基于電磁加熱的一次性注射器毀形機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

詹娜妮，李秋賢，鄒安琪，鄧禹琳，李 晶，伍媚春

(南華大學(xué) 護(hù)理學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

0 引 言

隨著醫(yī)療規(guī)模的擴(kuò)大以及越來(lái)越多醫(yī)療用品的一次性化處理，相應(yīng)醫(yī)療有害廢物迅速增長(zhǎng)，如若處置不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成極大傷害[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)報(bào)道，2002年全球3500萬(wàn)醫(yī)護(hù)人員共發(fā)生300萬(wàn)次針刺傷[2]。銳器傷是醫(yī)務(wù)人員在臨床工作中遇到的常見(jiàn)傷害，其中多數(shù)為針刺傷[3]，患者已經(jīng)用過(guò)的針頭，屬于感染性廢物，易扎傷他人，對(duì)人類(lèi)的健康安全造成威脅[4]。Jończyk A等[3]調(diào)查了107名醫(yī)護(hù)工作者，最常提及的傷害類(lèi)型包括：扎傷(51.5%)，割傷(28.8%)，劃傷(10.6%)，扎傷和割傷(9.1%)。傷源最多的是注射針(35.9%)、藥物安瓿(23.3%)、筆(7.8%)。毛秀英等[5]調(diào)查432名實(shí)習(xí)護(hù)士實(shí)習(xí)期間發(fā)生銳器損傷的占93.3%，平均6.4次/人，以針頭和玻璃為主占80.33%，被污染物刺傷的占37.72%。任小英等[6]調(diào)查343名臨床護(hù)理人員中有88.92%的護(hù)士受到針刺傷害，其中半數(shù)護(hù)師職稱(chēng)的人員被針刺傷的頻率>5次，針刺傷發(fā)生率極高。美國(guó)國(guó)立職業(yè)安全和健康研究所提供：美國(guó)每年大約有60～80萬(wàn)專(zhuān)業(yè)人員被針頭刺傷[7]。

針刺傷時(shí)的操作環(huán)節(jié)多發(fā)生在處理使用后的針頭上。任小英等[6]調(diào)查注射后針頭處理(收廢棄針、毀形浸泡、取下針頭及重套針帽)所致針頭刺傷占刺傷總數(shù)的62.68%。毛秀英等[5]調(diào)查432名實(shí)習(xí)護(hù)士發(fā)生針刺傷不同環(huán)節(jié)的刺傷率分別為操作前占25.6%，操作中占20.0%，操作后占54.4%。王紅紅[8]研究顯示護(hù)生實(shí)習(xí)6個(gè)月就有72.6%的人被刺傷，其中79.4%的是被用過(guò)的針頭刺傷。針刺傷已成為當(dāng)今醫(yī)務(wù)人員所面臨最嚴(yán)重的職業(yè)危險(xiǎn)因素之一，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心相關(guān)專(zhuān)家收集了23個(gè)城市229家醫(yī)院共19171名護(hù)士的銳器傷相關(guān)信息，研究發(fā)現(xiàn)81.37%的臨床護(hù)士2020年中至少發(fā)生過(guò)1次銳器傷[9]，如何解決針刺傷問(wèn)題已成為預(yù)防護(hù)士職業(yè)損傷的一個(gè)重要方面。

常用的醫(yī)療垃圾毀形器主要有銳器盒、針頭毀形器、大型粉碎型醫(yī)用毀形器等。銳器盒產(chǎn)品采用新聚丙烯料，易于高溫焚燒，可收集注射器、輸液器、一次性使用物品的針頭，但需人工手動(dòng)用力進(jìn)行分離，一次性分離毀形單只注射器，封閉后無(wú)法在不破壞的情況下打開(kāi)。分離效率較低，且易于在分離的過(guò)程中造成針刺傷。針頭毀形器具有快速熔化金屬針尖、同時(shí)割壞注射器針筒及膠塞，并能初步割斷管狀塑料的多重毀形作用，但需手動(dòng)握住注射器實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化分離，但在銷(xiāo)毀的過(guò)程中易產(chǎn)生火花，分離效率較低。大型粉碎型醫(yī)用毀形器毀形方式為機(jī)械切割、連續(xù)粉碎、廢料集中收集；處理能力為一次性注射器≥500支/min，塑料制品20～25 kg/h，基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化處理。但其費(fèi)用較貴，且占地面積大，一般醫(yī)院科室、診所等使用需求不高。

