устройство для дозированной подачи жидкости

Формула изобретения

1. Устройство для дозированной подачи жидкости, содержащее насос для дозированной подачи жидкости и связанный с ним двигатель с источником питания, отличающееся тем, что насос выполнен в виде диафрагменного насоса, содержащего камеру для жидкости из силиконовой резины с гибкой стенкой, при этом в качестве двигателя использован шаговый двигатель, а на валу шагового двигателя эксцентрично закреплен элемент, взаимодействующий с гибкой стенкой камеры диафрагменного насоса, причем внешняя поверхность элемента выполнена в виде круговой цилиндрической поверхности, закрепленной без возможности вращения относительно контактирующей с ней гибкой стенки камеры диафрагменного насоса, причем эксцентрично закрепленный элемент выполнен преимущественно в виде подшипника качения, внешняя обойма которого соединена с гибкой стенкой камеры для жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено микроконтроллером, управляющим вращением вала шагового двигателя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что микроконтроллер связан с одним или несколькими датчиками состояния пациента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам, предназначенным для дозируемого введения в организм пациента лекарственных препаратов в жидкой форме.

Известно устройство для дозированного введения жидких лекарств, управляемое вручную (заявка ЕР 143503).

Известно инфузионное устройство, предназначенное для имплантации в тело пациента, содержащее корпус с резервуаром для хранения лекарственной жидкости, нагнетающий и дозирующий узел для нагнетания жидкости из резервуара к выпускному отверстию катетера. Устройство содержит средство для выравнивания давления между внутренним пространством корпуса и окружающей средой. Средство выполнено в виде гидрофильной или гидрофобной мембраны с порами определенной величины. Средство может быть также выполнено в виде инфузионной мембраны с сочетании с клапаном избыточного давления в стенке корпуса (заявка DE 3138320).

Известно устройство для подачи кратных доз жидкого лекарства, включающее в себя емкость для лекарства, сообщающуюся с насосом. В корпусе насоса выполнено впускное отверстие, сообщающееся с резервуаром, и выпускное отверстие с катетером. Через катетер осуществляется подача лекарства в жидкой форме в организм пациента. Между впускным и выпускным отверстиями насоса имеется канал для жидкости и камера, в которой размещается определенный объем жидкого лекарства. Между впускным отверстием и камерой в канале установлен клапан, пропускающий жидкость в камеру, а между камерой и выпускным отверстием находится редукционный клапан, работающий при включении насоса. Над камерой находится гибкая деформируемая стенка насоса (патент US 4634427).

Наиболее близкой к заявленному устройству является имплантируемая инфузионная система с насосом, предназначенная для непрерывного введения лекарственных средств с заданной скоростью, включающая в себя корпус и насос с источником питания (заявка ЕР 110117). Между параллельными стенками корпуса расположен насос с насосной камерой, внутри которой имеется постоянно намагничиваемый поршень, совершающий возвратно-поступательные движения. Насос с одной стороны сообщается с растягивающимся резервуаром для лекарств, примыкающим к одной стенке корпуса, а с другой стороны с катетером для введения лекарства в тело больного. Двухходовой клапан обуславливает поступление препарата в насосную камеру во время короткого хода впуска и выведение его из камеры с заданной скоростью вливания во время более длительного хода выпуска. Движение хода поршня во время коротких ходов впуска осуществляется под действием магнитных катушек, расположенных внутри корпуса, а во время более длинных ходов выпуска - магнитным притяжением между поршнем и полюсным наконечником электромагнита.

Описанный ближайший аналог имеет недостатки, которые ограничивают его использование. Во-первых, это устройство достаточно сложно, так как требует наличия системы намагничивания поршня и соответствующего источника питания. Во-вторых, сложность устройства обуславливает его недостаточную надежность. В-третьих, система управления этим устройством в случае необходимости изменить объем впрыскиваемой жидкости будет достаточно сложной, так как требуется изменять величину прямого и обратного хода поршня, при этом влиять на время осуществления этих ходов.

Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, является создание простого, надежного малогабаритного устройства для дозированной подачи жидкости посредством микронасоса (диафрагменного насоса) с регулируемой производительностью, причем устройство должно обеспечивать легкую управляемость, то есть возможность легко изменять величину подачи жидкости по времени.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в устройстве, содержащем насос для дозированной подачи жидкости и связанный с ним двигатель с источником питания, насос выполнен в виде диафрагменным, содержащим камеру для жидкости из силиконовой резины с гибкой стенкой, при этом в качестве двигателя использован шаговый двигатель, а на валу шагового двигателя эксцентрично закреплен элемент, взаимодействующий с гибкой стенкой камеры диафрагменного насоса, причем внешняя поверхность элемента выполнена в виде круговой цилиндрической поверхности, установленной без возможности вращения относительно контактирующей с ней гибкой стенки камеры диафрагменного насоса, а эксцентрично закрепленный элемент выполнен преимущественно в виде подшипника качения, внешняя круговая цилиндрическая обойма которого соединена с гибкой стенкой камеры для жидкости.

Устройство в предпочтительном варианте исполнения снабжено микроконтроллером, управляющим вращением вала шагового двигателя. При этом микроконтроллер связан с одним или несколькими датчиками состояния пациента.

Технический результат заключается в упрощении устройства, обеспечении компактности и надежности его работы.

Достижение указанных результатов обусловлено тем, что исполнительным органом, воздействующим на гибкую стенку диафрагменного насоса, является подшипник, эксцентрично посаженный на вал шагового двигателя, что обеспечивает возможность впрыскивания жидкости по любому заданному закону. При этом то, что наряду с использованием малогабаритного шагового двигателя с низким потреблением энергии и надежного диафрагменного микронасоса (например, как в патенте US 4634427), в качестве исполнительного органа использован подшипник или подобное ему средство, позволяет при обеспечении простоты устройства и его компактности осуществлять надежное управление подачей впрыскиваемой жидкости по команде, поступающей от микроконтроллера.

Объем впрыскиваемой диафрагменным насосом жидкости постоянен за один рабочий ход. За счет этого при повороте вала шагового двигателя на заданный угол можно получить заданную величину подачи жидкости, причем используемый шаговый двигатель прост, надежен, миниатюрен и обладает хорошей управляемостью с помощью импульсов тока. В механике широко известны исполнительные органы в виде эксцентрика. Однако в заявленном устройстве сочетание “шаговый двигатель - эксцентрик”, с одной стороны, позволяет обеспечить точную дозировку впрыскиваемого лекарственного препарата простым и надежным методом - поворотом на заданный угол эксцентрично установленного на валу двигателя исполнительного органа. С другой стороны, конструкция подшипника (внешняя обойма, катящаяся или скользящая по внутренней обойме) обеспечивает простоту исполнительного органа, а неподвижность внешней обоймы относительно гибкой стенки камеры обеспечивает большой ресурс устройства (надежность работы), так как движущимися частями исполнительного органа являются детали подшипника, по определению предназначенные для взаимного перемещения.

Область использования предлагаемого устройства шире, чем у описанных аналогов, так как выполнение исполнительного органа устройства в сочетании с силиконовым диафрагменным насосом и шаговым двигателем позволяет применять устройство в тех случаях, когда использование перистальтических или, в особенности, шестеренчатых насосов невозможно из-за их отрицательного воздействия на перекачиваемую жидкость.

Дополнительный технический результат от использования предлагаемого изобретения достигается вследствие наличие малогабаритного шагового двигателя в конструкции устройства, который позволяет подключать к нему микроконтроллер и обеспечить дозированный впрыск лекарства с заданной периодичностью, в том числе и при использовании устройства как имплантируемого в организм. Простота сопряжения шагового двигателя с микроконтроллером обеспечивает создание системы с обратной связью. В этом случае количество вводимого лекарства рассчитывается по заданной программе в зависимости от данных, получаемых с датчиков, размещенных в организме человека (например, от датчика сахара в крови). При имплантировании устройства пациенту сочетание шагового двигателя и микроконтроллера позволит осуществлять бесконтактное управление дозировкой лекарства (без операционного вмешательства в организм). Предложенное выполнение исполнительного органа в виде подшипника, в частности подшипника качения, обеспечивает надежность в работе за счет точной дозировки впрыскиваемой жидкости при повороте вала шагового двигателя на заданный угол.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:

на фиг.1 изображена функциональная схема устройства для дозированной подачи жидкости;

на фиг.2 - принципиальная схема устройства.

