УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ Российский патент 1994 года по МПК A61M5/20 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для введения лекарственных препаратов, например, в операционных, в отделениях реанимации, палатах интенсивной терапии, машинах скорой помощи и др.

Известно устройство (патент США N 4846797, НКИ 604/154, опублик. 1989), содержащее блок для привода нескольких шприцев. Недостатком данного устройства является невозможность осуществлять инфузию лекарственных препаратов одновременно нескольким больным, управляя процессом с одного пульта. Кроме того, такой блок ввиду его громоздкости невозможно укрепить в непосредственной близости от больного, что приводит к удлинению инфузионных трубок, увеличению погрешности подачи препарата, а также увеличению объема лекарственного препарата, необходимого для заполнения инфузионных трубок.

Известно устройство (а. с. N 1128958, кл. А 61 М 5/20, 1983), которое дополнительно содержит два шприца, два электромеханических привода, переключающий клапан, блок управления приводами, расположенные в одном корпусе. Выходы трех шприцев соединены с инъекционной иглой через переключающий клапан. Недостатком указанного устройства является невозможность одновременного введения нескольких лекарственных препаратов, так как выходы трех шприцев соединены с инъекционной иглой через переключающий клапан. Это ограничивает область применения данного устройства.

Известно устройство (а. с. N 1410986, кл. А 61 М 5/20, 1988), в котором установленный шприц совершает возвратно-поступательное движение для подачи или забора жидкости в лабораторных условиях. Для остановки привода и прекращения подачи или забора жидкости в устройстве применены отключающие герконы, расположенные в противоположных концах рабочего пути толкателя. Недостатком данного устройства является отсутствие сигнализации при полном опорожнении или заполнении шприца, отсутствие предупреждения о предстоящем опорожнении или предупреждении шприца.

Из известных наиболее близким, принятым за прототип устройством является инфузионное насосное устройство (патент США N 4919650, НКИ 604/67, опублик. 1990), содержащее в корпусе привод толкателя шприца, снабженный электродвигателем с редуктором, установленным на приводной оси оптическим датчиком вращения, выход которого соединен с формирователем электрических импульсов, ходовым винтом, кинематически соединенным с редуктором, и толкателем шприца, установленным на ходовом винте, электронный блок для управления электродвигателем привода толкателя шприца, содержащий микропроцессорный контроллер, с которым соединены клавиатура, линейный дисплей, оперативное запоминающее устройство, таймер, схема управления двигателем привода толкателя шприца, на входе которой установлен счетчик, тактовый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход схемы управления соединен с ключом, расположенным в цепи питания электродвигателя, звуковую и световую сигнализацию, соединенную со схемой управления. Оптический датчик вращения вырабатывает сигналы, соответствующие угловому повороту вала электродвигателя. Устройство работает следующим образом. Заданная скорость подачи препарата, вводимая с помощью клавиатуры, преобразуется в электронном блоке управления в число импульсов, которое должно поступить с оптического датчика вращения в течение всего заданного периода. Во время работы устройства производится сравнение заданного числа с действительным количеством импульсов, вырабатываемых оптическим датчиком вращения.

Недостатками прототипа является отсутствие защиты от неконтролируемого вращения вала электродвигателя, что может привести к передозировке лекарственного препарата. Поскольку в прототипе осуществляется только косвенное определение повышения давления в гидротракте через замедление вращения вала электродвигателя, то при большом передаточном отношении редуктора это приводит к значительному возрастанию нагрузок на шестерни последнего и повышению инерционности измерения частоты вращения вала электродвигателя. Непосредственная защита от перегрузок при превышении давления в гидротракте свыше заданного отсутствует. В прототипе отсутствует защита от обрыва электрической цепи электродвигателя, например, про пробое ключа. Кроме того, в прототипе не предусмотрено предупреждение об опорожнении шприца и отсутствует механизм точного подведения толкателя к штоку шприца.

