智能注射器设计及可行性分析

姜婉彤 王思慧 柏子炆 陈玥彤 王英才

摘要：本文通过儿童疫苗注射操作和实施过程中存在的风险和问题分析，得出基于智能化的注射器产品设计原则，分析其工作原理和附加技术的植入，进行可行性分析，发展智能医疗设备和智能注射器产品，能够提高医护人员的工作效率，还可以帮助用户在医护人员工作繁忙时，自动进行疫苗注射。

关键词：疫苗注射;智能注射器设计;可行性分析

1关于注射问题

首先是肌肉注射，打在肌肉组织内，常用肌注部位为三角肌，臀大肌，臀中肌，臀小肌，股外侧肌等。注射方式为常规消毒后，跟注射部位皮肤呈90度迅速进针，埋入针头约三分之一至三分之二，回抽无回血缓推药液，肌内注射药物显效比较快。其次是静脉注射，打在静脉里面，凡便于穿刺，血流丰富，且离静脉瓣较远的静脉均可用于静脉注射。注射方式为常规消毒后，跟找到的血管呈15-20度角进入，见到回血后降低穿刺角度，缓慢注入药液，是药物发生疗效最快的途径。再者是皮内注射，打在表皮和真皮之间，常用部位为前臂掌侧中段，通常用来作皮试，也是局部麻醉的前驱步骤。最后是皮下注射，打在皮下组织，常用部位为上臂三角肌下缘，腹部，大腿内侧等，常用于预防接种，以上臂三角肌下缘注射为例，首先常规消毒皮肤，然后将抽吸好药液的注射器与皮肤呈30-40度角快速刺入，回抽无回血，缓慢注入药液。

无论是哪种注射方式，人都有疼痛感，对于小孩子，就是一个很难过的难关。

2儿童疫苗注射操作和实施过程中存在的风险和问题

2.1从事预防接种人员业务水平低下

一些疫苗接种者缺乏专业知识，，没有经过专业的培训，从而导致其对相关法律法规政策以及所接种疫苗的相关知识掌握较少，疫苗接种剂量掌握不准确，并且不具有高度的责任心，严格的态度，盲目接种，提前接种或重复接种的现象时有发生。不能完全的掌握免疫程序、接种方法、途径和禁忌症以及反应的观察、特殊情况时处理方法，从而确保工作质量。

2.2預防接种异常反应处理的问题

目前，尽管接种疫苗人员的技术以及接种疫苗逐渐改良，但是由于接种的个体存在着不同的差异，接种后异常的反应时常有发生，有些接种人员经验不丰富，处理问题不完善，导致有些儿童家长不理解，不断为难接种人员，这给接种人员的工作带来很大的影响，使接种人员在接种工作时心有顾虑。

2.3疫苗注射操作过程中问题

多数儿童和少数成年人有注射恐惧症，在注射疫苗期间，害怕针头。这是许多医生在注射疫苗时需要面对的问题。有研究人员通过对100名志愿者进行的集中调查，调查结果显示，由于许多儿童恐惧疼痛，扎针时间较长，难以顺利进行扎针或者需要多次扎针，所以顺利地进行注射疫苗是一个很显著的难题，导致了儿童以及父母在注射疫苗期间的情绪焦虑。

3智能注射器设计

3.1基于智能化的注射器产品设计原则

（1）安全性设计原则

安全感是主观诉诸于客观的感觉，具有安全感的医疗产品能给使用者带来情绪上的愉悦。[1]对于产品设计，尤其是医疗的产品，第一个要考虑的问题就是安全性，所以设计要给用户带来足够的安全感。安全性决定着产品是否能够正常供用户使用，在用户使用过程中，确保用户在使用操作过程中是安全的，不对用户造成威胁和隐患。产品使用的安全也是用户选择产品时考虑的第一因素。智能化注射器更加要注重各部分零件的安全性，包括各元件之间的合理化安排、保证内部元件的稳定性。[2]

（2）实用性设计原则

产品设计即要注重产品的智能化，又要注重产品功能上的实用性。对于注射器而言，智能化注射器使患者注射过程更加的简便，并且帮助患者完成注射疫苗的过程。所以，智能化产品设计要以疫苗注射的功能过程为主，不能忽略了产品本身的实用性。

