智能输液辅助机器人创新设计研究

邓洁茹 蔡学鹏 成都工业学院

一、医疗机器人产业发展现状

据调查，全球医疗器械投入金额从2011年的233 亿美元到2019年的301 亿美元，预计在2021年到达327 亿美元，呈现出迅猛增长的态势。全球医疗器械行业市场规模也呈现逐年递增的趋势，预计在2022年到达5220 亿美元。随着医疗器械的研发资金的不断增长，未来的医疗器械将出现前所为有的发展机遇。

就行业发展动态而言，医疗机器人前景广阔，目前，国外医疗机器人企业正在抢滩中国市场，部分国内企业也已经开展医疗机器人研发布局。业内专家认为，在医疗机器人这一新兴行业，目前中、美、欧都处于“婴儿期”，政府可加大对研发的支持力度，以实现中国健康产业弯道超车，助力“健康中国2030”宏伟目标达成。

虽然现在医疗机器人应用与实际还面领着诸多的挑战，但是医疗机器人作为医疗器械从机械化向自动化、智能化方向发展的重要组成部分，将会迎来大发展的时期，医疗行业对医疗机器人期待不断增加，未来将出现翻天覆地的变化。作为医疗机器人的一种细分市场的产品，输液辅助机器人提供了创新的一体化智能输液医疗解决方案，势必会带来医疗护理产业的新景象。

二、国内外输液设备分析

目前国内外对输液医疗过程提供的服务解决方案绝大部分是基于对单体输液器的改进，但一体化智能化输液服务设备的设计制造还较为少见。

(一)国外

国外对智能型输液泵的研制较早，如日本、美国和德国等国家上世纪80年代末就进行了输液泵的研制。现在市场上流行的大多是国外产品，类型多样，性能较好，如日本JMS 株式会社，美国IMED公司以及德国博朗公司等。

(二)国内

国内对输液泵的研制起步较晚，大都在90年代中期开始研究，市场上也有一些国产输液泵，如北京科力丰高科，深圳康福特公司等。不过总体说来，种类较少，性能也需改进。智能输液器在国内的研究还较少。

输液设备在医疗行业中扮演着举足轻重的地位，现有市场输液设备大致分为两种：莫非式输液器，其特点为功能单一，仅靠重力和压强进行输液，价格便宜，市场占有率高，但用户使用体验感较差。输液泵，其特点为可以提供控制温度、控制流速、提供报警、数据可视化等功能，价格较贵，一般用于加护病房或较严重病患，用户体验感仍然不够舒适。其他概念化输液器的设计也在不断涌现，这类概念化新兴产品，市场普及率低，用户体验感得到大幅提升。通过对不同产品使用功能、价格、市场占有率等方面进行对比分析，可以看出，目前医疗行业的输液设备大多采用莫非式输液器，利用重力来输液，功能单一，对于医护人员与患者来说方便性较差。现在输液器市场种类虽然逐步呈现多样化发展趋势，但仍有许多用户需求还未被满足，此外，还要考虑对产品的功能、形态、结构、色彩、工艺等方面进行优化，以及结合房间风格、空间大小等特点进行人性化设计。

随着科技的发展和人们的生活水平不断提高，不管是患者和医护人员都需要一款智能高效和使用方便的输液设备。智能输液辅助机器人是一种新型的针对病患输液场景而开发的智能医疗机器人，通过调研分析，智能化输液器的发展还处于婴儿期，一体化智能化的输液辅助机器人还未在市场中出现成熟产品，其创新性较强，商业价值和社会价值较高，未来具有广阔的市场发展空间。

三、智能输液辅助机器人设计研究

近年来，涉及输液的不良事件时有发生，其原因主要是人为错误，例如提供错误的剂量，给予错误的药物以及输液过程中操作不当。根据事故分析，以下被认为是引起输液操作错误的原因：医患间缺乏沟通，设备设计有缺陷，护士的多重任务、操作中断、任务模糊，病患缺乏足够的知识和技能等。通过调研发现输液设备的设计不当容易造成患者使用困难、使用时感到不舒适，同时，在护士人手不足时，对病患的照看存在疏忽，病患本身也无法自主操作输液设备，其中部分原因也与输液设备本身设计不够人性化有关。

输液辅助机器人旨在改善用户就医体验，提高患者自主活动便利性及安全性，减轻陪护人员工作负担，针对输液医疗全过程中的综合用户体验提供智能化解决方案。整体设计遵循实用性、审美性、经济性这三个基本原则来开展。主要考虑的功能设计内容包含对报警系统、控速系统、控温系统等方面的改进和创新设计。

(一)设计原则

1.实用性

实用性要求产品必须首先具备特有的功能和用途，作为产品就必须实现其基本的功能属性。输液设备具有一定的使用范围，若使用范围过于广泛，就会造成产品结构过于复杂、加工制造困难、成本提升、造成产品功能浪费。优良的输液设备是通过合理的操作、使用的舒适、使用过程中安全可靠、能够高效准确完成输液来体现出来的。还要充分考虑人的生理、心理特征以及结合人机工程学的理论、数据来更好的解决人-机-环境之间的关系。

2.审美性

工业产品设计的审美性主要体现包括形式美、工艺美、材料美等。不同于工艺美术或艺术创作，产品设计的美服从于工业化生产需求，需要满足人类生理、心理需求。因此，输液设备的造型设计的审美性应该满足以下特点：满足现代生活条件下的实际要求；应该体现时代精神内涵；应该吸取艺术的精髓和科学技术的进步；应该能够灵活运用新材料、新技术、新方法；还应该明确表达意图，不能使产品的功能模棱两可。

3.经济性

经济性就是设计要尽可能降低产品生产成本、使产品价格合理。合理运用新材料、新技术、新工艺、新结构来创造产品，从而达到最佳的经济性效益。此外，在产品设计中，应以最少的人力、财力在最短的时间周期内完成设计生产，以达到最大的经济效益。

(二)功能设计内容

1.报警系统——自动预警模块

自动预警模块主要是利用各类传感器进行数据搜集，与控制系统联动，进行预警提示。主要运用的传感器有检测液体流量流速的红外滴数传感器，检查气泡的超声波传感器，检测堵塞漏液的压力传感器等。报警装置检测到报警信号，发出光电报警和声音报警，第一时间响起蜂鸣声，或闪烁灯光，以便引起使用者注意，进行正确的操作。

2.控速系统——显示及控速模块

利用手持产品与输液设备结合，同时采用气压泵原理与加压同步测试技术进行低位增压，保持移动过程中输液压力和输液速度，病人可以在输液器的屏幕显示上观看输液时的速度以及剩余时间，当病人在休息时，可以将输液设备放在桌子上。

3.控温系统——保暖加固模块

保暖加固模块通过控温来解决病人在输液过程中发生的血管低温收缩影响液体流动的问题。保暖装置采用低压陶瓷加热片，它是一种通电后板面发热而不带电且无明火的、外形呈圆形或方形的、安全可靠的电加热平板。加热板由于使用时主要靠热传导，因此热效率高。

四、结论

输液辅助机器人作为医疗机器人细分市场的一种护理类产品，避免了传统输液方式中的诸多不便，如独立行动困难，需要陪护人员协助看护，容易造成回血、无法自动停液等情况，通过搭载自动预警模块、显示及控速模块、保暖加固模块等不同功能的智能模块，全面提高了输液医疗过程的安全性、精确性、效率性和宜人性。