В предложенном устройстве для введения лекарственных препаратов основным техническим результатом является повышение безопасности устройства для больного. Для достижения этого технического результата в устройство, содержащее в корпусе привод толкателя шприца, снабженный электродвигателем с редуктором, установленным в приводной оси оптическим датчиком вращения, выход которого соединен с формирователем электрических импульсов, ходовым винтом, кинематически соединенным с редуктором, и толкателем шприца, установленным на ходовом винте, электронный блок управления электродвигателем привода толкателя шприца, содержащий микропроцессорный контроллер, соединенные с ним клавиатуру, линейный дисплей, оперативное запоминающее устройство, таймер, схему управления электродвигателем привода толкателя шприца, на выходе которой установлен счетчик, тактовый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход схемы управления соединен с ключом, расположенным в цепи питания электродвигателя, а также блок звуковой и световой сигнализации, соединенный со схемой управления, дополнительно в схему управления электродвигателем привода толкателя шприца введены схема защиты от неконтролируемого вращения вала электродвигателя, входы которой соединены с выходом формирователя электрических импульсов и выходом схемы управления электродвигателем привода толкателя шприца, а выход соединен с реле, нормально замкнутые контакты которого расположены в цепи питания электродвигателя, схема защиты на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем привода толкателя шприца, первый вход которой соединен с таймером, второй вход соединен с выходом формирователя электрических импульсов, а третий и четвертый входы и первый выход соединены со схемой управления электродвигателя, выходы схемы защиты от неконтролируемого вращения вала электродвигателя и второй выход схемы защиты на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем привода толкателя шприца соединены с блоком световой и звуковой сигнализации и через определитель типа аварии микропроцессорным контроллером, и блок защиты от превышения давления в гидротракте свыше заданного, установленный с возможностью взаимодействия с кнопкой микропереключателя, дополнительно введенного в цепь питания электродвигателя и установленного на корпусе. Кроме того, блок защиты от превышения давления в гидротракте свыше заданного содержит установленную с возможностью взаимодействия с кнопкой микропереключателя торцевой поверхностью косозубую шестерню, размещенную на одном конце ходового винта привода толкателя, внутри которой на подшипнике закреплен палец, соединенный с корпусом пружиной растяжения.

Для снижения объема лекарственного препарата, необходимого для заполнения инфузионных трубок, приближения шприца непосредственно к больному привод толкателя шприца выполнен соосным в отдельном корпусе и соединен с электронным блоком управления электродвигателем привода толкателя шприца посредством кабеля. Для поджатия штока шприца к толкателю и точного его подведения в верхней части толкателя соосно со штоком шприца установлен упорный винт, на котором закреплен кулачок, в нижней части толкателя для взаимодействия с ходовым винтом установлена подпружиненная полугайка, а между пружиной и кулачком - подвижный шток. Для предупреждения об опорожнении шприца в корпусе под направляющими толкателя установлены замыкающий и переключающий герконы, а в нижней части каретки закреплен с возможностью взаимодействия с герконами постоянный магнит, при этом замыкающий геркон соединен со световой сигнализацией, а нормально замкнутый контакт переключающего геркона включен в цепь питания электродвигателя. Для усиления технического результата в устройстве с помощью введения лекарственного препарата нескольким больным или одному больному нескольких различных препаратов установлено несколько (например, четыре) выносных однотипных приводов толкателя шприца, каждый из которых соединен с электронным блоком управления посредством кабеля.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - схема управления электродвигателем привода толкателя шприца и схемы защит от неконтролируемого вращения вала электродвигателя и на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем; на фиг. 4 - привод толкателя шприца, разрез; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 5 - оптический датчик вращения.

Устройство содержит электронный блок 1 управления электродвигателем привода толкателя шприца и несколько однотипных выносных приводов толкателя шприца, выполненных в отдельных корпусах 2 и соединенных с электронным блоком 1 посредством кабелей.