因此，此研究針對(duì)目前一次性注射器毀形機(jī)存在使用安全隱患、毀形效率不夠高、針尖與注射管分離不徹底進(jìn)而增加了回收步驟和回收成本的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于電磁加熱的一次性注射器毀形機(jī)。為貫徹執(zhí)行《醫(yī)療廢物管理?xiàng)l列》、《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l列》，進(jìn)一步完善醫(yī)療垃圾分類(lèi)體系，對(duì)使用過(guò)的一次性醫(yī)療用品，毀形后有效地進(jìn)行處理，防止疾病傳播，保護(hù)和凈化環(huán)境，保障人類(lèi)生命健康。

1 總體方案設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一種新型一次性注射器毀形機(jī)，解決現(xiàn)有的毀形器存在使用安全隱患、毀形效率不夠高、針尖與注射管分離不徹底進(jìn)而增加了回收步驟和回收成本的問(wèn)題。通過(guò)大量的實(shí)際調(diào)查，對(duì)所設(shè)計(jì)的裝置制定了以下幾點(diǎn)要求：①可實(shí)現(xiàn)針尖與注射管的徹底分離；②適用于不同規(guī)格一次性注射器；③毀形效率高；④操作安全性有保障。

考慮到一次性注射器毀形的要求，對(duì)所設(shè)計(jì)的裝置有了一個(gè)初步的構(gòu)想：針頭和注射管的分離改變以往采用電加熱融毀的方式，通過(guò)電磁線圈加熱的方式完成；注射器的夾持采用喇叭口形雙彈簧夾緊機(jī)構(gòu)完成；注射管的毀形采用電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)鋸齒形切割輪切割完成。整體毀形過(guò)程在一個(gè)密閉的腔室內(nèi)完成，針頭和注射管的分離以及注射管的毀形通過(guò)一個(gè)步驟完成，提高一次性注射器的毀形效率和安全性。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能

基于電磁加熱的一次性注射器毀形機(jī)主要由外殼、注射管夾持機(jī)構(gòu)、注射管毀形機(jī)構(gòu)、針尖加熱裝置和針頭回收盒等部分組成。外殼內(nèi)部從上至下依次分為注射管毀形腔、針頭加熱腔及針頭回收腔；注射管夾持機(jī)構(gòu)設(shè)在注射管毀形腔內(nèi)，其用于夾持一次性注射器的注射管；注射管毀形機(jī)構(gòu)設(shè)在注射管毀形腔內(nèi)，其用于切割一次性注射器的注射管；針尖加熱裝置設(shè)在針頭加熱腔內(nèi)，其用于加熱一次性注射器的針頭，實(shí)現(xiàn)針尖與注射管脫離；針頭回收盒設(shè)在針頭回收腔內(nèi)，其用于收集分離后的針頭?；陔姶偶訜岬囊淮涡宰⑸淦鳉螜C(jī)可實(shí)現(xiàn)任意規(guī)格一次性注射器注射管的快速毀形，以及一次性注射器注射管與針尖的快速分離。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 注射管夾持機(jī)構(gòu)

