ПОРТАТИВНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ (ВАРИАНТЫ)
PORTABLE MEDICAL DEVICE FOR MEASURING GLUCOSE LEVEL IN BLOOD (VERSIONS)

Изобретение относится к портативному медицинскому прибору для измерения уровня глюкозы в крови (глюкометру), содержащему корпус с кассетоприемником, помещаемую в кассетоприемник сменную кассету с тест-лентой, и привод, включающий в себя электрический двигатель и передаточный механизм, предназначенный для поворачивания катушки кассеты с тест-лентой таким образом, чтобы тест-лента кассеты наматывалась на катушку с возможностью последовательного использования расположенных на тест-ленте тест-элементов.
Такие приборы для измерения уровня глюкозы в крови (глюкометры) на практике применяются людьми, страдающими диабетом, для самодиагностики. Тест-лента, расположенная в кассете с возможностью ее намотки на катушку, снабжена множеством тест-полей. Реактивные, т.е. снабженные реактивом, тест-поля после нанесения на них небольшого количества образца крови подвергаются фотометрическому анализу для как можно более точного и надежного определения содержания глюкозы. Такие ленточные тест-кассеты вставляют в качестве расходного компонента в корпус компактного портативного прибора, чтобы необходимые аналитические операции могли выполняться автоматически и быстро. Помимо надежности позиционирования тест-элементов для практических целей также необходимо обеспечить, чтобы на использовании тест-элементов на месте применения не сказывался чрезмерный шум. В этой связи в публикации WO 2010/046323 А1 предлагается использовать компактный высокооборотный электродвигатель в сочетании с зубчатым редуктором.
Исходя из вышеизложенного, в основу изобретения была положена задача дальнейшего усовершенствования известных контрольных приборов и достижения надежности позиционирования тест-элементов при невысоком уровне звуковых помех и компактном конструктивном оформлении.
Эта задача решается совокупностью признаков пунктов 1 и 20 формулы изобретения. Целесообразные варианты осуществления изобретения и его дальнейшие усовершенствования приведены в зависимых пунктах формулы.
Изобретение основано на идее использования червячной передачи и расположенных за ней цилиндрических зубчатых колес для уменьшения размера редуктора и точного управления вращательным движением. Соответственно, в изобретении предлагается использовать в качестве редуктора передаточный механизм, включающий в себя червячную передачу, в которой червяк находится в зацеплении с червячным колесом, и многоступенчатую понижающую передачу, расположенную, по направлению силового потока, после червячной передачи и содержащую цилиндрические зубчатые колеса, расположенные между червячным колесом и выходным зубчатым колесом, которое может напрямую соединяться с катушкой кассеты.
В первом варианте прибора каждое из цилиндрических зубчатых колес имеет по меньшей мере десять зубьев, а червяк установлен непосредственно на валу двигателя.
Во втором варианте устройства цилиндрические зубчатые колеса имеют отличное от линейного взаимное расположение, при котором центры цилиндрических зубчатых колес располагаются в углах треугольника или четырехугольника, а ось вращения вала электрического двигателя расположена косо или перпендикулярно по отношению к осям вращения цилиндрических зубчатых колес.
Технические результаты заключаются в том, что предлагаемое в изобретении решение позволило значительно уменьшить размер передаточного механизма и создаваемый им во время работы шум при одновременном обеспечении достаточного для поворачивания катушки вращающего момента. В частности, в небольшом монтажном пространстве достигается высокое передаточное число, передача остается самотормозящей и имеет малый люфт.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения понижающая передача имеет по меньшей мере две, предпочтительно - три, зубчатые пары для понижения скорости вращения между червячной передачей и выходным зубчатым колесом.
Еще один особенно целесообразный вариант осуществления изобретения предусматривает, что передаточное число, соответствующее отношению скорости вращения вала электрического двигателя к скорости вращения выходного зубчатого колеса, составляет более 300, предпочтительно - более 400, а наиболее предпочтительно - от 400 до 500. Неожиданно было установлено, что такое передаточное число является оптимальным в отношении нескольких граничных условий, критических для конструкции прибора. В частности, для такого портативного медицинского прибора важны уменьшение размера и устранение шума, а также достаточный выходной вращающий момент в сочетании с применением маломощного электрического двигателя постоянного тока.
Для еще большего уменьшения возникающего во время работы шума целесообразно, чтобы каждое из цилиндрических зубчатых колес имело по меньшей мере четырнадцать зубьев.
Также целесообразно, чтобы выходное зубчатое колесо могло прикладывать к катушке вращающий момент, составляющий более 20 мН·м, предпочтительно около 50 мН·м. Это обеспечивает надежность протяжки ленты даже через защитные уплотнения, одновременно позволяя избежать нежелательного растяжения ленты.
