一种逐级增压式气动输液装置   0    0

[0001] 本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种逐级增压式气动输液装置。

[0002] 注射给药主要有静脉注射、肌肉注射和皮下注射等。静脉注射也称输液给药，现有输液装置大都由输液瓶、输液管及输液架构成，输液瓶吊挂在输液架上、依靠药液自重流动并经输液管注入到人的血管中。这种输液模式在实际使用中会带来许多问题：通过手动方法调节流量，流量控制精度不够；病人走动、如厕等情况下需他人高举输液瓶，活动不方便且输液瓶高度不够时还会使血液回流；需要病人或护理人员长时间看守，如未及时发现输液完成还可能造成事故；药液与空气接触，环境空气不洁时还有被污染的可能性。除了上述直接问题外，有时还会通过减少溶液量、加快输液速度等方法缩短输液时间，这不仅加重了心脏负担，还影响了治疗效果：肌肉注射和皮下注射在相对较短的时间内将药物注射到肌肉或皮下，其最大弊端是一个注射周期内血药浓度差异较大，不利于药物的有效吸收与利用，因为：大多数药物在人体内都有较佳浓度范围，药物浓度过高时具有毒副作用、过低时将不具治疗效果。因此，可延长药品注射时间、保持合理药品浓度的微小型便携式药品控释装置或系统是目前医疗领域所急需的。

[0003] 本发明提出一种逐级增压式气动输液装置，本发明的实施方案是：箱体中部设有缓冲腔、顶部设有上出入孔、底部设有下出入孔，箱体上下两侧都设有出口腔和至少两个体腔；从上入孔到上出孔和下入孔到下出孔的体腔直径都依次减小，体腔上设有进口腔和出气孔；箱体顶部，直径最大体腔的进口腔经上入孔与缓冲腔连通、直径最小体腔的出气孔经出口腔与上出孔b2连通；箱体底部，直径最大体腔的进口腔与下入孔连通、直径最小体腔的出气孔经出口腔和下出孔与缓冲腔连通；其余的左右相邻体腔的进口腔和出气孔连通；进出口腔与其内所装的阀片分别构成进出口阀，阀片为悬臂梁阀或碟形结构；上盖和底板经螺钉安装在箱体上下两侧并将密封圈压接在出口腔内，上盖和底板经密封圈将驱动器压接在各体腔内构成压缩腔，密封圈位于驱动器上下两侧，驱动器为压电驱动器，驱动器由基板和压电片粘接而成，驱动器表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；箱体顶部的上入孔、各压缩腔、出口腔及上出孔串联成上压缩单元，箱体底部的下入孔、各压缩腔、出口腔及下出孔串联成下压缩单元，上下压缩单元经缓冲腔串联；工作中，上下压缩单元中两左右相邻驱动器的变形方向相反；上盖的囊腔内装有带气腔和药腔的输液袋，药腔的输液管上带有针头和流量阀，气腔经管路及开关阀与上出孔连接；上下压缩单元为气腔供气前先关闭开关阀，待缓冲腔内气压达到设定值后再开启。

[0004] 以具有三个驱动器的输液装置为例，从上下入孔到出口腔，进口阀依次定义为进口阀一、二和三，驱动器依次定义为驱动器一、二和三，压缩腔依次定义为压缩腔一、二和三；则下压缩单元II的具体工作过程为：上半周期，驱动器一和三向下弯曲变形、驱动器二向上弯曲变形，进口阀一和三开启、进口阀二和出口阀关闭，压缩腔一和三吸入气体、压缩腔二排出气体，此为吸入过程；下半周期，驱动器一和三向上弯曲变形、驱动器二向下弯曲变形，进口阀一和三关闭、进口阀二和出口阀开启，压缩腔一和三排出气体、压缩腔二吸入气体，此为排出过程；压缩单元中气体经历压缩腔一、二和三的逐级压缩后经下出孔进入缓冲腔；类似地，上压缩单元从缓冲腔吸入气体，经压缩腔一、二和三逐级压缩后再经开关阀及输气管进入气腔，从而挤压药腔输出药液，药液输出速度通过驱动器的驱动电压或输液管上的流量阀调节。

[0005] 本发明中，上下压缩单元的输出的最大气体压力为Pmax＝P0ηp{(1+α)/(1‑α)[β+(1+n‑1α)/(1‑α)] ‑1}，其中：P0对下压缩单元为标准大气压、对上压缩单元为缓冲腔内的气体压力，ηp为修正系数，α＞0为压缩比、即驱动器变形引起的压缩腔容积变化量与压缩腔容积之比，β＞1为两左右相邻压缩腔的半径比，n≥2为上或下压缩单元的压缩腔数量；为获得最大压缩比，压缩腔高度等于驱动器中心点的变形量，驱动器由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时压缩腔的高度为 ηh、U0分别为动态修正系数和驱动电压，d31
为压电常数，hp为压电片厚度，ri为压缩腔半径、即压缩腔中密封圈的内圆半径。

[0006] 优势与特色：利用累积压缩的方法可大幅度提高气体压力；利用气体驱动药液，易于通过驱动电压精确地控制输液速度，无需吊挂装置、方便移动和携带；药液不与空气接触，不会发生药液被污染、气体进入血管及血液倒流等现象，无需实时看守、安全可靠。

