便携式胰岛素泵设计方案

图1：胰岛素泵系统功能框图；美信可提供蓝色部分的解决方案。

为节省空间，系统设计师需要高度集成的方案和非常小的封装，如：芯片级封装(如美信的UCSP封装)和晶圆级封装(WLP)。为使电池体积尽可能小，设计师必须尽可能降低能耗、提高效率。如果可能的话，关闭那些在任何特定时间内不使用的电路，工作时再给其供电。

该系统的核心是一款高度集成的低待机功耗微控制器——如美信的MAXQ2010、或其它制造商的类似微控制器。16位微控制器MAXQ2010 ，当工作在1MHz和2.7V时，功耗仅为1mA，停机模式的功耗仅为370nA。这种低功耗特性对延长胰岛素泵内电池的工作寿命至关重要。与大多数微控制器一样，MAX2010包括USART、定时器、64kB基于闪存的程序存储器、2kBRAM、一些通用I/O引脚、带参考电压的312.5k采样/秒12位逐次逼近ADC、160段LCD控制器及其它资源。它还可快速从睡眠和停止模式唤醒，使胰岛素泵能更好、更快地服务用户需求。

图2：典型的电池供电的胰岛素泵。

胰岛素泵子系统

胰岛素以“单位”计量，每cc(也即mL，毫升)有100个单位(假定采用标准U-100浓度方法)。这意味着，一个单位是10μL(微升)。基础代谢率的数量级在单位/小时水平，每3到10分钟要对其进行管控调适，而单次剂量是几个单位。典型的装载胰岛素容器的容量为200至300个单位。

由于其超低流速，驱动齿轮泵的电机是减速型的，通常采用一个丝杆来非常缓慢地推动容器活塞，为此电机要转动很多转。因此，只需对电机进行大致的角测量。大多数主要的胰岛素泵制造商使用光学编码器和直流马达，虽然步进马达也可用。其它可能的方法包括采用基于MEMS的泵以使系统体积尽可能小，或采用压力泵以拿掉电机和去掉基于活塞的储液槽。

压力传感器用来确保正常运行及检测堵塞。基于硅应变计，这些传感器可提供毫伏级信号，而不是绑定线应变计提供的微伏级信号。应变计采用典型的桥配置，在大约电源电压一半的共模电压下，提供差分信号。

设计将采用带差分可编程增益放大器(PGA)输入的ADC，或集成在微控制器内带用于信号调制的外部差分或仪表放大器的ADC。因为压力读数仅用于显示正常运行状况、并不用于计算给药，所以不需要精密压力测量。

子系统供电

胰岛素泵通常使用升压稳压器将单节碱性电池的较低电压(标称1.5V)升高至2V或更高。为达到最长电池寿命，这些升压稳压器应尽可能工作在允许的最低输入电压。美信和其它厂家的稳压器的工作电压可低至0.6V，启动电压最低可达0.7V，从而最大限度地延长了电池寿命。 电机保护器相关文章:电机保护器原理