胰岛素泵的实现原理

胰岛素泵的实现原理

胰岛素泵是一种用于模拟生理性胰岛素分泌的装置。它通过人工智能控制，以可调节的脉冲式皮下输注方式，模拟体内基础胰岛素分泌；同时在进餐时，根据食物种类和总量设定餐前胰岛素及输注模式以控制餐后血糖。胰岛素泵由4个部分构成：含有微电子芯片的人工智能控制系统、电池驱动的机械泵系统、储药器、与之相连的输液管和皮下输注装置。输液管前端可埋入患者的皮下。在工作状态下，泵机械系统接收控制系统的指令，驱动储药器内的活塞，最终将胰岛素通过输液管输入皮下。胰岛素按照“单位”计量，每cc(或mL)划分成100个单位，假设浓度为标准的U-100。注射速率为1单位/小时，每次注射3到10分钟，一片胰岛素的剂量是几个单位，典型情况下针管可以装入200到300单位的胰岛素。

胰岛素泵通常采用一个升压型稳压器，将单节碱性电池的低压(1.5V，标称值)输入提升到2V甚至更高。为缩小尺寸、减轻重量，可以选择开关频率尽可能高的转换器。对于多电源供电系统，可以选择电源管理IC(PMIC)。受尺寸制约，多数胰岛素泵为了省去充电器而采用碱性电池供电。显示器提供关于胰岛素注射剂量、注射速度、电池剩余电量、时间、日期、提示信息及系统报警条件(例如：闭锁或胰岛素储量过低)等。新型一代素泵包括连续监测显示功能，这些系统采用一个带有发送器的连续监测器，测量数据通过无线发送器传输，报告传感器检测的血糖值，以在适当的时候激活泵注射。胰岛素泵也会基于历史测量数据提供一个分析图形，指导胰岛素注射量的计算。

胰岛素泵制造商已经在降低功耗、延长电池使用寿命方面取得了很大进展。目前市场上使用的胰岛素泵每更换一次电池或充一次电可以工作3到10周，大多数胰岛素泵使用AA或AAA碱性电池，或者是锂电池。原电池(非充电电池)的使用非常普及，但使用可充电电池有助于节省长期成本。由于可充电电池的容量相对较低，充电次数也相对频繁一些。

胰岛素泵需要视听报警功能，以便在检测到故障、到达指定时间或触发某些预警条件时提醒用户。可以使用LED作为远端血糖监测和胰岛素泵的视觉指示器，绿光LED闪烁通常代表工作正常，红光LED信号则用来表示报警或预警状态。蜂鸣器必须配备自检电路，自检电路可以间接监测扬声器的阻抗是否出于正常范围；也可以在外部添加ESD线路保护器件。音频数/模转换器(DAC)可以产生独特的报警输出信号。

所有胰岛素泵必须满足IEC61000-4-2静电放电(ESD)的保护要求，可以采用内置保护的器件实现，也可以在外部添加ESD线路保护器件。大多数胰岛素泵提供了数据端口，可以将数据送入计算机或下载升级固件。利用该功能，可以把历史数据输入到一个应用程序，传送到监护中心，以便获得有关糖尿病治疗的支持。无线接口可以采用Bluetooth或者是ISM波段的收发器。