АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИНЪЕКТОР ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
AUTOMATED DRUG INJECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к медицинской технике, а точнее, к устройству, предназначенному для выполнения инъекций лекарственных средств посредством механизма, автоматически вводящего иглу шприца в тело человека и нажимающего на поршень шприца.
Уровень техники
Самостоятельное выполнение подкожной инъекции лекарства является непростой задачей для многих людей. Некоторые люди испытывают неприятные чувства при виде иглы, вводимой в ткани тела. В результате многие лица, состояние здоровья которых требует выполнения периодических инъекций, или же в случае возникновения экстренной необходимости произвести инъекцию самому себе или другому лицу или животному, испытывают неуверенность, и в некоторых случаях могут себя плохо почувствовать или даже потерять сознание. По меньшей мере часть воздействия на нервную систему определяется видом иглы, вводимой в ткани тела. Кроме того, на человека, которому приходится самостоятельно выполнять инъекцию, сильно действует также само действие прокалывания кожи иглой шприца. Эти впечатления настолько сильны для некоторых людей, что они просто отказываются делать инъекции себе, другим людям или животным. Таким образом, существует потребность в устройстве, которое осуществляет автоматическую инъекцию лекарства, при которой человек не видит прокалывания кожи иглой, и ему не нужно прикладывать ощутимого усилия для прокалывания кожи иглой и ввода лекарственного средства нуждающемуся пациенту. Помимо этого, инъектор позволяет поставить укол одной рукой - левой или правой.
Из уровня техники известен автоматический инъектор для внутримышечных и подкожных инъекций для медицинских шприцов (RU2692975C1, 28.06.2019). Автоматический инъектор для внутримышечных и подкожных инъекций для медицинских шприцов, состоящий из корпуса, держателя шприца, фиксатора подъемника шприца, толкателя поршня, зубчатой рейки, фиксатора толкателя поршня, спусковой кнопки, подъемника шприца, подъемной пружины, пружины ввода иглы, пружины выдавливания, динамического тормоза в виде демпферного механизма, демпферной смазки, при подготовке автоматического инъектора к выполнению инъекции толкатель поршня с зубчатой рейкой посредством взаимодействия с фиксатором подъемника и фиксатором толкателя перемещается в крайнее положение до фиксации, что приводит к растяжению пружины выдавливания, после чего подъемник шприца перемещается в противоположное положение, что приводит к растяжению пружины ввода иглы и подъемной пружины, при этом подъемник шприца сдвигается в крайнее положение при внутримышечной инъекции или среднее положение, находящееся между исходным и крайним, при подкожной инъекции, затем в держатель шприца устанавливается заранее подготовленный шприц, при выполнении инъекции инъектор прижимается к месту инъекции, тем самым нажимая предохранитель, при этом смещение предохранителя обеспечивает свободное нажатие рукой человека, причем нажатие кнопки выводит из зацепления фиксатор толкателя с корпусом и под действием пружины ввода иглы держатель картриджа шприца перемещается в сторону места инъекции вместе со шприцом, установленным в картридже держателя шприца, при этом перемещаются детали: толкатель пружины выдавливания инъекционной жидкости, шестерня трещотки, демпферный диск, ось трещотки, крышка демпфера, демпферная смазка и при этом перемещение происходит до тех пор, пока держатель картриджа шприца не упрется в подъемник, таким образом происходит ввод иглы на требуемую глубину и под действием пружин выдавливания толкатель поршня движется к держателю картриджей, тем самым перемещая поршень шприца и выдавливая жидкость для инъекции, при этом медленное движение толкателя поршня обеспечивается зацеплением зубчатой рейки толкателя, шестерни-трещотки, оси трещотки, демпферного диска и за счет вращения демпферного диска в среде демпферной смазки обеспечивается плавное медленное выдавливание жидкости из шприца, беспрепятственное взведение толкателя обеспечивается трещоткой на шестерне-трещотке, причем когда толкатель доходит до держателя картриджа и жидкость из шприца выдавлена, фиксатор подъемника поднимается и под действием подъемной пружины происходит вывод иглы. Недостатком данного устройства является сложность его конструкции, недостаточная надежность и степень автоматизации процесса введения/изъятия иглы и ввода лекарства.
