本发明主要涉及便携式胰岛素或其它液体的输送系统，更具体 地说，涉及用于这种系统的泵。

长期以来，月爽岛素泵（insulin pump ):帔广泛4吏用，并由4唐尿病 患者用来自动输送胰岛素。许多当前可用的胰岛素泵都利用通用泵 送才支术，即注射泵（syringe pump )。在注射泵中，注射泵的斗主塞由 导向螺杆推进，该导向螺杆通过精密步进电4几来转动。当柱塞前进 时，流体从注射泵中一皮压出，通过导管进入患者体内。选冲奪注射泵 作为胰岛素泵的泵送技术的动机在于，注射泵能够以近乎连续的方 式精确地输送普通糖尿病患者所需的4交少量（约0.1至约1.0 cm3/ 天）的胰岛素。还可以通过调节电机的步进率而容易地大范围调节 注射泵的输送速率以适应个体的变化胰岛素需求量（例如，基础速 率和单次注射剂量）。虽然注射泵在较大流速范围内以近乎连续的 方式精确地输送液体的能力方面是独 一无二的，但是这种性能是在 高成本下达到的。当前可用的胰岛素泵是价值^:千美元的复杂且昂 贵的设备部件。该高成本主要归因于步进电机和导向螺杆机构的复 杂性。这些部件还显著增大了胰岛素泵的总尺寸和重量。另外，由 于其成本，当前可用的月夷岛素泵具有高达两年的预期〗吏用寿命，这 4吏得装置的日常例4于维护（诸如电源的再充电和力夷岛素的再充注） 成为必需。这些注射类型的泵即使;故称作一次性的，也完全因为太
昂贵而不能真正成为一次性的，或者如果^^皮丢弃，则对患者和4呆险
/>司等来"i兌成本非常高。
形状记忆合金是在被施以电能时改变形状但在去除电能后又 恢复为自然状态的一类材料的一部分。利用这些材料的这种独特属 性，这些材料可用来构成致动器。可用形状记忆合金致动器制造泵。 然而，形状记忆合金不具有注射泵中所用的精密步进电才几的固有精 确性和可重复性。尽管价格总是重要的，但在用于输送胰岛素或其 它药剂的泵中精确性也是必须的。因此，必须^是供一种系统来精确 地控制和启动用形状记忆材料作为致动器的泵。

本发明使用 一种节省成本但—精确的泵送系统和方法向4吏用者 输送胰岛素或其它液体。本发明中4吏用的独特结构设计方面和智能 控制系统实现了使用形状记忆合金来致动具有卓越可靠性和可重 复性的泵送机构。
本发明不仅实现了节约成本的泵送系统，而且还实现了耐用、 精确、重量轻且容4晉的系统。尽管该泵送系统是精确、重量轻且容 错的，但在泵是最有利的医疗应用中，多种原因使得所期望的是较 为频繁地丟弃泵送系统和更换泵送系统的部分。本发明泵送才几构的 低成本实现了这种一次性用途，与此同时泵在整个泵使用寿命期间 都能提供精确的剂量。控制系统使得泵中的应力最小化，并且如果 泵一皮不适当地充注或者如果在泵送系统中才企测到阻塞的话可产生 警告。泵中应力的降低使得泵更小且重量更轻，并具有更长的使用 寿命，这对于泵的使用者来说显然是有利的。此外，即使在检测出 故障的情况下，智能控制系统也允许泵操作。例如，如果由于某种 原因导致无法获得泵的完整行程，则可利用较小的行程（以更高的 频率），并且泵可继续向使用者才是供所需剂量。
本发明的其它方面、优点和特征包含在以下对其示例性实例的 描述中，所述描述应与附图结合进行，其中在所有附图中相同（以 及相似）的标号用于描述相同的特征。即使编号元件的前缀可根据 图号而改变，但如果在各实施例中编号元件的其余部分是相同的， 则所述部件与针对先前描述的实施例所述的相同或相似。例如，图
3的电容器304与图5的电容器504相同或相似。在这种情况下， 不再对该元件进4亍描述，而是应对先前附图（该实例中的图3)的 描述进行参考。为了所有的目的，文中提及的所有专利、专利申请、 文章以及其它7>开物整体结合于此作为参考。

