液体输送装置、输液管路的阻塞检测方法、装置及电路与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种液体输送装置、输液管路的阻塞检测方法、装置及电路。


背景技术：

2.医疗器械行业中的输液系统是一种精确控制输液速度和输液量的装置，该系统通常采用电子微量泵的原理，利用微控制器驱动电机转动，从而带动挤压块作用于输液导管，将少量药液精确、微量、均匀、持续地输注入体内，大大提高了输注的准确性、安全性。然而在实际使用过程中，由于各种因素，输液管路会受到压迫、扭曲、弯折等状况导致输液过程发生堵塞现象。一旦药液无法向外输出，可能会造成不良后果，因此需要及时的发现系统的堵塞现象并进行告警。
3.现有技术对输液泵阻塞压力的检测，通常都是检测一些跟堵塞状态相关联的间接物理量，如电机电流量、推杆位移量、活塞摩擦力等物理量，来推断堵塞状态。但这些通过间接物理量的检测方法不能够及时准确的检测出输液管路的堵塞。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供一种液体输送装置、输液管路的阻塞检测方法、装置及电路，及时准确的检测出液体输送过程中的堵塞情况。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种液体输送装置，包括：储液袋、输液软管、输液泵电机、挤压块、软管配合件、柔性压传感器和控制器；所述输液软管和储液袋连接，所述输液泵电机的输出轴上设置有挤压块，所述软管配合件设置有u型槽，所述u型槽用于配合输液软管，且u型槽和输液软管之间设置有贴合u型槽的柔性压力传感器；所述控制器和柔性压力传感器和输液泵电机连接。
6.进一步的，所述u型槽的宽度为输液软管的半径和柔性压力传感器的厚度的和的两倍，所述u型槽的圆弧部分的半径为输液软管的半径和柔性压力传感器的厚度的和。
7.进一步的，所述柔性压力传感器包括：插指电极、压力敏感薄膜和尾部电极，所述插指电极两侧设置有尾部电极，所述尾部电极用于和控制器连接，所述尾部电极和插指电极设置在压力敏感薄膜上；所述插指电极的插指和输液软管中液体流动的方向垂直。
8.进一步的，所述控制器用于通过软管配合件和柔性压力传感器获取输液软管的压力数据，对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线，根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
9.本发明还公开了一种输液管路的阻塞检测方法，包括：
10.通过软管配合件和柔性压力传感器获取输液软管的压力数据，所述软管配合件设置有u型槽，所述u型槽用于配合输液软管，且u型槽和输液软管之间设置有贴合u型槽的柔性压力传感器；
11.对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线；
12.所述第二处理模块，用于根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
13.进一步的，所述u型槽的宽度为输液软管的半径和柔性压力传感器的厚度的和的两倍，所述u型槽的圆弧部分的半径为输液软管的半径和柔性压力传感器的厚度的和。
14.进一步的，所述柔性压力传感器包括：插指电极、压力敏感薄膜和尾部电极，所述插指电极两侧设置有尾部电极，所述尾部电极用于和控制器连接，所述尾部电极和插指电极设置在压力敏感薄膜上；所述插指电极的插指和输液软管中液体流动的方向垂直。
15.本发明还公开了一种输液管路的阻塞检测装置，包括：第一获取模块、第一处理模块和第二处理模块；
16.所述第一获取模块，用于通过软管配合件和柔性压力传感器获取输液软管的压力数据，所述软管配合件设置有u型槽，所述u型槽用于配合输液软管，且u型槽和输液软管之间设置有贴合u型槽的柔性压力传感器；
17.所述第一处理模块，用于对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线；
18.所述第二处理模块，用于根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
19.进一步的，检测装置还包括：输液泵电机控制模块；
20.当第二处理模块进行阻塞告警时，输液泵电机控制模块控制输液泵电机停止工作。