Раскрытие изобретения
Техническая задача заключается в создании технологичного, надежного и безопасного устройства, обеспечивающего простановку уколов без помощи второго человека, с применением стандартных типоразмеров шприцев, с повышенной степенью автоматизации процесса введения иглы, ввода лекарства, изъятия иглы и с возможностью регулирования скорости введения лекарства, обладающего компактными размерами, малой материалоемкостью, высокой энергоэффективностью и универсальностью.
Технический результат: повышение степени автоматизации процесса введения/изъятия иглы и ввода лекарства, исключающего ошибки в постановке инъекции, упрощение устройства и снижение трудоемкости самостоятельной постановки инъекции, уменьшение размера и материалоемкости, обеспечение энергоэффективности и универсальности при обеспечении высокой надежности устройства.
Технический результат достигается за счет того, что автоматизированный инъектор для введения лекарственных средств содержит корпус, в переднем торце которого выполнено отверстие для прохода иглы, установленные в корпусе один электропривод, выполненный с возможностью обеспечения введения иглы, введения лекарства и вывода иглы, волновой редуктор, установленный на вал электропривода, каретку с зацепом и держателем шприца, толкатель выполненный с возможностью зацепления с кареткой, пружину, причем выходное звено редуктора выполнено в зацеплении с рейкой толкателя, имеющего выступ, контактирующий с поршнем шприца для введения лекарства, при этом инъектор содержит подвижный наконечник с сенсором прикосновения, расположенные на переднем торце корпуса и откидную крышку, фиксирующую наконечник в требуемом положении.
Кроме того, подвижный наконечник с сенсором прикосновения имеет электронный датчик тела для предотвращения случайного срабатывания устройства.
Кроме того, инъектор дополнительно содержит оптический датчик обратной связи.
Кроме того, на валу электропривода установлено колесо с прорезями, находящееся в зоне действия оптического датчика.
Кроме того, инъектор выполнен с возможностью определения остановки толкателя по оптическому датчику обратной связи от мотора.
Кроме того, толкатель имеет выступы на нижней поверхности, выполненные с возможностью вхождения в зацепление с выходным звеном редуктора.
Кроме того, наконечник выполнен с возможностью обеспечения регулировки глубины введения иглы.
Кроме того, корпус выполнен из пластмассы или другого материала, допустимого для использования в медицинских устройствах и имеющего соответствующую прочность.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - конструкция автоматического инъектора.
На фигуре позициями отмечены следующие элементы:
1 - Привод;
2 - Редуктор;
3 - Каретка;
4 - Толкатель;
5 - Наконечник;
6 - Сенсор прикосновения (датчик тела);
7 - Шприц;
8 - Держатель шприца;
9 - Зацеп;
10 - Пружина;
11 - Выступ толкателя;
12 - Поршень шприца;
13 - Игла;
14 - Датчик обратной связи;
15 - Откидная крышка;
16 - Колесо с прорезями;
17 - Отверстие (проход) для выходящей иглы.
Осуществление изобретения
Заявленное устройство содержит корпус с передней частью, в которой выполнено отверстие (проход) для выходящей иглы, в котором установлены привод 1, волновой редуктор 2, каретка 3 с зацепом 9 и держателем 8 шприца 7, толкатель 4, пружина 10, а также подвижный наконечник 5 с сенсором 6 прикосновения, откидную крышку 15 с передней частью, в которой выполнено отверстие (проход) 17 для выходящей иглы.
В качестве установленного в корпусе привода 1 может выступать электропривод, который приводит в движение каретку со шприцем, являющийся единственным управляемым приводом, обеспечивающим полный цикл работы устройства: введение иглы 13 шприца 7, введение лекарства, вывод иглы (возврат в исходное положение). Один привод для различных движений в известных аналогах не используется.
