一款人性化輸液器的研制

陸國(guó)忠，曾為馳，田 俊，王科兵

0 引言

輸液是醫(yī)療救治中最常用的手段之一，其不僅可以為患者補(bǔ)充體液、電解質(zhì)或提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還可作為很多藥物的載體，經(jīng)過(guò)靜脈而直接進(jìn)入人體，達(dá)到作用直接、起效快的治療目的。而輸液的這一過(guò)程離不開(kāi)輸液器的支持，可見(jiàn)后者的重要性。但目前國(guó)內(nèi)一般醫(yī)院所使用的靜脈輸液器都采用高位懸掛的方式即依靠重力原理進(jìn)行輸液[1]，這種傳統(tǒng)的輸液器需要一定的位壓差，限制了患者的人身自由，給患者帶來(lái)不便。另外，該類輸液器功能簡(jiǎn)單，不具備精確輸液、避光、加熱、及時(shí)提醒等更人性化的輸液功能。為對(duì)傳統(tǒng)輸液器進(jìn)行人性化的創(chuàng)新[2]，提高患者的自由度以及輸液過(guò)程中的舒適度和安全性，故設(shè)計(jì)此款能隨身攜帶且集精確控速、避光加熱、精細(xì)過(guò)濾、及時(shí)提醒等功能于一體的輸液器，以期能夠彌補(bǔ)上述不足，改善輸液的醫(yī)療質(zhì)量，彰顯輸液過(guò)程中的人性化服務(wù)。

1 輸液器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輸液器以粘貼繃帶的形式固定在患者的手臂上，分為3個(gè)部分（如圖1、2所示）。第1部分與第2部分可通過(guò)粘貼繃帶組合在一起，以免丟失，又因第1、第2部分各自獨(dú)立，二者之間的距離可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，故可適應(yīng)不同人群的需要。

圖1 輸液器第1、2部分結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 輸液器第3部分結(jié)構(gòu)示意圖

輸液器第1部分為輸液動(dòng)力、控制、警報(bào)及加熱的集合體，包括固定粘貼繃帶、輸液更換籃、輸液驅(qū)動(dòng)器、液晶控制面板及按鍵（控制面板包括以下控制模塊：滴速調(diào)節(jié)模塊、滴速檢測(cè)及警報(bào)模塊、加熱調(diào)節(jié)及警報(bào)模塊、電壓過(guò)低警報(bào)模塊）、蓄電池、外接電源線（附帶電壓交換調(diào)節(jié)器）、紅外線加熱及警報(bào)裝置和卷縮式避光黑布；第2部分為輸液器末端裝置，包括固定繃帶、針頭固定裝置；第3部分為輸液管，不同于目前常用的普通輸液管。

2 輸液器的原理設(shè)計(jì)

輸液器為不同輸液功能的設(shè)備整合體，具備精確輸液、避光加熱、精細(xì)過(guò)濾、及時(shí)提醒等不同的輸液功能，分為3部分，其各部分的設(shè)計(jì)原理如下。

2.1 輸液器第1部分的設(shè)計(jì)原理

（1）輸液籃起盛放并固定輸液瓶（袋）的作用，輸液籃內(nèi)附有可上下調(diào)節(jié)的掛鉤，以固定不同體積的輸液瓶（袋）。輸液籃附帶棕色的塑料避光罩，需要避光時(shí)把避光罩打開(kāi)，不需要時(shí)關(guān)閉，避光罩打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)均可直接觀察輸液的剩余量。

（2）輸液器主要由蓄電池提供所有控制元件所需的動(dòng)力，并有外接電源線，附帶電壓轉(zhuǎn)換控制器為蓄電池充電。

（3）輸液器控制面板采用TI的MSP430系列單片機(jī)為控制芯片，該控制芯片具有功耗低、體積小、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，適合于便攜式輸液器的功能需求[3]。