21.本发明还公开了一种输液管路的阻塞检测电路，包括：分压电阻、柔性压力传感器、电压跟随电路、电机和控制器，所述控制器内设置有adc模块、定时器模块和电机驱动模块；
22.所述分压电阻的第一端和柔性压力传感器的第一端连接，所述柔性压力传感器的第二端和电压跟随电路的第一端连接，所述电压跟随电路的第二端和adc模块的第一端连接，所述adc模块的第二端和定时器模块连接；所述电机和电机驱动模块连接；
23.所述柔性压力传感器贴合在用于配合输液软管的配合件的u型凹槽内；
24.所述控制器用于通过软管配合件和柔性压力传感器获取输液软管的压力数据，对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线；根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
25.本发明实施例一种液体输送装置、输液管路的阻塞检测方法、装置及电路与现有技术相比，其有益效果在于：
26.(1)本发明通过采用柔性薄膜压力传感器测量输液管路堵塞时的压力信号，不仅体积小，而且可以直接粘贴在输液管路外壁，实现了液体管路径向压力的直接测量。
27.(2)本发明通过设计一个能够嵌入管路的带u型槽的配合件，对液体管路进行了限位固定，以避免管路的安装误差对阻塞判断产生影响。
28.(3)通过在配合件的槽底铺设柔性薄膜压力传感器，保证了管路和传感器的接触面积，实现了对弹性管路堵塞状态的测量。
29.(4)由于柔性压力传感器具有压阻性的应变曲线，随着压力变化，电阻值会减小，利用传感器压阻曲线的线性范围，可以得到管路压力值，通过设计匹配传感器的电路，可以得到所测管路径向的压力值。再经过软件具处理算法实时计算管路径向的压力抖动幅度，可以判断出堵塞信号。
30.(5)根据泵的工作频率设计滤波器，去除噪声干扰，可以提高数据的准确性。
附图说明
31.图1是本发明一种液体输送装置的整体结构示意图；
32.图2是本发明一种液体输送装置中柔性压力传感器的结构示意图；
33.图3是本发明一种液体输送装置中软管配合件的结构示意图；
34.图4是本发明一种输液管路的阻塞检测方法的第一流程示意图；
35.图5是本发明一种输液管路的阻塞检测方法的第二流程示意图；
36.图6是本发明一种输液管路的阻塞检测装置的结构示意图；
37.图7是本发明一种输液管路的阻塞检测电路的结构示意图。
38.图中，1、储液袋；2、输液软管；3、输液泵电机；4、挤压块、5、软管配合件；6、控制器；7、柔性压力传感器；8、插指电极；9、压力敏感薄膜；10、尾部电极。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
40.实施例：
41.如图1所示，本发明公开了一种液体输送装置，包括：储液袋1、输液软管2、输液泵电机3、挤压块4、软管配合件5、柔性压传感器和控制器6；所述输液软管2和储液袋1连接，所述输液泵电机3的输出轴上设置有挤压块4，所述软管配合件5设置有u型槽，所述u型槽用于配合输液软管2，且u型槽和输液软管2之间设置有贴合u型槽的柔性压力传感器7；所述控制器6和柔性压力传感器7和输液泵电机3连接。
42.本发明通过采用柔性薄膜压力传感器测量输液管路堵塞时的压力信号，不仅体积小，而且可以直接粘贴在输液管路外壁，实现了液体管路径向压力的直接测量。
43.在本实施例中，输液泵电机3的工作原理是利用控制器6(单片机)控制电机转动速度，从而带动与电机曲轴相连的挤压块4上下运动，形成对输液软管2的挤压动作，使得液体从储液袋1泵出，经过输液软管2后，流向外部接口。
44.在本实施例中，输液软管2的末端与外部接口连接，软管配合件5设置在外部接口之前，挤压块4之后。
45.在本实施例中，由于柔性压力传感器7很薄，且输液软管2具有弹性因此即使不考虑柔性压力传感器7的厚度，本发明的技术方案也可以很好的实施。为了使u型槽更好的和输液软管2配合，在设计u型槽时应该考虑柔性压力传感器7的厚度。u型槽与输液软管2相匹配，起到固定传感器及软管的作用，保证传感器与软管紧密贴合。
46.参照图2，本发明通过设计一个能够嵌入管路的带u型槽的配合件，对液体管路进行了限位固定，以避免管路的安装误差对阻塞判断产生影响。通过在配合件的槽底铺设柔性薄膜压力传感器，保证了管路和传感器的接触面积，实现了对弹性管路堵塞状态的测量。