В корпусе 2 привода толкателя шприца установлен в подшипниках ходовой винт 3, на одном из концов которого закреплена косозубая шестерня 4, кинематически связанная через приводную ось и редуктор (не показан) с электродвигателем 5. Внутри шестерни 4 на подшипнике закреплен палец 6, соединенный с корпусом 2 пружиной растяжения 7, причем последняя закреплена на корпусе посредством регулировочного болта 8. Толкатель 9 шприца установлен в направляющих корпуса на ходовом винте 3. В верхней части толкателя соосно со штоком шприца установлен упорный винт 10, а на винте 10 закреплен кулачок 11. В нижней части толкателя 9 шприца для взаимодействия с ходовым винтом 3 подвижно установлена поджатая пружиной 12 полугайка 13. Между закрепленной на толкателе 9 пружиной 12 и кулачком 11 установлен подвижный шток 14. На корпусе 2 привода толкателя шприца установлены запоминающий 15 и переключающий 16 герконы, а в нижней части толкателя закреплен с возможностью взаимодействия с герконами постоянный магнит 17. В корпусе 2 закреплен с возможностью взаимодействия своей кнопкой с торцевой поверхностью косозубой шестерни 4 микропереключатель 18. На приводной оси установлен прерыватель 19, выполненный в виде диафрагмы со щелями, а с противоположных сторон прерывателя установлены светоизлучающий диод 20 и фотодиод 21. Прерыватель 19, светодиод 20 и фотодиод 21 образуют оптический датчик вращения. Последовательно с фотодиодом 21 соединен формирователь 22 сигнала обратной связи. Светодиод 20, переключающий геркон 16 и микропереключатель 18 установлены в цепи электродвигателя 5.

В электронном блоке 1 установлены микропроцессорный контроллер 23, соединенные с ним клавиатура 24, линейный дисплей 25, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 26, таймер 27, узел 28 формирования сигнала на ускоренную подачу, узел 29 сброса аварии, несколько однотипных схем 30 управления электродвигателями приводов толкателя шприца и определитель 31 типа аварии. Соответствующий тактовый выход таймера 27 соединен с входом 32 одной из нескольких однотипных схем защиты 33 на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем, выход формирователя 22 каждого привода толкателя соединен с входом 34 одной из нескольких однотипных схем защиты 35 от контролируемого вращения вала электродвигателя, выход, а также блок 36 звуковой и световой сигнализации.

Схема управления 30 электродвигателем привода толкателя шприца содержит реверсивный счетчик 37, вход установки и входы данных которого соединены с микропроцессорным контроллером 23, а тактовый вход - с выходом формирователя 22. Выход счетчика 37 соединен с одним из входов элемента И 38 и элемента ИЛИ 39. Вторые входы элементов 38 и 39 соединены с выходом узла 28. Выход элемента И 38 соединен с контроллером 23. Выход элемента ИЛИ 39 соединен с одним из входов элемента 3И 40. Второй вход элемента 3И 40 соединен с выходом одновибратора 41, состоящего из двух инверторов 42, 43 и RС-цепочки 44, расположенной между инверторами. Вход одновибратора 41 соединен с выходом узла 28. Выход элемента 40 соединен с R-входом RS-триггера 45, S-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 46, один вход которого соединен с контроллером 23, а другой вход с Q-выходом триггера 45. Q-выход также соединен с электронным ключом 47, расположенным в цепи электродвигателя 5 привода толкателя шприца.

Схема защиты 35 содержит D-триггер 48, С-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 49, входы которого соединены с выходом формирователя 22 и выходом триггера 45. D-вход триггера 48 соединен через резистор 50 с "плюсом" питания S1. R-вход триггера соединен с выходом узла 29 сброса аварии. Выход триггера 48 соединен с входом электронного ключа 51, управляющего работой реле 52, нормально-замкнутые контакты 53 которого расположены в цепи электродвигателя 5 и соединены с напряжением питания S2. Выход триггера 48 также соединен с соответствующим входом определителя 31 типа аварии и через разделительный диод 54 - с блоком 36 звуковой и световой сигнализации.

