一款人性化输液器的研制

2014-11-23陆国忠曾为驰王科兵

医疗卫生装备 2014年6期

陆国忠，曾为驰，田俊，王科兵

0 引言

输液是医疗救治中最常用的手段之一，其不仅可以为患者补充体液、电解质或提供营养物质，还可作为很多药物的载体，经过静脉而直接进入人体，达到作用直接、起效快的治疗目的。而输液的这一过程离不开输液器的支持，可见后者的重要性。但目前国内一般医院所使用的静脉输液器都采用高位悬挂的方式即依靠重力原理进行输液[1]，这种传统的输液器需要一定的位压差，限制了患者的人身自由，给患者带来不便。另外，该类输液器功能简单，不具备精确输液、避光、加热、及时提醒等更人性化的输液功能。为对传统输液器进行人性化的创新[2]，提高患者的自由度以及输液过程中的舒适度和安全性，故设计此款能随身携带且集精确控速、避光加热、精细过滤、及时提醒等功能于一体的输液器，以期能够弥补上述不足，改善输液的医疗质量，彰显输液过程中的人性化服务。

1 输液器的结构设计

输液器以粘贴绷带的形式固定在患者的手臂上，分为3个部分（如图1、2所示）。第1部分与第2部分可通过粘贴绷带组合在一起，以免丢失，又因第1、第2部分各自独立，二者之间的距离可根据需要进行调整，故可适应不同人群的需要。

图1 输液器第1、2部分结构示意图

图2 输液器第3部分结构示意图

输液器第1部分为输液动力、控制、警报及加热的集合体，包括固定粘贴绷带、输液更换篮、输液驱动器、液晶控制面板及按键（控制面板包括以下控制模块：滴速调节模块、滴速检测及警报模块、加热调节及警报模块、电压过低警报模块）、蓄电池、外接电源线（附带电压交换调节器）、红外线加热及警报装置和卷缩式避光黑布；第2部分为输液器末端装置，包括固定绷带、针头固定装置；第3部分为输液管，不同于目前常用的普通输液管。

2 输液器的原理设计

输液器为不同输液功能的设备整合体，具备精确输液、避光加热、精细过滤、及时提醒等不同的输液功能，分为3部分，其各部分的设计原理如下。

2.1 输液器第1部分的设计原理

（1）输液篮起盛放并固定输液瓶（袋）的作用，输液篮内附有可上下调节的挂钩，以固定不同体积的输液瓶（袋）。输液篮附带棕色的塑料避光罩，需要避光时把避光罩打开，不需要时关闭，避光罩打开或关闭时均可直接观察输液的剩余量。

（2）输液器主要由蓄电池提供所有控制元件所需的动力，并有外接电源线，附带电压转换控制器为蓄电池充电。

（3）输液器控制面板采用TI的MSP430系列单片机为控制芯片，该控制芯片具有功耗低、体积小、功能强大的特点，适合于便携式输液器的功能需求[3]。

（4）输液器带有触屏式液晶显示器，内设有输液控制模块，输液器所有的控制按键均集中于液晶显示器上。使用时根据需要设置参数后，所有监控指标均自动呈现在显示器上，且所有设置参数均可根据需要随时进行调整或根据需要发出运行和停止的指令，以适应输液过程中的多样性需求。输液器控制模块能实现的主要操作有：①使用前可进行滴速、输出药液量等参数的设定；输液开始前能迅速排空新输液胶管内的空气；在输液时可随时暂停输液，并可以随时重新启动继续输液。②滴速检测，当输液滴速小于或大于设定参数时自动报警启动，输液自动停止，待排除原因或调整参数后重新启动输液程序。③电压过低报警，当电压低于设定参数时启动自动报警，并自动停止输液，更换电源后重新启动输液程序。④加热监控，当天气寒冷或患者需要液体加热时使用，可设定人体合适的加热温度并自动调控，同时具有液体温度监测显示和超温报警功能。

