一種浮球控制通用型醫(yī)用輸液自動換瓶裝置的研究

沈穎惠，劉瑋，劉益，毛敏

1. 岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414000；2. 岳陽市二人民醫(yī)院 病理科，湖南 岳陽 414000；3. 湖南師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬岳陽醫(yī)院 病理科，湖南 岳陽 414000

引言

物理原理控制的自動換瓶裝置不但能極大地減輕護士勞動強度，減少護患糾紛，提高患者的休息質(zhì)量等，還具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、不耗電等特點。特別是浮球閥門控制的自動換瓶輸液頭，其利用特殊的浮球控制機制，即前端輸送液體時浮球閥門上浮，關(guān)閉當(dāng)前輸液頭通道，實現(xiàn)當(dāng)前輸液瓶輸注等待；當(dāng)前端輸送空氣時，浮球閥門下沉，打開當(dāng)前輸液瓶通道，實現(xiàn)當(dāng)前輸液瓶繼續(xù)輸注液體，從而實現(xiàn)自動換瓶。本團隊前期分別研究了硬瓶輸液時浮球閥門控制自動換瓶裝置及軟袋輸液時浮球控制自動換瓶裝置[1-4]。然而，醫(yī)院在進行輸液治療時往往會同時采購軟瓶、硬瓶或者不軟不硬的容器來容納的液體，特別是現(xiàn)在常用的塑料硬瓶（不軟不硬，開始輸注時不需進氣，后段時間的輸注才需進氣），極大地局限了浮球控制的用于單純硬瓶或單純軟瓶自動換瓶輸液頭的使用范圍。如能對輸液頭進一步改造，整合用于單純硬瓶和單純軟袋控制原理，并在兩種原理間實現(xiàn)自動選擇，最終實現(xiàn)用浮球閥門控制的能夠在硬瓶、軟瓶或不軟不硬瓶中均能使用的自動換瓶輸液頭，即通用型自動換瓶輸液頭，就將更加擴展浮球控制自動換瓶輸液頭的使用范圍和便利性。

1 研究目標(biāo)

浮球閥門控制的通用型自動換瓶輸液頭是自動換瓶輸液頭研究的終極目標(biāo)，但其技術(shù)難點也顯而易見，即要在同一個輸液頭中整合兩種控制原理（用于硬瓶的和軟袋的自動換瓶原理），并實現(xiàn)自動選擇、自由切換其控制原理。簡單地說，用于硬瓶的自動換瓶輸液頭核心原理是利用浮球閥門控制當(dāng)前輸液瓶適時進氣[1-2]；用于軟袋的自動換瓶輸液頭核心原理是實現(xiàn)當(dāng)前軟袋如何實現(xiàn)輸注等待并適時終止等待[3-4]。本研究就是要在同一個輸液頭中把這兩個原理整合好，同時解決其他一些細節(jié)問題，如軟瓶輸液時返流的問題，硬瓶輸液時的瓶內(nèi)主動抽液和被動吸氣問題（因為同時打開導(dǎo)氣管和導(dǎo)液管時，閥門室內(nèi)的空氣不會主動進入硬瓶內(nèi)，而需要對瓶內(nèi)進行主動抽液，再導(dǎo)致被動進氣）等。