Схема защиты 33 содержит два реверсивных счетчика 55, 56, на D-входах которых установлены соответствующие уровни для задания необходимой задержки, а С-входы соединены с выходами элементов И 57 и 58 соответственно, один вход каждого из которых соединен с выходом элемента ИЛИ 46 схемы управления 30, второй вход элемента 57 - с выходом формирователя 22, а второй вход элемента 58 - с выходом инвертора 59, вход которого соединен с выходом формирователя 22. Тактовые входы счетчиков 55, 56 соединены с выходами элементов И 60, 61 соответственно, один из входов каждого из которых соединен с выходом триггера 45, второй - с соответствующим выходом таймера 27. Третий вход элемента И 60 соединен с выходом формирователя 22, а третий вход элемента И 61 - с выходом инвертора 59. Выходы счетчиков 55, 56 соединены с соответствующими входами элемента И 62, выход которого соединен с S-входом триггера 63 и третьим входом элемента 3И 40. R-вход триггера 63 соединен с соответствующим выходом узла 29 сброса аварии. Q-выход триггера 63 соединен с соответствующим входом определителя 31 типа аварии и через разделительный диод 64 - с блоком 36 звуковой и световой сигнализации.

Устройство работает следующим образом.

Используя тактовые сигналы таймера 27 контроллер 23 управляет работой клавиатуры 24 и дисплея 25. С помощью клавиатуры оператор задает необходимые скорости инфузии по каждому каналу. Значения скоростей записываются в ОЗУ 26 и высвечиваются на соответствующих индикаторах дисплея. По тактовому сигналу Т1 таймера (тактовые сигналы для каждого канала сдвинуты на соответствующую часть периода) при нулевой скорости по соответствующему каналу контроллер устанавливает реверсивный счетчик 37 в исходное состояние в соответствии с данными, записанными в ОЗУ, и одновременно подает управляющий сигнал на вход элемента ИЛИ 46, в результате чего на выходе триггера 45 устанавливается напряжение высокого уровня, электродвигатель 5 начинает работать, а светодиод 20 начинает излучать. Кинематически вращение передается на приводную ось, на которой установлен прерыватель 19. Сигнал с фотодиода 21 поступает на вход формирователя 22, где он усиливается и преобразуется в импульсы прямоугольной формы. Сигнал с выхода формирователя 22 поступает на тактовый вход счетчика 37. После поступления заданного числа импульсов на выходе счетчика появляется управляющий сигнал, который через элемент 39 поступает на вход элемента 3И 40 и далее на R-вход триггера 45, что приводит к остановке электродвигателя 5 и прекращению подачи сигнала с выхода формирователя 22.

При подаче с клавиатуры 24 сигнала на ускоренную подачу по данному каналу индикаторы соответствующего канала сбрасываются, а на соответствующем выходе узла 28 устанавливается напряжение высокого уровня, происходит установка реверсивного счетчика 37 на количество импульсов, соответствующих заданной минимальной дозе, (например, 0,1 мл), и подается сигнал на включение электродвигателя. После поступления заданного числа импульсов с формирователя 22 на тактовый вход счетчика 37 на выходе счетчика появляется управляющий сигнал, который через элемент 38 поступает на соответствующий вход контроллера 23, после чего происходит приращение показания индикаторов дисплея 25 и повторная установка счетчика 37 на минимальную дозу. При подаче сигнала на прекращение ускоренной подачи на выходе узла 28 устанавливается напряжение низкого уровня, в результате чего на выходе одновибратора 41 вырабатывается управляющий сигнал на включение электродвигателя, который через элемент 3И 40 поступает на R-вход триггера 45, что приводит к остановке электродвигателя и прекращению подачи сигнала с формирователя 22.