На валу электромотора установлено колесо с прорезями 16, находящееся в зоне действия оптического датчика 14, используемого для обратной связи. Также на вал установлено входное звено волнового редуктора. Вместо коллекторного привода может применяться шаговый или безколлекторный без применения редуктора и отдельного (вынесенного) датчика для обратной связи. Выходное звено редуктора (корпус с червяком на наружной поверхности) находится в зацеплении с рейкой 11 толкателя 4, имеющего выступ, контактирующий с поршнем шприца для введения лекарства.
В корпусе также установлена каретка 3 с зацепом 9 и держателем шприца 8. Упругий зацеп-защелка 9 позволяет выполнять «выстрел» и возврат в исходное положение. Жестко закрепленный относительно каретки и зацепа держатель шприцов 8 является универсальным.
Толкатель имеет выступы 11 на нижней поверхности, входящие в зацепление с выходным звеном редуктора, а также толкатель имеет два элемента для зацепления (может применяться 1, 2, 3, 4 крючков), которые взаимодействуют с ответными элементами за детали «зацеп», установленной в пазы детали «каретка», на которой жестко закреплен универсальный держатель шприцев для осуществления «выстрела» иглы и возврата в исходное положение. Элементы зацепления выполнены таким образом, что могут зацепиться при движении в одну сторону, и пройти мимо друг друга при движении в обратную благодаря упругости материала. Деталь «зацеп» притянута пружиной 10 к корпусной детали и стремиться к положению, при котором игла 13 установленного в держатель 8 шприца 7 выступает из устройства. Упругость зацепа должна быть достаточной для того, чтобы при встречном движении «обойти» выступы на ответной детали (толкателе). В устройстве используется принцип защелки, можно сравнить с механизмом в авторучке - при движении с одной стороны детали могут пройти мимо друг друга, деформируясь, в обратном направлении - нет.
Также устройство имеет корпусные детали, откидную крышку 15 и подвижный наконечник 5 с установленным внутри сенсором прикосновения 6. Работать устройство может от аккумулятора.
Корпус может быть выполнен любой формы. Корпус представляет конструкцию, в которой формируется приемная полость между задней частью и передней частью. Полость корпуса устроена так, чтобы в ней размещался шприц с возможностью его перемещении в направлении к переднему торцу и в обратном направлении. Корпус может быть сформирован из пластмассы или другого материала, допустимого для использования в медицинских устройствах и имеющего соответствующую прочность.
Подвижный наконечник 5 с сенсором прикосновения 6 имеет электронный датчик тела для предотвращения случайного срабатывания устройства. Наконечник 5 обеспечивает регулировку глубины введения иглы. Наконечник 5 фиксируется в требуемом положении крышкой 15. Нижняя часть корпуса инъектора имеет защелки для крепления левой и правой части корпуса, а также шейку, по которой скользит наконечник. У нижнего корпуса в передней части имеется упругий язычок - защелка, необходимый для ступенчатого регулирования положения наконечника. Наконечник имеет посадочное место для вставки с зубьями. Вставка обеспечивает ступенчатое регулирование положение наконечника и имеет посадочное место для платы сенсора прикосновения.
Левая и правая части корпуса обеспечивают установку и взаимное позиционирование подвижных деталей устройства (каретка, толкатель, крышка, полуось крышки), а также кронштейны для установки двух электронных плат, мотора и аккумулятора.
Каретка перемещается в пазах - направляющих левого и правого корпусов и имеет посадочное место для установки зацепа и держателя шприца.
Толкатель перемещается в пазах - направляющих левого и правого корпусов, имеет в передней части выступы, контактирующие с зацепом, на нижней части -выступы, образующие рейку для взаимодействия с выходным звеном редуктора, в задней части - выступ для контакта с поршнем шприца.
Редуктор состоит из водила с подшипниками, гибкой шестерни, неподвижно установленной между левым и правым корпусами, а также выходного звена с внутренним зубчатым венцом и червяком на наружной поверхности, благодаря которому толкатель приводится в движение.
