一种压电叠堆驱动式输液装置   0    0

[0001] 本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种压电叠堆驱动式输液装置。

[0002] 现有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] 本发明提出一种压电叠堆驱动式输液装置，本发明的实施方案是：底座顶部设有入孔、经出口腔与出孔连通的孔腔及至少两个由体腔构成的体腔组，从左到右各体腔组中所含体腔数量依次减少；各体腔组中的一个体腔上设有进口腔和出气孔，其它体腔上仅设有通气孔；最左侧体腔组中的进口腔与入孔连通，最右侧体腔组中的出气孔与出口腔连通；同一体腔组中的出气孔经连通孔与通气孔连通，两左右相邻体腔组中的进口腔和出气孔连通；进出口腔与其内所安装的阀片分别构成进出口阀，阀片为悬臂梁阀或碟形阀；主体经螺钉装在底座上并将隔膜压接在底座上，主体底部设有与体腔组及其所含体腔数量分别相等的导孔组和导孔，导孔与体腔的直径相等，导孔和体腔对称配置在隔膜上下两侧，隔膜与底座间设有密封圈，隔膜与体腔及进口阀构成压缩腔；同一体腔组内的压缩腔并联成压缩腔组，各压缩腔组串联；导孔中的压电叠堆将活塞压接在隔膜上，活塞为T型结构且其小端与隔膜接触、大端侧壁与导孔内壁接触；主体顶部设有囊腔，囊腔内装有由药腔和气腔构成的药袋；气腔经输气管与出孔连通，药腔的输液管上安装有流量阀和针头；工作中，同一压缩腔组中隔膜的变形方向相同、即同一导孔组中压电叠堆均伸长或缩短，两相邻压缩腔组中隔膜的变形方向相反；各压缩腔组对气体进行逐级累积压缩后经输气管进入气腔，气腔体积增加并挤压药腔，药腔内的药液压力增加并从输液管和针头排出，药液排出量可经压电叠堆的驱动电压或流量阀调节。

[0004] 以具有三个压缩腔组的输液装置为例，从右到左，导孔组依次定义为导孔组一、二和三，体腔组依次定义为体腔组一、二和三，进口阀依次定义为进口阀一、二和三，压缩腔组依次定义为压缩腔组一、二和三，则具体工作过程为：上半周内，导孔组一和三内的压电叠堆缩短、导孔组二中的压电叠堆伸长，压缩腔组一和三容积增加、压缩腔组二容积减小，进口阀一和三开启、进口阀二和出口阀关闭，压缩腔组一和三吸入气体、压缩腔组二排出气体，此为吸入过程；下半周内，导孔组一和三内的压电叠堆伸长、导孔组二中压电叠堆缩短，压缩腔组一和三容积减小、压缩腔组二容积增加，进口阀一和三关闭、进口阀二和出口阀开启，压缩腔组一和三排出气体、压缩腔组二吸入气体，此为排出过程；上述吸入和排出过程中，气体经历了压缩腔组三、二和一的逐级累积压缩，输出压力逐级提高。

[0005] 本发明中，气腔内的最大储气压力为Pmax＝P0ηp{(1+α)/(1‑α)[β+(1+α)/(1‑α)]n‑1‑1}，其中：P0为标准大气压，ηp为效率系数，α＞0为压缩比、即压电叠堆伸缩变形所引起的压缩腔的容积变化量与压缩腔的容积之比，β＞1为各相邻压缩腔组中所含压缩腔数量比的最小值，n≥2为压缩腔组的数量；为获得最大压缩比，隔膜为0.1、0.2和0.3mm厚的铍青铜时最佳的活塞小端与大端半径比分别为0.79、0.65和0.55，压缩腔高度为压电叠堆受电压作用的伸长量；两相邻压缩腔组相互连通、即其间的阀片开启时，含压缩腔数量较多的压缩腔组的容积变化量不小于含压缩腔数量较少的压缩腔组的容积变化量。

