基于输液泵管路的在线堵塞检测装置及其检测方法与流程

1.本发明涉及医疗输液泵流量检测技术领域，具体为基于输液泵管路的在线堵塞检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.堵塞检测装置对于输液泵的正常、稳定工作至关重要。随着输液泵在医疗领域越来越广泛的应用，已成为术后镇痛、癌痛、分娩镇痛等必不可少的医疗装备，从而极大程度减轻了病人因疼痛引起的病理、生理、精神等问题。由于在输液管体内直接接触式的堵塞检测方法风险较高，现多采用非接触式的间接测量的方式对输液管路进行堵塞检测。
3.目前，在非接触式的堵塞检测方案中，基于预设压力差值来检测输液管路堵塞情况的压力传感方案，可能会由于不同生产批次输液泵自身的生产制造误差，从而导致实际检测压力差值不同于预设压力差值，或者由于频繁更换一次性使用药液管路产生的安装接触预压力差异导致实际检测压力差值不同于预设压力差值，或者由于单次泵液量减小导致实际检测到的压力差值小于预设压力差值。以上情况都会对输液管路的压力检测稳定性造成不同程度的影响，导致判断结果一致性较差，无法长期、可靠的检测出输注过程中发生的异常堵塞事件，误报警率居高不下，难以满足正常的使用需求。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供基于输液泵管路的在线堵塞检测结构和检测方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：基于输液泵管路的在线堵塞检测装置，包括通过连接柱上下固定的顶盖和底座，所述底座靠近输液管路一端设置敏感元件，所述顶盖靠近输液管路一端设有与该管路外径匹配的圆弧凹槽；所述敏感元件包括变形基底和应变片，所述变形基底为具有中心凸起结构的双端固定支梁，所述凸起结构朝向输液管路设置；所述应变片设于变形基底底部并紧贴底座设置。
6.作为本发明的进一步改进，所述顶盖材料与底座材料的弹性模量高于所述输液管路材料的弹性模量。
7.作为本发明的进一步改进，所述变形基底材料采用高疲劳性能、耐高温材料。
8.作为本发明的进一步改进，所述应变片外层包覆有封装薄膜，所述封装薄膜材料为普通橡胶、聚二甲基硅氧烷（pdms）、ecoflex系列硅橡胶中的任意一种，基于输液泵管路的在线堵塞检测装置的检测方法，包括以下步骤：（1）堵塞输液管路，并测量、记录输液泵工作下传感器检测到的压力变化曲线、压力序列值，以其压力序列值作为堵塞情况下的目标模板信号序列，记为y
0。
9.（2）选取不同生产批次产品，多次进行（1）操作；通过最小二乘法拟合目标模板信
号序列作为堵塞模板信号序列，记为y，并对堵塞模板信号序列进行归一化处理，得到归一化堵塞模板序列y,即：。
10.（3）将（2）中归一化堵塞模板波形信号作为预设值，并提前输入单片机芯片处理程序中。
11.（4）开始进行在线堵塞检测，连续采集传感器检测到的压力序列值，作为在线检测情况下的检测信号序列，记为x；对该序列进行归一化处理，得到归一化检测信号序列x，即：。
12.（5）差异度计算：定义检测信号序列和模板信号序列的差异程度为d,。
13.（6）设置堵塞判断阈值k，若d＜k，则表示当前检测信号与堵塞情况下的目标模板信号相似，即判断此时发生管路堵塞情况，反之正常。
14.作为本发明的进一步改进，所述（4）中检测信号序列x进行归一化处理前可设置阈值判断条件，若max(x)-min(x)＜s，则表示此时电路噪声影响占主导因素，结束检测；反之则正常操作；其中s为电路噪声阈值。
15.本发明的有益效果是：本发明提供一种基于输液泵管路的在线堵塞检测装置，以非侵入式检测方案，并通过结构优化设计出适应于电子输注泵的特异性压力传感器，具有制备过程简单、体积小、成本低、使用寿命长等优点。