Ввод иглы 13 осуществляется пружиной 10 в момент расцепления толкателя 4 и зацепа 9, после чего толкатель 4 движется по направлению к переднему торцу устройства, взаимодействуя с поршнем 12 шприца 7 и вводя лекарство. В момент полного введения лекарства, толкатель 4 упирается в поршень 12 и останавливается, остановка определяется по датчику обратной связи 14 от мотора, после чего толкатель 4 возвращается в исходное положения, зацепив каретку 3.
Работа устройства.
Устройство включается нажатием на большую кнопку с соответствующей пиктограммой. Резиновая мягкая накладка передает усилие на SMD кнопку, припаянную к плате управления. При включении устройство проверяет статус концевого выключателя, определяющего в исходном ли положении находятся подвижные части, а именно каретка с держателем шприца и зацепом, который имеет выступ, контактирующий с концевым выключателем. После этого загораются светодиоды, сигнализирующие об уровне заряда аккумулятора и выбранной скорости введения лекарства. В этот момент пользователь имеет возможность открыть откидную крышку и вставить шприц в держатель, настроить при помощи подвижного наконечника глубину введения иглы (например, механическим или электромеханическим упором), а также настроить необходимую скорость введения лекарства (например, подстроечным резистором) посредством нажатия на кнопки «+» и «-».
После выполнения всех настроек, установки шприца наполненного лекарством (предлагаемый инъектор совместим со стандартными общедоступными шприцами) в корпус закрытия крышки, инъектор следует прижать к месту укола передним торцом (наконечником) до момента замыкания сенсора, расположенного на переднем торце корпуса устройства - защитный механизм от случайного нажатия и гарантия правильности постановки укола (направление движения шприца при вводе иглы должно быть перпендикулярно к коже), дождаться звукового сигнала, сигнализирующего о правильном позиционировании устройства относительно поверхности тела, и коротким нажатием на кнопку «вкл - выкл» запустить процедуру укола. Сразу после нажатия на кнопку, электромотор включает реверс, вращение передается на водило волнового редуктора, которое деформирует неподвижную гибкую шестерню, из-за чего вращается наружная деталь редуктора, имеющая на наружной поверхности червячную канавку, находящуюся в зацеплении с рейкой толкателя. При этом толкатель отъезжает назад до расцепления с зацепом-защелкой. В этот момент под действием пружины растяжения, которая одним концом зацеплена за корпус, а вторым - за крючок зацепа, каретка с зацепом, держателем и шприцом устремляются к переднему торцу устройства - происходит введение иглы и отпускание концевого выключателя исходного положения. Обратная связь о работе мотора осуществляется благодаря колесу с прорезями, находящемся на валу мотора и оптическому датчику - оптопаре. Далее мотор движет толкатель в обратную сторону - по направлению к переднему торцу устройства - происходит введение лекарства, так как толкатель своим выступом упирается в поршень шприца при движении. При движении толкатель проходит мимо зацепов и оказывается с обратной стороны от них. Когда лекарство полностью введено, поршень шприца упирается в цилиндр шприца и более не имеет возможности двигаться, как и толкатель. Электроника получает информацию о блокировке благодаря обратной связи от мотора и снова включает реверс. При движении к задней части устройства толкатель доходит до зацепа и движет его вместе с собой по направлению к исходному положению пока не будет нажат концевой выключатель. При нажатии концевого выключателя устройство издает звуковой сигнал - инъекция выполнена. Использование инъектора гарантирует простоту и правильность постановки укола.
Дополнительно можно отметить, что устройство в целом выполнено компактным с малым количеством деталей, используется волновой редуктор очень компактных размеров и лишь один привод, обеспечивается возможность одновременной регулировки скорости введения лекарства и глубины введения иглы, влияющая на технологичность. Заряда аккумулятора хватает на большое количество уколов, даже при насыщенном курсе лечения пользователю придется заряжать устройство не чаще раза в неделю, что также говорит об энергоэффективности устройства. Универсальность может достигаться не только держателем шприцев, но и принципом работы и логикой - конечное положение с полностью введенным лекарством определяется логически и для каждого шприца может быть в любом месте. Передняя часть устройства (которая взаимодействует с кожей) не имеет стыков и может быть тщательно и безопасно очищена.