图1A、图1B、和图1C示出了处于不同"t喿作阶-敬的泵100。
图1D是泵送系统或"泵"150的^f匡图。
图2A、图2B、和图2C示出了处于不同操作阶段的泵200。
图3A和图3B示出了与泵200或其它泵的实施例结合使用的 泵驱动电3各的不同实施例。
图4A和图4B示出了处于不同才喿作阶l殳的泵400。
的实施例
图6A和图6B示出了处于不同操作阶段的泵600,
图7A和图7B示出了处于不同操作阶段的泵700,
的实施侈寸。
图9A和图9B示出了处于不同操作阶段的泵900。
图9C、图9D和图9E示出了用于线性反々贵的位置编码的不同
实施例。
图10示出了与泵900或其它泵的实施例结合使用的泵驱动电 ^各的实施例。
图11A是在未充注状态下"t喿作的泵的图表。
图IIB是在充注状态下操作的泵的图表。
图IIC是泵中阻塞检测的图表。
图12A和图12B是随时间变化的泵的操作的图表。

本发明 -使用 一种节省成本4旦精确的泵送系统和方法向4吏用者 输送胰岛素或其它液体。本发明中使用的独特结构^殳计方面和智能 控制系统实现了使用形状记忆合金来致动具有卓越可靠性和可重 复性的泵送机构。
本发明不仅实现节约成本的泵送系统，而且还实现了耐用、精 确、重量轻且容错的系统。尽管该泵送系统是精确的、重量轻且容 错的，但在泵是最有利的医疗应用中，多种原因使得所期望的是较 为频繁地丢弃泵送系统和更换泵送系统的部分。本发明泵送才几构的 低成本实现了这种一次性用途，与此同时泵在整个泵使用寿命期间
都能提供精确的剂量。控制系统使得泵中的应力最小化，并且如果 泵一皮不适当地充注或者如果在泵送系统中才企测到阻塞的话可产生 警告。泵中应力的降低使得泵更小且重量更轻，并且具有更长的使 用寿命，这对于泵的使用者来说显然是有利的。此外，即使在检测 出故障的情况下，智能控制系统也允许泵操作。例如，如果由于某 种原因导致无法获得泵的完整行程，则可（以更高的频率）利用较 小的行程，并且泵可继续向使用者提供所需剂量。
如以上简要描述的，形状记忆合金用于致动根据本发明制造的 泵。在经过尺寸变化的过程中，形状记忆材料根据温度变化经受可
逆的^目变(phase transition或transformation), 或者可逆的结构才目 变。通常，这样的转变表现为从材料的一种固相到另一固相的材料 变化，例如由于材料晶体结构的改变或由于材料分子级别的重新排 列。在镍钛诺（Nitinol，镍钬合金）的情况下，例如，超弹性合金 具有〗氐温相，或马氏体相，以及高温相，或奥氏体相。这些相也可 一皮称作刚性相和柔软且可延展相，或者响应相。与具体合金材料有
料是很好理解的。
作为本发明泵（或其一部分）的实施例的泵100在图1A中示 出处于未启动状态、在图1B中示出处于完全启动状态、在图1C中 示出处于应力加载a犬态。泵体包4舌壳体101、顶部盖102、以及柱 塞盖103。在泵内部具有4主塞104，该一主塞通常（在未启动状态下） 由柱塞偏压弹簧105〗呆持兮氐靠在斗主塞盖103上。相4以;也，过载活塞 106通常（在未启动状态下）由过载活塞弹簧107 j呆持4氐靠在顶部 盖102上，该过载活塞弹簧107 (具有更高的弹簧常lt k)强于柱 塞偏压弹黄105。柱塞104通过形状记忆合金线108连接于过载活 塞106，当通过乂人V + 109触点经由形状记忆合金线108流至V-110 触点的电流的一个力永沖或多个脉沖加热时该形状记忆合金线108收缩，其中V-110触点可为系统^接地（GND)参考。每个乐:K冲中的电 力均由通过V + 109触点和V-110触点施加到形状记忆合金线108 上的电压确定。值得注意的是，壳体由绝缘材料制成，而柱塞104 和过载活塞106或者由导电材料（例如金属）制成或者涂有适合的 导电材料。根据最适合于给定的设计，顶部盖102和柱塞盖103可 由绝缘材料或导电材料制成。
