基于TRIZ理论的一种智能加热加压输液装置设计

张永慧 马筱佳 王婷婷 刘欢 李佳鑫 李国利

摘 要：基于发明问题解决理论（theory of inventive problem solving，TRIZ）的系统化创新方法，提出一种智能加热加压输液装置进行改造创新的综合方法。通过临床上了解输液装置的当前状况，并通过分析传统输液装置和改良后输液装置的问题和矛盾等内容，采用了最终理想解、技术矛盾、物理矛盾和物—物分析TRIZ等工具，改进形成新型智能加热加压输液装置。

关键词：输液;智能;加热;加压

传统的输液方式因为受到了输液动力的限制，只能采用输液架来辅助病患输液，并且存在于很多不方便的地方，患者活动范围受到了限制，需要有人照看;站地及转运过程中使用不方便，不能安全有效地进行输液;不能精确地输液;输液速度慢;如果输入大量低温液体，容易导致病人二次伤害。在急救和一些特殊治疗时，需要快速补充液体。当前是利用注气或选用大口径的穿刺针或导管，来对液体行加压。但是压力不能稳定和持久，重复性操作又费时费力，不适合在临床治疗输液输血。有学者研究表明常见的加压输液装置中大多数是实现外在的气囊压力作用，但会随着输液袋中的液体减少而降低压力[12]。对于特殊病情或急救患者需要快速补充输液，传统的输液装置就无法满足要求，从而错过了最佳的抢救时间。另外，一般的加压输液装置为一次性用品，如果遇到寒冷情况，就无法对液体进行加热处理，给病人造成新的不适，不仅增加了患者的经济负担，同时还对输液装置材料造成浪费[3]。因此本文通过TRIZ理论解决了输液装置的压力、加热和体积的矛盾和问题。

1 方案研究

输液在临床给病人治疗时运用广泛，在医院使用的输液装置中，普遍运用传统输液方式，原理是依靠重力将药品流入人体，但流速不能精确控制，病人在寒冷状态下，输入冷液体对身体有较大的伤害。在现有的设计技术中，有加压恒温装置，但不利于回收，并且成本偏高，效率慢，人工耗费大。本文研究的主要目的是解决现有输液装置的不足，提高性能和降低装置运行成本。

1.1 问题分析

目前，临床上广泛使用的输液器和输血器在使用时，容器基本上是采用垂直悬挂式，通过依靠地心引力的作用给患者输液或输血，有学者表明，这种方法存在明显的缺陷，需要护士手动控制液体的流速，无法准确达到临床合适的输液速度，而且只依靠地心引力或者人为挤压的方法来调节输液速度不符合当今现代化、智能化[4]。因此我们想要改善压力方面的问题，在生活中有的装置我们对其分析可以得到他们的优缺点，例如在改变压力的同时也会改变它的体积。我们首先进行系统分析如图1所示。

图1 功能分析

1.2 问题转化与求解

TRIZ理论的问题模型包括技术矛盾、物理矛盾等矛盾。通过有矛盾矩证表查得发明原理，如下表所示：

利用因果链工具可以看出病人在输液的时候会感觉身体不适，那么感觉不适的原因是由血液回流，液体温度太低或是当时所处的环境温度太低所导致的。然而我们追溯到下一层面可以看出之所以血液会回流是因为压力的改变，或者就是输液袋里的液体减少，或者就是病人可能移动了输液袋的位置。

我们可以得到以下解决方案：

方案1：用电机驱动注射器或注射装置活塞，或使用充气泵给输液瓶中充气加压，通过反馈电路控制电机来调节活塞压力，或控制瓶中压力，实现快速补液，以此来改善压力问题。

方案2：设置一个挤压装置来调节压力问题，以此来解决血液回流的问题。挤压形式可分手动挤压、电动挤压、气动挤压和液压挤压。手动挤压是通过人工挤压形成压力，电动挤压是通过螺丝杆转动推进加压，气动挤压是通过压缩气体驱动气缸加压，液压是利用抽液泵强迫液体增压驱动柱塞升起加压。在这里我们使用气动装置来实现加压问题。

方案3：可以按呼叫铃让护士来进行人工加压，需要一个液体监控器当液体少于一定程度的时候可以发出警报，让护士来看是否需要继续添加药品[5]。

方案4：设置一个气囊然后在外面弄一个充气装置，另外需要一个压力传感器，以此来感知输液袋内需要的药品的多少。把这个充气装置套在输液袋的外面，这样可以实时监控液体变化，等液体到一定位置的时候可以发出警报。