（4）輸液器帶有觸屏式液晶顯示器，內(nèi)設(shè)有輸液控制模塊，輸液器所有的控制按鍵均集中于液晶顯示器上。使用時(shí)根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)后，所有監(jiān)控指標(biāo)均自動(dòng)呈現(xiàn)在顯示器上，且所有設(shè)置參數(shù)均可根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整或根據(jù)需要發(fā)出運(yùn)行和停止的指令，以適應(yīng)輸液過(guò)程中的多樣性需求。輸液器控制模塊能實(shí)現(xiàn)的主要操作有：①使用前可進(jìn)行滴速、輸出藥液量等參數(shù)的設(shè)定；輸液開(kāi)始前能迅速排空新輸液膠管內(nèi)的空氣；在輸液時(shí)可隨時(shí)暫停輸液，并可以隨時(shí)重新啟動(dòng)繼續(xù)輸液。②滴速檢測(cè)，當(dāng)輸液滴速小于或大于設(shè)定參數(shù)時(shí)自動(dòng)報(bào)警啟動(dòng)，輸液自動(dòng)停止，待排除原因或調(diào)整參數(shù)后重新啟動(dòng)輸液程序。③電壓過(guò)低報(bào)警，當(dāng)電壓低于設(shè)定參數(shù)時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警，并自動(dòng)停止輸液，更換電源后重新啟動(dòng)輸液程序。④加熱監(jiān)控，當(dāng)天氣寒冷或患者需要液體加熱時(shí)使用，可設(shè)定人體合適的加熱溫度并自動(dòng)調(diào)控，同時(shí)具有液體溫度監(jiān)測(cè)顯示和超溫報(bào)警功能。

（5）輸液器驅(qū)動(dòng)模塊由兩相4線式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和泵體組成。由于輸液要求計(jì)量準(zhǔn)確、可靠，因此可選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把脈沖信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換為精確轉(zhuǎn)子位置增量運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即將脈沖信號(hào)變成電動(dòng)機(jī)相應(yīng)角位移的機(jī)械。因此，通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)就可以控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，通過(guò)改變脈沖的頻率就可以控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)泵體的凸輪機(jī)構(gòu)循環(huán)壓縮輸液管，實(shí)現(xiàn)輸液及對(duì)其滴速進(jìn)行控制的功能。

（6）輸液滴速檢測(cè)模塊，通過(guò)對(duì)滴速的測(cè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)輸液精確化，當(dāng)輸液滴速超出設(shè)定值范圍時(shí)，可及時(shí)警報(bào)并停止輸液。

（7）加熱裝置，通過(guò)紅外線對(duì)經(jīng)過(guò)的液體進(jìn)行加熱，加熱裝置上有溫控器，對(duì)液體加熱溫度控制在20～30℃，適合人體的需要。

（8）溫控警報(bào)裝置，對(duì)加熱后的液體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)輸液溫度不在20～30℃時(shí)，及時(shí)警報(bào)并停止輸液。

（9）卷縮式避光黑布，收縮儲(chǔ)藏于輸液器第1部分的下端。因輸液管較短，且部分輸液管已被輸液器遮擋，其裸露部分如果需要避光時(shí)，則將卷縮式避光黑布拉出，粘貼于第2部分的固定繃帶上。

2.2 輸液器第2部分的設(shè)計(jì)原理

（1）輸液器第二部分依靠固定繃帶固定在手臂上，其上有針頭固定裝置。

（2）針頭固定裝置為一個(gè)可打開(kāi)的長(zhǎng)條形夾子，能夠穩(wěn)固夾住輸液管，但又不擠壓輸液管，不影響輸液流速。當(dāng)針頭刺入血管后，將針頭的連接輸液管固定在針頭固定器中，因針頭固定器固定在繃帶上，而繃帶又固定在手臂上，因此可通過(guò)固定針頭的連接輸液管來(lái)固定輸液針頭。

2.3 輸液器第3部分的設(shè)計(jì)原理

輸液器第3部分為獨(dú)立的輸液管，其與目前普通常用的輸液器基本功能相同，但其長(zhǎng)度僅為普通輸液器的1/3，而且管壁耐壓耐磨。其過(guò)濾裝置也較普通輸液器更精細(xì)，過(guò)濾面積也更大，能高效過(guò)濾微小的細(xì)菌及體積大于細(xì)菌的所有微粒雜質(zhì)。