Схема защиты 35 предупреждает о том, что при низком уровне сигнала на выходе триггера 45 электродвигатель 5 работает (возможно из-за повреждения электронного ключа в цепи двигателя). На вход элемента И-НЕ 49 поступает сигнал с формирователя 22, по переднему фронту которого на выходе триггера 48 устанавливается напряжение высокого уровня, которое через диод 54 поступает на блок сигнализации 36 и через определитель 31 типа аварии на контроллер 23, в результате чего на индикаторах соответствующего канала высвечивается тип аварии. Напряжение высокого уровня на выходе триггера 48 также размыкает контакты 53 реле 52 в цепи электродвигателя 5, что предотвращает передозировку лекарственного препарата.

Схема защиты 33 предупреждает о том, что электродвигатель не вращается при поданном сигнале на включение. Сигнал на включение с выхода элемента ИЛИ 46 поступает на входы элементов И 60, 61 и происходит начальная установка счетчиков 55, 56. Тактовый сигнал Т2 таймера подается на один из двух счетчиков в зависимости от уровня сигнала формирователя 22. При несанкционированной остановке электродвигателя импульсы с формирователя перестают поступать и при переполнении одного из счетчиков 55, 56 вырабатывается сигнал, который с выхода элемента И 62 поступает на S-вход триггера 63 и через элемент ИЛИ 40 на R-вход триггера 45, что приводит к появлению на выходе триггера 45 напряжения низкого уровня. Сигнал с выхода триггера 63 поступает на соответствующий вход определителя 31 типа аварии, в результате чего на индикаторах канала высвечивается тип аварии, и через разделительный диод 64 - на блок сигнализации 36. При нормальной работе по каждому фронту сигнала формирователя происходит установка соответствующего счетчика и проверяется, не превышает ли длительность сигнала заданной задержки. При переключении сигнала формирователя происходит установка второго счетчика и проверяется длительность сигнала другого уровня и т. д. до выключения электродвигателя основной схемой, после чего тактовые импульсы с таймера перестают поступать на счетчик. Частота тактового сигнала Т2 выбирается на порядок больше частоты сигнала формирователя, чтобы точно определить момент перехода сигнала из верхнего в нижнее состояние и наоборот.

Состояние аварии может быть сброшено по команде с клавиатуры. При этом на соответствующем выходе узла 29 появляется управляющий сигнал, который подается на R-входы триггеров 48 и 63, в результате чего на выходах триггеров устанавливается напряжение низкого уровня и состояние аварии по данному каналу сбрасывается.

Наполненный лекарственным препаратом шприц устанавливают в корпусе 2 привода толкателя шприца, при этом шток шприца вводится в паз толкателя 9. С помощью рукоятки поворачивают упорный винт 10 до соприкосновения и последующего прижатия пятачка штока шприца к корпусу толкателя. При этом закрепленный на упорном винте кулачок 11 отходит от соприкосновения с подвижным штоком 14, пружина 12 воздействует на полугайку 13, которая входит в зацепление с резьбой ходового винта 3. С вала работающего электродвигателя 5 движение кинематически через редуктор, приводную ось и косозубую шестерню 4 передается ходовому винту 3. В результате взаимодействия с полугайкой 13 вращение ходового винта 3 преобразуется в линейное перемещение толкателя шприца 9. Закрепленный на толкателе шток шприца также осуществляет линейное перемещение, при этом происходит вытеснение из шприца лекарственного препарата. По достижении определенного положения толкателя, установленный в нижней части последнего постоянный магнит 17 взаимодействует с замыкающим герконом 15, это сигнализирует о скором опорожнении шприца, (например, когда в шприце остается 1 мл раствора). При дальнейшем перемещении толкателя постоянный магнит 17 взаимодействует переключающим герконом, происходит размыкание электрической цепи, электродвигатель 5 останавливается, сигнал с фотодиода 21 не поступает на вход формирователя 22, схема защиты 33 сигнализирует через блок сигнализации 36 и предупреждает о том, что электродвигатель не работает. В случае перегрузки на штоке шприца (например, закупорка гидротракта), в процессе работы толкатель останавливается, но вращающийся ходовой винт 3 начинает совершать линейное перемещение до тех пор, пока косозубая шестерня 4 своей торцевой поверхностью не коснется кнопки микропереключателя 18, который разомкнет электрическую цепь, электродвигатель 5 останавливается, а схема защиты 35 сигнализирует об этом. Усилие нагрузки регулируется натяжением пружины 7. (56) Патент США N 4919650, кл. А 61 М 5/00, 1990.