通过物理矛盾，解决的是实现矛盾双方的分离，分离原理包括：空间分离、时间分离、条件分离以及整体与部分分离四种类型。针对这一矛盾通过空间分离我们可以分析出采用发明原理3局部质量以及发明原理5组合我们可以得到：

方案5：把莫非式滴管改变成其他形状以便于液体的流出，这样可以控制液体流出的速度。

方案6：将莫非式滴管上面的输液管的横截面积扩大，这样可以增加液体输出量。

另外我们团队还讨论得出结论输液装置的压力应该是可以根据病人的病情调节的，所以应该设有调节中心。

方案7：把输液袋的形状改成梨形或者其他形状，在方案4的基础上我们可以加上一个加热線圈和一个温度传感器，这样可以改善液体温度过低的问题。

1.3 方案分析

方案1：通过控制电路压力或控制瓶中压力，实现快速补液，来改善压力问题。

方案2：通过使用气动装置来实现加压问题。

方案3：通过安装一个液体监控器，当液体少于一定程度的时候可以发出警报。

方案4：通过设置一个气囊然后在外面弄一个充气装置，一个压力传感器，以此来感知输液袋内需要的药品的多少，等液体到一定位置的时候可以发出警报。把这个充气装置套在输液袋的外面，既可以增加压力，又可以实时监控液体变化。

方案5：通过将莫非式滴管改变形状来使液体容易流出。

方案6：通过将莫非式滴管上面的输液管的横截面积扩大来增加液体输出量。

方案7：通过把输液袋的形状改成梨形或者其他形状，在方案4的基础上我们可以加上一个加热线圈和一个温度传感器，这样可以改善液体温度过低的问题。

方案8：方案4和方案7结合在一起得到一种加压加热的装置。

2 结论

经过综合考虑，我们决定采用的是方案8即方案4和方案7合并而成的。它的有益效益在于：

（1）该实用新型产品的目的是在于提供一种智能加热加压输液装置，根据患者的病情的需要智能调节出最合适的输液速度及压力，同时具有加热功能可以对液体进行加热，来提高患者输液时的舒适度。该实用新型产品提供以下技术方案：这是一种智能加热加压的输液装置，其包括气囊、加热线圈、充气装置、压力传感器、温度传感器以及微处理器，气囊会套装在输液袋外面，加热的线圈设置在气囊内壁，充气装置通过进气管与气囊连接，微处理器分别和充气装置加热线圈、压力传感器以及温度传感器相连接。

（2）气囊为双层帽子型气囊，开口处设有用于收口的收拉绳，气囊的套装在输液袋袋体外并与输液袋袋体形成密封腔体：输液袋接头处设有压力传感器与温度传感器;输液袋为倒梨形，由PP、PE、硅胶、PA或SEBS等材料中的一种制成。加热的线圈是由金属加热导线制成。本实用新型产品的有益效果在于：①通过微处理器智能化调节输液袋内的压力和温度，可以调节出最合适的输液温度和速度，满足特殊环境和不同患者的需求;②输液袋为倒梨形。可实现液体的充分流出;③输液装置整体结构组成简单，成本低，可靠性高。

参考文献：

[1]李娟利，辛霞，辛爱利，黎巧玲，张琳娟，李小妹.恒温加压输液装置的设计与应用[J].临床医学研究与实践，2016，1（15）：125126.

[2]黄迎春，沈如婷，彭南海.一种输液加压装置的制作与应用[J].护士进修杂志，2016，31（24）：2234.

[3]张美荣，李宇军，付朝云.介绍一种加压输液器[J].护理研究，2008，（22）：2061.

[4]刘育杰，丁小珩，龚伟，仲霄鹏，曹学成.手动充气滴速可调式双囊气压输液器的研制[J].中国医学装备，2013，10（10）：4647.

[5]周斌，燕國俊.报警式动脉加压输液袋的设计与应用[J].中华现代护理杂志，2016，22（29）：4178.

[6]仲霄鹏，龚伟，丁小珩，王颖，刘育杰.双囊气压输液袋在失血性休克病人中的应用[J].现代生物医学进展，2013，13（21）：40854087.

基金项目：重庆市高等教育学会高等教育科学研究项目（项目编号：CQGJ17149B）;重庆三峡医药高等专科学校人文教改项目（项目编号：2018xjz14）;重庆三峡医药高等专科学校人文教改重大项目（项目编号：2016xjzd03）;重庆市高等教育教学改革研究项目（项目编号：193384）

作者简介：张永慧（1988— ），女，汉族，博士研究生，重庆三峡医药高等专科学校基础医学部药理教研室，副教授，研究方向：TRIZ创新方法研究。

*通讯作者：李国利（1980— ），男，汉族，硕士研究生，副教授，研究方向：TRIZ创新方法研究。