胰島素泵由四部分組成:壹個帶有微電子芯片的人工智能控制系統和壹個電池驅動的系統。
機械泵系統、儲藥裝置、與機械泵系統連接的輸液管和皮下輸液裝置。輸液管的前端可以埋在病人的皮膚下。在工作狀態下，泵的機械系統接收控制系統的指令，驅動儲藥器中的活塞，最終通過輸液管將胰島素輸入皮下。
操作原理
胰島素泵子系統
1).泵和檢測方案
胰島素以“單位”計量，並分成100單位每毫升(或毫升)，假設標準濃度為U-100。在這種測量模式下，壹個單位相當於10μL .註射速率為1單位/小時，每次註射持續時間為3至10分鐘。胰島素片劑的劑量是幾個單位。通常，針管可以容納200至300單位的胰島素。
考慮到流速極慢，電機壹步壹步驅動齒輪泵，帶動針管的活塞非常緩慢的移動。通常只需要粗略測量電機的角度。大多數胰島素泵制造商使用光學編碼器和DC電機，也可以使用步進電機。為了減小系統的體積，還可以選擇使用MEMS泵或壓力泵，從而省去電機控制。
壓力傳感器用於檢測系統的密封情況，確保正常運行。基於矽應力計，這些傳感器的輸出信號幅度為毫伏量級，而鍵合線應力計的輸出信號範圍為微伏量級。應力計采用典型的電橋結構，基於* * *模式電壓產生差分信號，該電壓通常為電源電壓的壹半。
設計中可以使用帶差分輸入可編程增益放大器(PGA)的模數轉換器(ADC)，也可以使用帶內置ADC和外部差分放大器或儀表放大器(用於信號調理)的微控制器。壓力測量不需要很高的精度，因為壓力讀數只是用來指示工作是否正常，並不用於註射劑量的測量。
2).電源子系統
胰島素泵通常使用升壓調節器將單節堿性電池的低壓(1.5V，標稱值)輸入升壓至2V甚至更高。為了充分利用電池能量，升壓轉換器應該能夠在盡可能低的輸入電壓下工作。Maxim等電源廠商提供的Boost變換器可以在最低0.6V的電壓下工作，啟動電壓低至0.7V，可以有效延長電池的使用壽命。
升壓DC-DC轉換器非常適合此類應用，輸入電壓範圍為0.7V至3.6V，2MHz的開關頻率和電流控制模式大大減小了外部元件的尺寸，並可實現高於94%的轉換效率和更快的響應時間。該器件集成了所有開關電路(功率開關、同步整流器和反向電流隔離器)，進壹步縮小了方案尺寸。TrueShutdown電路可以在關閉狀態下將電池與負載完全斷開，有助於進壹步延長電池壽命。
如果設備要求嚴格穩定的電源電壓，可能需要在設計中進壹步穩定升壓電源。在這種低壓應用中，線性調節器可以提供更高的效率，因為沒有開關損耗(開關電源的固有損耗)。
此外，低壓差線性調節器(LDO)可以獲得更小的方案尺寸，這對於胰島素泵尤其重要。LDO的效率非常接近VOUT/VIN之比，當VIN與輸出電壓之差略高於LDO壓差時，可以獲得更高的效率。
如果電機需要穩壓電源，可以選擇開關模式轉換器。為了減小尺寸和重量，可以選擇開關頻率最高的轉換器。對於多電源系統，可選擇電源管理IC(PMIC)。
3).電池管理
胰島素泵制造商在降低功耗和延長電池壽命方面取得了巨大進步。目前，市場上使用的胰島素泵每次更換電池或充電都可以工作3到10周。大多數胰島素泵使用AA或AAA堿性電池或鋰電池。原電池(不可充電電池)的使用非常普遍，但使用可充電電池有助於節省長期成本。因為充電電池容量比較低，充電次數比較頻繁。
受尺寸限制，大多數胰島素泵為了節省充電器，使用堿性電池供電。由於缺少電表，電池電量指示器主要采用簡單的電壓測量方法，有時結合溫度測量。系統將電壓和溫度信號發送給ADC進行量化，微控制器處理這些數據，並使用查找表來確定電池的剩余電量。然後將電量值發送到顯示器上(通常是壹個電池圖標，分為幾個網格顯示剩余電量)。當電源降至最後壹個電網時，胰島素泵會發出低電池電壓警報。
4).編程和控制單元
