开发背景：

2021年12月28日，十部门联合印发《“十四五”医疗装备产业发展规划》，目标是到2025年产业基础和产业链水平提高，主流装备有效供给，高端装备性能质量提升，形成全面支撑能力。当前医疗装备产业发展热点为智能化、可调化、持续性治疗等，国内外在此领域齐头并进。实现医疗装备智能化治疗与持续性检测是掌握先进技术关键。

随着我国GDP的不断上升，我国糖尿病患者规模不断增加。胰岛素泵治疗相比其他糖尿病治疗方式具有模拟生理性分泌模式更精准、调整更灵活、减少注射痛苦与不便以及提高患者生活质量和依从性等优势。目前胰岛素泵发展存在价格高、操作维护有要求、输注模式单一、有技术故障风险、耗材成本高及产品更新快致资源浪费等诸多问题，如图1所示。因此，研发生产成本较低、输注模式可选、便于长时间佩戴的胰岛素泵迫在眉睫。

图1 现阶段采用的胰岛素泵

基于《医疗装备产业发展规划》，为解决上述痛点问题，本项目将开展“压电式胰岛素泵设计优化”研究，设计出一款集输注精准、佩戴方便、多种输注模式可选等特点于一体，能够适应不同年龄段糖尿病患者的胰岛素泵。本项目将极大程度上减少糖尿病患者在生活上的负担。本项目将推动医疗技术进步，为健康事业发展助力，创造更好的医疗环境。

结构说明:

1.硬件设计方面

以8个模块为基础构建胰岛素泵硬件系统，以51单片机作为中央处理模块连接其他模块。分别对各模块进行研究和设计，包括键控模块、时钟模块、电源模块等，通过Proteus对各模块设计进行模拟仿真，完成硬件电路系统设计。

图2 胰岛素泵硬件结构设计图

2.机械结构方面

    采用双腔串联压电泵作为胰岛素泵药剂输注的核心零部件，它相比其他结构更简单且容易加工，能满足输出压力和精度要求。

图3 压电泵结构图

3.软件设计方面

通过程序控制各个子模块，采用Keil4软件编写程序，使用C语言代码对各子模块进行编程，并将程序导入到51单片机中。使各子模块在运行时互不干扰且以单片机为中心互相配合，实现胰岛素泵的各种功能。

图4 主程序流程图

功能与使用说明：

1.开机前准备

检查胰岛素泵各部件是否连接完好，包括电源、输液管、微针阵列等。确保药仓内有足够的胰岛素药液。

2.开机与初始化

打开电源开关，胰岛素泵启动。AT89C51单片机首先向时间芯片发送取时间信号，时间芯片接收到取指令后，向单片机发送当前的时间信息，单片机接收到时间芯片发送的时间信息后，将读到信息反馈给显示器，并在显示器上将月日、时分秒显现出来。同时，单片机启动对压电驱动模块的控制程序，使压电驱动模块进入基础量输注模式，以基础量进行胰岛素的输注。

3.模式选择与调整

a.基础量输注模式：此模式为默认模式，胰岛素泵会按照预先设定值自动释放微量胰岛素，以控制人体血糖浓度值在一个稳定的范围内。用户可根据自身需求，通过“数据加键”和“数据减键”对基础量输注模式的参数进行调整，但需在医生的指导下进行。

b.餐前大剂量输注模式：当患者需要就餐时，在胰岛素泵的按键功能区按下“模式选择键”，将输注量切换到大剂量模式。用户可根据食物量的多少，通过“数据加键”和“数据减键”调整胰岛素输注量。一般建议在用餐前约半小时开始输注。

c.临时用量输注模式：在遇到如额外进食、感冒、喝酒、体育健身、去旅游或出差培训等突发情况时，用户可在专家的建议下，通过时间移位键和数据加减键来设定闹钟，以此进入临时用量输注模式。在此模式下，胰岛素泵所有的输注模式将被取消，直到临时用量输注模式结束后，胰岛素泵才能恢复到基础量输注模式或大剂量输注模式。

4.时间设置与闹钟功能

通过“时间移位键”可对时、分、秒调整进行选择，用于设置闹钟。在餐前大剂量输注模式或临时用量输注模式下，当工作时间达到患者预先设定好的时间时，蜂鸣器就会报警，二极管发亮，提醒患者切换模式。

5.药量和电量检测及报警

胰岛素泵在运行过程中，药量电量检测模块会实时监测药仓内的药量和电池电量。当药量逐渐减小到20%或以下时，或者电池电量不足（如电压逐渐减小到20%或以下时），报警模块中的蜂鸣器和二极管开始工作，提醒用户更换药剂或电池。

6.关机

在不需要使用胰岛素泵时，关闭电源开关即可。