hào)輸出端；電源電路的輸出端連接各電路的電源輸入端。
此外，自動(dòng)控制系統(tǒng)的中央控制電路還連接內(nèi)存擴(kuò)展電路。
所述的中央控制電路由型號(hào)為ATmega128的單片機(jī)芯片U1及其外圍元件連接而成，所述單片機(jī)芯片內(nèi)置控制程序，該控制程序完成數(shù)據(jù)計(jì)算、串行通信、鍵盤輸入、顯示、報(bào)警功能。
串行通信電路由型號(hào)為MAX232的信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片U5及其外圍電容連接而成，其輸入端、輸出端分別連接單片機(jī)串行通信口UART、注射泵的串行通信接口RS232，將單片機(jī)串行通信UART接口的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平顯示電路由型號(hào)為SED1335的液晶顯示芯片U7構(gòu)成，該液晶顯示芯片可顯示128×64點(diǎn)陣的漢字圖形和漢字，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字，128個(gè)字符及64×256顯示RAM，可直接與單片機(jī)芯片U1連接。
鍵盤控制電路由16個(gè)輸入按鍵，通過(guò)鍵盤完成各種參數(shù)的輸入和注射模式的選擇。
報(bào)警電路由蜂鳴器或喇叭構(gòu)成，其信號(hào)輸入端連接前述單片機(jī)芯片的一個(gè)信號(hào)輸出端。
電源電路由穩(wěn)壓集成芯片78M05構(gòu)成，為單片機(jī)和外圍其它元器件提供穩(wěn)定的5V和3.3V電壓。
內(nèi)存擴(kuò)展電路由存貯器芯片U3和地址鎖存芯片U2構(gòu)成，作為單機(jī)芯片ATmega128的外部存貯器。地址存儲(chǔ)器型號(hào)為74HC573，32K存儲(chǔ)器的型號(hào)為HM62256。
它具有如下特點(diǎn)體積小，控制精度高，穩(wěn)定性好；臨床應(yīng)用證實(shí)其實(shí)血藥濃度目標(biāo)血藥濃度之間的誤差可控制在20％以內(nèi)。在藥物的選擇上依據(jù)臨床實(shí)踐做到多樣化、實(shí)用化。


圖1是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置原理框圖。
圖2是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置中央控制電路及內(nèi)存擴(kuò)展電路圖。
圖3是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置串行通信電路圖。
圖4是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置顯示電路圖。
圖5是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置鍵盤控制電路圖。
圖6是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置電源電路圖。
圖7是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置的復(fù)位電路圖。
圖8是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置的控制程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)用一具體例說(shuō)明本方案。
圖1是藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置原理框圖。它顯示了自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成它由中央控制電路、串行通信電路、顯示電路、電源電路、報(bào)警電路、鍵盤控制電路連接而成。中央控制電路內(nèi)置系統(tǒng)控制程序、其控制信號(hào)輸出端連接串行通信電路的輸入端，串行通信電路的輸出端連接注射泵的控制輸入端；顯示電路的輸入端連接中央控制電路輸出端；鍵盤控制電路輸出端連接中央控制電路控制輸入端；報(bào)警電路輸入端連接中央控制電路報(bào)警信號(hào)輸出端；電源電路輸出端連接其余各電路的電源輸入端。
圖2是所述的中央控制電路，由型號(hào)為ATmega128)的單片機(jī)芯片U1及其外圍元件連接而成，所述單片機(jī)芯片U1通過(guò)插座J1、J2、J3、J4連接其它各步分電路。所述單片機(jī)芯片U1內(nèi)置控制程序，該程序完成數(shù)據(jù)計(jì)算、串行通信、鍵盤輸入、顯示功能。