47.优选的，所述u型槽的宽度为输液软管2的半径和柔性压力传感器7的厚度的和的两倍，所述u型槽的圆弧部分的半径为输液软管2的半径和柔性压力传感器7的厚度的和。进一步的，u型槽的深度可以等于输液软管2的直径也可以大于输液软管2的直径。所述u型槽包括矩形段和圆弧段，矩形段的宽度和圆弧段的直径相同，u型槽的深度为矩形段的长度和圆弧段半径的和。
48.在本实施例中，液体在挤压块4的作用下泵出，流过输液软管2，输液软管2由于受到内部液体压力挤压的作用，会产生一定程度的膨胀变形，在外部未堵塞的情况下，变形程度较小，在外部发生堵塞的情况下，变形程度大，对安装在外侧的压力传感器产生的压力增加。
49.在本实施例中，所述柔性压力传感器7用于将压力信号转化为电压信号，优选为微结构型压阻传感器，传感器的面积为16－100mm2，厚度为0.2－1mm，线性响应区间为0－400kpa的传感器。其中，优选面积为7mm x 9mm，厚度0.5mm，线性响应区间为0－100kpa的传感器。
50.参照图3，在本实施例中，所述柔性压力传感器7包括：插指电极8、压力敏感薄膜9和尾部电极10，所述插指电极8两侧设置有尾部电极10，所述尾部电极10用于和控制器6连接，所述尾部电极10和插指电极8设置在压力敏感薄膜9上；所述插指电极8的插指和输液软管2中液体流动的方向垂直。具有微结构型的压阻传感器是值压力敏感薄膜9和电极连接的一侧设置有微结构突起，可以使传感器更加灵敏的感知压力变化。
51.在本实施例中，软管配合件5的两侧设置有配合柔性压力传感器7尾部电机的凹槽。
52.在本实施例中，控制器6可以为单片机、芯片等设备，可以实现数据的处理和指令的编辑、发送。所述控制器6用于通过软管配合件5和柔性压力传感器7获取输液软管2的压力数据，对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线，根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。所述第一压力波动幅度为一个未堵塞压力周期的压力波动幅度值或多个未堵塞压力周期的压力波动幅度值的均值。由于系统启动时可以确定为未堵塞状态因此可以选用将系统启动后第一个压力周期的压力波动幅度值。
53.在本实施例中，压力变化曲线上可以根据挤压块4(输液泵电机3)的工作周期设定压力周期。
54.在本实施例中，由于压力数据包含直流量，需要通过滤波器去除直流量，才能反映挤压动作产生的压力变化，通常根据挤压块4的工作频率来设定滤波器的参数范围。在本实施例中，采用单片机实现数字滤波器程序处理，设计一个工作频率为0.2～5hz的无限冲击响应(iir)型带通滤波器，采集到的电压值经过iir数字滤波器后，得到不含直流量的压力变化曲线。根据泵的工作频率设计滤波器，去除噪声干扰，可以提高数据的准确性。
55.在本实施例中，控制器6(单片机)内部程序按照固定的时间间隔统计压力变化的最大值和最小值的差值作为压力波动幅度。固定的时间间隔应当大于或等于挤压块4的工
作周期。
56.在开机状态且管路未阻塞的情况下，记录一组第一压力波动幅度v0。之后循环计算压力波动幅度，将当前压力波动幅度v1与第一压力波动幅度v0相比，根据公式d＝20log(v1/v0)，单位db，得到信号幅度比，判断当信号幅度比超过设定阈值时，判断为堵塞现象。
57.之后单片机产生报警信号，输出报警音并将判断结果显示在屏幕。经过多次的实验测定，系统发生堵塞情况下的信号幅度比区间为10～15db，设置第一阈值小于等于10db即可。本领域技术人员可以根据本发明的技术方案对其自行实施的液体输送装置进行实验检测，得到相应的信号幅度比以及第一阈值的设定值。在本实施例中，设置第一阈值设置为7db，可以有效判断堵塞状态的产生。
58.在本实施例中，进一步优选的技术方案为，若超过第一阈值的时间超过第一时间则进行阻塞告警。在实际应用过程中，为防止单个异常数据而导致误判，可以增加发出报警的延迟时间，例如柔性传感器感应输液管的压力变化超过阈值，标记为输液管可能处于被堵塞的状态，若堵塞状态持续3～5秒后数值仍大于阈值，则确认堵塞状态的发生。