图1A示出了处于未启动（inactive)状态下的泵，其中形状记 忆合金线108未收缩，柱塞104由柱塞偏压弹簧105 ^f呆持4氐靠在柱 塞盖103上并且过载活塞106由过载活塞弹簧107 4呆持4氐靠在顶部 盖102上。这是泵100在每次启动或泵送循环后所返回的状态。
图1B示出了处于完全启动状态下的泵，其中形状记忆合金线 108已收缩成足以^立动柱塞104向上4氐靠在构置于壳体101内的止 挡部上而不再运动，而过载活塞106由过载活塞弹簧107 4呆持4氐靠 在顶部盖102上。这种状态实现了柱塞104的完整4亍禾呈。
图1C示出了处于应力加载状态下的泵，其中形状记忆合金线 108已充分收缩，从而拉动过载活塞106向上抵靠在构置于壳体101 内的第二止挡部上。在这种状态下，壳体101、柱塞104、过载活 塞106、以及形状记忆合金线108受到最大应力。
基本泵100的设计是这样的，即，对于驱动泵的电路没有反馈 (开环）并且对在图1B所示的完全启动状态之后泵的动作提供设 计余量，以确保泵达到完全启动状态。如果在最坏条件（诸如冷线 (cold wire ))下施加于形状记忆合金线108的电流的一个脉冲或多 个脉沖降低至实现完全启动状态所需的最小值的话，则处于最佳条 件（诸如暖线（warm wire))下的基本泵100的动作将朝向图1C 中所示的应力加载状态驱动泵。泵100的设计以及过载活塞弹簧107 的选择取决于最坏条件与最佳条件之间的差别。在正常工作（无故
障）条件下，应力泵总是完成完整行程（如图IB所示的完全启动 状态），并且可靠地工作超过预期使用寿命，因为过度收缩及所产 生的应力最小化（如从图1C所示的应力加载状态中看到的）。所考 虑的最坏条件与最佳条件包括：操作温度范围、最小泵送速率（例 如，最小基础输送速率）、以及最大泵送速率（例如，最大单次注 射速率）。
重要的是要注意到，泵100的开环设计缺乏反馈，因此不能自 适应i也调节故障，因为并未感测到所述^t障。例如，i者如4主塞104 被卡住的泵故障可导致胰岛素输送输出量减小或为零，而且在被给 予了不适当的剂量时使用者（患者）还会以为泵在正确地操作。
图1D是示出了总体系统的框图，其中各个泵实施例都作为其 一部分。总体系统150包括微处理器150A、驱动电路150B、以及 泵元件150C。可认为所有这些部件都用于构成泵，尽管在本领域 的普通才支术人员中，泵元4牛150C有时也单独净皮称作泵。下面在本 申请中，将详细描述泵150C的和一部分驱动电路150B的许多不同 实施例。在胰岛素输送系统150中，所有部件（所示出的）可净皮封 装在一起或者它们可纟皮独立分组。例如，所期望的是将泵和驱动电
^各作为一组，同时远程设置泵元件。诸如4吏用者输入装置和显示器 等其它部件未示出，但它们都由与泵和驱动电路结合的处理器控制。
在图2中示出了另一实施例。图2中所示的设计包括指示完全 启动状态完成的反々贵，4旦在其它方面与图1中所示的泵相似。泵200 包括来自于开关（PISTON-NC 211)的反々贵，其表示过载活塞206 处于泵的顶部或与顶部盖202相接触。在下面的描述中，开关，诸 如开关211 (其提供反馈）也可被引用为它所提供的反馈。图2中 所示的具有PISTON-NC211反^t的泵以与图1中所示的基本泵100 相似的方式构造和才乘作。反々贵来自于常闭（NC)开关，该开关表示过载活塞206与顶部盖202相4妄触，如图2A和图2B所示。