ATmega128單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的8位簡(jiǎn)化指令(RISC)AVR系列單片機(jī)，該單機(jī)執(zhí)行大多數(shù)指令只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，運(yùn)行速度非?？欤?MHz的AVR系列單片機(jī)相當(dāng)于200MHz51系列單片機(jī)；AVR單片機(jī)的32個(gè)通用寄存器直接與算術(shù)邏輯單元(ALU)相連，從而消除了運(yùn)行瓶頸，可以有效地解決藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算數(shù)量大、系統(tǒng)控制實(shí)時(shí)性高的問(wèn)題。系統(tǒng)程序采用單片機(jī)C語(yǔ)言編寫。
內(nèi)存擴(kuò)展電路(圖2)。內(nèi)存擴(kuò)展電路為滿足系統(tǒng)程序運(yùn)算大量數(shù)據(jù)的要求，為單片ATmege128機(jī)擴(kuò)充了32K外部存儲(chǔ)器。內(nèi)存擴(kuò)展電路由型號(hào)為74HC573數(shù)據(jù)鎖存器U2、型號(hào)為628128的內(nèi)存芯片U3、外部石英晶振子組成，為32.768K的石英晶體X1接到U1的18、19腳，8M的石英晶體X2接到U1的23、24腳。
圖3是串行通信電路顯示圖，串行通信電路由型號(hào)為MAX232的信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片U5、電容C5、C6、C7、C8、C9組成，它將單片機(jī)串行通信UART接口的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平。通信信號(hào)接到U1的2、3、27、28腳。輸出端連接到注射泵的串行通信接口，圖4是本發(fā)明的顯示電路圖。型號(hào)為SED1335的液晶顯示芯片U7，型號(hào)為HM62256的內(nèi)存芯片U4、液晶顯示正壓升壓電路組成，液晶顯示正壓升壓電路由U8(X9313)，U9(MAX629)，外圍電阻R12、R13、R14、R18、R19、R20、R21，電容C25、C10、C22、C14組成。該部分電路將5V電壓升壓為20.5V，供給液晶模塊產(chǎn)生顯示對(duì)比度。
圖5是本發(fā)明的鍵盤控制電路圖。鍵盤控制電路由16個(gè)輸入按鍵，通過(guò)鍵盤完成各種參數(shù)的輸入和注射模式的選擇。所述的鍵盤接口J2通過(guò)排阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8連接到U1的10-17腳。通過(guò)鍵盤輸入可以設(shè)置參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
報(bào)警電路由蜂鳴器構(gòu)成，其信號(hào)輸入端連接前述單片機(jī)芯片的一個(gè)信號(hào)輸出端。
圖6是本發(fā)明的電源電路圖。電源電路由BG1、三端穩(wěn)壓UV1(78M05)、3.3V電源UV2(LM1117)、二極管D2、電阻R15、電容E2、E1、C11、C15組成。通過(guò)電源電路產(chǎn)生整機(jī)所需的5V和3.3V電壓。
圖7是本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置的復(fù)位電路，由型號(hào)為IMP809的U10、反向器U6A、U6B(74HC04)、電容C12、電阻R16、R17組成。
圖8是本發(fā)明中央控制電路內(nèi)置控制程序流程圖。能根據(jù)病人的體重、身高、年齡、性別確定藥物，自動(dòng)檢測(cè)通信接口是否正常，自動(dòng)計(jì)算藥物劑量及各種藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)，自動(dòng)控制注射泵的工作，還可根據(jù)顯示電路的指示，從控制鍵盤更改各種藥物的濃度。
程序控制過(guò)程控制系統(tǒng)接通電源后，核心控制模塊首先進(jìn)行系統(tǒng)硬件初始化，完成單片機(jī)端口輸入輸出方向設(shè)置；完成串行通信接口初始化，設(shè)置串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈屎蛿?shù)據(jù)格式；啟動(dòng)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的支持；以及設(shè)定液晶顯示控制器命令和數(shù)據(jù)寄存器在系統(tǒng)地址空間的絕對(duì)地址，完成液晶顯示模塊的初始化，并顯示歡迎界面。