注射管夾持機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖2)主要用于夾持不同規(guī)格的一次性注射器，其結(jié)構(gòu)包括兩塊弧形板和兩組移動(dòng)支持組件。弧形板一面為凸弧面，另一面為凹弧面，兩塊弧形板的凹弧面相互正對(duì)，從而在兩個(gè)凹弧面之間形成夾持區(qū)間，夾持區(qū)間上端正對(duì)插口，下端正對(duì)連通孔，將一次性注射器通過(guò)插口插入外殼內(nèi)部時(shí)，兩塊弧形板形成的喇叭口段可對(duì)一次性注射器的注射管起到聚中和引導(dǎo)的作用，方便一次性注射器順暢插入外殼內(nèi)部。兩組移動(dòng)支持組件以?shī)A持區(qū)間為中心對(duì)稱(chēng)布置，并分別與兩塊弧形板關(guān)聯(lián)。移動(dòng)支持組件包括軸座、橫軸、抵塊和彈簧。軸座和軸座距離弧形板從近至遠(yuǎn)間隔固定安裝在注射管毀形腔的底面上。橫軸活動(dòng)安裝在兩個(gè)軸座上，并可沿軸向方向移動(dòng)，其端部固接在弧形板的凸弧面上，當(dāng)橫軸沿軸向方向移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)相連接的弧形板靠近或遠(yuǎn)離另一塊弧形板。抵塊固定連接在橫軸上，并位于兩軸座之間。彈簧壓縮套裝在橫軸上，并位于抵塊與軸座之間。

圖2 注射管夾持機(jī)構(gòu)

2.2 注射管毀形機(jī)構(gòu)

注射管毀形機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖3)主要用于切割一次性注射器的注射管。注射管毀形機(jī)構(gòu)共有兩組，兩組注射管毀形機(jī)構(gòu)以?shī)A持區(qū)間為中心對(duì)稱(chēng)布置，并分別與兩根橫軸關(guān)聯(lián)。注射管毀形機(jī)構(gòu)包括支架、電機(jī)和切割輪。支架固定安裝在橫軸上。支架包括兩個(gè)C形卡座和橡膠墊。該結(jié)構(gòu)一方面，可很方便的調(diào)節(jié)兩個(gè)C形卡座在橫軸上的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)切割輪伸入夾持區(qū)間內(nèi)的多少，另一方面，切割輪切割一次性注射器的注射管時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，橡膠墊可起到緩沖振動(dòng)，避免振動(dòng)直接傳導(dǎo)到橫軸上的效果。電機(jī)固定安裝在支架的下端，其機(jī)軸沿水平方向伸出，切割輪安裝在電機(jī)的機(jī)軸上，其邊緣伸入夾持區(qū)間內(nèi)。兩組注射管毀形機(jī)構(gòu)的切割輪處在同一豎直平面和同一水平高度上。

圖3 注射管毀形機(jī)構(gòu)

2.3 針尖加熱裝置

針尖加熱裝置(見(jiàn)圖4)主要用于加熱一次性注射器的針頭，實(shí)現(xiàn)針頭和注射管的完全分離。針尖加熱裝置包括電磁線圈和線圈骨架。電磁線圈繞設(shè)在線圈骨架外部。線圈骨架的上端中心處和下端中心處設(shè)有連通孔，線圈骨架上端和下端分別插接在針頭加熱腔的頂面和底面上，連通孔相互正對(duì)且連通。在電磁線圈中通過(guò)高頻交流電，激發(fā)交變磁場(chǎng)，使處在磁場(chǎng)中針尖產(chǎn)生渦流狀的電流(簡(jiǎn)稱(chēng)渦流)，通過(guò)渦流對(duì)針尖進(jìn)行快速加熱，實(shí)現(xiàn)針尖與注射管脫離。