当泵 200进入图2C中所示的过载状态时，开关断开，并且反馈被供给 到驱动电路。如果在用于泵100的最大脉冲期间未接收到反馈，则 出现错误并且泵200的操作可被停止。PISTON-NC 211反馈被示为 直接连接到顶部盖202，这表示顶部盖202或者是由导电材料（例 如金属）制成或者是涂有适合的导电材料。如果给定泵的设计要求 顶部盖202由绝缘材料制成，则PISTON-NC 211反馈可被移动到顶 部盖202的内表面，以使PISTON-NC 211反馈与处于图2A中所示 的未启动^)犬态下的过载活塞206直4妾4妄触。
泵200的优点是基于来自（常闭）开关211的反馈而进行的故 障检测（如果在最大脉沖持续期间中开关未被启动）。由于在实现 最大泵动作时终止了启动脉沖，因此泵还节约能量。使能量消耗最 小化对便携式胰岛素泵是极为重要的，这是因为这使得泵可使用的 时间最大化，而不会给使用者带来不《更。
图2C示出了处于应力加载状态下的泵，其中形状记忆合金线 208已充分i也收缩以向下4i动过载活塞206,而不是向上4氐靠在构 置于壳体201内的止挡部上。在这种状态下，壳体201、 一主塞204、 过载活塞206以及形状记忆合金线208受到应力。然而，该应力受 限于过载活塞弹簧207的弹簧常#: (k),因此与图1C中所示的过 载活塞106抵靠在壳体101的硬止挡部上的应力加载状态相比较， 该应力降低了。用于进一步降低已最小化的应力所用的方法是，终 止乂人V + 209触点经由形状记忆合金线208流至V-210触点的电流 的一个脉沖或多个脉冲。这使得形状记忆合金线208停止收缩并因 而降低泵200上的应力。
如图3A和图3B中所示，存在两种主要方法来终止对于形状 记忆合金线208的一个脉沖或多个脉沖。实际驱动电^各是相同的， 并且图3A与图3B之间的唯一区别在于下面所述的电压输出（Vout)
和反馈连接。每个驱动电路都连接到电源VCC 301以及连接于系统 "l妾:l也GND 302。每个驱动电路均具有/人反々贵到VCC 301的负载电 阻R 303和/人反々赍到GND 302的可选滤波或"防反逸匕"电容器 ("debounce" capacitor ) C 304。反馈是数字式的，并且当出现大约 为0 V或GND 302 (即开关被闭合）时才企测到逻辑"0",而当出现 大约等于电源电压或VCC 301 (即当开关^皮断开时通过负载电阻R 303的功能）时检测到逻辑"1"。如果不存在任选滤波或"防反跳" 电容器C 304,则当开关由于与开关触点相关的才几械振动而断开或 闭合时，反馈可暂时振荡。如果存在任选滤波或"防反跳"电容器 C304,则反馈实际检测电容器C304上的电压，该电压不可能瞬时 改变。当开关闭合时电容器C 304将快速放电至大约0 V或GND 302;当开关断开时电容器将在与负载电阻R 303和电容器C 304 的翁H直成比例的速率下充电至大约电源电压或VCC301。例3。，量 值为10,000欧姆（10kD )的负载电阻R 303和量值为100 pF的电 容器C 304应具有l微秒（1 iusec)的时间常数并且反馈的状态应 在大约2微秒（2psec)之内从逻辑"0"改变为逻辑"1"，而不会 有任何振荡（噪音，可能由驱动电路不适当地施加）施加在反馈上。
