基于电磁加热的一次性注射器毁形机结构设计*

詹娜妮，李秋贤，邹安琪，邓禹琳，李 晶，伍媚春

(南华大学 护理学院，湖南 衡阳 421001)

0 引 言

随着医疗规模的扩大以及越来越多医疗用品的一次性化处理，相应医疗有害废物迅速增长，如若处置不当，将对环境和人类健康造成极大伤害[1]。据世界卫生组织(WHO)报道，2002年全球3500万医护人员共发生300万次针刺伤[2]。锐器伤是医务人员在临床工作中遇到的常见伤害，其中多数为针刺伤[3]，患者已经用过的针头，属于感染性废物，易扎伤他人，对人类的健康安全造成威胁[4]。Jończyk A等[3]调查了107名医护工作者，最常提及的伤害类型包括：扎伤(51.5%)，割伤(28.8%)，划伤(10.6%)，扎伤和割伤(9.1%)。伤源最多的是注射针(35.9%)、药物安瓿(23.3%)、笔(7.8%)。毛秀英等[5]调查432名实习护士实习期间发生锐器损伤的占93.3%，平均6.4次/人，以针头和玻璃为主占80.33%，被污染物刺伤的占37.72%。任小英等[6]调查343名临床护理人员中有88.92%的护士受到针刺伤害，其中半数护师职称的人员被针刺伤的频率>5次，针刺伤发生率极高。美国国立职业安全和健康研究所提供：美国每年大约有60～80万专业人员被针头刺伤[7]。

针刺伤时的操作环节多发生在处理使用后的针头上。任小英等[6]调查注射后针头处理(收废弃针、毁形浸泡、取下针头及重套针帽)所致针头刺伤占刺伤总数的62.68%。毛秀英等[5]调查432名实习护士发生针刺伤不同环节的刺伤率分别为操作前占25.6%，操作中占20.0%，操作后占54.4%。王红红[8]研究显示护生实习6个月就有72.6%的人被刺伤，其中79.4%的是被用过的针头刺伤。针刺伤已成为当今医务人员所面临最严重的职业危险因素之一，中国疾病预防控制中心相关专家收集了23个城市229家医院共19171名护士的锐器伤相关信息，研究发现81.37%的临床护士2020年中至少发生过1次锐器伤[9]，如何解决针刺伤问题已成为预防护士职业损伤的一个重要方面。

常用的医疗垃圾毁形器主要有锐器盒、针头毁形器、大型粉碎型医用毁形器等。锐器盒产品采用新聚丙烯料，易于高温焚烧，可收集注射器、输液器、一次性使用物品的针头，但需人工手动用力进行分离，一次性分离毁形单只注射器，封闭后无法在不破坏的情况下打开。分离效率较低，且易于在分离的过程中造成针刺伤。针头毁形器具有快速熔化金属针尖、同时割坏注射器针筒及胶塞，并能初步割断管状塑料的多重毁形作用，但需手动握住注射器实现半自动化分离，但在销毁的过程中易产生火花，分离效率较低。大型粉碎型医用毁形器毁形方式为机械切割、连续粉碎、废料集中收集；处理能力为一次性注射器≥500支/min，塑料制品20～25 kg/h，基本实现全自动化处理。但其费用较贵，且占地面积大，一般医院科室、诊所等使用需求不高。

因此，此研究针对目前一次性注射器毁形机存在使用安全隐患、毁形效率不够高、针尖与注射管分离不彻底进而增加了回收步骤和回收成本的问题，设计了一种基于电磁加热的一次性注射器毁形机。为贯彻执行《医疗废物管理条列》、《医疗器械监督管理条列》，进一步完善医疗垃圾分类体系，对使用过的一次性医疗用品，毁形后有效地进行处理，防止疾病传播，保护和净化环境，保障人类生命健康。

1 总体方案设计

此次设计目的是设计一种新型一次性注射器毁形机，解决现有的毁形器存在使用安全隐患、毁形效率不够高、针尖与注射管分离不彻底进而增加了回收步骤和回收成本的问题。通过大量的实际调查，对所设计的装置制定了以下几点要求：①可实现针尖与注射管的彻底分离；②适用于不同规格一次性注射器；③毁形效率高；④操作安全性有保障。

考虑到一次性注射器毁形的要求，对所设计的装置有了一个初步的构想：针头和注射管的分离改变以往采用电加热融毁的方式，通过电磁线圈加热的方式完成；注射器的夹持采用喇叭口形双弹簧夹紧机构完成；注射管的毁形采用电机带动两个锯齿形切割轮切割完成。整体毁形过程在一个密闭的腔室内完成，针头和注射管的分离以及注射管的毁形通过一个步骤完成，提高一次性注射器的毁形效率和安全性。

2 结构设计及功能

基于电磁加热的一次性注射器毁形机主要由外壳、注射管夹持机构、注射管毁形机构、针尖加热装置和针头回收盒等部分组成。外壳内部从上至下依次分为注射管毁形腔、针头加热腔及针头回收腔；注射管夹持机构设在注射管毁形腔内，其用于夹持一次性注射器的注射管；注射管毁形机构设在注射管毁形腔内，其用于切割一次性注射器的注射管；针尖加热装置设在针头加热腔内，其用于加热一次性注射器的针头，实现针尖与注射管脱离；针头回收盒设在针头回收腔内，其用于收集分离后的针头。基于电磁加热的一次性注射器毁形机可实现任意规格一次性注射器注射管的快速毁形，以及一次性注射器注射管与针尖的快速分离。总体结构如图1所示。