3 輸液器的功能實(shí)現(xiàn)

使用該輸液器前，打開(kāi)蓄電池電源開(kāi)關(guān)，輸液器各系統(tǒng)模塊均已初始化，處于等啟動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)患者的特點(diǎn)，在液晶控制面板上設(shè)置需要的技術(shù)參數(shù)，除輸液滴速控制和檢測(cè)模塊需要根據(jù)不同患者的情況進(jìn)行技術(shù)參數(shù)調(diào)整外，其他技術(shù)參數(shù)均可一致化，減少了因按鍵操作過(guò)多而可能導(dǎo)致的醫(yī)療差錯(cuò)。使用時(shí)將該輸液器通過(guò)繃帶固定在患者的手臂上，將輸液瓶（袋）放入輸液籃，輸液管放入輸液器，特別要注意將輸液管與驅(qū)動(dòng)裝置、加熱器、滴速檢測(cè)器貼合緊密，確保發(fā)揮正常的使用功能。將輸液管上端插入輸液瓶（袋）并將其固定，因輸液驅(qū)動(dòng)裝置緊壓輸液管，輸液不可自行流動(dòng)，處于靜止?fàn)顟B(tài)，啟動(dòng)滴速控制按鍵，快速排除空氣，使液體充滿整個(gè)輸液管，再暫停滴速控制按鍵。輸液不再流動(dòng)后，進(jìn)行靜脈穿刺，穿刺完成后打開(kāi)輸液針頭固定裝置，固定輸液針頭。然后根據(jù)需要，選擇是否啟動(dòng)加熱功能和避光功能，而其他檢測(cè)和警報(bào)功能均為啟動(dòng)狀態(tài)。輸液過(guò)程中，如發(fā)出警報(bào)，輸液自動(dòng)停止，待排除原因后，按操作鍵可繼續(xù)使用。當(dāng)液體全部流過(guò)滴速檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器會(huì)因檢測(cè)不到液體流動(dòng)而發(fā)出警報(bào)，并停止驅(qū)動(dòng)裝置，提示要更換液體，液體更換后，按第一次操作方法再次啟動(dòng)輸液器進(jìn)行排氣、沖管、輸液。

4 輸液器的使用情況分析

此輸液器通過(guò)固定繃帶固定在患者的手臂上，不妨礙手臂的活動(dòng)，繃帶粘貼松緊可調(diào)節(jié)，可適用于不同的人群。輸液器因有蓄電池驅(qū)動(dòng)裝置，可隨身攜帶，而檢測(cè)和警報(bào)裝置又可使患者不必?fù)?dān)心輸液過(guò)程中的任何問(wèn)題，因此大大提高了患者的自由活動(dòng)能力和范圍。加熱裝置可使輸注到患者體內(nèi)的液體溫度更加舒宜，提高了患者輸液過(guò)程中的舒適感以及治療依從性。避光裝置、過(guò)濾裝置提高了輸液的安全性，增加了患者治療的信心。該輸液器無(wú)論是輸液暫?；蜉斠和Ｖ?，因輸液管內(nèi)有液體壓力，均可有效阻止靜脈血回流至輸液管內(nèi)，減輕患者因看到靜脈血回流而引起的心理負(fù)擔(dān)。

5 結(jié)語(yǔ)

該輸液器的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)以人為本的輸液理念，改變傳統(tǒng)輸液器在輸液過(guò)程中患者不能自由活動(dòng)，輸液不能加熱避光，輸液有害微粒部分不能過(guò)濾等不安全、不人性化的方面，從而改善輸液的醫(yī)療質(zhì)量，因此該輸液器具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1] 楊驕，夏繼斌，劉敏，等.便攜式智能輸液機(jī)在小兒輸液中的應(yīng)用研究[J].臨床軍醫(yī)雜志，2012，40（2）：444-445.

[2] 陸蔚華，劉蘇，朱如鵬.便攜式輸液器人性化設(shè)計(jì)理念實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）：158-162.

[3] 王恩剛，王偉杰.基于DSP的人體自動(dòng)便攜式輸液器的研制[J].醫(yī)療裝備，2006，19（5）：1-4.