如上所述，患者需要根據具體需要調整藥物的劑量，這就需要壹個相當簡單的界面，比如用戶只需要控制幾個按鈕。用戶還可以設置壹些提示來幫助管理胰島素的註射劑量。
大多數胰島素泵使用單色和自定義字符的液晶顯示器(LCD ),少數胰島素泵使用彩色顯示屏。顯示屏提供有關胰島素註射劑量、註射速度、剩余電池電量、時間、日期、提示信息和系統警報狀況(如鎖定或胰島素儲備不足)的信息。FDA要求監護儀在通電時進行自檢，設計中需要內置和測試功能。此外，用戶還需要提供觸摸屏輸入的視聽響應。
新壹代胰島素泵包括連續監測和顯示功能。這些系統使用帶有發射器的連續監測器，測量數據通過無線發射器傳輸，報告傳感器檢測到的血糖值，以便在適當的時間激活泵註射。胰島素泵還將提供基於歷史測量數據的分析圖表，以指導胰島素註射量的計算。
5).自檢功能
根據FDA規定，當所有胰島素泵通電時，它們必須首先運行自檢(POST)程序，以測試關鍵處理器、電路、指示器和報警功能。有些崗位操作需要用戶觀察，額外的自檢電路有助於降低潛在的故障風險。
比如有的模塊使用安全處理器來監控主處理器的運行，壹旦發現意外情況會立即發出報警信號；壹些自檢系統可以簡單地監控電流，電流由發光二極管(LED)的開和關來指示。壹旦電流降至設定閾值以下，就會產生故障指示。常用自檢電路采用看門狗定時器(WDT)，具有WDT功能的微處理器監控電路監控程序的運行狀態。醫療設備通常不允許將監控電路集成到微處理器IC本身，因為這種架構中的監控電路可能會與處理器同時發生故障。
監控電路是保證患者使用過程中胰島素泵正常工作的關鍵，在所有電路達到容差範圍並保持穩定之前，微控制器必須處於復位狀態。電壓監測電路監測電源的過壓和欠壓情況，還需要檢測電機的運行和停機。電機故障是嚴重的系統故障，報警具有最高優先級。ADC可以內置在微處理器中，也可以用作外部微處理器來量化傳感器的讀數(溫度、電機、負載、胰島素泵壓力和電池電壓)。
6).報警和輸入輸出功能
胰島素泵需要視聽報警功能，以在檢測到故障、達到指定時間或觸發某些預警條件時提醒用戶。LED可用作遠程血糖監測和胰島素泵的可視指示器。綠色LED閃爍通常表示正常運行，紅色LED信號用於表示報警或預警狀態。
蜂鳴器必須裝有自檢電路，可以間接監測揚聲器的阻抗是否在正常範圍內；也可以在音箱附近安裝麥克風，直接產生音頻輸出，檢測電平是否在正常範圍內。各種運算放大器、比較器、音頻放大器、麥克風放大器等元件在報警和自檢功能的設計中經常用到。音頻數模轉換器(DAC)可以產生獨特的報警輸出信號。
新型胰島素泵還將使用偏心旋轉塊(ERM)電機來產生振動警報。ERM電機驅動並不嚴格，但需要壹個放大器或調節器。安裝電池會產生壹個簡短的ERM自測。
所有胰島素泵必須滿足IEC61000-4-2靜電放電(ESD)保護的要求，這可以通過內置保護的設備或外部添加ESD線路保護設備來實現。Maxim提供各種具有高ESD保護功能的接口器件，還提供ESD保護二極管矩陣。
考慮到對胰島素註射安全性的嚴格要求，系統需要記錄事件，並對記錄數據和過程的變化進行時間戳標記。該功能需要實時時鐘(RTC)的支持。當然，時鐘也可以提供鬧鈴功能。
大多數胰島素泵都提供了壹個數據端口，可以向計算機發送數據或下載升級的固件。通過該功能，可以將歷史數據輸入到應用程序中，並傳輸到監控中心，以獲得對糖尿病治療的支持。USB口是最常見的數據接口，存儲卡的數據口應具有ESD保護、限流、邏輯電平轉換等功能。
此外，射頻接口為胰島素泵提供了額外的鏈接，以支持連續血糖監測，並根據傳輸的數據預測血糖的趨勢；數據也可以發送到主機，計算機可以下載記錄的泵運行數據和血糖的歷史數據，必要時甚至可以向胰島素泵發送上傳指令。無線接口可以是藍牙或ISM頻段的收發器。