一种输液泵的输液精度自动校准控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种输液泵的输液精度自动校准控制系统及其控制方法，控制方法包括如下步骤：检测来自输液吊瓶和输液袋的重量数据，并获取输液泵泵出液体流量数据；对液体流量数据预处理，剔除输液吊瓶、输液袋晃动以及加药造成的扰动数据；利用预处理后的数据，以输液泵的输液速度或输液量作为控制基准进行输液精度自动校正；对数据进行计算和分析，对输液流速失控和输液管路调控失效进行识别，出现失控或失效时报警，并停止输液。控制系统包括输液泵基本功能单元和数据处理单元，该系统具有输液精度自动校准功能，输液流速失控报警以及输液管路调控失效报警功能，大大提高了输液泵的输液安全性以及输液稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种输液泵的输液精度自动校准控制系统及其控制方法
本专利技术涉及医疗器械及输液
，尤其是一种输液泵的输液精度自动校准控制系统及其控制方法。
技术介绍
输液是临床给药治疗的重要手段，用输液泵控制给药剂量已经成为一种广泛使用的输液剂量控制方式。输液泵是光机电一体化的医疗设备，一般包括“流量控制”、“信号检测”、“人机交互”、“声光报警”及“计算、任务管理及决策”等核心功能。其中流量控制部分一般由步进电机及其驱动器、线性蠕动泵体、输液泵管路及其压紧机构组成，工作时根据用户设定的输液速度结合预先标定的管路参数，控制蠕动泵体按计算出来的转速进行旋转，以便达成控制输液速度的目的。从以上描述可以看出，现有输液泵的输液流量控制是典型的开环控制。输液管路的几何参数的制造偏差、管路材料对应温度、挤压速度、挤压时间等因素都会产生疲劳变形、回弹能力下降甚至开裂，从而改变管路的液体传输特性，进而产生输液偏差，甚至产生输液流速失控(FreeFlow)。同时输液泵的泵体、管路挤压机构及其关联机构和部件的磨损、老化、损坏也会引起不可察觉的输液流速失控(FreeFlow)。所有这些给临床带来了极大的安全风险，时有不良事件发生，亟待予以解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种输液泵的输液精度自动校准控制系统及其控制方法。本专利技术的目的在于通过在输液同时，检测来自输液吊瓶和液袋的重量数据，进而获得输液泵泵出液体重量数据，理论上液体的容量需要乘以液体比重才是重量，在实际中大输液液体比重基本接近等于1，近似的可以用重力数据代表容积数据(特殊差别大的情况，可以通过软件系数修正)，通过一系列算法及时调整流量控制单元的控制参数进而对输液管路产生的蠕变等引起的输液偏差及时进行在线补偿，始终保持输液精度在规定的范围内(例如：±3％)，并对输液失控及管路精度无法调控(例如管路丧失弹性)进行报警，形成输液流量闭环控制，确保输液安全。由于流量获取的主要手段是通过称量输液吊瓶或输液软袋的方式进行，输液软袋晃动、加药等行为直接构成了对测量结果的干扰，降低了流量测量的准确性、延缓了决策判断的进程，对重量数据中干扰的处理方法，是实现本专利技术目的关键技术方案。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，包括以下步骤：(1)在输液的同时，检测来自输液吊瓶和输液袋的重量数据，并获取输液泵泵出液体流量数据；(2)对液体流量数据预处理，区分正常数据和干扰数据，剔除输液吊瓶、输液袋晃动以及加药造成的扰动数据；(3)利用步骤(2)中预处理后的数据，以输液泵的输液速度或输液量作为控制基准进行输液精度自动校正；(4)对步骤(2)处理过的数据进行计算和分析，对输液流速失控进行识别，当实际输液超出理论输液量一定范围时，将输液流速失控报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液；(5)对步骤(3)处理过的数据进行计算和分析，对输液管路调控失效进行识别，输液精度系数超出正常设定范围时，将输液管路调控失效报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液。进一步，所述步骤(2)中，利用数据的二阶导数识别扰动，其中，数据的二阶导数为加速度，操作时，剔除扰动数据形成无扰动数据集，加速度分为两类门限，在加速度低于第一门限时数据可用；在加速度介于第一类第二之间时，数据受到干扰，不予以使用；在加速度超过第二门限时，说明存在大的扰动或换液、加药操作，校准及识别操作从头开始。进一步，在连续多个加速度值小于特定范围情况下，获取稳定的头尾2点数据，具体为开始时的重量数据及对应时间，及稳定的当前时刻的重量数据及对应时间。进一步，所述步骤(3)中，以输液泵的输液速度作为控制基准进行输液精度自动校正时，利用无扰动数据集的多点数据，基于最小二乘法，求解线性递归方程，获得速度估计值，并与设定流速相比较，修正下一控制周期的输液精度参数。进一步，所述步骤(3)中，以输液泵的输液速度作为控制基准进行输液精度自动校正时，采用两点法，利用稳定的2点数据及其时间差计算实际流速，与设定流速相比较，修正下一控制周期的输液精度参数。进一步，所述步骤(3)中，以输液泵的输液量作为控制基准进行输液精度自动校正时，利用理论已输液量和实际已输液量的偏差，采用诸如增量式数字PID等迭代方式不断修正输液系数，调整输液速度，减少输液量偏差，达成理论输液量和实际输液量一致。进一步，所述步骤(3)中，对输液流速失控识别时：在控制周期Tc尚未结束时进行识别，每次测到无扰动的重量值都进行一次判断；实测输液量＝W(0)-W(n-1)，实测输液量为当前控制周期测得的稳定重量值与前测得的稳定重量值之差，即为这个时段测得的实际液体输出重量；理论输液量＝Ts*(n-1)*Rset，为设定流速与这个时段对应时间之乘积；流量偏差＝实测输液量-理论输液量，流量偏差超过规定值即为流速失控。进一步，所述步骤(3)中，对输液管路调控失效识别时：基于流速偏差，计算输液精度系数超出规定范围时，表明输液管路已失去调节能力，输液管路调控已失效。进一步，所述步骤(3)中，对输液管路调控失效识别时：基于各输液量控制周期的输液量偏差，迭代求解下一控制周期的输液泵输液精度系数，以使输液总量偏差趋近于0，若求得的输液精度系数与正常范围偏差超过一定程度时，即代表输液管路失去调节能力，输液管路调控已失效。一种输液泵的输液精度自动校准控制系统，包括输液泵基本功能单元，与输液泵基本功能单元连接的数据处理单元，与数据处理单元连接的输液流量数据获取单元以及输液流量数据供给单元，所述输液泵基本功能单元包括计算、任务管理及决策模块，所述数据处理单元包括扰动数据识别模块，与扰动数据识别模块连接的输液精度校准模块、输液失速识别模块，输液精度校准模块连接管路失调识别模块；所述的扰动数据识别模块用于剔除吊瓶或输液袋晃动的扰动数据,用于形成稳定的数据集或控制周期首尾数据；所述输液精度校准模块用于对预处理后的数据和输液泵基本功能单元的计算、任务管理及决策模块传递的信号进行处理，达成输液精度自动校准功能；所述输液失速识别模块用于对输液流速失控进行识别，当实际输液超出理论输液量一定范围时，将输液流速失控报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液；所述管路失调识别模块用于对输液管路调控失效进行识别，输液精度系数超出正常设定范围时，将输液管路调控失效报警信息传递给输液泵的基本功能单元进行报警。进一步，所述输液泵基本功能单元还包括：流量控制模块,用于输液泵输液流量的参数控制；信号及检测模块,用于对数据处理单元的信号接收和检测；人机交互模块,用于人机界面实时操控；报警模块,用于对输液流速失控和输液管路调控失效情况下的报警。进一步，所述输液流量数据供给单元为重力传感器或采用网络、通讯连接方式的传感器。进一步，所述输液流量数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在输液的同时，检测来自输液吊瓶和输液袋的重量数据，并获取输液泵泵出液体流量数据；/n(2)对液体流量数据预处理，区分正常数据和干扰数据，剔除输液吊瓶、输液袋晃动以及加药造成的扰动数据；/n(3)利用步骤(2)中预处理后的数据，以输液泵的输液速度或输液量作为控制基准进行输液精度自动校正；/n(4)对步骤(2)处理过的数据进行计算和分析，对输液流速失控进行识别，当实际输液超出理论输液量一定范围时，将输液流速失控报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液；/n(5)对步骤(3)处理过的数据进行计算和分析，对输液管路调控失效进行识别，输液精度系数超出正常设定范围时，将输液管路调控失效报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液。/n