2 方法

為整合兩種自動換瓶輸液頭控制原理并實現(xiàn)自動選擇、自由切換控制原理，本團隊的技術(shù)方案是：設(shè)計浮球控制的通用型自動換瓶輸液頭，其由四個開口、兩條橫向主要通道、兩條縱向通道和閥門室、浮球閥門構(gòu)成。四個開口分別是入液體管口、出液體管口、導(dǎo)氣口及導(dǎo)液口，三條主要通道分別是由入液體管口連接導(dǎo)氣口構(gòu)成的進氣道、由導(dǎo)液口連接出液氣管口的出液道、由入液管口和出液管口構(gòu)成的短路通道。前面輸液瓶開始輸注時，該輸液頭啟用短路通道，即通過閥門控制阻斷進氣道和出液道，使該輸液頭控制的輸液瓶實現(xiàn)輸注等待（即等待前一瓶輸注完畢自己才開始輸注，避免藥品混合）。輸注等待結(jié)束后（即前一瓶輸注完畢），當(dāng)該輸液頭控制的當(dāng)前輸液瓶為硬瓶時，該輸液頭在浮球閥門的控制下啟用進氣道進氣，同時啟用出液道出液，實現(xiàn)當(dāng)前硬瓶開始輸注，自動換瓶完成。當(dāng)該輸液頭控制的當(dāng)前輸液瓶為軟袋時，則該輸液頭在浮球閥門的控制下開啟進氣道和出液道同時進行輸注（因不需進氣，因而進氣道也有液體輸注），當(dāng)前軟袋自動換瓶完成，技術(shù)原理見圖1[5-7]。

圖1 通用型自動換瓶輸液頭原理示意圖

3 結(jié)果

3.1 建模研究

為了測量并驗證通用型自動換瓶輸液頭功能，本研究建立了一個功能模型（放大型），并在入液管口、出液管口及導(dǎo)氣管口和導(dǎo)液管口處分別放置液體測速裝置，以時間為橫軸，截取換瓶時間節(jié)點前后幾秒，以流速為縱坐標(biāo)形成坐標(biāo)曲線圖如圖2所示。

圖2 自動換瓶時各管口流速變化曲線

當(dāng)模擬應(yīng)用于硬瓶輸液時，從圖2a可以看出，前1～2 s，該輸液頭僅提供通道，入量=出量。出液管口其流速始終沒有變化，說明該管口沒有斷流，這時導(dǎo)氣管及導(dǎo)液管均沒有液體經(jīng)過，有效避免了藥液混合。當(dāng)入液管口流速降為“0”，即前一瓶液體輸注完畢時，前瓶的空氣經(jīng)導(dǎo)氣管口進入硬瓶，而硬瓶內(nèi)的液體經(jīng)導(dǎo)液管口流出，且出液管口流速始終保持不變。當(dāng)模擬應(yīng)用于軟瓶輸液時，從圖2b可以看出，前1～2 s，該輸液頭仍僅提供通道，入量=出量。導(dǎo)氣管和導(dǎo)液管均沒有液體經(jīng)過，避免液體混合。當(dāng)前一瓶輸注完畢，即入液管口流速降為“0”時，導(dǎo)氣管口和導(dǎo)液管口均有液體通過，且其兩者流速之和與原出液管口流速相等。從以上兩個圖可以看出，浮球閥門發(fā)揮作用的時間在第2～3 s。

3.2 具體實施

3.2.1 加工成型

如圖3所示，為了便于加工，本設(shè)計加大了閥門室，加大了浮球（便于做成空心的以增加浮力），由于輸液頭下端體積較大，又做成了扁的多面體形，因而刪除了握持手柄。其基本結(jié)構(gòu)為：主體中央為六邊形的浮球閥門室，其上端有三個開口，左邊的兩個開口為浮球閥門桿的滑槽，右邊的開口為導(dǎo)氣管開口。閥門室右邊頂端有入液氣管開口，其末端通過軟管連接前一輸液頭的出液氣管。閥門室下端有聯(lián)絡(luò)通道開口連通出液氣管。主體基座的上端連接插入桿，桿內(nèi)有兩條通道：導(dǎo)氣管和導(dǎo)液管，其下端均連接滑竿閥門。導(dǎo)氣管經(jīng)閥門后開口于閥門室，導(dǎo)液管經(jīng)閥門后繞開閥門室開口于出液氣管。出液氣管再經(jīng)軟管連接后一輸液頭的入液氣管?；诠ぷ餍枰头婪盗骺紤]，特強調(diào)以下細節(jié)：① 浮球閥門共高度（包括滑竿閥門）要同閥門室的高度及閥門高度相適應(yīng)，要做到浮球下沉到底時，滑竿閥門還有三分之一在滑槽內(nèi)，不能全部進入閥門室內(nèi)。浮球完全上浮時滑竿閥門剛好完全進入滑槽，滑竿閥門滑動三分之一時就開始關(guān)閉閥門，滑動到三分之二時閥門完全關(guān)閉；② 閥門室的高度及浮球的浮力要適當(dāng)，且入液氣管開口位置要高。整體要滿足這個條件，即當(dāng)閥門室內(nèi)的液體快要進入入液氣管口時（返流）浮球應(yīng)上浮，打開聯(lián)絡(luò)通道開口，阻止閥門室內(nèi)液面繼續(xù)上升，從而防止返流。