（5）输液器驱动模块由两相4线式的步进电动机和泵体组成。由于输液要求计量准确、可靠，因此可选用步进电动机作为动力装置。步进电动机是一种把脉冲信号的变化转换为精确转子位置增量运动的执行机构，即将脉冲信号变成电动机相应角位移的机械。因此，通过控制脉冲的个数就可以控制电动机运转的时间，通过改变脉冲的频率就可以控制电动机运转的速度。电动机运行驱动泵体的凸轮机构循环压缩输液管，实现输液及对其滴速进行控制的功能。

（6）输液滴速检测模块，通过对滴速的测定来实现输液精确化，当输液滴速超出设定值范围时，可及时警报并停止输液。

（7）加热装置，通过红外线对经过的液体进行加热，加热装置上有温控器，对液体加热温度控制在20～30℃，适合人体的需要。

（8）温控警报装置，对加热后的液体进行监测，当输液温度不在20～30℃时，及时警报并停止输液。

（9）卷缩式避光黑布，收缩储藏于输液器第1部分的下端。因输液管较短，且部分输液管已被输液器遮挡，其裸露部分如果需要避光时，则将卷缩式避光黑布拉出，粘贴于第2部分的固定绷带上。

2.2 输液器第2部分的设计原理

（1）输液器第二部分依靠固定绷带固定在手臂上，其上有针头固定装置。

（2）针头固定装置为一个可打开的长条形夹子，能够稳固夹住输液管，但又不挤压输液管，不影响输液流速。当针头刺入血管后，将针头的连接输液管固定在针头固定器中，因针头固定器固定在绷带上，而绷带又固定在手臂上，因此可通过固定针头的连接输液管来固定输液针头。

2.3 输液器第3部分的设计原理

输液器第3部分为独立的输液管，其与目前普通常用的输液器基本功能相同，但其长度仅为普通输液器的1/3，而且管壁耐压耐磨。其过滤装置也较普通输液器更精细，过滤面积也更大，能高效过滤微小的细菌及体积大于细菌的所有微粒杂质。

3 输液器的功能实现

使用该输液器前，打开蓄电池电源开关，输液器各系统模块均已初始化，处于等启动状态。根据患者的特点，在液晶控制面板上设置需要的技术参数，除输液滴速控制和检测模块需要根据不同患者的情况进行技术参数调整外，其他技术参数均可一致化，减少了因按键操作过多而可能导致的医疗差错。使用时将该输液器通过绷带固定在患者的手臂上，将输液瓶（袋）放入输液篮，输液管放入输液器，特别要注意将输液管与驱动装置、加热器、滴速检测器贴合紧密，确保发挥正常的使用功能。将输液管上端插入输液瓶（袋）并将其固定，因输液驱动装置紧压输液管，输液不可自行流动，处于静止状态，启动滴速控制按键，快速排除空气，使液体充满整个输液管，再暂停滴速控制按键。输液不再流动后，进行静脉穿刺，穿刺完成后打开输液针头固定装置，固定输液针头。然后根据需要，选择是否启动加热功能和避光功能，而其他检测和警报功能均为启动状态。输液过程中，如发出警报，输液自动停止，待排除原因后，按操作键可继续使用。当液体全部流过滴速检测器时，检测器会因检测不到液体流动而发出警报，并停止驱动装置，提示要更换液体，液体更换后，按第一次操作方法再次启动输液器进行排气、冲管、输液。

4 输液器的使用情况分析

此输液器通过固定绷带固定在患者的手臂上，不妨碍手臂的活动，绷带粘贴松紧可调节，可适用于不同的人群。输液器因有蓄电池驱动装置，可随身携带，而检测和警报装置又可使患者不必担心输液过程中的任何问题，因此大大提高了患者的自由活动能力和范围。加热装置可使输注到患者体内的液体温度更加舒宜，提高了患者输液过程中的舒适感以及治疗依从性。避光装置、过滤装置提高了输液的安全性，增加了患者治疗的信心。该输液器无论是输液暂停或输液停止，因输液管内有液体压力，均可有效阻止静脉血回流至输液管内，减轻患者因看到静脉血回流而引起的心理负担。