便攜式智能快速輸血輸液裝置的泵體設(shè)計*

種銀保 劉九零 趙 安 王 晴

引 言

目前醫(yī)療機構(gòu)使用的輸液設(shè)備有普通輸液器，加壓輸血輸液裝置，輸液泵等。普通輸液器是依據(jù)重力原理，液位差來進(jìn)行輸液。具有簡易性和快速應(yīng)急性;因此目前它是急救醫(yī)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)方案[1]。如要使用這種輸液器實現(xiàn)快速液體補充[2]，則需同時在多個位置進(jìn)行輸注，這需要大量的醫(yī)護(hù)人員，增加了護(hù)理負(fù)擔(dān)[3]。在一些特殊條件如戰(zhàn)災(zāi)傷員的擔(dān)架護(hù)送，車、船、飛機運輸傷員時的應(yīng)急輸液，采用這種輸液裝置進(jìn)行輸注將更加困難。加壓輸血輸液裝置[4]：充氣輸液，利用手動或電動方法向輸液瓶、輸液袋內(nèi)注入氣體，利用氣體產(chǎn)生的氣壓壓注液體進(jìn)入人體。其優(yōu)點是裝置簡單，可實現(xiàn)快速輸注;缺點是所充氣體對液體存在污染、氣栓輸液的威脅。加壓輸液，其原理是利用手動、機械或電動方法向軟包裝液體袋施加壓力，從而達(dá)到加壓快速輸液的目的[5]。此類裝置已具備了一定的院前急救、野外、戰(zhàn)場救治的功能，但由于其并未從根本上去除莫非氏滴管，使用上存在一定的局限性。同時，在一袋液體輸注結(jié)束時，液體袋更換操作不便會延誤救治。

便攜式輸注裝置[6-7]利用彈性囊（膜）的回縮壓力以基本不變的流量將藥液壓出，直至排空囊內(nèi)裝的全部藥液。這種裝置可以隨身攜帶，使用方便，多用于長時間或間斷地輸液。但此類裝置僅適用于鎮(zhèn)痛、化療等微小劑量藥物低速輸注，因其直接接觸藥滴，每使用一次都需要滅菌才能重復(fù)使用，靈活性差。這些裝置使用上存在一定的局限性，輸液泵多種多樣，常見的有蠕動泵、容積泵、脈沖泵、注射泵等，而以步進(jìn)電機驅(qū)動的蠕動泵為主[8]。輸液泵技術(shù)先進(jìn)、智能化程度高，能應(yīng)用于急救時液體快速輸液，優(yōu)點：精度高、誤差小、安全可靠，特別適宜院內(nèi)急診、ICU、CCU等;缺點：體積、重量、功耗大，工作環(huán)境需要輸液支架、交流供電，即使部分輸液泵自帶充電電池，但因一次充電使用時間太短（≤1 h）等，不適宜院前急救、野外、戰(zhàn)場救治需要。

如何實現(xiàn)院前急救、野外、戰(zhàn)場快速補液是軍事醫(yī)學(xué)、急救醫(yī)學(xué)研究的熱點[9]，而研制便攜智能快速輸血輸液裝置的關(guān)鍵是具有體積小、重量輕、功耗低的微電機驅(qū)動的輸血輸液泵體。

2 泵體結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1，本微電機輸血輸液泵體包括上方的輸血輸液板總成4和下方的微電機驅(qū)動機構(gòu)5-9等主要零部件組成。

圖1 輸血輸液泵整體結(jié)構(gòu)圖

2.1 輸血輸液板結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 輸血輸液板與空氣消除膜片結(jié)構(gòu)圖

如圖2和圖3，輸血輸液板總成4由四個單向閥42A、42B、42C和42D、兩根彈性泵管44A、44B，一塊空氣消除膜片45和阻抗探測電極457、458集成于輸血輸液基板41上構(gòu)成。輸血輸液基板41采用醫(yī)用有機玻璃PMMA壓模制成，在其兩端有相互平行的進(jìn)液道47和出液道49，進(jìn)液道47上有連接輸血輸液袋的進(jìn)液口48，出液道49與空氣消除膜片45的進(jìn)液道454連通。在進(jìn)液道47和出液道49的兩端分別通過泵管接頭43連接兩根平行的泵管44A和44B，并分別在泵管接頭43內(nèi)設(shè)置單向閥42A、42B、42C和42D，所有單向閥均朝向出液方向單向開啟。輸血輸液基板41采用PMMA材料，泵管44A和44B、單向閥42A、42B、42C和42D采用APSP硅膠。

圖3 空氣消除膜片與阻抗探測電極結(jié)構(gòu)示意圖

空氣消除膜片45的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3和圖4，空氣消除膜片45集成在輸血輸液基板41上，以泵體基板41作為膜片下體455，膜片上體451采用另一塊板，兩者粘合并超聲焊接成一個腔體，并在中間設(shè)置親水性空氣阻隔膜片452，將腔體分割成上下兩個腔，在下腔的底部設(shè)置有帶排氣膜片453的消氣孔456，同時在上腔壁上形成有微型三角型溝槽459，形成毛細(xì)管空氣消除陣列液路。進(jìn)液道454從下腔接入，出液口46由上腔接出。阻抗探測器的兩個阻抗檢測電極457和458設(shè)置在出液口46處。