59.现有技术中存在用差值法来计算阻塞状态相对于正常状态的变化的阻塞判断方法。但对于初始值(判断阈值)的处理，现有技术通常采取某一固定值。对于采用压力传感器对输液管路压力进行实时监测的装置，会遇到阻塞阈值设置选取的问题，如果预设的压力值过高，当发生阻塞时压力范围无法达到预设值，就不能产生报警。如果预设值设定过低，正常使用过程中，会因管路抖动、输液器位置移动等原因，产生突变的压力，误判为阻塞报警。而且，对于不同材料的管路，其阻塞的报警压力值是不一样的，因此单纯通过检测压力值与预设值差值的方法，存在误报的风险。因此，现有技术中，阻塞报警的数据处理、判断方法和准确性依然有待提高。而本发明在判断堵塞时依据未堵塞时的压力波动幅度和当前压力周期的压力波动幅度的信号幅度比进行判断，不仅可以匹配输液泵电机3的工作周期，同时克服现有技术中判断阈值容易设置不当的问题。
60.实施例2：
61.参照图4和图5，本发明还公开了一种输液管路的阻塞检测方法，包括：
62.步骤s1，通过软管配合件5和柔性压力传感器7获取输液软管2的压力数据，所述软管配合件5设置有u型槽，所述u型槽用于配合输液软管2，且u型槽和输液软管2之间设置有贴合u型槽的柔性压力传感器7；
63.步骤s2，对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线；
64.步骤s3，根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
65.在本实施例中，所述检测方法还包括：所述第一压力波动幅度为一个未堵塞压力周期的压力波动幅度值或多个未堵塞压力周期的压力波动幅度值的均值。由于系统启动时可以确定为未堵塞状态因此可以选用将系统启动后第一个压力周期的压力波动幅度值。
66.在本实施例中，所述u型槽的宽度为输液软管2的半径和柔性压力传感器7的厚度的和的两倍，所述u型槽的圆弧部分的半径为输液软管2的半径和柔性压力传感器7的厚度的和。
67.在本实施例中，所述柔性压力传感器7包括：插指电极8、压力敏感薄膜9和尾部电极10，所述插指电极8两侧设置有尾部电极10，所述尾部电极10用于和控制器6连接，所述尾
部电极10和插指电极8设置在压力敏感薄膜9上；所述插指电极8的插指和输液软管2中液体流动的方向垂直。
68.在本实施例中，所述柔性压力传感器7用于将压力信号转化为电压信号，优选为微结构型压阻传感器，传感器的面积为16－100mm2，厚度为0.2－1mm，线性响应区间为0－400kpa的传感器。其中，优选面积为7mm x 9mm，厚度0.5mm，线性响应区间为0－100kpa的传感器。
69.在本实施例中，软管配合件5的两侧设置有配合柔性压力传感器7尾部电机的凹槽。
70.在本实施例中，压力变化曲线上可以根据挤压块4(输液泵电机3)的工作周期设定压力周期。
71.在本实施例中，由于压力数据包含直流量，需要通过滤波器去除直流量，才能反映挤压动作产生的压力变化，通常根据挤压块4的工作频率来设定滤波器的参数范围。在本实施例中，采用单片机实现数字滤波器程序处理，设计一个工作频率为0.2～5hz的无限冲击响应(iir)型带通滤波器，采集到的电压值经过iir数字滤波器后，得到不含直流量的压力变化曲线。根据泵的工作频率设计滤波器，去除噪声干扰，可以提高数据的准确性。
72.在本实施例中，控制器6(单片机)内部程序按照固定的时间间隔统计压力变化的最大值和最小值的差值作为压力波动幅度。固定的时间间隔应当大于或等于挤压块4的工作周期。
73.在开机状态且管路未阻塞的情况下，记录一组第一压力波动幅度v0。之后循环计算压力波动幅度，将当前压力波动幅度v1与第一压力波动幅度v0相比，根据公式d＝20log(v1/v0)，单位db，得到信号幅度比，判断当信号幅度比超过设定阈值时，判断为堵塞现象。
74.之后单片机产生报警信号，输出报警音并将判断结果显示在屏幕。经过多次的实验测定，系统发生堵塞情况下的信号幅度比区间为10～15db，设置第一阈值小于等于10db即可。本领域技术人员可以根据本发明的技术方案对其自行实施的液体输送装置进行实验检测，得到相应的信号幅度比以及第一阈值的设定值。在本实施例中，设置第一阈值设置为7db，可以有效判断堵塞状态的产生。
75.在本实施例中，进一步优选的技术方案为，若超过第一阈值的时间超过第一时间则进行阻塞告警。在实际应用过程中，为防止单个异常数据而导致误判，可以增加发出报警的延迟时间，例如柔性传感器感应输液管的压力变化超过阈值，标记为输液管可能处于被堵塞的状态，若堵塞状态持续3～5秒后数值仍大于阈值，则确认堵塞状态的发生。
