一種基于SOLIDWORKS Simulation帶注射泵的家用多功能醫(yī)療箱的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵部位有限元分析

田享忻 郭天源 那雯雯 劉鎮(zhèn)燁 高福生 程彥麒

摘要：現(xiàn)有的醫(yī)療箱結(jié)構(gòu)簡單、功能過于單一，因此，設(shè)計(jì)了一種帶注射泵的家用多功能醫(yī)療箱。作為一種幫助特殊人員解決隨身點(diǎn)滴問題與檢測使用者健康狀況的工具，帶注射泵的家用多功能醫(yī)療箱能讓患者以更加舒適與方便的條件享受更優(yōu)質(zhì)的生活。該醫(yī)療箱可以收納藥物，提醒用戶按時(shí)吃藥、健康檢測、磨切藥物，提供便攜藥盒及輸液泵，符合當(dāng)代人的要求，促進(jìn)了醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：家用醫(yī)療箱;舒適性;多功能;隨身點(diǎn)滴;優(yōu)質(zhì)生活

隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展、市場經(jīng)濟(jì)的激烈競爭以及醫(yī)學(xué)知識的全面普及，全球醫(yī)療產(chǎn)業(yè)欣欣向榮，整體形勢一片大好，已達(dá)到一個(gè)新的高度。隨著人們生活水平的提高和醫(yī)療保健知識的普及，人們的自我保健意識增強(qiáng)，一個(gè)功能齊全的家用醫(yī)療箱是家庭必備物資。當(dāng)患者獨(dú)自一人時(shí)，由于滴注器設(shè)計(jì)的限制，無法單獨(dú)完成點(diǎn)滴換藥和如廁等動(dòng)作，尤其是行動(dòng)不便的老年人和需要照看的幼童，需要一種使用更便捷的滴注器[1]。

1 設(shè)計(jì)理念概述

帶注射泵的多功能家用醫(yī)療箱可以幫助使用者隨身輸液，滿足日常生活需求。本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)醫(yī)療箱的基礎(chǔ)上增加了使用方便的輸液系統(tǒng)、小藥包、離線呼救系統(tǒng)、專業(yè)血糖血壓血氧測量監(jiān)控系統(tǒng)、切磨藥器、電子說明屏以及提醒吃藥系統(tǒng)，為人們便利的生活提供保障。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及工作流程設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1～2所示。

2.2 工作過程分析

帶注射泵的多功能家用醫(yī)療箱主要由兩部分組成：（1）注射泵主體;（2）醫(yī)療箱主體。

注射泵主體擁有動(dòng)力運(yùn)輸功能（輸液泵中央電機(jī)由可充電電池供能，為轉(zhuǎn)子提供動(dòng)力，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)將輸液管中的藥品壓動(dòng)，延輸液方向運(yùn)輸）、輸液控制功能（輸液泵中央的電機(jī)為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，使用者可調(diào)節(jié)輸液速度）[2]、輸液保溫功能（安裝輸液管的軌道內(nèi)裝有加熱電阻絲，可以將輸液管內(nèi)藥液加熱到接近人體溫度，減小藥液對人體的刺激）以及輸液檢測功能（設(shè)置在輸液泵輸液入口端，該傳感器利用光電非接觸式探測藥液的動(dòng)態(tài)，觸發(fā)電路工作，當(dāng)輸液管內(nèi)沒有液體時(shí)，會產(chǎn)生電信號，電動(dòng)機(jī)停止工作并觸發(fā)警報(bào)，提醒使用者輸液已完畢）。取下注射泵上蓋，調(diào)整轉(zhuǎn)子夾持寬度，將輸液管安裝在注射輸液泵內(nèi)，蓋上上蓋，啟動(dòng)注射泵[3]。