Устройство для дозированной подачи жидкости содержит шаговый двигатель 1, микроконтроллер 2, управляющий вращением вала 3 шагового двигателя 1 по заданной программе (определяет число оборотов или угол поворота вала шагового двигателя в единицу времени в зависимости от сигналов с пульта управления или сигналов с датчиков).

Устройство содержит также жесткий корпус 4, на котором закреплен микронасос - силиконовый диафрагменный насос 5, и упомянутый выше шаговый двигатель 1. На вал 3 шагового двигателя 1 эксцентрично насажено цилиндрическое тело, например подшипник качения 6. Имеется источник питания, например аккумуляторная батарея 7, электрически соединенная с микроконтроллером 2.

Внешняя обойма подшипника качения 6 установлена неподвижно относительно гибкой стенки диафрагменного насоса 5 за счет их скрепления между собой или за счет силы трения. Вследствие этого вращательное движение вала 3 шагового двигателя 1 преобразуется в возвратно-поступательное движение подшипника 6 в вертикальной плоскости. Подшипник 6 циклически сжимает насос 5, перекачивая тем самым жидкость.

Количество впрыскиваемой жидкости определяется эксцентриситетом закрепления подшипника 6, частотой вращения шагового двигателя 1 и объемной производительностью силиконового диафрагменного насоса 5. Изменяя частоту вращения шагового двигателя 1, можно регулировать подачу жидкости от ~ 1 мл/сутки до ~100 л /сутки.

Использование микроконтроллера для управления шаговым двигателем 1 позволяет обеспечить любую характеристику впрыска определенного объема жидкости по времени.

Аккумуляторная батарея 7 для периодической подзарядки соединяется с зарядным устройством 8. Зарядка аккумуляторной батареи 7 может производиться, в том числе, и бесконтактным индукторным способом. Индукторный способ зарядки аккумуляторной батареи основан на том, что если через индукционную катушку зарядного устройства 8 проходит электрический ток, то возникающее при этом переменное магнитное поле вызывает появление ЭДС в расположенной рядом индукционной катушке, соединенной с аккумуляторной батареей 7. Это явление часто применяется для бесконтактной передачи электрической энергии, в том числе и при зарядке аккумуляторных батарей.

Микроконтроллер 2 и источник питания (аккумуляторная батарея 7) также электрически соединены с приемником 9, обеспечивающим бесконтактный (как показано на схеме) или контактный прием цифровых управляющих сигналов, подаваемых на микроконтроллер 2 от пульта управления 10. В зависимости от подаваемых сигналов микроконтроллер 2 подает команды на пуск или выключение шагового двигателя 1, на изменение параметров работы шагового двигателя 1 и, соответственно, силиконового диафрагменного насоса 5 (микронасоса). Параметры работы задаются программой микроконтроллера 2.

Такое выполнение устройства позволяет обеспечить возможность быстрого изменения в широком диапазоне производительности силиконового диафрагменного насоса 5 (микронасоса), в том числе и дистанционно.

Микроконтроллер 2 и аккумуляторная батарея 7 также электрически соединены с передатчиком 11, обеспечивающим контактную или бесконтактную передачу от микроконтроллера 2 на пульт управления 10 цифровых сигналов, характеризующих параметры работы устройства (задаваемая зависимость объема впрыска по времени, завершение работы программы и т. д.)

Пульт управления 10 служит для дистанционного управления микронасосом и контроля за его работой. Пульт управления имеет в своем составе элемент питания, приемник, передатчик, клавиатуру для ввода данных для управления работой микронасоса, дисплей для вывода параметров настройки и неисправностей.

К микроконтроллеру 2 могут быть дополнительно подключены датчики 12 состояния пациента, например датчик содержания сахара в крови. Аналоговый сигнал с такого датчика может поступать на микроконтроллер 2, который преобразует аналоговый сигнал с датчика 12 в цифровой вид и затем его анализирует (например, сравнивает с заданной пороговой величиной измеряемого параметра). На основе полученной информации с одного или нескольких датчиков и программы, заложенной в микроконтроллер 2, по необходимости производится корректировка производительности микронасоса с помощью увеличения или уменьшения числа оборотов шагового двигателя 1.