圖4 圖3的A-A剖面圖

2.2 微電機直線驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計

圖5 微電機直線驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖

如圖1和圖5，微電機驅(qū)動機構(gòu)具有減速微電機16、擺動擠壓頭7、偏心軸承9、電路板11和電源裝置等。它們安裝在由機殼1和固定板2構(gòu)成的殼體內(nèi)。固定板2固定在機殼1上，在固定板2上通過鎖定器3卡裝輸血輸液板總成4。在固定板2上與輸血輸液板總成4上設(shè)置阻抗檢測電極457和458對應(yīng)的位置設(shè)置有導(dǎo)電柱18，通過導(dǎo)電柱18在阻抗檢測電極457、458和電路板11之間實現(xiàn)電連接，導(dǎo)電柱18是通過彈性膠墊17安裝在固定板2上的。減速微電機16通過軸8連接偏心軸承9，減速電機軸8的端部通過軸承20安裝在軸承座19中。在機殼1上設(shè)置有變速旋鈕15，與電路板11電連接，電路板11通過控制信號線連接減速微電機16，對電機進(jìn)行變速控制。擺動擠壓頭7下部為U型叉狀，叉在偏心軸承9上，隨偏心軸承9的轉(zhuǎn)動而左右擺動，擺動擠壓頭7上部的擠壓頭為T型，向上伸出于固定板2，并裝在固定板2中間的導(dǎo)向槽5中，導(dǎo)向槽5上方固定定位板6對T型擠壓頭的上下位置進(jìn)行定位，T型擠壓頭的兩端分別正對輸血輸液板總成4上的第一和第二泵管44A和44B的側(cè)壁，并在擺動擠壓頭7擺動時交替伸出導(dǎo)向槽5去擠壓第一泵管44A或第二泵管44B。

2.3 驅(qū)動方式

本輸血輸液泵體設(shè)置了兩種電源方式，一種是通過設(shè)置在機殼1外側(cè)的低壓電源插座10接市電，另一種是通過設(shè)置在機殼1底部下機殼12中的電池14和電池盒13，由電池14供電。

3 泵體的工作原理

3.1 液路連接

在輸血輸液前，將輸血輸液袋21（或瓶）通過輸血輸液管22與泵體總成4的進(jìn)液口48連接，將空氣消除膜片45上的出液口46通過標(biāo)準(zhǔn)Luser連接器23與輸血輸液針連接，擠壓輸血輸液袋21，使單向閥42A、42B、42C和42D打開，整個管道液路系統(tǒng)充滿輸注液體。

本輸血輸液泵體的工作原理參見圖6：

圖6 液路工作原理圖

3.2 輸液原理

當(dāng)液路連接好的泵體總成4卡裝在微電機直線驅(qū)動機構(gòu)后，擺動擠壓頭7預(yù)壓彈性泵管44A、44B兩泵管，啟動微電機直線驅(qū)動機構(gòu)的微電機16轉(zhuǎn)動，擺動擠壓頭7一個頭壓縮彈性泵管44A時，單向閥42A打開，單向閥42B、42D關(guān)閉，充滿第一泵管44A的液體流經(jīng)空氣消除膜片45后被輸出;擺動擠壓頭7另一頭退出44B泵管，借助泵管的彈性復(fù)位性能，單向閥42C打開液體同時被吸入，反之，當(dāng)減速擺動擠壓頭7壓縮第二泵管44B時，單向閥42D打開，單向閥42A、42C關(guān)閉，充滿第二泵管44B的液體流經(jīng)空氣消除膜片45后被輸出。擺動擠壓頭7另一頭退出44A泵管，借助泵管的彈性復(fù)位性能，單向閥42B打開液體同時被吸入，擺動擠壓頭7擺動交替壓縮第一和二泵管44A和44B，這樣就會在標(biāo)準(zhǔn)Luser連接器23輸出口形成具有一定壓力的連續(xù)不斷的液體輸注給病人，類似于心房心室的連續(xù)工作原理。單向閥的閥瓣能阻止反流。

3.3 氣泡報警

在輸注過程中，當(dāng)阻抗探測電極457、458探測到有氣泡時、就會將信號通過導(dǎo)電柱18傳輸給電路板11，電路板11即控制減速電機立即停止工作，系統(tǒng)還可發(fā)出聲光報警。

膜片的毛細(xì)管陣列液路氣泡過濾技術(shù)是本裝置特點之一，在急救中當(dāng)輸血輸液袋掉到地上，或出現(xiàn)倒流，大量空氣會進(jìn)入管路。但是有了該膜片及單向閥，就不會出現(xiàn)此情況。單向閥可阻止倒流，將阻抗探測電極設(shè)置膜片的出液口處，在病人側(cè)管路中，發(fā)現(xiàn)氣泡立即停機，以確保萬無一失。

4 試驗

4.1 試驗依據(jù)

試驗檢測依據(jù)國家《醫(yī)用電氣設(shè)備第2-24部分：輸液泵和輸液控制器安全專用要求》（GB9706.2）

4.2 試驗條件

在25 ℃環(huán)境溫度下，采用生理鹽水進(jìn)行測試，液袋與輸血輸液裝置處于同一水平面。

表1 裝置主要性能指標(biāo)試驗檢測結(jié)果

4.3 結(jié)果分析

由表1試驗檢測結(jié)果可見，該裝置在各檔位液體流速實測值與設(shè)置值誤差＜10%，符合臨床應(yīng)用要求;能夠檢出0.02 mL的氣泡，具有較高的靈敏度，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn);報警壓力為719 mmHg，從實際發(fā)生阻塞到觸發(fā)報警所用的時間為≤18 s，達(dá)到設(shè)計要求。

5 結(jié)論

本泵體結(jié)構(gòu)獨特、功耗低、6節(jié)AAA電池供電能連續(xù)工作8 h，重量輕（250 g）、體積?。?9 mm×60 mm×45 mm）、攜帶方便，新穎實用的空氣濾除裝置設(shè)計，采用阻抗探測電極對輸注全程進(jìn)行氣泡檢測報警，使得整機具有安全性和實用性等特點。

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