圖4 針尖加熱裝置

3 工作原理及流程

基于電磁加熱的一次性注射器毀形機(jī)可實(shí)現(xiàn)任意規(guī)格一次性注射器注射管的快速毀形，以及一次性注射器注射管與針尖的快速分離。工作時(shí)，首先啟動(dòng)兩組注射管毀形機(jī)構(gòu)的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)切割輪旋轉(zhuǎn)，并確保兩個(gè)切割輪的轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同。然后將一次性注射器的針尖朝下，通過(guò)外殼的插口插入夾持區(qū)間，一次性注射器的注射管進(jìn)入夾持區(qū)間后，首先推擠兩塊弧形板同時(shí)向相互遠(yuǎn)離的方向移動(dòng)，并被兩塊弧形板夾緊，當(dāng)注射管與兩個(gè)切割輪接觸時(shí)，一邊被切割輪切割毀形，一邊被切割輪帶動(dòng)向下移動(dòng)；當(dāng)注射管與針尖相連接一端的端面與線圈套筒的上端面相抵時(shí)，即達(dá)到一次性注射器的最大插入深度，此時(shí)針尖已經(jīng)進(jìn)入線圈套筒的內(nèi)部。在電磁線圈中通過(guò)高頻交流電，激發(fā)交變磁場(chǎng)，使處在磁場(chǎng)中針尖產(chǎn)生渦流狀的電流，通過(guò)渦流對(duì)針尖進(jìn)行快速加熱，從而融化掉與針尖相連接的注射管部分，使針尖脫離注射管并落入針頭回收腔中。

4 設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)可實(shí)現(xiàn)針尖與針管的徹底分離：在電磁線圈中通過(guò)高頻交流電，激發(fā)交變磁場(chǎng)，使處在磁場(chǎng)中針尖產(chǎn)生渦流狀的電流(簡(jiǎn)稱(chēng)渦流)，通過(guò)渦流對(duì)針尖進(jìn)行快速加熱，從而融化掉與針尖相連接的針管部分，實(shí)現(xiàn)針尖與針管脫離。

(2)適用于不同規(guī)格一次性注射器：一方面，不同規(guī)格的注射器，其針管尺寸(直徑和長(zhǎng)度)不一，但針尖長(zhǎng)度基本一致，當(dāng)針管與針尖相連接一端的端面與線圈套筒的上端面相抵時(shí)，即達(dá)到一次性注射器的最大插入深度，此時(shí)針尖必然進(jìn)入線圈套筒的內(nèi)部；另一方面，一次性注射器插入夾持區(qū)間后，兩塊弧形板可根據(jù)針管的尺寸適應(yīng)性調(diào)節(jié)夾持區(qū)間的大小，并保持對(duì)針管的夾緊狀態(tài)。

(3)操作安全性有保障：一方面，一次性注射器插入夾持區(qū)間后，即將夾持區(qū)間填滿(mǎn)，另一方面，針管采用機(jī)械切割的方式進(jìn)行毀形，針尖采用電加熱的方式進(jìn)行脫離處理。整個(gè)操作過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生火花，也不會(huì)有碎屑飛濺出來(lái)，保證了操作的安全性。

(4)運(yùn)行穩(wěn)定性有保障：兩組針管毀形機(jī)構(gòu)的切割輪處在同一豎直平面和同一水平高度上，所述豎直平面通過(guò)夾持區(qū)間的中心線，基于該結(jié)構(gòu)，兩個(gè)切割輪在切割針管時(shí)，既可起到輔助針管向下推送至最大插入深度的效果，又可起到維持針管穩(wěn)定性，防止針管因兩邊切割力度不均而產(chǎn)生單邊偏移的現(xiàn)象。

5 結(jié) 語(yǔ)

醫(yī)護(hù)人員在臨床工作中被銳器(針刺)傷害是不可完全避免的，但銳器傷害可以進(jìn)行預(yù)防。盧映君[10]調(diào)查研究中清理用物時(shí)被針頭刺傷的護(hù)士占針刺傷護(hù)士的19.4%，減少使用后的注射器處理步驟可有效減少醫(yī)護(hù)人員的針刺傷概率，提高醫(yī)護(hù)人員職業(yè)安全感，促進(jìn)醫(yī)護(hù)人員的身心健康。本研究利用電磁加熱技術(shù)對(duì)注射器分離毀形實(shí)現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)新，將以往的人工反復(fù)性機(jī)械化操作，耗能大等弊端逐一突破，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，高效率的全自動(dòng)化操作模式，有望減少醫(yī)護(hù)人員針刺傷發(fā)生率。