16.本发明在一种基于输液泵管路的在线堵塞检测装置的基础上，结合优化后的目标模板匹配算法设计，以及差值判断预处理、归一化处理和差异度计算，可以实现输液泵堵塞检测判断结果的一致性，可以有效的解决不同生产批次、频繁更换一次性使用药液管路、单次泵液量变化而导致的实际检测压力差值不同于预设压力差值，能够长期、可靠的检测出输液泵工作过程中发生的异常堵塞事件，并解决误报警的技术痛点。同时，由于其对芯片算力要求很低，也极大的节约了生产制造成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.附图1为本发明检测方法流程图。
19.附图2为本发明堵塞检测波形图。
20.附图3为本发明检测装置整体结构图。
21.附图4为本发明检测装置部分结构图一。
22.附图5为本发明检测装置部分结构图二。
23.图中：顶盖1，输液管路2，敏感元件3，底座4，圆弧凹槽1a，变形基底3a，应变片3b。
实施方式
24.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1-3所示，基于输液泵管路的在线堵塞检测结构，包括通过连接柱上下固定的顶盖1和底座4，底座4靠近输液管路2一端设置敏感元件3，顶盖1靠近输液管路2一端设有与该管路外径匹配的圆弧凹槽1a。敏感元件3包括变形基底3a和应变片3b，变形基底3a为具有中心凸起结构的双端固定支梁，凸起结构朝向输液管路2设置；该设计可降低输液管路2与敏感元件3之间的接触面积，保证敏感元件3受管道挤压时可以产生较为集中的压力分布。其中，应变片3b设于变形基底3a底部并紧贴基座基底4设置。本发明以应变片3b为基础设计适用于电子输注泵的小型液压传感器。
26.进一步，顶盖1材料与底座4材料的弹性模量高于所述输液管路2材料的弹性模量；进一步，变形基底3a材料采用高疲劳性能、耐高温材料；优选不锈钢、铝合金等金属材料或聚甲醛pom、聚醚醚酮peek等具有良好注塑性能的工程塑料材料。
27.进一步，应变片3b外层包覆有封装薄膜，封装薄膜材料为普通橡胶、聚二甲基硅氧烷（pdms）、ecoflex系列硅橡胶中的任意一种。以上材料具有高绝缘性、高弹性、高拉伸率、低弹性模量的性能，弹性恢复能力好，对传感器的稳定性影响小。
28.为提高传感器的热稳定性，敏感元件3内应变片3b电阻材料优选为康铜或者新康铜，其电阻率的温度系数较低，单位摄氏度的温度变化仅产生十万分之一的电阻变化。
29.基于输液泵管路的在线堵塞检测装置的检测方法，具有以下步骤：（1）堵塞输液管路，并测量、记录输液泵工作下传感器检测到的压力变化曲线、压力序列值，以其压力序列值作为堵塞情况下的目标模板信号序列，记为y
0。
30.（2）选取不同生产批次产品，多次进行（1）操作；通过最小二乘法拟合目标模板信号序列作为堵塞模板信号序列，记为y，并对堵塞模板信号序列进行归一化处理，得到归一化堵塞模板序列y,即：。
31.（3）将（2）中归一化堵塞模板波形信号作为预设值，并提前输入单片机芯片处理程序中。
32.（4）开始进行在线堵塞检测，连续采集传感器检测到的压力序列值，作为在线检测情况下的检测信号序列，记为x；对该序列进行归一化处理，得到归一化检测信号序列x，即：。
33.（5）差异度计算：定义检测信号序列和模板信号序列的差异程度为d,。
34.（6）设置堵塞判断阈值k，若d＜k，则表示当前检测信号与堵塞情况下的目标模板信号相似，即判断此时发生管路堵塞情况，反之正常。
35.所述（4）中检测信号序列x进行归一化处理前可设置阈值判断条件，若max(x)-min
(x)＜s，则表示此时电路噪声影响占主导因素，结束检测；反之则正常操作；其中s为电路噪声阈值。
