基本信息
- 项目名称：
- 智能胰岛素注射笔
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 胰岛素注射是治疗糖尿病的一种有效手段，针对现有胰岛素注射产品线上机械式注射笔操作繁琐、不够智能化，以及胰岛素泵价格高昂，一般消费者难以承受等种种不足，设计了一款新颖的胰岛素注射产品——智能胰岛素注射笔。使用16位主控芯片，控制精密步进电机，通过丝杆推动药液筒，在光电开关的监测下完成一次药剂注射。通过独创的快捷/定时模式，设置合理性检查，电机监测，掉电检测等软件方法保证了注射过程的智能化和安全化。
- 详细介绍：
- 目前，糖尿病已成为继心血管病、脑血管病、癌症之后的第四大慢性非传染性疾病。而作为糖尿病治疗的一种手段，胰岛素注射具有低副作用、疗效显著的特点，被相当数量的医生建议作为糖尿病治疗的一种有效方式。市场上现有的胰岛素注射器大致分为两种。一种是机械式的注射器，包括一次性使用的注射器和可更换笔芯的胰岛素注射笔，如诺和笔。但该类注射器有着不可避免的缺点，对于数量占绝大多数的老年糖尿病患者来说，因其视力、记忆力的下降，容易造成剂量设置错误、遗忘注射和重复注射的问题，而这些都会对患者的血糖控制带来不利的后果。另外一种就是胰岛素泵，它将引导针埋置于患者腹壁，模拟人体胰腺分泌的过程，进行24 h的胰岛素连续输注，该类产品主要针对于分次注射胰岛素后患者血糖依然控制不利的Ⅰ型糖尿病人。另外该类产品造价高昂，普通的消费者难以承受。 鉴于此，我们设计了一种新型的智能胰岛素注射笔，它利用精密的步进电机来完成注射器的准确推药，并利用基于微处理器的自动控制技术进行胰岛素剂量的精确设定、注射信息的及时存贮和历史浏览，附以菜单式操作和显示，极大地方便了糖尿病患者的使用，确保达到最佳的治疗效果。与时下的机械式注射笔相比该产品具有更高的注射精度和智能化程度，同时又兼有现行主流胰岛素泵的大部分功能，却拥有无以比拟的价格优势。 智能胰岛素注射系统分为注射笔控制部分和PC端软件部分。注射笔控制部分主要包括电控单元，电机驱动及传动单元，药剂筒，针头以及壳体等部分组成。 电控单元采用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F5437微处理器作为控制核心，使用梯形波微步法控制一个步距角为18度的精密步进电机，在保证精度和电流驱动力的情况下， 极大的降低了电机的震动。电机尾部装有一个齿轮盘，光电开关监测齿轮盘的运动情况来判定电机的实时运动状态。通过按键、LCD显示屏、蜂鸣器等人机交互模块在系统建立了一个菜单式的智能操作界面，使用独创的快捷/定时双工作模式，加入主动式设置检查，支持保存40次以上的注射信息，有效追踪病人病史，极大的方便患者使用。系统使用大容量的锂电池进行供电，保证系统待机使用五天以上，通过实时的电量检测模块，时刻了解系统电力状态。加之光电开关监测系统，以及各种软件安全保证，如掉电检测，低电量保护，USB接入保护等，保证一次完整、安全的注射。同时，系统还可以通过USB桥接电路实现系统与PC的连接，在PC端进行相关操作。 药剂筒使用现有市场常用的诺和灵和优泌灵两种，最大化的兼容市场已有的药剂筒标准，降低使用的耗材成本。外形设计采用类似笔形的便携式外观设计，在保证外观新颖、美观、大方的同时，也充分考虑了患者进行设置和注射等操作的方便性。 PC端软件主要以再现系统功能和导出历史数据为主，在界面上，设计成与系统功能完全一致的一个设置界面，由于PC显示器能够显示较为丰富的内容，相比较在系统设置参数，显得更加直观，方便患者便捷、快速的实现系统的参数设置。历史导出功能将所有保存的在系统注射记录导出到PC端，借由PC机的强大计算能力，进行相关分析，使病人能及时观察到自身的病情变化，同时也方便指导医生进行进一步的治疗。 与现有的产品相比：在功能上，可以完全取代机械式胰岛素注射器的功能，并且比传统机械式胰岛素注射器来说，实现了安全的智能化注射，有效地避免了遗漏注射、重复注射的问题。同时在一定程度上完成了胰岛素泵的注射方法和注射标准，实现胰岛素注射泵的部分功能。该产品主要针对Ⅱ型糖尿病病人，部分Ⅰ型糖尿病病人也可以使用。在价格上，介乎于现有的机械式胰岛素注射器和胰岛素注射泵之间，与其功能特点相对应。 总体说来，本设计主要是为广大的糖尿病患者提供便利，一次设定剂量后无需再重复设定，极大的防止出现遗忘注射和重复注射的问题。符合我国已进入老年化社会的基本国情，能够切实为广大的糖尿病患者带来安全的保障与使用的方便，提升他们的生活质量。将传统的机械式注射器和胰岛素泵的功能进行结合，各取它们的优点。利用精密的微步进电机，使用先进的电机驱动和监测方法，独创快捷/定时双工作模式，主动记忆注射信息，作为医疗重要参考，并从系统软硬件各方面保证系统的安全性，可以完全取代机械式胰岛素注射器的功能，部分替代胰岛素注射泵的功能。定位价格适中，补充了现有胰岛素注射产品的产品线，有着很高的社会效益和经济效益。