[0013] 箱体b的中部设有缓冲腔b7、顶部设有上入孔b3和上出孔b2、底部设有下入孔b3’和下出孔b2’，箱体b上下两侧都设有出口腔b6和至少两个体腔b1i；从上入孔b3到上出孔b2和下入孔b3’到下出孔b2’的体腔b1i的直径都依次减小，体腔b1i的顶壁或底壁上设有进口腔b4和出气孔b5；箱体b顶部，直径最大体腔b1i的进口腔b4经上入孔b3与缓冲腔b7连通、直径最小体腔b1i的出气孔b5经出口腔b6与上出孔b2连通；箱体b底部，直径最大体腔b1i的进口腔b4与下入孔b3’连通、直径最小体腔b1i的出气孔b5经出口腔b6和下出孔b2’与缓冲腔b7连通；其余的左右相邻体腔b1i的进口腔b4和出气孔b5连通；进口腔b4和出口腔b6与其内所安装的阀片e分别构成进口阀vi和出口阀v，阀片e为悬臂梁阀或碟形结构；上盖a和底板c经螺钉安装在箱体b的上下两侧并将密封圈压接在出口腔b6内，上盖a和底板c经密封圈将驱动器di压接在各体腔b1i内构成压缩腔Ci，密封圈位于驱动器di上下两侧，驱动器di为压电驱动器，驱动器di由基板di1和压电片di2粘接而成，驱动器di表面涂有绝缘漆或粘接有绝缘薄膜；箱体b顶部的上入孔b3、各压缩腔Ci、出口腔b6及上出孔b2串联成上压缩单元I，箱体b底部的下入孔b3’、各压缩腔Ci、出口腔b6及下出孔b2’串联成下压缩单元II，上下压缩单元I和II经缓冲腔b7串联；工作中，上压缩单元I或下压缩单元II中的两左右相邻压缩腔Ci中驱动器di的变形方向相反；上盖a的囊腔a2内装有带气腔y1和药腔y2的输液袋y，药腔y2的输液管q上带有针头和流量阀m，气腔y1经管路及开关阀j与上出孔b2连接；上下压缩单元I和II为气腔y1供气前先关闭开关阀j，待缓冲腔b7内气压达到设定值后再开启。

[0014] 本发明中，进口阀vi、驱动器di及压缩腔Ci中的i代表从上入孔b3或下入孔b3’到出口腔b6序号，i＝1，2，3，...；以具有三个驱动器di的输液装置为例，进口阀vi依次定义为进口阀一v1、二v2和三v3，驱动器di依次定义为驱动器一d1、二d2和三d3，压缩腔Ci依次定义为压缩腔一C1、二C2和三C3；则下压缩单元II的具体工作过程为：上半周期，驱动器一d1和三d3向下弯曲变形、驱动器二d2向上弯曲变形，进口阀一v1和三v3开启、进口阀二v2和出口阀v关闭，压缩腔一C1和三C3吸入气体、压缩腔二C2排出气体，此为吸入过程；下半周期，驱动器一d1和三d3向上弯曲变形、驱动器二d2向下弯曲变形，进口阀一v1和三v3关闭、进口阀二v2和出口阀v开启，压缩腔一C1和三C3排出气体、压缩腔二C2吸入气体，此为排出过程；压缩单元II中气体经历压缩腔一C1、二C2和三C3的逐级压缩后经下出孔b2’进入缓冲腔b7；
类似地，上压缩单元I从缓冲腔b7吸入气体，经压缩腔一C1、二C2和三C3逐级压缩后再经开关阀j及输气管进入气腔y1，从而挤压药腔y2输出药液，药液输出速度通过驱动器di的驱动电压或输液管q上的流量阀m调节。

[0015] 本发明中，上下压缩单元I和II的输出的最大气体压力为Pmax＝P0ηp{(1+α)/(1‑α)n‑1[β+(1+α)/(1‑α)] ‑1}，其中：P0对下压缩单元I为标准大气压、对上压缩单元II为缓冲腔b7内的气体压力，ηp为修正系数，α＞0为压缩比、即驱动器di变形引起的压缩腔Ci容积变化量与压缩腔Ci的容积之比，β＞1为两左右相邻压缩腔Ci的半径比，n≥2为上或下压缩单元的压缩腔Ci数量；为获得最大压缩比，压缩腔Ci的高度等于驱动器di中心点的变形量，驱动器di由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成时压缩腔Ci的高度为
ηh、U0分别为动态修正系数和驱动电压，d31为压电常数，hp为压电片di2的厚度，ri为压缩腔Ci半径、即压缩腔Ci中密封圈的内圆半径。

[0007] 图1是本发明一个较佳实施例中输液装置的结构剖面示意图；

[0008] 图2是本发明一个较佳实施例中上盖的结构示意图；

[0009] 图3是本发明一个较佳实施例中箱体的结构示意图；

[0010] 图4是图3的俯视图；

[0011] 图5是本发明一个较佳实施例中驱动器的结构示意图；

[0012] 图6是本发明一个较佳实施例中输液装置工作时的结构示意图。