Использование: в медицине. Сущность изобретения: устройство содержит привод толкателя шприца, электронный блок управления электродвигателем, блок звуковой и световой сигнализации. Согласно изобретению в устройство введены схема защиты от неконтролируемого вращения вала электродвигателя, схема защиты на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем привода толкателя шприца и блок защиты от превышения давления в гидротракте свыше заданного, что позволяет повысить безопасность больного. 4 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ, содержащее привод толкателя шприца, снабженный электродвигателем с редуктором, установленным на приводной оси оптическим датчиком вращения, выход которого соединен с формирователем электрических импульсов, ходовым винтом, кинематически соединенным с редуктором, и толкателем шприца, установленным на ходовом винте, электронный блок управления электродвигателем привода толкателя шприца, содержащий микропроцессорный контроллер, соединенные с ним клавиатуру, линейный дисплей, оперативное запоминающее устройство, таймер, схему управления электродвигателем привода толкателя шприца, на входе установлен счетчик, тактовый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход схемы управления соединен ключом, расположенным в цепи питания электродвигателя, а также блок звуковой и световой сигнализации, соединенный со схемой управления, отличающееся тем, что в схему управления электродвигателем привода толкателя шприца введены схема защиты от неконтролируемого вращения вала электродвигателя, входы которого соединены с выходом формирователя электрических импульсов и выходом схемы управления электродвигателем привода толкателя шприца, а выход соединен с реле, нормально замкнутые контакты которого расположены в цепи питания электродвигателя, схема защиты на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем привода толкателя шприца, первый вход которой соединен с таймером, второй вход соединен с выходом формирователя электрических импульсов, а третий и четвертый входы и первый выход соединены со схемой управления электродвигателя, выход схемы защиты от неконтролируемого вращения вала электродвигателя и второй выход схемы защиты на обрыв электрической цепи между электронным блоком и электродвигателем привода толкателя шприца соединены с блоком световой и звуковой сигнализации и через определитель типа аварии - с микропроцессорным контроллером, и блок защиты от превышения давления в гидротракте свыше заданного, установленный с возможностью взаимодействия с кнопкой микропереключателя, дополнительно введенного в цепь питания электродвигателя и установленного на корпусе. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок защиты от превышения давления в гидротракте свыше заданного содержит установленную с возможностью взаимодействия торцевой поврехностью с кнопкой микропереключателя косозубую шестерню, размещенную на одном конце ходового винта привода толкателя, внутри которой на подшипнике закреплен палец, соединенный с корпусом пружиной растяжения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод толкателя шприца выполнен выносным в отдельном корпусе и соединен с электронным блоком управления электродвигателем привода толкателя шприца посредством кабеля. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в верхней части толкателя соосно со штоком шприца установлен упорный винт, на котором закреплен кулачок, в нижней части толкателя для взаимодействия с ходовым винтом установлена подпружиненная полугайка, а между пружиной и кулачком - подвижный шток. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе под направляющими толкателя установлены замыкающий и переключающий герконы, а в нижней части каретки закреплен с возможностью взаимодействия с герконами постоянный магнит, при этом замыкающий геркон соединен со световой сигнализацией, а нормально замкнутый контакт переключающего геркона включен в цепь питания электродвигателя.