Другой целесообразный вариант осуществления изобретения предусматривает, что кассета имеет первую катушку для неиспользованной ленты, вторую катушку для использованной ленты и уплотнение, через которое тест-лента протягивается между катушками, причем выходное зубчатое колесо воздействует на вторую катушку. Таким образом на ленте можно хранить большое число тестов, избавив пользователя от необходимости обращения с использованным материалом.
Еще одно улучшение прибора в плане его безопасности и надежности в обращении достигается в случае, если червячная передача является самотормозящей, не допускающей вращения червяка от червячного колеса при приложении к катушке обратного вращающего момента. Для этого нужно гарантировать силу самоторможения червячной передачи, составляющую более 10 мН·м, предпочтительно - более 14 мН·м. Иначе говоря, самоторможение обеспечивается при приложении к катушке вращающего момента, большего 10 мН·м, предпочтительно - большего 14 мН·м.
Для достижения компактности формы целесообразно, чтобы оси вращения цилиндрических зубчатых колес были параллельны оси вращения катушки.
Для еще большего уменьшения габаритных размеров конструкции также целесообразен вариант осуществления изобретения, в котором цилиндрические зубчатые колеса включают в себя перекрывающиеся пары ступенчатых колес (блоки зубчатых колес).
Дальнейшее упрощение изготовления прибора и усовершенствование его конструкции достигается в случае, если привод смонтирован между верхней крышкой и нижней крышкой коробки привода. Также полезен вариант осуществления изобретения, в котором оси цилиндрических зубчатых колес проходят от нижней крышки до верхней крышки коробки привода, а вал электрического двигателя расположен горизонтально между крышками.
Для дальнейшего улучшения сборки прибора целесообразно, чтобы верхняя крышка и нижняя крышка коробки привода были соединены друг с другом разъемным образом, предпочтительно посредством винтов.
Ниже сущность изобретения рассматривается на примере его осуществления изобретения, поясняемого схематично выполненными чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - вид сверху кассетного прибора для измерения уровня глюкозы в крови (глюкометра) со снятой крышкой, показывающий расположение устройства привода кассеты;
на фиг. 2 - увеличенное перспективное изображение привода кассеты;
на фиг. 3 - покомпонентное изображение привода кассеты;
на фиг. 4 - вид сверху привода кассеты со снятыми крышками, показывающий червячную передачу в сочетании с понижающей цилиндрической зубчатой передачей.
На чертежах показан медицинский прибор, выполненный в виде портативного глюкометра 10, предназначенного для самостоятельного контроля уровня содержания глюкозы в крови, содержащий корпус 12 с кассетоприемником 14, одноразовую кассету 16 с лентой (ленточную кассету), установленную в кассетоприемнике с возможностью ее замены, и привод 18 для поворачивания катушки 20 кассеты 16, что позволяет наматывать используемую для проведения анализов тест-ленту 22 кассеты на катушку, протягивая тест-ленту вперед (в прямом направлении) и совмещая реактивные тест-поля на ленте с наносящим наконечником 24 для нанесения образца крови и его исследования. Средства и методы автономной фотометрической регистрации аналита сами по себе известны из уровня техники, и их подробное описание не требуется.
На фиг. 1 показан глюкометр 10, изображенный с его широкой стороны при снятой крышке корпуса. Отверстие в корпусе для взятия образцов показано закрытым подвижной защитной крышкой 26. Катушка 20 предназначена для наматывания использованной части тест-ленты 22, тогда как катушка 28 для неиспользованной ленты изолированно расположена в камере, закрытой уплотнением 30, через которое может вытягиваться лента. Привод 18 обеспечивает надежное протягивание ленты через уплотнение 30, в значительной мере уменьшая потребное монтажное пространство и возникающий во время работы шум. Для этого привод 18 включает в себя высокооборотный микродвигатель 32 постоянного тока, питаемый электроэнергией посредством логической схемы управления на печатной плате 34 в сочетании с источником энергии, таким как батареи 36.
На фиг. 2 изображен привод 18, включающий коробку 38, электрический двигатель 32 постоянного тока и подключенный к нему передаточный механизм 40, обеспечивающий понижение скорости вращения и соответствующее увеличение вращающего момента, гарантирующее надлежащее поворачивание катушки 20. Коробка 38 привода состоит из нижней крышки 42 и верхней крышки 44, присоединенной к нижней крышке посредством винтов 46. Нижняя крышка 42 образует камеру 48 для размещения электрического двигателя 32 постоянного тока в ориентации, при которой вал 50 двигателя расположен горизонтально между крышками 42, 44. Это уменьшает габаритную высоту привода и делает его компактным.
