便攜式胰島素泵設(shè)計(jì)方案

圖1：胰島素泵系統(tǒng)功能框圖；美信可提供藍(lán)色部分的解決方案。

為節(jié)省空間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要高度集成的方案和非常小的封裝，如：芯片級封裝(如美信的UCSP封裝)和晶圓級封裝(WLP)。為使電池體積盡可能小，設(shè)計(jì)師必須盡可能降低能耗、提高效率。如果可能的話，關(guān)閉那些在任何特定時(shí)間內(nèi)不使用的電路，工作時(shí)再給其供電。

該系統(tǒng)的核心是一款高度集成的低待機(jī)功耗微控制器——如美信的MAXQ2010、或其它制造商的類似微控制器。16位微控制器MAXQ2010 ，當(dāng)工作在1MHz和2.7V時(shí)，功耗僅為1mA，停機(jī)模式的功耗僅為370nA。這種低功耗特性對延長胰島素泵內(nèi)電池的工作壽命至關(guān)重要。與大多數(shù)微控制器一樣，MAX2010包括USART、定時(shí)器、64kB基于閃存的程序存儲器、2kBRAM、一些通用I/O引腳、帶參考電壓的312.5k采樣/秒12位逐次逼近ADC、160段LCD控制器及其它資源。它還可快速從睡眠和停止模式喚醒，使胰島素泵能更好、更快地服務(wù)用戶需求。

圖2：典型的電池供電的胰島素泵。

胰島素泵子系統(tǒng)

胰島素以“單位”計(jì)量，每cc(也即mL，毫升)有100個(gè)單位(假定采用標(biāo)準(zhǔn)U-100濃度方法)。這意味著，一個(gè)單位是10μL(微升)?；A(chǔ)代謝率的數(shù)量級在單位/小時(shí)水平，每3到10分鐘要對其進(jìn)行管控調(diào)適，而單次劑量是幾個(gè)單位。典型的裝載胰島素容器的容量為200至300個(gè)單位。

由于其超低流速，驅(qū)動齒輪泵的電機(jī)是減速型的，通常采用一個(gè)絲桿來非常緩慢地推動容器活塞，為此電機(jī)要轉(zhuǎn)動很多轉(zhuǎn)。因此，只需對電機(jī)進(jìn)行大致的角測量。大多數(shù)主要的胰島素泵制造商使用光學(xué)編碼器和直流馬達(dá)，雖然步進(jìn)馬達(dá)也可用。其它可能的方法包括采用基于MEMS的泵以使系統(tǒng)體積盡可能小，或采用壓力泵以拿掉電機(jī)和去掉基于活塞的儲液槽。

壓力傳感器用來確保正常運(yùn)行及檢測堵塞。基于硅應(yīng)變計(jì)，這些傳感器可提供毫伏級信號，而不是綁定線應(yīng)變計(jì)提供的微伏級信號。應(yīng)變計(jì)采用典型的橋配置，在大約電源電壓一半的共模電壓下，提供差分信號。

設(shè)計(jì)將采用帶差分可編程增益放大器(PGA)輸入的ADC，或集成在微控制器內(nèi)帶用于信號調(diào)制的外部差分或儀表放大器的ADC。因?yàn)閴毫ψx數(shù)僅用于顯示正常運(yùn)行狀況、并不用于計(jì)算給藥，所以不需要精密壓力測量。

子系統(tǒng)供電

胰島素泵通常使用升壓穩(wěn)壓器將單節(jié)堿性電池的較低電壓(標(biāo)稱1.5V)升高至2V或更高。為達(dá)到最長電池壽命，這些升壓穩(wěn)壓器應(yīng)盡可能工作在允許的最低輸入電壓。美信和其它廠家的穩(wěn)壓器的工作電壓可低至0.6V，啟動電壓最低可達(dá)0.7V，從而最大限度地延長了電池壽命。 電機(jī)保護(hù)器相關(guān)文章:電機(jī)保護(hù)器原理