图3A中所示的第一种方法是，将PISTON-NC 211连才妻至反々贵 以选通（gate)由驱动电3各产生的驱动信号Vout,并且该驱动信号 Vout连接到泵V + 209触点。当驱动电路接收到图2C中所示的进 入过载状态的反4f时，则一个"永沖或多个"永冲可,皮终止，乂人而应力 被减小并且节约了电能。图3B中所示的第二种方法是，通过 PISTON-NC 211触点而不是通过V + 209触点向泵200才是供电力。 只要PISTON-NC211开关如图2C中所示那才羊断开，这种方法就自 动地从形状记忆合金线208中去除电能。如果反锁，故忽略（即驱动 电路被简化以去除反馈），则过载活塞206可在图2B中所示的状态 与图2C中所示的状态之间振荡，直到来自于驱动电路的脉冲被终 止并且仅实现部分电力节约。如图3A所示，如果利用了反馈的话，
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则当驱动电路接收到图2C中所示的进入过载状态的反馈时，则脉 冲可纟皮终止以防止才展荡，并与第一种方法中一样实现了最大电能节约。
PISTON-NC 211反馈的添加减小了泵中产生的总作用力，并允 许泵被制造得更小、更轻，同时可靠性得以提高。遗憾的是，如果 柱塞204阻塞，则过载活塞将开始移动并提供表示泵在适当地操作 的反馈。而且，阻塞的柱塞204可能导致胰岛素输送的输出量减小 或为零，但在这种情况下，当实际上输送了不适当的剂量时，使用 者（患者）还会误认为泵在正确地」操作。
在图4A和4B的泵400中示出了本发明的另一个实施例。泵 400包含（更直接地）表示完全启动状态完成的反馈。泵400使用 (PLUNGER-NO )开关411来表示柱塞404 4氐靠在上部止挡部上。 该开关取^代开关211 (或与之结合），并且参照泵200描述的所有反 馈控制和应力限制特征都存在于泵400中。图5中所示的驱动电路 500与前面描述的驱动电^各300相似。如果柱塞未处在基于施加在 致动器上的电势（potential)所预期4立置上，泵400也可4企测关于 泵的故障，这也在前面描述过。相似地，如果柱塞未处在基于施加 在致动器上的电势所预期位置上，该泵也可检测阻塞。
在图6A和6B的泵600中示出了本发明的另一个实施例。泵 600与泵400在功能上相同，但却没有过载活塞406和过载弹簧407。 由于没有这些零件，因此顶部盖607优选具有一定量的柔韧性 (compliance,柔度，顺应性）并用作简4匕的弹簧。泵600具有比 泵400更少的零件，因此比泵400更轻、更小。更少零件通常还导 致在泵的整个使用寿命期间提高可靠性。
在图7A和7B的泵700中示出了本发明的又一个实施例。泵 700与泵600相似，具有反々贵开关710 ( PLUNGER-NC )的附加优
点，即，直4妄表示完全启动状态的完成并（在泵循环完成时）返回
到未启动4犬态。由于泵700 "#口道"^可时泵循环完成（以及<可时应 该完成），因此"知道"何时存在it障，并且可在爿〉知的容4晉i殳计 中允许（accommodate)这种故障。容4晉既在于柱塞704动作的直 冲妄测定又在于确^呆在最大可容许的泵循环时间之后柱塞停靠在失 效保护状态下（这也可表示泵系统中的主要阻塞）。如果供给到 V-708触点的电力（GND )(通过串联开关）被切换为提供辅助容错 (如一些泵送系统中那样），则附加的反馈也将表示V-708开关（出 于清楚的目的而未示出）的状态，因为在串联电力开关闭合时开关 710 (PLUNGER-NC)的值将为0 V而在串4关电力开关^皮断开时开 关710 ( PLUNGER-NC )的值将为VCC。如果在最大泵循环时间内 卄主塞不返回到完全降下状态，泵也可一企测到阻塞。