圖3 通用型自動換瓶輸液頭產(chǎn)品成品（半成品）

3.2.2 使用方法及注意事項

本產(chǎn)品為一次性使用產(chǎn)品，每個產(chǎn)品包含3～4個輸液頭。使用時，首先進行排氣操作，先去掉第一個輸液頭的保護套，插入第一袋液體內(nèi)，然后用支架固定后面所有的輸液頭并使其始終保持近似垂直狀態(tài)。軟瓶時，第一瓶內(nèi)的液體以脈沖方式流進第一個輸液頭的閥門室內(nèi)，匯同導(dǎo)液管內(nèi)的液體一起流向出液氣管，再經(jīng)連接管進入第二個輸液頭的浮球閥門室內(nèi)，然后上浮該浮球閥門，閥門關(guān)閉，防止液體從液體管道開口溢出，液體流經(jīng)該輸液頭，同理，液體最終流進墨菲氏滴管，經(jīng)控速閥門后流入穿刺針內(nèi)。第二步是完成排氣操作后，再添加輸液軟袋的操作。這個步驟可以按照護士的意愿來進行，可以一次性把全部輸液頭都掛上軟袋液體（除去保護套插入瓶塞即可），也可以選擇性地掛一袋、二袋等，既可以選擇現(xiàn)在掛，也可以選擇在前一瓶輸注完畢之前的任何時間掛上，切記一定把沒有掛上軟袋的輸液頭用保護套套好，防止污染。第三步，如果有一次輸注3～4個后還要繼續(xù)輸注的需求的話，可以進行以下操作，即在最后一袋輸注完畢后立即關(guān)閉調(diào)速閥門，然后把第一個輸液頭插入新的軟瓶內(nèi)，把后面的輸液頭分別依次從空瓶內(nèi)拔出，當(dāng)液體通過該輸液頭后即可用插入原空瓶或新的液體瓶或用保護套套好均可?；蛘咴谧詈笠黄恳后w沒輸完就關(guān)閉調(diào)速閥門，把最后一瓶轉(zhuǎn)移到第一瓶位置，然后再把后面的輸液頭依次從空瓶內(nèi)拔出，待其通過液體后再插入原空瓶或新的液體瓶或保護套均可。如果當(dāng)時沒有換成新的輸液瓶，那么護士可以在前一瓶輸液的任意時間內(nèi)換上新輸液瓶。

4 討論

醫(yī)用輸液的安全問題一直以來是研究熱點，從最早的輸液報警裝置的研究[8-9]，只能起到提醒作用，沒有轉(zhuǎn)化為實際行動，問題沒有得到根本解決。后來研究熱點轉(zhuǎn)換到自動換瓶裝置上來。自動換瓶裝置又有多種原理及方案。有利于液壓變化來實現(xiàn)自動換瓶，有利于微電腦自動智能控制換瓶，有利于流體力學(xué)來進行自動換瓶等。這些方案中，有些存在明顯缺陷，如利用壓力變化來實現(xiàn)自動換瓶的裝置沒有解決藥液連通混合的問題；有些裝置使用很不方便，結(jié)構(gòu)復(fù)雜可靠性低，如微電腦自動智能控制換瓶裝置；有些加工復(fù)雜、使用條件苛刻，如利用流體力學(xué)來自動換瓶的裝置[10-14]。在自動換瓶裝置研究中，原理簡單、加工便捷、使用方便（特別是便于移動）、可靠性高且不耗電的就是浮球閥門控制的自動換瓶裝置[15-17]。