Как это показано на фиг. 3, изображающей привод с пространственным разделением его компонентов, передаточный механизм 40 включает в себя червячную передачу 52 и многоступенчатую понижающую передачу 54.
Червячная передача 52 содержит червяк 56 в виде цилиндрического винта и червячное колесо 58. В собранном состоянии червяк 56 установлен на валу 50 двигателя таким образом, что он находится в зацеплении с червячным колесом 58 под углом 90°. Ось червяка 56, а соответственно, и вал 50 двигателя, не параллельна оси червячного колеса 58 и не пересекается с ней.
Понижающая передача 54 содержит цилиндрические зубчатые колеса 60, 62, 64, 66, расположенные в кинематической цепи привода (по направлению силового потока) после червячного колеса 58 и образующие три зубчатые пары (т.е. пары находящихся в зацеплении зубчатых колес), что позволяет уменьшить передаточное число каждой из этих пар. Цилиндрические зубчатые колеса 62, 64 включают в себя ступенчатые колеса, т.е. блоки соосно расположенных зубчатых колес большого и малого диаметра 62′, 62′′ и 64′, 64′′. В качестве опор для зубчатых колес 60, 62, 64, 66 нижняя крышка 42 имеет четыре выступающих вверх цапфы (оси) 68, параллельных друг другу и входящих в соответствующие отверстия 70 в верхней крышке.
На фиг. 4 показан привод в сборе, включающий в себя электрический двигатель 32 постоянного тока, червячную передачу 52, понижающую передачу 54 и выходное зубчатое колесо 72, на которое опирается катушка 20 и которое может быть непосредственно связано с катушкой центральной передающей вращение цапфой (осью).
Оси вращения червяка 56 и червячного колеса 58 проходят под углом 90° друг другу. За каждый полный оборот червяка 56 червячное колесо 58 с зубчатым венцом поворачивается только на один зуб. Таким образом, при выполнении червячного колеса 58 с двадцатью двумя зубьями червячная передача 52 будет понижать скорость вращения вала электрического двигателя постоянного тока в отношении 22:1. Такое передаточное число достигается в значительно меньшем объеме по сравнению с простыми цилиндрическими зубчатыми колесами. Одновременно обеспечивается точность управления угловым положением зубчатого колеса 60, образующего единое целое с червячным колесом, а в конечном счете - и положением ленты. Кроме того, для червячной передачи 52 характерно то, что червяк 56 может легко вращать червячное колесо 58, но червячное колесо не может вращать червяк, ввиду малого угла спирали червяка и повышенного трения в сопряжении. Поэтому направление передачи не является реверсируемым, а червячная передача 52 является самотормозящей. Если сила самоторможения превышает 10 мН·м (миллиньютон на метр), а предпочтительно - превышает 14 мН·м, это на практике гарантирует, что тест-лента 22 будет в режиме ожидания неподвижной.
В цилиндрической передаче 54, расположенной после червячной передачи 52, все цилиндрические зубчатые колеса имеют по меньшей мере по четырнадцать зубьев, что обеспечивает малошумность передачи в работе. Оси 68 вращения цилиндрических зубчатых колес параллельны друг другу, а также оси 74 выходного зубчатого колеса 72 и катушки 20. Для достижения высокого передаточного числа в ограниченном пространстве передача 54 включает в себя перекрывающиеся пары ступенчатых колес 60, 62, 64. Кроме того, для уменьшения габаритной длины (общей продольной протяженности) оси 68 цилиндрических зубчатых колес 60-66 имеют отличное от линейного взаимное расположение, при котором центры цилиндрических зубчатых колес располагаются, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения, в углах трапециевидного четырехугольника.
Параметры зубчатых колес передаточного механизма 40 в предпочтительном варианте осуществления изобретения указаны в приведенной ниже таблице, где n - число зубьев, m - модуль, PD - диаметр делительной окружности, OD - диаметр вершин зубьев, ID - диаметр впадин (в миллиметрах), а СС - межосевое расстояние цилиндрических зубчатых колес, ссылочные номера которых приведены в первой строке таблицы.
-1
Как видно из таблицы, общее передаточное число равно 438, что обеспечивает понижение скорости вращения вала электрического двигателя постоянного тока, находящейся в районе нескольких тысяч оборотов в секунду, до скорости вращения выходного зубчатого колеса, составляющей менее 10 с. Благодаря этому высокому передаточному числу можно использовать относительно маломощный, тихий и компактный микродвигатель 32, при этом получая на выходном зубчатом колесе 72 выходной вращающий момент, составляющий более 20 мН·м.