（3）可操作性设计原则

智能化注射器在用户操作上一定要符合人机工程学。由于产品智能化，很多用户需要时间去接受，所以在设计时候，不能因为智能化的加入，忽略了产品的可操作性，使操作变的更复杂且难以理解，要使操作工程更加简便。

3.2.基于智能化的注射器设计创新点

（1）工作原理

自动注射器的外部包括外接的电脑端，用于接收自动注射器传输的人体数据，数据传输线连接外接电脑端和自动注射器，是两者能进行数据的传输，电源线给自动注射器提供启动的电源，内部结构包括电机一和电机二，针头和针筒以及固定端，位于针筒后端，固定住针筒防止抖动等问题。针头和针筒前端有收缩器，在给病人带上自动注射器之前，针头是收缩状态，不用担心针头划伤病人的现象发生，收缩的针头排出内部的空气。其外部有躯壳包裹，外部则是自动注射器的外包，由坚硬的外壳组成，由于针头的角度在进行注射的时候是可以通过电脑端进行调整的，所以不用担心针头注射位置会出现偏差的问题，侧面设有止血粘贴，满足注射成功以后，对伤口进行止血工作。

（2）附加技术植入

VR眼镜与自动注射技术相融合，在孩子打针时候，让其佩戴眼镜，立体成像效果让孩子像是看动画一样，防止了孩子恐惧以及一系列的心理伤害，不知不觉在游戏中解决了困扰孩子和家长的大问题。

4可行性分析

4.1国家对智能医疗产品的需求

2020年，新型冠状病毒的爆发，人工智能技术得到了医疗领域的高度重视，新型冠状病毒预示着，我们要更加注重疾病的预防以及传染方面。预计在疫情过后，人们会更加注重身体方面的问题。在线问诊、远程医疗、医疗企业将迅速发展。同时5G技术、AI技术、物联网将会融入到医疗产品，从而使智能医疗得到进一步的发展。由此可见，智能注射器设计将会进一步发展。

4.2国家鼓励发展智能医疗设备

人工智能医疗随着大数据、互联网和信息科技在智慧医疗领域的应用发展迅速。2017年，国务院发布了《国务院关于发布新一代人工智能发展计划的通知》，提出了发展便捷高效的智能服务的建议。推广人工智能治疗的新模式新手段，从而发展"智能+医疗"。人工智能技术在智能体温检测中，大数据防控、机器人接待等方面发挥着十分重要的作用。预计在不远的未来，智能医疗的发展必然成为主流趋势。

4.3国外先行地区提供了很好的经验借鉴

LLC公司研究出世界上第一台可以自动完成静脉采血的过程，用于抽取血液或静脉注射管的放置——自动静脉穿刺医疗仪。它使用超声彩色多普勒成像，红外线和超声波成像，在工作过程中医疗仪自动确定针头最终的插入的位置，针头进入身体后就会调整深度以及位置，从而达到精确采血的目的。

该自动静脉穿刺仪一开始是为儿童医院设计，这一自动静脉穿刺仪让我们大受鼓舞，因为它有效地缓解了静脉穿刺期间父母和孩子的焦虑，很大程度上抚慰了儿童和父母在静脉注射时内心的恐慌情绪，但也可以供成年患者使用。研究表明，父母对该设计的接受度高达98%。由此可见，设计智能注射器产品能够逐渐取得广泛的社会共识，得到广泛支持。

5.结语

随着时代的进步和技术的发展，国家大力的支持智能化医疗设备。智能化的注射器设计，就是在传统注射器的基础上，将智能以及自动化功能融入进传统设计上，产品可以有效地缓解静脉穿刺期间父母和孩子的焦虑。智能注射器产品设计能够更好地帮助用户在医护人员工作繁忙时，自动进行疫苗注射，从而提高医护人员的工作效率。

基金项目：本文是2020年辽宁科技大学大学生创新创业训练计划项目的阶段性成果，项目编号：202010146385。

（辽宁科技大学）