醫(yī)療箱擁有收納裝置（本產(chǎn)品和其他醫(yī)療箱一樣具有較強(qiáng)的醫(yī)藥收納功能）、提醒裝置（本產(chǎn)品為避免病人忘記吃藥，具有電子提醒吃藥功能）、便攜裝置（本產(chǎn)品還配備便攜式小藥盒，方便病人外出時(shí)使用）、健康自測和顯示裝置（本產(chǎn)品配備血壓血糖測量儀，方便病人查看自己的基本身體情況）、安全裝置（本產(chǎn)品配備聯(lián)網(wǎng)報(bào)警呼救系統(tǒng)，防止發(fā)生緊急情況時(shí)，病人難以及時(shí)聯(lián)系附近的醫(yī)院）以及磨藥裝置（本產(chǎn)品配備切磨藥器，方便病人對藥品進(jìn)行基本處理）[4-5]。

2.3 輸液管槽結(jié)構(gòu)有限元分析

采用SOLIDWORKS Simulation軟件，對輸液泵放置輸液管的輸液管槽進(jìn)行有限元分析，分析內(nèi)容主要包括等效應(yīng)力分析、等效應(yīng)變分析以及總形變分析。

（1）輸液管槽的等效應(yīng)力分布如圖3所示。由圖3可知，應(yīng)力的最大值為6.23 MPa，集中在輸液管槽與泵體接觸的部位，接觸固定處的等效應(yīng)力都小于材料鋼（SUS304）的屈服極限205.00 MPa。因此，該床板結(jié)構(gòu)符合強(qiáng)度要求。

（2）輸液管槽的等效應(yīng)變分布如圖4所示。由圖4可知，應(yīng)變的最大值為4.329e-03 mm/mm，集中在輸液管槽與泵體接觸的部位。接觸固定處的等效應(yīng)變數(shù)值很小，能滿足輸液管槽與泵體對應(yīng)變的要求。

（3）輸液管槽的總形變分布如圖5所示。由圖5可知，最大整體變形達(dá)到了0.32 mm，變形集中在床板中部，與床板實(shí)際的變形趨勢相符，變形量較小，符合床板的強(qiáng)度和剛度要求。

3 結(jié)語

此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間設(shè)計(jì)合理，將功能組件合理安排放置，能節(jié)約空間;功能豐富，將使用者可能遇到的問題的解決方案集中到家用醫(yī)療箱中，方便用戶使用，能改善用戶的使用體驗(yàn);有大空間收納藥品，便攜式藥盒方便外出攜帶藥品，磨切藥裝置方便藥品服用;輸液泵設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，幫助使用者隨身輸液，操作簡單，方便使用;在容易損壞輸液管槽處進(jìn)行了有限元分析，經(jīng)過應(yīng)力、應(yīng)變、總形變?nèi)矫娣治龊?，可得出此輸液管槽設(shè)計(jì)合理。

由功能和有限元分析兩個(gè)方面可知，此產(chǎn)品能解決當(dāng)代家用醫(yī)療面臨的問題，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)提供新方向和方式，具有廣闊的市場前景和巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王猛.老年人應(yīng)急性家用醫(yī)療產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究[D].無錫：江南大學(xué)，2011.

[2]張要花，李彬，朱明賢.微量注射泵低速運(yùn)行時(shí)的流速精準(zhǔn)度研究[J].中國醫(yī)療器械信息，2021（12）：180-182.

[3]羅帆，汪諍，陶一銘.基于單片機(jī)的自動(dòng)進(jìn)樣機(jī)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀表，2021（8）：29-33，42.

[4]劉激揚(yáng)，白清清，牛聰，等.新型應(yīng)急救援便攜組合式醫(yī)療箱裝備的研制[J].武警醫(yī)學(xué)，2016（4）：382-385.

[5]佚名.節(jié)省空間、簡化設(shè)計(jì)的多功能功率輸入模塊方形模塊包含多達(dá)六種功能，減少了部件數(shù)量并易于電磁兼容[J].今日電子，1999（4）：26.