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：针对目前糖尿病患者众多的情况，设计一种新型高注射精度、低成本、智能化的胰岛素注射笔。 基本思路：1.利用精密步进电机完成注射器的准确推药。后端使用光电开关对电机运动状态时刻进行监测，确保安全。2.利用基于微处理器的自动控制技术进行胰岛素剂量的精确设定、注射信息的及时存储和历史浏览，附以菜单式操作和显示，实现智能控制。 创新点：1.采用电子控制的方式代替传统机械化的胰岛素给药方式,是目前业界首款全自动智能型胰岛素注射器，属国内外首创，并提出独特的快捷/定时注射模式。2.保留40次以上的历史注射记录，支持与PC通过USB互联导出历史数据和进行设置。 技术关键：1）使用步进电机的梯形微步控制使得剂量控制比常规整/半步模式，达到更高的精度、产生更小的震动。2）使用光电反馈实时监测电机运动状态，通过软件准确判断电机堵转、卡转、停转等异常工作状态。3）电机内部增加具有一定减速比的减速装置，一方面增大了扭力输出，另一方面便于光电检测端进行脉冲波形采集。4）独创的快捷/定时双工作模式；软件上实现智能化管理，智能提醒、判定注射时间，防止遗漏注射、重复注射等情况的发生；保存历史记录，方便追踪病史；多种软件安全手段，如掉电检测，低电量保护，USB接入保护等。 主要技术指标：（1）额定工作电压范围：DC3.0V～4.2V（2）静态工作电流：＜40mA；注射工作电流：＜600mA（3）螺杆输出推力：＞18N（4）单次注射剂量范围：1u～60u；单次注射精度：＜0.05u
科学性、先进性
- 市场上现有胰岛素注射器分为两种：机械式注射器与胰岛素泵。前者设计简单，剂量设置易出错；后者主要针对I型糖尿病患者，适用范围有限，且价格高昂。 智能胰岛素注射笔介于上述两类产品之间，创意新颖。通过独有快捷/定时注射模式，可实现一次设定、多次注射；独特的光电反馈式电机监测系统使其安全性比以往传统胰岛素注射器大为提高；智能化的界面和人机互动交互系统帮助患者更便捷、更安全的完成胰岛素注射；系统Flash可保存病人注射记录，支持PC端导出，方便追踪病史。本产品技术上具有如下突出优点： 1、步进电机利用先进的微步法驱动，保证高精度、大电流的同时降低了电机振动。 2、利用光电开关与齿轮盘的组合来实时监测电机的运动，确保注射安全。 3、主控芯片内部FLASH支持记录超过40次详细注射信息，并可通过USB数据传输，实现上层计算机设置参数以及导出历史注射数据。 4、独创的快捷/定时双工作模式，智能软件管理，防遗忘注射、防重复注射，掉电检测、低电量保护、USB接入保护等软件安全管理。
获奖情况及鉴定结果
- 1、2011年5月通过江苏省医疗器械检验所检测。 2、产品目前正在南京医科大学第一附属医院、南京医科大学第二附属医院两家三甲医院进行临床试验。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物、产品 录像 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：独创的快捷/定时工作模式。快捷模式设定剂量即时注射，完全替代机械笔的功能。定时模式最多可设定五个时点的剂量，对应不同进餐情况，加之闹铃提醒功能。 技术特点和优势：1）采用梯形波微步法，在保证电机驱动力、高精度的同时降低振动。2）通过光电开关实时监测电机堵转、卡转、失步等意外，及时报警。3）电机集成减速装置，增大了扭力输出。4）基于16位微处理器，菜单式交互界面，保存注射历史，支持PC端控制，实现了软件安全化、智能化，有效避免遗忘注射和重复注射。5）广泛适用于Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病患者。 市场分析及经济效益预测：我国现有糖尿病患者9200万人，今后10年还将快速增加。本设计技术先进，价格合理，适用广泛，补充了现有胰岛素注射的产品线。如果全国范围内每10位糖尿病患者中有1位配备本产品，每支售价按600元计，约有55亿元的市场。目前未见类似产品出现于市场，如果向糖尿病患者及各大医院大力推广本产品，其经济效益不容小觑。
同类课题研究水平概述
- 目前现有的胰岛素注射类产品有： 1. 普通一次性注射器，该类注射器成本低廉，获取渠道较为宽泛，但是不便随身携带，准确注射较为困难； 2. 机械式旋度剂量注射器(现有产品如：丹麦诺和诺德(、来得时( )，该类机械式专门为胰岛素注射设计，采用可更换式药液筒设计，使用类似千分尺的旋度剂量设定方法，较为便携，价格适中，不过难以避免因病人自身原因造成的遗漏注射、重复注射等问题； 3. 胰岛素泵(现有产品有美敦力(、福尼亚(等)，该类产品专门为胰岛素依赖型的病人设计，24小时持续注射，随身携带，注射剂量精确，缺点是市场售价太高，不便普及，而且病人也会因24小时不间断佩戴造成一定的困扰。 本设计原创性强，目前市场上还未发现有同类产品，具有一定的创新性，且具备注射精准，小巧便携，智能化注射，使用安全，价格合理等优势，对现有的胰岛素注射器产品线可以起到很好的补充和替代作用。