PLUNGER-NC 710反々贵净皮示出为直4妻连4妾于柱塞盖703，这表 示柱塞盖703或者由导电材料（例如金属）制成或者涂有适合的导 电材4+，与图2的顶部盖202相似。如果给定泵的i殳计要求柱塞盖 703由绝缘材料制成，则PLUNGER-NC 710反馈可被移动到柱塞盖 703的内表面，以使PLUNGER-NC 710反馈与处于图7A所示的未 启动状态下的柱塞704直接接触。图8中所示的驱动电路800与前 述的驱动电路相似。泵700和驱动电路800包括用于容错系统的最 小结构。下面描述的所有线性反馈技术均在增加了成本和复杂性的 代价下添加了故障解决办法并提高了容错性。
线性反馈
前面所述的泵的实施例还可包括直4妄表示出柱塞位置的线性 反馈。线性反馈可为模拟的或数字的，并用于检测柱塞的位置。线 性反馈也可基于泵各个操作阶段过程中柱塞的位置指示是否存在 故障。线性反々贵系统可4吏用导电编码标记。这是4企查柱塞位置的简
单且经济的方式。可替换地，也可4吏用利用光学编码标记的光学位 置感测。这更精确^旦也更复杂和昂贵。
图9A和9B示出了本发明的另一实施例泵900。泵900与泵 700相似，但除开关提供的反馈外还使用直接线性反馈。该反馈包 含在图中所示的线性反馈信号（LINEAR-FB) 911中。线性反馈也 可用于检测泵的充注（priming),随后将参照图11对其进行描述。
图9C示出了位置编码的一个可能的实施例，即一种才是供线性 反4贵的方法。在该实施例中，编;马方案4吏用导电编石马标i己。产生编 码格（encoding grid)的一种方式是，利用丝网印刷在导电表面上 的绝纟彖漆来绝纟彖某些区域。该导电涂层应位于移动部分的侧部上。 例如，导电涂层可直接位于活塞上或位于活塞的附件上。编码^#的 黑色区域是其顶部上没有漆料的金属表面。编码格的白色区域涂覆 有绝缘漆。顶部处的黑色行（长导电带）是参考接地。当触点930 接触黑色方块时它们短路接地。当对地短路时称它们构成"1"，而 当只于;也未短3各时称它们构成"0"。如果需要的话该逻辑也可颠倒过 来。
在图9C中所示的位置中， -接地触点与最高有效位（MSB)触 点以及最低有效位（LSB)绝缘。因此，其处于位置0 (二进制位 置00)。当该移动部分在触点930下面向左滑动时，则位置1 (二 进制位置01 )将冲妄着,皮感测到。当该部分再次向左滑动时，则位置 2 ( 二进制位置10 )将接着^皮感测到，依此类推。为了示出的目的， 图9C示出了4个位置，即，编码的2个二进制位。然而，也可将 其扩展为任意数量的位置。例如，32个位置应需要5个二进制位。 该凄t字化位置感测可用于活塞的数字反々贵和控制，因此可用于控制 活塞的位置和被输送的胰岛素的量。
可J吏用光学编码取代上述导电编码。取4戈短路触点，光学传感
器（例如，LED +光电池）用来感测是否存在闪亮金属或者是否存 在吸收光线的黑色漆泮+。
图9D中示出了对于图9C中所示的编码进行的^:小改变。在 图9D中编码标记或二进制位位于灰色编码中。也就是说，每一位 置只允许一个二进制位改变。灰色编码具有本领域7>知的若干有利特性。
随着时间的过去，可能出现触点和各种其它零件的退化。例如， 触点可纟皮弄脏、磨损或损坏，并且污染物可造成错-误的触点读取等。 这通常导致误差或错读。有各种方式来使得误差最小化以及校正可 能发生的各种误差。在一种方法中，对表面增加辅助的二进制位。 可增加一个单独的二进制位（称作奇偶校验位）来检查一些类型的 误差。可增加多个二进制位以用于更多的误差保护。通过若干增加 的二进制位，既可检测误差又可校正误差。关于这点的措施是本领 域中7>知的汉明距离（Hamming distance )。简要地i兌，汉明距离可 被理解为将一个字符串变成另 一个字符串所需要的改变的二进制 位的数量。有时使用字符数来代替二进制位的数量。