36.具体的，如果电子输液泵生产精度很高，不同批次之间尺寸差异小，则堵塞判断阈值可以适当降低，反之，如果不同生产批次之间输液泵尺寸差异大，即泵送过程中压力变化的波形差异大，则堵塞判断阈值可以适当提高。实际使用时可根据需求适当调整阈值k以获得更好的报警效果。
37.具体的，本方案传感器采集信息为间隔时间相同的间断采集，采集初始和终止时间相同，且在输液过程中特征波形产生的时间段内。通过归一化处理可以消除不同安装预应力、单次泵送量和传感器温度漂移信号干扰对液压传感器压力绝对值测量的影响，从而提高堵塞报警的准确率。
38.实施例 1：检测目标管路材料为硅胶，外径4mm，内径2.2mm，单次输注总量0.05ml，输注时间为1s。传感器材料为聚甲醛pom，其中敏感元件内变形基底长9mm，宽4mm，高3.3mm；横梁部分长5.5mm，宽4mm，高0.5mm。应变片为康铜材料，长度5.2mm，宽2.2mm，其中敏感栅长1.4mm，宽1.2mm，共5条。
39.信号采集时间间隔60ms，信号序列长度为11。程序中预置归一化堵塞模板信号序列为y=[0,0.2,0.4,0.6,0.6,0.6,0.6,1,1,0.8,0.4] ,设置堵塞判断阈值 k=0.2，噪音滤波阈值s=500 。进行管路堵塞在线监测时，检测到某一压力序列为：x=[8035039,8035476,8036814,8037334,8037361,8037123,8037095,8037452,8038299,8037424,8036494]，此时max(x)-min(x)=3260》500，即压力变化占主导因素，归一化处理后得到x=[0,0.13,0.54,0.70,0.71,0.64,0.63,0.74,1,0.73,0.47],差异度计算值d=0.13《0.2,即判断此时管路中发生堵塞情况。
[0040]
实施例 2：当不同生产批次中输液泵制造误差较大的时，可以适当增加堵塞判断阈值k来适应因制造误差引起的堵塞压力波形变化。检测装置同实施例1，信号采集时间间隔60ms，信号序列长度为11。程序中预置归一化后堵塞模板信号序列仍为y=[0,0.2,0.4,0.6,0.6,0.6,0.6,1,1,0.8,0.4],设置噪音滤波阈值s=500 。进行管路堵塞在线监测时，检测到堵塞时某一压力序列为x=[8035447,8035759,8035764,8035809,8035769,8035908,8036020,8035838,8036024,8035903,8035798]，此时max(x)-min(x)=577》500，即压力变化占主导因素，归一化处理后得到x=[0,0.54,0.55,0.63,0.59,0.80,0.99,0.69,1,0.79,0.61],差异度计算值d=0.48》0.2,即此时需要增加堵塞判断阈值k来适应因制造误差引起的压力波形变化，如设置k=0.5，即满足d=0.48《0.5的条件,判断此时管路中发生堵塞情况。这里需要注意的时，堵塞判断阈值k一般随着输液泵生产时完成调整，即根据当前批次的制造误差确定k的大小，投入使用后中一般无需人为调整。
[0041]
实施例 3：对于不同种类的输液泵，下端管路发生堵塞时药管内的压力变化情况可能不同，因此也可对目标模板信号进行特异性调整。检测装置具体尺寸仍同实施例1，信号采集时间间隔60ms，信号序列长度为11。程序中预置归一化后堵塞模板信号序列为y=[0,0.3,0.6,0.85,0.85,0.85,0.85,0.9,1,0.8,0.4] ,设置堵塞判断阈值 k=0.5，噪音滤波阈值s=2500 。
