1、使用El ectropulsTM模拟注射 器 应用报告对于期望 替换 传统注 射方法 的患者和 医生 而言， 自动注 射器正逐 渐成 为一种 更为普 遍的选择 。但 是制造 商需要 进行 冗 长的反复 设计， 才能确 定可 实现理想 注射时 间的弹 簧。 为应对该 挑战， 英斯特 朗采 用 ElectroPuls先进的控制能力， 以 生产出一 种独特 的弹簧 模拟 器，因而 无需对 多根弹 簧进 行试验。随着寻求 “居 家式” 医疗护 理的患者 越来 越多， 医疗器 材公司发 现他 们需要 不断迎 合对更安 全、 更方便 用户的 生物 医 学解决方 案的 需求。 具体来 说，全球 人口 老龄化
2、 需要一 种能够替 代临 床注射 的便捷 方法。 因 而， 预计在 未来几 年， 预 期自动注 射器市 场增幅 稳定 ， 维持 在 10-15% 。 截至 2015 年 ， 市场总额 将接近 10 亿欧元 （ 未来注 射技术 ） 。 为简化 注射流程 ，医 疗器材 公司研 发了自动 注射 器，即 一种簧 载式注射 器， 可将规 定剂量 的药物从 皮下 注射至 血流中 ，因 而 无需医生 照料， 患者可 在家 中舒适地 自行注 射药物 。设计自动 注射器 为设计理 想的自 动注射 器， 务必优化 注射器 的注射 时间 ， 使药物的 供给时 间不会 过长 或过短 ，从 而减少 患者的 不 舒服感觉
3、。 影 响药物 流出时 间 的因素包 括药物 粘度、 针 头 直 径 和 所 用 的 润 滑 剂 。 可 选 择 适 当 的 弹 簧 进 行 优 化 流 出 时 间 ， 并 为 既 定 注 射 器 /药 物 系 统 预 载 ， 目 前 已 通 过 对 不 同 刚度的簧 载式不 同的负 荷实 现这一点。然而，医疗器 材 公 司需要加 速此自 动加速 器的 反复设计 流程 ， 而 对大量 弹 簧 进行测试 是非常 耗时且 不太 经济的事 情。 结果 ， Instron 开始探索 其试验 机的能 力 ， 最终制定 出一种 能够复 制自 动 注射器弹 簧的动 态测试 方法 。 对 弹簧进 行模拟 可消
4、除 多 弹簧测试的 供应链 问题， 从而 大大缩短 了所需 的设计 时间 。 基 于 Electropuls8800控 制 器 和 WaveMatrix软 件 的 核心能力， Instron仅需两个输入值，就能模 拟弹簧 /注射 器系统中 这些复 杂的联 动。在Electropuls E1000上模拟注射器模拟弹簧通常来 说 ， 材 料 试验 仪 器 需 要 随时 间 函数 进 行移 动 。 例如， 可 能指定 简单的 拉伸 试验以 mm/s为单位进行 ， 而 循环试验 则以H z为单位 。这对 弹簧的 模拟提出 了挑 战，因 为施加 的负荷通 常为 位置函 数。此 外，由于 注射 时间是 模
5、拟的 未知 输 出值，因 此无法 计算特 定弹 簧的力 /时间 函数。Instron使用M odal Control（8 800控制器的一个 高级 功 能）解 决了这 一控制 问题 。 8800控制器产生一个 复合 通 道，允 许施加负 荷随 作动缸 位置发 生变化。 用户 只需指 定初始 预载和弹 簧刚 度，以 便系统 根据看到 的注 射器实 际负荷 进行 调 整。之 后， 8800控制器以 不 超过5 kHz的速率采集 负荷 结 果和系 统位移 数据。 WaveMatrix中的计算模 块将绘 制 出力 /时 间图 （ 请见图 B） ， 以确定 注 射器的配 药时间 和失速 力。 之后， 用
6、户可 以确定 ， 为 特 定药物选 择的弹 簧刚度 和预 载等参 数是否产 生了最 理想的 自动 注射器流 出时间 。指针 药物 弹簧Instron的优势除了实 现注射 器模拟 的 8800的先进 控制能 力和高 分辨 率 以外， ElectroPuls还具有其他的 特性， 这些特 新进 一 步加深 了用户对 数据完 整性和 机器 可用性的 信心。 标准弹 簧预 载约为 20N， 因而选 择一台 250N的载荷传感器 并安装 至机 器的作 动缸， 获得的 精度为 读数 的 0.5% 或 1.25N。使用高精度传 感器可 带来较 高的 系 统准确 度，并 能保证 最高 的 数据完 整性 。 鉴于
7、 试 验的 动 态 特 性 ，我 们 使用 了 一 台 ElectroPuls E1000测试系统仪。E lectroPuls系统的核心 是创新 的线性 电动机。 这 种电动 机能够 带 来试验所 需的 峰 值速度 高达 30mm/s， 这是传统电动机 械 无法达到 的。 ElectroPuls中的作动 缸拥有6 0mm的行程， 从而能 够实现4 0mm的测试位 移。由 于注射器 中存 在摩擦 ，因此 作动缸必 须能 够快速 响应， 才能 保 证模拟的 准确 性。可 通过简 单的自动 调节 解决这 一问题 。自动调 节采 用快速 、有效 的专利算 法来 优化系 统，且 对粘 度 不同的药 物均
8、产 生一致 、可 靠的结果 。负荷（N）负荷（N）通过使用W aveMatrix一种简化了 材料和 组件动 态试 验的智能 软件， 在E lectroPuls上进行的注射 器模拟 试验 针对医 疗器械行 业的 专业人 员进行 了简化。 通过 创建含 用户配 置图形、 进程 指示条 、当前 状态和试 验输 入面板 在内的 定制 工 作区加速 数据分 析。 可 在 “方法”屏 幕中设 置配置 和保 存配置， 或者在 试验运 行中 ， 在工 作 区指定 。 下图 A展 示 了施加 负荷后 作动缸 的位置 ，此 时 ElectroPuls开始向下移 动 ，将药 物从注 射器中 推出 。 图 B用负荷
9、曲线（ 红色） 和 位移曲线（蓝色 ） 表示 注 射时 间 （ 图 示注射 器 /药 物系 统 约为 6 秒）。E lectroPuls的核心技术与W aveMatrix软件能无缝合作， 为医疗器 械制造 商提供 革命 性的新方 法， 用以 模拟注 射 器 /药物系统。 这一目 标的 实现无需 额外购 买多根 弹簧 ， 与传统 注射器测 试相比， 其重复 性 和数据完 整性都 更佳。 ElectroPuls注射器模拟提供更 具有重复 性的经 济评估 方法 ， 从而缩 短了从研 发到上 市的时 间， 为 医疗器 械 器材 公司节 约了 时间、金 钱和资 源。力与位 移的 关系 负荷和 力与 位移 的关 系位移( mm)图 A 图 B时间(s )