當(dāng)系統(tǒng)硬件初始化完成后，就進(jìn)行控制系統(tǒng)的初始化，主要是默認(rèn)參數(shù)的設(shè)置，包括控制模式、患者參數(shù)、藥物濃度、目標(biāo)濃度。這些初始值都存放在指定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，要改變這些參數(shù)，需調(diào)用鍵盤管理程序，用鍵盤進(jìn)行參數(shù)的選擇和設(shè)置。當(dāng)控制系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)全部輸入無(wú)誤后，可以確認(rèn)啟動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)同注射泵的連接狀態(tài)，一旦準(zhǔn)備就緒，就可以開始工作。
在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)接口保持同注射泵的通信，在程序設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)查詢注射泵工作狀態(tài)，根據(jù)需要發(fā)出新的更改注射速率命令，在控制過(guò)程中，醫(yī)師可以根據(jù)需要改變目標(biāo)濃度，控制系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算新的注射速率；控制系統(tǒng)允許在注射過(guò)程中更換注射器，更換新的注射器后，系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)充損失的藥物劑量，使藥物濃度盡快維持在目標(biāo)水平。
藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置臨床應(yīng)用情況。
病例1男，67歲術(shù)前診斷胃癌，手術(shù)名稱胃癌根治術(shù)。
手術(shù)時(shí)間2003年12月18日藥物選擇異丙酚+芬太尼。
麻醉方式全麻。
給藥方式使用兩臺(tái)藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置進(jìn)行靜脈注射。
操作步驟如下1、啟動(dòng)藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置電源開關(guān)，屏幕顯示病人住院號(hào)、年齡、性別、身高及體重。2、輸入病人參數(shù)后，選擇確定(按健1)或修改(按健2)。3、選擇以血藥濃度(1)或效應(yīng)室濃度(2)給藥，按(1)確定以血藥濃度給藥。4、選擇靜脈麻醉藥，選擇異丙酚，并確定注射器藥物濃度、初始靶濃度值，選擇異丙酚靶濃度值為4ug/ml，此時(shí)異丙酚設(shè)置完畢。同樣在另一藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置設(shè)置芬太尼，其初始靶濃度值為2ng/ml。5、充分吸氧去氮后，按啟動(dòng)鍵給藥，病人90秒后意識(shí)消失。6、靜注琥珀酰膽堿后行氣管插管。7、根據(jù)術(shù)中情況調(diào)整異丙酚或芬太尼靶濃度維持麻醉完善，儀器顯示給藥時(shí)間、用藥量、預(yù)計(jì)清醒時(shí)間以及藥物設(shè)定濃度、預(yù)測(cè)血藥濃度和效應(yīng)室濃度等。麻醉平穩(wěn)，注藥290分后停藥，共用藥物異丙酚1480mg、芬太尼0.46mg。8分鐘后病人睜眼，安靜，此時(shí)異丙酚靶濃度值1.5ug/ml、芬太尼1.5ng/ml。術(shù)后隨訪無(wú)術(shù)中知曉，無(wú)麻醉并發(fā)癥。
病例2女，68歲術(shù)前診斷膽囊結(jié)石，高血壓，糖尿病。
手術(shù)時(shí)間2004年5月17號(hào)手術(shù)名稱腹腔鏡膽囊切除。
麻醉方式全麻。
藥物選擇異丙酚+瑞芬太尼。
給藥方式應(yīng)用藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置進(jìn)行靜脈注射。
操作步驟如下1、按靜藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置電源開關(guān)，屏幕顯示病人住院號(hào)、年齡、性別、身高及體重。2、輸入病人參數(shù)后確定(按健1)或修改(按健2)。3、選擇以血藥濃度(1)或效應(yīng)室濃度(2)給藥，按(1)確定以血藥濃度給藥。4、選擇靜脈麻醉藥，選擇異丙酚，并確定注射器藥物濃度、初始靶濃度值，選擇異丙酚靶濃度值為3ug/ml，此時(shí)異丙酚設(shè)置完畢。同樣在另一靜脈麻醉控制儀設(shè)置瑞芬太尼，其初始靶濃度值為3ng/ml。5、充分吸氧去氮后，按啟動(dòng)健給藥，病人65秒后意識(shí)消失。6、靜注琥珀酰膽堿后行氣管插管，控制呼吸，根據(jù)術(shù)中情況調(diào)整異丙酚、瑞芬太尼靶濃度值，血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，95分鐘停藥，一共用異丙酚340mg、瑞芬太尼0.4mg。5分鐘后病人睜眼，可耐受氣管導(dǎo)管，拔除氣管導(dǎo)管，病人可說(shuō)出自己名字，此時(shí)異丙酚、瑞芬太尼靶濃度值分別為1.2ug/ml和1.5ng/ml，術(shù)后隨訪無(wú)術(shù)中知曉，無(wú)麻醉并發(fā)癥。