浮球閥門控制自動換瓶裝置最先是應(yīng)用于硬瓶輸液，其通過應(yīng)用浮球閥門控制硬瓶內(nèi)適時進氣從而來控制硬瓶開始輸注的時機，最終實現(xiàn)自動換瓶功能。該裝置加工方便，特別是浮球及閥門加工精度要求不高，應(yīng)用條件寬泛，可靠性極高。但在臨床上硬瓶輸液（玻璃瓶）非常少，偏硬的塑料瓶也只占臨床總輸液瓶的30%左右，70%使用的是軟袋輸液。因此，本研究開發(fā)并設(shè)計了基于浮球閥門控制的適用于軟袋輸液的自動換瓶裝置，極大地拓寬了浮球閥門控制的自動換瓶裝置的應(yīng)用范圍。其應(yīng)用浮球閥門巧妙地解決了軟袋輸液時控制當(dāng)前軟袋的輸液頭的輸注等待和等待終止兩大功能。即當(dāng)前一袋沒輸注完就等待，輸注完后就終止等待并開始輸注，實現(xiàn)自動換瓶。這樣，在臨床上要準(zhǔn)備兩種自動換瓶輸液頭，輸液時要篩選硬瓶和軟袋，雖然單純硬瓶或軟袋輸液時使用方便，但針對臨床混合使用硬瓶和軟袋甚至不軟不硬瓶的情況使用起來并不十分方便，因此，開發(fā)出一種能混合使用的基于浮球控制的自動換瓶裝置勢在必行。特別是當(dāng)前的塑料硬瓶由于塑料太薄的緣故構(gòu)成一個中間狀態(tài)，即早期像軟瓶不需進氣，后期像硬瓶必須進氣，這樣“復(fù)雜”的容器進行輸液，用單純的硬瓶或單純的軟瓶輸液自動換瓶輸液頭均不適用，只有用通用型才行。

本研究利用浮球閥門控制原理，在輸液頭上進行改造，即整合單純硬瓶時浮球閥門控制適時進氣和單純軟袋時浮球閥門控制輸注等待及適時終止等待這兩個原理，巧妙設(shè)計三個通道，即進氣通道、出液通道及短路通道，前兩個通道均有浮球閥門控制開閉，當(dāng)前兩個通道均關(guān)閉時短路通道開放，輸液頭控制的輸液瓶暫時“隱形”。當(dāng)前一瓶輸注完畢后，通過浮球閥門的控制，實現(xiàn)需要進氣就進氣、不需要進氣只需要開放通道的就只開放通道的功能。實現(xiàn)了在兩個原理間自由、自動選擇、切換。

通過兩個單純換瓶原理的整合，浮球控制的通用型的自動換瓶輸液頭能夠更廣泛地應(yīng)用于臨床，臨床在應(yīng)用時就不用顧忌其輸液瓶的軟硬性，極大地擴大了浮球控制自動換瓶輸液頭的適用范圍，減少了對醫(yī)院采購輸液容器的限制。但與此同時，其閥門制造精度要求高，材料既要安全又要較輕，使用時還必須盡量使其保持近似垂直，這些所有浮球閥門控制自動換瓶裝置共性的缺點也是不能忽視的。

5 結(jié)論

浮球控制通用型自動換瓶輸液頭產(chǎn)品巧妙融合硬瓶和軟袋輸液的自動換瓶原理，結(jié)構(gòu)小巧、加工便捷、可靠性高，使用極為方便。