误差检测和校正理论是用作一部分无线电通信理论的公知科 学，并可应用于本发明的编码和位置识别机构。这包括BCH编码、 奇偶校验码、以及R-S码等。图9E的系统包括奇偶校验码，该奇 偶校验码可用于编码在移动物体上的误差4交正。
可通过为两个塑料绝缘表面电镀金属，或可替换地，简单地提 供两个金属表面而进行位置的才莫拟感测。这两个表面用作电容偏 一反，并一起构成电容器。 一个电容偏板应为静止的，而另一个电容 偏板应为包含活塞的移动组件的一部分。测得的电容与电容偏板之
间的距离成比例，因此可用于测量活塞的位置。这种才莫拟^立置感测 可用于移动部的反々贵和控制。
也可通过》兹测量而实现位置的P^莫拟感测，所述/f兹测量通过为移 动部增加》兹体并在静止部上感测而进4于。与上述电容测量相似，》兹
场将根据移动部与静止部之间的距离而改变。因此，磁性传感器可 用于测量活塞的位置并且这种类型的才莫拟位置感测可用于移动部 的反馈和控制。 一种类型的公知磁性传感器为霍耳效应传感器，但 也可使用任何磁性传感器。
可使用电阻测定来执行模拟线性反馈。与电位计相似，随着沿 柱塞长度进行更远的测量，将具有不同的电阻值。换句话说，电阻 将随电流必须经过的距离而增加。
线性反馈的使用具有许多优点。使用线性反馈的 一个优点是， 驱动电路可以以较高的精确度"伺服"柱塞或控制柱塞的位置或行 程。因此，部分柱塞行程可用于给出更精细的剂量输送，并且所述 剂量可为泵缸容积的任意分数。通过测量和控制柱塞移动可变尺寸
而不是^叉测量和控制离散（不连续，discrete)容积，可分配剂量。 另外，不仅可在不理想时（如泵700中）；险测部分柱塞行程，而且 还可测量部分行程的容积并将其与预期容积相比專交，由此增加了故 障解决办法。例如，如果认为发生了完整行程并输送了一定容积， 则系统可检测出泵送了少于期望的量并补偿缺少的量或通过报告 的误差的测量值来显示故障状态。具有位置4企测和控制的泵比不具 有位置检测和控制的泵具有更大的容错性。例如，如果出于某种原 因而难以获得完整4亍程范围的某一部分的话，泵可控制该^f亍程而^义 使用可得到的范围。这能够在泵上提供无法估价的额外操作时间， 否则，泵会是故障的或不起作用的泵。对于必须具有胰岛素的糖尿 病患者来i兌，该时间的i"介值是性命〗'文关的。
充注、容错、和伺服控制
对于基本泵设计的另 一 项改进是作为整个泵送系统的操作的
指示而不仅仅是柱塞的适当功能的指示来监控反馈。图IIA示出了 "充注"之前的泵，其中在通向患者的泵送系统中存在空气，所述 泵送系统包括管和输液装置（连4妾于4吏用者的部分，在该部分处减_ 岛素^皮4俞送到^吏用者的组织）。
以泵900为例，尽管在其它实施例（诸如泵700)中的应用也 是可行的，如图9A所示，在t-O时刻（初始时刻参考值），泵卯O ,皮启动（如果有的话V-908开关被启用并且电力通过驱动电路1000 -故施加乡合V+907触点）。在t=l时刻，柱塞904开始移动并且 PLUNGER-NC 910从逻辑"0"向逻辑'T，改变状态以表示柱塞 904移动。在t = 2时刻，柱塞卯4启动PLUNGER-NO卯9触点， PLUNGER-NO 909触点从逻辑"1"向逻辑"0"改变状态以表示柱 塞904已实现了完整的向上行程，如图9B所示。这4吏得经由反馈
(FB-NO)通过驱动电路1000去除电力，并且紧*接着，柱塞开始 落下并且PLUNGER-NO 909触点从逻辑"0"返回逻辑"1"改变 状态，如驱动电^各1000反々贵所确定的那才羊。在t = 3时刻，柱塞卯4 已完成了完整的泵循环并且PLUNGER-NC 910从逻辑"1" 返回 逻辑"0"改变状态以表示完整泵循环的完成，如图9A中再次示出