76.本领域技术人员在实施实施例2的检测方法时可以结合实施例1的液体输送装置。因此本领域技术人员可以知晓对实施例1中的液体输送装置的说明同样可以用于说明实施例2的检测方法，因此一些重复的说明和限定不再赘述。
77.实施例3：
78.参照图6，本发明还公开了一种输液管路的阻塞检测装置，包括：第一获取模块101、第一处理模块102和第二处理模块103；
79.所述第一获取模块，用于通过软管配合件5和柔性压力传感器7获取输液软管2的压力数据，所述软管配合件5设置有u型槽，所述u型槽用于配合输液软管2，且u型槽和输液软管2之间设置有贴合u型槽的柔性压力传感器7；
80.所述第一处理模块，用于对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线；
81.所述第二处理模块，用于根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
82.在本实施例中，检测装置还包括：输液泵电机3控制模块；
83.当第二处理模块进行阻塞告警时，输液泵电机3控制模块控制输液泵电机3停止工作。
84.实施例3是在实施例2的基础上进行撰写的，本领域技术人员可以依据本发明所公开的技术方案在具备信息接收处理功能的控制器6，如单片机等设备上执行相应的检测方法。
85.实施例3的技术方案可以依据实施例2的检测方法具备相同或相应的说明和限定，在此不再赘述。
86.实施例4：
87.参照图7，本发明还公开了一种输液管路的阻塞检测电路，包括：分压电阻、柔性压力传感器7、电压跟随电路、电机和控制器6，所述控制器6内设置有adc模块、定时器模块和电机驱动模块；
88.所述分压电阻的第一端和柔性压力传感器7的第一端连接，所述柔性压力传感器7的第二端和电压跟随电路的第一端连接，所述电压跟随电路的第二端和adc模块的第一端连接，所述adc模块的第二端和定时器模块连接；所述电机和电机驱动模块连接；
89.所述柔性压力传感器7贴合在用于配合输液软管2的配合件的u型凹槽内；
90.所述控制器6用于通过软管配合件5和柔性压力传感器7获取输液软管2的压力数据，对压力数据进行滤波处理得到不含直流量的压力变化曲线；根据压力变化曲线判断当前压力周期的当前压力波动幅度和第一压力波动幅度的信号幅度比是否超过预设的第一阈值，若超过第一阈值则进行阻塞告警。
91.在本实施例中，所述柔性传感器通过与分压电阻串联的方式连接到电路中，单片机模块用于采集柔性压力传感器7的电压信号(压力数据)，首先经过外围的传感器信号采集电路，通常设计为放大器电压跟随电路，之后再经过单片机内部的模数转换器模块处理。单片机内部具有定时器装置，按照固定的时间间隔采集传感器电压，电压信号经过单片机内部的adc模块转换后，得到的12bit电压数值。
92.在本实施中，检测电路还包括显示模块。所述显示模块包括：lcd显示器和iic模块，iic模块设置在控制器6内，iic模块和lcd显示器连接。所述显示模块主要是数显功能的显示屏，通常为lcd显示器，单片机通过i2c接口发送数据，通过显示模块并将堵塞判定结果、报警提示等信息显示出来。
93.在实施例1或实施例2的基础上，本领域技术人员可以依据检测方法或输送装置设置相应的控制电路从而实现液体输送检测的功能。
94.综上，本发明实施例提供一种液体输送装置、输液管路的阻塞检测方法、装置及电路与现有技术相比，其有益效果在于：
95.(1)本发明通过采用柔性薄膜压力传感器测量输液管路堵塞时的压力信号，不仅
体积小，而且可以直接粘贴在输液管路外壁，实现了液体管路径向压力的直接测量。
96.(2)本发明通过设计一个能够嵌入管路的带u型槽的配合件，对液体管路进行了限位固定，以避免管路的安装误差对阻塞判断产生影响。
97.(3)通过在配合件的槽底铺设柔性薄膜压力传感器，保证了管路和传感器的接触面积，实现了对弹性管路堵塞状态的测量。
98.(4)由于柔性压力传感器7具有压阻性的应变曲线，随着压力变化，电阻值会减小，利用传感器压阻曲线的线性范围，可以得到管路压力值，通过设计匹配传感器的电路，可以得到所测管路径向的压力值。再经过软件具处理算法实时计算管路径向的压力抖动幅度，可以判断出堵塞信号。
99.(5)根据泵的工作频率设计滤波器，去除噪声干扰，可以提高数据的准确性。
100.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。