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输液泵图片

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科力攻坚克难,开发生产医用泵(一)

点击次数:  更新时间:2014-05-08 09:05:02

20年前在中国,一台进口输液泵卖几万,价格高、利润丰厚。要打破这种价格垄断,方法只有一个,生产自己的输液泵。在这之前,需要解决四个技术难题:

第一个是软件的算法。如何利用现有的输液器,在不接触液体的情况下,控制输液液体的流速。在国外,为了保证输液的精确性,输液泵和输液器是配套使用的。因为输液器是耗材,价格较国内高好几倍,因此国内医院不愿使用跟泵配套的输液器,他们希望能够在现有临床普通输液器的基础上,直接用泵。

输液器管路内径,与输液泵的最终使用精度有直接的关系。输液泵是通过泵的弹簧板与管路交替接触,推动管内液体向患者体内流动。由于无法测量每分钟有多少药液进入患者体内,输液泵企业只能假设,输液器的内径是一个不变的数字,这样通过改变电机运行的频率,达到控制药量的目的。但如果管路的内径变化,显然会导致泵出现误差。为了解决这个问题,软件组的几位科学家茶饭不思,反复思考,反复讨论,反复试验。不仅关门实验,还广泛去测临床样本,观察他们用泵的习惯,看能否从中找到解决办法。整整琢磨了近九个月,一次研发例会的讨论,大家找到了解决办法。这个办法是目前中国所有泵厂都在跟进与模仿,包括德国企业也在抄袭的科力输液泵三步搞定法。

具体很简单,护士在用泵之前,先用管路按药液流速运行10分钟,把液体导入到量筒,过十分钟后,量筒的结果与泵的实际运行结果往往不一致。这个差距就是输液器内径带来的误差,,把这个数字输进输液泵,输液泵记住对运行速度进行调整。从而消除由于输液管路而带来的误差。

输液泵是通过电机的曲线运动,利用凸轮轴转换成泵片的水平推动,进而改变液体的流速。根据不同输液器内径,电机可以选择不同转速。输液管路的弹性随着气温有变化,随着输液的时间也有变化。输液管路内径出厂有误差,经过标定后,长时间运行,仍然存在一个弹性误差。所谓弹性误差,输液器被泵不断挤压后,内部由圆形变成椭圆甚至椭扁形的过程。这个误差会导致输液精度不准。

所谓输液泵算法,就是在考虑上述所有变量的前提下,建立一个用于编程的公式,使输液泵在规定时间内将护士要求的液体量,进入患者体内。由于变量太多,导致其时间与空间变量大大提高。同时由于输入量过大,使编程的复杂性,与艰巨性出现。大家粗略统计,在数字模型与公式正确的前提下,整个软件代码估计超过25万行。同时,由于输入偏高,软件的测试工作量与难度也较大,估计测试时间,8个人进行,大概在10个月以上。美国FDA每年召回的输液泵产品中60%,都是因为产品的软件问题。意识到繁重的工作量,为了做到临床使用时万无一失。李教授重新与所里作了协调。

软件工作分三步走

第一步,李教授组织8个人集中精力解决控制输液泵运行的力学与算法公式建立。预计6个月,实际9个月才完成。第二步,由计算机所派人协助写程序代码,这个阶段耗费了半年的时间。第三步,除了李教授带领5个人继续优化算法与公式之外,所有软件组的人进入测试阶段,由各种可知的状况和极限状况让泵去运行,找出其中可能存在的运行Bug。

第二个难题是曲轴的制作。输液泵的机械核心在于实现电机对泵片的推动,电机是圆形旋转,而泵片在一个平面上平行往复运动,这时需要一个转换装置,把电机的旋转运动变成泵片的水平运动。这个装置就是曲轴,国外企业之所以能把泵卖到那么高的价格,也是因为我们做不出这个曲轴。这个钢轴像S型,呈螺旋上升状,有点像DNA分子式。

 

一个完整的曲轴是S型的钢轴,上面切削出12个如楔子状的凸起,把泵片套在凸起上面。一个钢轴有三难,一难原料钢需海外进口,一根轴重70克。二难加工精度高,军工级精度,国内生产不出来,委托外国加工,成品运回国内。三难成本高,按上述条件,国外买原料,国外加工,运回国内,光这一根轴,成本七八千,再加上其他成本,泵的成本太高,在市场上没有竞争力。

为了解决这个问题,硬件组的候大校拿出了参与卫星研发的劲头,组织国内顶级专家攻关。反复向大家讲解输液泵原理,引导大家逐步进入状态。七个教授级的工程师,每个人画了上百个草图,样品加工了300多个。六个月后,终于找到了一个将曲轴分解、模具化的解决方案。样品做好,装配试运行,与国外产品性能完全一致。曲轴难关的攻克,标志着智能输液泵的开发又向前走了一大步。

 

 

 

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