上述兩病例應(yīng)用藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置給藥，以單片機(jī)芯片ATmega128為控制核心，采用藥代動(dòng)力學(xué)三室模型，實(shí)時(shí)計(jì)算維持患者麻醉深度所需麻醉藥物量，通過(guò)其串行通信接口與注射泵通信，控制注射泵的注射速率，將相應(yīng)量靜脈麻醉藥物注射到病患體內(nèi)，以維持手術(shù)患者麻醉深度，從而減少患者術(shù)后清醒所需時(shí)間，降低麻醉意外的可能性。
權(quán)利要求
1.藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，它由注射泵、操作系統(tǒng)、機(jī)箱組成，其特征在于有自動(dòng)控制系統(tǒng)它由中央控制電路、串行通信電路、顯示電路、電源電路、報(bào)警電路、鍵盤控制電路連接而成；中央控制電路內(nèi)置系統(tǒng)控制程序，中央控制電路的信號(hào)輸出端連接串行通信電路的輸入端；串行通信電路的輸出端連接注射泵的控制輸入端；顯示電路的輸入端連接中央控制電路的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端；鍵盤控制電路的信號(hào)輸出端連接中央控制電路的控制輸入端；報(bào)警電路輸入端連接中央控制電路報(bào)警信號(hào)輸出端；電源電路的輸出端連接各電路的電源輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的內(nèi)存擴(kuò)展電路由存貯器芯片U3和地址鎖存芯片U2構(gòu)成，作為單機(jī)芯片ATmega128的外部存貯器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的中央控制電路由型號(hào)為ATmega128的單片機(jī)芯片U1及其外圍元件連接而成，所述單片機(jī)芯片內(nèi)置控制程序，該控制程序完成數(shù)據(jù)計(jì)算、串行通信、鍵盤輸入、顯示、報(bào)警功能。
4.、根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的串行通信電路由信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片U5及其外圍電容連接而成，其輸入端、輸出端分別連接單片機(jī)串行通信口UART、注射泵的串行通信接口RS232，將單片機(jī)串行通信UART接口的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的顯示電路由液晶顯示芯片U7構(gòu)成，該液晶顯示芯片可顯示128×64點(diǎn)陣的漢字圖形和漢字，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字，128個(gè)字符及64×256顯示RAM，可直接與單片機(jī)芯片U1連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的鍵盤控制電路由16個(gè)輸入按鍵，通過(guò)鍵盤完成各種參數(shù)的輸入和注射模式的選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的報(bào)警電路由蜂鳴器或喇叭構(gòu)成，其信號(hào)輸入端連接前述單片機(jī)芯片的一個(gè)信號(hào)輸出端。
全文摘要
本發(fā)明藥物注射泵的自動(dòng)控制裝置，屬于醫(yī)療設(shè)備。采用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算藥物給藥速率，從而調(diào)節(jié)注射泵藥物的速度，達(dá)到控制血中藥物的濃度。其特征在于有自動(dòng)控制系統(tǒng)它由中央控制電路、串行通信電路、顯示電路、電源電路、報(bào)警電路、鍵盤控制電路連接而成；中央控制電路內(nèi)置系統(tǒng)控制程序，中央控制電路的信號(hào)輸出端連接串行通信電路的輸入端；串行通信電路的輸出端連接注射泵的控制輸入端；顯示電路的輸入端連接中央控制電路的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端；鍵盤控制電路的信號(hào)輸出端連接中央控制電路的控制輸入端；報(bào)警電路輸入端連接中央控制電路報(bào)警信號(hào)輸出端；電源電路的輸出端連接各電路的電源輸入端。
文檔編號(hào)A61M5/00GK1631461SQ20041005222
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者張興安, 陳宇柯, 吳群林, 竇建識(shí) 申請(qǐng)人:張興安