进行管路堵塞在线监测时，检测到某一压力序列为x=[8325918,8326955,8327497,8328171,8328745,8328687,8328767,8328126,8328561,8329172,8328927]，此时max(x)-min(x)=3255》2500，即压力变化占主导因素，归一化处理后得到x=[0,0.32,0.49,0.69,0.87,0.85,0.88,0.69,0.81,1,0.92],差异度计算值d=0.44《0.5,即判断此时管路中发生堵塞情况。
[0042]
注：k值的确定需要大量的测试调整以及根据信号变化程度的大小等加以判断，以最终确定最优值。
[0043]
以上是本技术实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.基于输液泵管路的在线堵塞检测装置，其特征在于，包括通过连接柱上下固定的顶盖和底座，所述底座靠近输液管路一端设置敏感元件，所述顶盖靠近输液管路一端设有与该管路外径匹配的圆弧凹槽；所述敏感元件包括变形基底和应变片，所述变形基底为具有中心凸起结构的双端固定支梁，所述凸起结构朝向输液管路设置；所述应变片设于变形基底底部并紧贴底座设置。2.如权利要求1所述的基于输液泵管路的在线堵塞检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）堵塞输液管路，并测量、记录输液泵工作下传感器检测到的压力变化曲线、压力序列值，以其压力序列值作为堵塞情况下的目标模板信号序列，记为y0；（2）选取不同生产批次产品，多次进行（1）操作；通过最小二乘法拟合目标模板信号序列作为堵塞模板信号序列，记为y，并对堵塞模板信号序列进行归一化处理，得到归一化堵塞模板序列y,即：;（3）将（2）中归一化堵塞模板波形信号作为预设值，并提前输入单片机芯片处理程序中；（4）开始进行在线堵塞检测，连续采集传感器检测到的压力序列值，作为在线检测情况下的检测信号序列，记为x；对该序列进行归一化处理，得到归一化检测信号序列x，即：;（5）差异度计算：定义检测信号序列和模板信号序列的差异程度为d,;（6）设置堵塞判断阈值k，若d＜k，则表示当前检测信号与堵塞情况下的目标模板信号相似，即判断此时发生管路堵塞情况，反之正常。3.根据权利要求2所述的基于输液泵管路的在线堵塞检测装置的检测方法，其特征在于，所述（4）中检测信号序列x进行归一化处理前可设置阈值判断条件，若max(x)-min(x)＜s，则表示此时电路噪声影响占主导因素，结束检测；反之则正常操作；其中s为电路噪声阈值。4.根据权利要求1所述的基于输液泵管路的在线堵塞检测装置，其特征在于，所述顶盖材料与底座材料的弹性模量高于所述输液管路材料的弹性模量。5.根据权利要求1所述的基于输液泵管路的在线堵塞检测装置，其特征在于，所述变形基底材料采用高疲劳性能、耐高温材料。6.根据权利要求1所述的基于输液泵管路的在线堵塞检测装置，其特征在于，所述应变片外层包覆有封装薄膜，所述封装薄膜材料为普通橡胶、聚二甲基硅氧烷（pdms）、ecoflex系列硅橡胶中的任意一种。

技术总结
本发明涉及医疗输液泵流量检测技术领域，具体公开了一种基于输液泵管路的在线堵塞检测装置及其检测方法，该检测装置包括通过连接柱上下固定的顶盖和底座以及由变形基底和应变片组成的压力敏感元件，并可通过结构优化设计适应不同类型的输液泵；该检测方法基于波形匹配方法，通过差值判断预处理、归一化处理和差异度计算，实现复杂工况下对输液泵管路堵塞检测判断结果的一致性。该输液泵管路堵塞检测方案为非侵入式检测方案，具有制备过程简单、体积小、成本低、可靠性好等优点。可靠性好等优点。可靠性好等优点。


技术研发人员：苏业旺 周联巧 鲍胜文 王利阳 肖小兵 李龙飞 王娜 王孟杰
受保护的技术使用者：河南驼人医疗器械集团有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/9/14