(这时，如果有的话V-908串耳关电力开关是不能用的，以防止由于 噪音或其它系统误差导致的可能的泵"失灵"）。数字式反馈提供了
简单清楚的故障显示。
在图11B中示出了相同的循环，其中泵送系统处于完全充注状 态并与图11A中所示的未充注状态相比较操作。图11A中从t-1 至1 = 2的时间比图IIB中的短，因为泵900、特别是柱塞904从容 器中;^由出与"夷岛素成比例的空气。这可归因于其中乂人系统中清除空 气的初始充注或归因于容器故障。相似地，图11八中从1 = 2至1 =
3的时间比图11B中的短，因为泵900、特别是柱塞904通过管和
输液装置推出与胰岛素成比例的空气。事实上，从t-2至t-3的 时间可用于检测已准备好插入的完全充注的泵。如果管或输液装置 在插入之后损坏的话，则乂人t-2至t = 3的时间将减少并可将检测 出故障。这种现象与在汽车上的液压刹车管线中具有空气的影响相 似，其中由于空气相对于流体的可压缩性而使得闸感觉到柔软。对 泵进4亍充注与^f吏闸"》文液卸压（bleed)"相似。当泵净皮充注时-毛费 更多能量来推动流体通过管和输液装置。当胰岛素被推入到使用者 身体（组织）中时该应力更加增大。由于柱塞904由柱塞弹簧906 驱动，因此额外力变4寻与时间相关，并在乂人1 = 2至1 = 3时^皮观'J量。
事实上，上述充注纟支术可用于在樣i处理器150A的控制下自动 地充注泵。胜于使使用者人工地充注泵并且当流体（诸如胰岛素） 开始从输液装置（未示出）的尖端冒出时停止充注泵，泵可4吏用上 述反々贵自动地充注泵并可选地-清求4吏用者确定充注完成。充注可包 括整个输液装置或泵的其它附件，不只包含泵本身。这种增强对于 年纪小的泵使用者和视力减退或视力不佳的人来说是尤为重要的。 那些使用者可依赖自动充注并可通过在液体排出待充注的终点时 感觉'液体而（可选;也）确定充、注。
该自动充注^支术也以与其它泵送系纟克坤目似、的方式应用。例^t口， 在具有步进电机的注射泵系统上，当监控时供给到电机的电力为以 与柱塞弹簧906所^:的功相似的方式由电^L所^:的功的显示。该功
4寻由用于测量电才几电*u的分流电阻器监4空，或者可选i也电池或电源 中的下降将净皮监控以指示出电才几所-使用的电力以及泵所估丈的功。
图11C示出了输入阻塞（在时间上从t = 1增加至t = 2)和输 出阻塞（在时间上乂人t = 2增加至t = 3 )的发生和4企测。该系统优选 i兌明电^各改变和电池电压下降，因此这些条件^皮4普误地解释为输入
或车lr出阻塞。
柱塞或活塞的驱动可^皮改进或伺;i良控制，以〗吏泵更有效地才乘作 并减小泵上的应力。这将实现了具有提高的可靠性的更小和更轻的泵。
图12A是示出了随时间变化的泵的操作的图表。图12A中的 时刻对应于图IIB中所示的时刻。如线性反馈信号911所示，位置 的改变率随时间的过去而增加，直到在1 = 2时刻活塞到达其行程的 顶部。在活塞;並撞力更止挡部时这会产生4交大应力。
图12B是示出了随时间变化的泵的操作，其中活塞运动被调整 以便于在其石並撞硬止挡部之前降低活塞的加速度和速度。这将减小 泵的所有移动部遭遇的应力量。在t = 0.5时刻，来自于驱动电路1000 的电力被减小以降低1 = 2时刻的应力（冲击）。这可包括施加到形 状记忆元件的电位的脉宽调制（PWM)。例如，PWM率可被调节 为新值或每隔一特定曲线而改变。通过增加临时的小的能量脉沖， 对于活塞动作的相似改进可改变导向t = 3的曲线，从而减慢柱塞 904的下P争。
尽管已参照其示例性实施例描述了本发明的各个方面，但应该 理解的是，本发明有权在所附权利要求的所有范围内受到保护。