【技术特征摘要】
1.一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在输液的同时，检测来自输液吊瓶和输液袋的重量数据，并获取输液泵泵出液体流量数据；
(2)对液体流量数据预处理，区分正常数据和干扰数据，剔除输液吊瓶、输液袋晃动以及加药造成的扰动数据；
(3)利用步骤(2)中预处理后的数据，以输液泵的输液速度或输液量作为控制基准进行输液精度自动校正；
(4)对步骤(2)处理过的数据进行计算和分析，对输液流速失控进行识别，当实际输液超出理论输液量一定范围时，将输液流速失控报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液；
(5)对步骤(3)处理过的数据进行计算和分析，对输液管路调控失效进行识别，输液精度系数超出正常设定范围时，将输液管路调控失效报警信息传递给输液泵的基本功能单元，供其操控报警，并停止输液。


2.根据权利要求1所述的一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，利用数据的二阶导数识别扰动，其中，数据的二阶导数为加速度，操作时，剔除扰动数据形成无扰动数据集，加速度分为两类门限，在加速度低于第一门限时数据可用；在加速度介于第一类第二之间时，数据受到干扰，不予以使用；在加速度超过第二门限时，说明存在大的扰动或换液、加药操作，校准及识别操作从头开始。


3.根据权利要求2所述的一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，在连续多个加速度值小于特定范围情况下，获取稳定的头尾2点数据，具体为开始时的重量数据及对应时间，及稳定的当前时刻的重量数据及对应时间。


4.根据权利要求2所述的一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，以输液泵的输液速度作为控制基准进行输液精度自动校正时，利用无扰动数据集的多点数据，基于最小二乘法，求解线性递归方程，获得速度估计值，并与设定流速相比较，修正下一控制周期的输液精度参数。


5.根据权利要求3所述的一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，以输液泵的输液速度作为控制基准进行输液精度自动校正时，采用两点法，利用稳定的2点数据及其时间差计算实际流速，与设定流速相比较，修正下一控制周期的输液精度参数。


6.根据权利要求1所述的一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，以输液泵的输液量作为控制基准进行输液精度自动校正时，采用数字增量PID算法，利用理论已输液量和实际已输液量的偏差，采用迭代方式不断修正输液系数，调整输液速度，减少输液量偏差，达成理论输液量和实际输液量一致。


7.根据权利要求1所述的一种输液泵的输液精度自动校准控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对输液流速失控识别时：在控制周期Tc尚未结束时进行识别，每次测到无扰动的重量值都进行一次判断；
实测输液量＝W(0)-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，刘仲馨，
申请(专利权)人：北京来普惠康医学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11