[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。

[0014] 底座c的顶部设有入孔c1、经出口腔c6与出孔c7连通的孔腔c3及至少两个由体腔c2构成的体腔组Ci，从左到右各体腔组Ci中所含体腔c2的数量依次减少；各体腔组Ci中的一个体腔c2上设有进口腔c4和出气孔c5，其它体腔c2上仅设有通气孔c8；最左侧体腔组Ci中的进口腔c4与入孔c1连通，最右侧体腔组Ci中的出气孔c5与出口腔c6连通；同一体腔组Ci中的出气孔c5经连通孔c9与通气孔c8连通，两左右相邻体腔组Ci中的进口腔c4和出气孔c5连通；进口腔c4和出口腔c6与其内所安装的阀片t分别构成进口阀vi和出口阀v，阀片t为悬臂梁阀或碟形阀；主体a的底部设有与体腔组Ci及其所含体腔c2数量分别相等的导孔组Ai和导孔a2，导孔a2与体腔c2的直径相等，主体a经螺钉装在底座c上并将隔膜g压接在底座c上，导孔a2和体腔c2对称配置在隔膜g的上下两侧，隔膜g与底座c间设有密封圈，隔膜g与体腔c2及进口阀vi构成压缩腔Y；同一体腔组Ci内的压缩腔Y并联成压缩腔组Yi，各压缩腔组Yi串联；导孔a2中的压电叠堆d将活塞e压接在隔膜g上，活塞e为T型结构且其小端与隔膜g接触、大端侧壁与导孔a2的内壁接触；主体a的顶部设有囊腔a1，囊腔a1内装有由药腔b1和气腔b2构成的药袋b；气腔b2经输气管与出孔c7连通，药腔b1的输液管q上安装有流量阀m和针头；工作中，同一压缩腔组Yi中隔膜g的变形方向相同、即同一导孔组Ai中压电叠堆d均伸长或缩短，两相邻压缩腔组Yi中隔膜g的变形方向相反；各压缩腔组Yi对气体进行逐级累积压缩后经输气管进入气腔b2，气腔b2体积增加并挤压药腔b1，药腔内的药液压力增加并从输液管q和针头排出，药液排出量可经压电叠堆d的驱动电压或流量阀m调节。

[0015] 本发明中，导孔组Ai、体腔组Ci、进口阀vi、压缩腔组Yi中的i代表从右到左的序号，i＝1，2，3，...；以具有三个压缩腔组Yi的输液装置为例，从右到左，导孔组Ai依次定义为导孔组一A1、二A2和三A3，体腔组Ci依次定义为体腔组一C1、二C2和三C3，进口阀vi依次定义为进口阀一v1、二v2和三v3，压缩腔组Yi依次定义为压缩腔组一Y1、二Y2和三Y3，则具体工作过程为：上半周内，导孔组一A1和三A3内的压电叠堆d缩短、导孔组二A2中的压电叠堆伸长，压缩腔组一Y1和三Y3的容积增加、压缩腔组二Y2容积减小，进口阀一v1和三v3开启、进口阀二v2和出口阀v关闭，压缩腔组一Y1和三Y3吸入气体、压缩腔组二Y2排出气体，此为吸入过程；下半周内，导孔组一A1和三A3内的压电叠堆d伸长、导孔组二A2中的压电叠堆缩短，压缩腔组一Y1和三Y3的容积减小、压缩腔组二Y2容积增加，进口阀一v1和三v3关闭、进口阀二v2和出口阀v开启，压缩腔组一Y1和三Y3排出气体、压缩腔组二Y2吸入气体，此为排出过程；上述吸入和排出过程中，气体经历了压缩腔组三Y3、二Y2和一Y1的逐级累积压缩，输出压力逐级提高。

[0016] 本发明中，气腔b2内的最大储气压力为Pmax＝P0ηp{(1+α)/(1‑α)[β+(1+α)/(1‑α)]n‑1‑1}，其中：P0为标准大气压，ηp为效率系数，α＞0为压缩比、即压电叠堆d伸缩变形所引起的压缩腔Y的容积变化量与压缩腔Y的容积之比，β＞1为各相邻压缩腔组Yi中所含压缩腔Y数量比的最小值，n≥2为压缩腔组Yi的数量；为获得最大压缩比，隔膜g为0.1、0.2和0.3mm厚的铍青铜时最佳的活塞e小端与大端半径比分别为0.79、0.65和0.55，压缩腔高度为压电叠堆d受电压作用的伸长量；两相邻压缩腔组Yi相互连通、即其间的阀片t开启时，含压缩腔Y数量较多的压缩腔组Yi的容积变化量不小于含压缩腔Y数量较少的压缩腔组Yi的容积变化量。

[0007] 图1是本发明一个较佳实施例中输液装置的结构示意图；

[0008] 图2是图1的A‑A剖视图；

[0009] 图3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；

[0010] 图4是本发明一个较佳实施例中主体的结构示意图；

[0011] 图5是图4的仰视图；

[0012] 图6是本发明一个较佳实施例中底座的结构示意图；

[0013] 图7是图6的俯视图。