图1 总体结构图

2.1 注射管夹持机构

注射管夹持机构(见图2)主要用于夹持不同规格的一次性注射器，其结构包括两块弧形板和两组移动支持组件。弧形板一面为凸弧面，另一面为凹弧面，两块弧形板的凹弧面相互正对，从而在两个凹弧面之间形成夹持区间，夹持区间上端正对插口，下端正对连通孔，将一次性注射器通过插口插入外壳内部时，两块弧形板形成的喇叭口段可对一次性注射器的注射管起到聚中和引导的作用，方便一次性注射器顺畅插入外壳内部。两组移动支持组件以夹持区间为中心对称布置，并分别与两块弧形板关联。移动支持组件包括轴座、横轴、抵块和弹簧。轴座和轴座距离弧形板从近至远间隔固定安装在注射管毁形腔的底面上。横轴活动安装在两个轴座上，并可沿轴向方向移动，其端部固接在弧形板的凸弧面上，当横轴沿轴向方向移动时，带动相连接的弧形板靠近或远离另一块弧形板。抵块固定连接在横轴上，并位于两轴座之间。弹簧压缩套装在横轴上，并位于抵块与轴座之间。

图2 注射管夹持机构

2.2 注射管毁形机构

注射管毁形机构(见图3)主要用于切割一次性注射器的注射管。注射管毁形机构共有两组，两组注射管毁形机构以夹持区间为中心对称布置，并分别与两根横轴关联。注射管毁形机构包括支架、电机和切割轮。支架固定安装在横轴上。支架包括两个C形卡座和橡胶垫。该结构一方面，可很方便的调节两个C形卡座在横轴上的位置，进而调节切割轮伸入夹持区间内的多少，另一方面，切割轮切割一次性注射器的注射管时难免会产生振动，橡胶垫可起到缓冲振动，避免振动直接传导到横轴上的效果。电机固定安装在支架的下端，其机轴沿水平方向伸出，切割轮安装在电机的机轴上，其边缘伸入夹持区间内。两组注射管毁形机构的切割轮处在同一竖直平面和同一水平高度上。

图3 注射管毁形机构

2.3 针尖加热装置

针尖加热装置(见图4)主要用于加热一次性注射器的针头，实现针头和注射管的完全分离。针尖加热装置包括电磁线圈和线圈骨架。电磁线圈绕设在线圈骨架外部。线圈骨架的上端中心处和下端中心处设有连通孔，线圈骨架上端和下端分别插接在针头加热腔的顶面和底面上，连通孔相互正对且连通。在电磁线圈中通过高频交流电，激发交变磁场，使处在磁场中针尖产生涡流状的电流(简称涡流)，通过涡流对针尖进行快速加热，实现针尖与注射管脱离。

图4 针尖加热装置

3 工作原理及流程

基于电磁加热的一次性注射器毁形机可实现任意规格一次性注射器注射管的快速毁形，以及一次性注射器注射管与针尖的快速分离。工作时，首先启动两组注射管毁形机构的电机，驱动两个切割轮旋转，并确保两个切割轮的转向相反，转速相同。然后将一次性注射器的针尖朝下，通过外壳的插口插入夹持区间，一次性注射器的注射管进入夹持区间后，首先推挤两块弧形板同时向相互远离的方向移动，并被两块弧形板夹紧，当注射管与两个切割轮接触时，一边被切割轮切割毁形，一边被切割轮带动向下移动；当注射管与针尖相连接一端的端面与线圈套筒的上端面相抵时，即达到一次性注射器的最大插入深度，此时针尖已经进入线圈套筒的内部。在电磁线圈中通过高频交流电，激发交变磁场，使处在磁场中针尖产生涡流状的电流，通过涡流对针尖进行快速加热，从而融化掉与针尖相连接的注射管部分，使针尖脱离注射管并落入针头回收腔中。

4 设计创新点

(1)可实现针尖与针管的彻底分离：在电磁线圈中通过高频交流电，激发交变磁场，使处在磁场中针尖产生涡流状的电流(简称涡流)，通过涡流对针尖进行快速加热，从而融化掉与针尖相连接的针管部分，实现针尖与针管脱离。

(2)适用于不同规格一次性注射器：一方面，不同规格的注射器，其针管尺寸(直径和长度)不一，但针尖长度基本一致，当针管与针尖相连接一端的端面与线圈套筒的上端面相抵时，即达到一次性注射器的最大插入深度，此时针尖必然进入线圈套筒的内部；另一方面，一次性注射器插入夹持区间后，两块弧形板可根据针管的尺寸适应性调节夹持区间的大小，并保持对针管的夹紧状态。

(3)操作安全性有保障：一方面，一次性注射器插入夹持区间后，即将夹持区间填满，另一方面，针管采用机械切割的方式进行毁形，针尖采用电加热的方式进行脱离处理。整个操作过程不会产生火花，也不会有碎屑飞溅出来，保证了操作的安全性。

(4)运行稳定性有保障：两组针管毁形机构的切割轮处在同一竖直平面和同一水平高度上，所述竖直平面通过夹持区间的中心线，基于该结构，两个切割轮在切割针管时，既可起到辅助针管向下推送至最大插入深度的效果，又可起到维持针管稳定性，防止针管因两边切割力度不均而产生单边偏移的现象。

5 结 语

医护人员在临床工作中被锐器(针刺)伤害是不可完全避免的，但锐器伤害可以进行预防。卢映君[10]调查研究中清理用物时被针头刺伤的护士占针刺伤护士的19.4%，减少使用后的注射器处理步骤可有效减少医护人员的针刺伤概率，提高医护人员职业安全感，促进医护人员的身心健康。本研究利用电磁加热技术对注射器分离毁形实现节能创新，将以往的人工反复性机械化操作，耗能大等弊端逐一突破，实现节能环保，高效率的全自动化操作模式，有望减少医护人员针刺伤发生率。