毛靖寧 湯黎明

新型動態(tài)壓力監(jiān)測腸內營養(yǎng)輸液泵的研制

毛靖寧①湯黎明①

目的：研究設計一種帶有動態(tài)壓力監(jiān)測功能的腸內營養(yǎng)輸液泵，并闡述其原理和實現(xiàn)方法。方法：在常規(guī)輸液泵推送藥液原理的基礎上結合臨床應用，設計出動態(tài)測壓部件和基本功能部件系統(tǒng)。結果：通過實施輸液過程中動態(tài)壓力監(jiān)測，避免患者腸內營養(yǎng)支持中出現(xiàn)機械并發(fā)癥。設計方案提供了一種可實現(xiàn)自動控制營養(yǎng)液輸注速度和總量的裝置，并可實現(xiàn)全過程的安全監(jiān)控。結論：新型動態(tài)壓力監(jiān)測腸內營養(yǎng)輸液泵的研制可提高腸內營養(yǎng)泵的安全性，同時可極大地減輕醫(yī)護人員的工作強度，提高護理工作的質量和效率。

腸內營養(yǎng)；營養(yǎng)泵；壓力監(jiān)測

[First-author’s address]Department of Medical Engineering, Nanjing General Hospital of Nanjing Command, Nanjing 210002,China.

隨著營養(yǎng)支持理論和實踐的發(fā)展以及對腸道結構和功能認識的不斷加深，腸內營養(yǎng)已被證實比腸外營養(yǎng)更符合人體生理，并加以保護患者的胃腸道功能[1-3]。目前，在臨床中營養(yǎng)輸液泵的使用取得了較好的效果，相適用的專用耗材得到了患者的認可和接受，已達到了大規(guī)模推廣的條件。新型動態(tài)壓力監(jiān)測腸內營養(yǎng)輸液泵的研制，對于提高腸內營養(yǎng)輸液泵的安全性具有重要意義[4-5]。

1 腸內營養(yǎng)支持及營養(yǎng)輸液泵現(xiàn)狀分析

1.1 腸內營養(yǎng)支持

腸內營養(yǎng)是經胃腸道提供代謝需要的營養(yǎng)物質及其他各種營養(yǎng)素的營養(yǎng)支持方式，其決定于時間長短、精神狀態(tài)與胃腸道功能[6]。腸內營養(yǎng)的途徑有口服和經導管輸入兩種，其中經導管輸入包括鼻胃管、鼻十二指腸管、鼻空腸管和胃空腸造瘺管[7-8]。

1.2 腸內營養(yǎng)輸液泵

需要提供腸內營養(yǎng)支持的患者主要分為3類：①胃腸功能正常，但營養(yǎng)物攝入不足或不能攝入者(昏迷、燒傷及大手術后的危重患者)；②胃腸道部分功能不良者，如消化道瘺、短腸綜合征(大量小腸切除術后)等；③胃腸功能基本正常但合并其他臟器功能不良者，如糖尿病或肝、腎衰竭者[9-11]。

2 動態(tài)壓力監(jiān)測腸內營養(yǎng)輸液泵研制意義

傳統(tǒng)的營養(yǎng)液輸入多以鼻飼或經造瘺進行腸內喂養(yǎng)，通常以重力為動力或采用注射器推注。然而，由于使用很細的輸液管推入高粘稠度的營養(yǎng)液體會影響其輸注速度，患者體位的改變、輸注管的扭曲受壓等隨時可改變滴速，從而改變營養(yǎng)液的輸注速度和輸入總量，繼而可引起患者血糖水平的明顯波動，甚至發(fā)生高滲非酮癥性昏迷或低血糖反應及其他嚴重的代謝性并發(fā)癥，并可能造成或加重患者的胃腸道不適。傳統(tǒng)的輸注方式不能預測管路堵塞的趨勢，只有在發(fā)生堵塞后再進行排除，造成患者較長時間不能得到喂養(yǎng)，影響臨床治療效果甚至造成醫(yī)療事故[12-13]。

設計一種腸內營養(yǎng)輸液泵，由電腦控制輸液原理裝置為主體，可精確控制腸內營養(yǎng)液的輸注，提供適當壓力以克服阻力，保證輸液的速度[14-15]。采用持續(xù)性腸內營養(yǎng)喂養(yǎng)，可有效地減少胃和食管發(fā)生不適，為吸收能力受限的患者提供最大程度的營養(yǎng)支持；且?guī)в袆討B(tài)壓力檢測部件可實現(xiàn)自動對患者管路壓力實時監(jiān)測，及時提供用戶管路壓力實時變動的信息和趨勢信息，便于及時預防和排除管路堵塞，減少因營養(yǎng)液喂養(yǎng)不足而形成的風險，提高腸內營養(yǎng)的臨床治療效果[16]。

3 動態(tài)壓力監(jiān)測腸內營養(yǎng)輸液泵的研制

3.1 營養(yǎng)輸液泵的整體結構設計

營養(yǎng)輸液泵結構由操作面板、機殼、機械傳動部分以及電氣控制部分組成，其結構如圖1所示。

圖1 腸內營養(yǎng)輸液泵安裝示意圖

3.2 營養(yǎng)輸液泵系統(tǒng)結構

營養(yǎng)輸液泵的系統(tǒng)結構分為4大部件：①主控部件，實現(xiàn)營養(yǎng)輸液泵系統(tǒng)的綜合控制、人機接口、報警系統(tǒng)、信息存儲，是營養(yǎng)輸液泵的控制核心；②基本功能部件，實現(xiàn)營養(yǎng)輸液泵的輸液基本功能，是營養(yǎng)輸液泵功能實現(xiàn)的核心部件之一；③加熱部件，實現(xiàn)給營養(yǎng)液加熱的功能，是營養(yǎng)輸液泵的可選部件；④電源部件，實現(xiàn)網(wǎng)電源(外電)與電池(內電)供電無擾動切換、電池充電管理、電池狀態(tài)信息跟蹤及電源管理等功能，是營養(yǎng)輸液泵的必要部件(如圖2所示)。

圖2 營養(yǎng)輸液泵系統(tǒng)結構

3.3 營養(yǎng)輸液泵工作原理

營養(yǎng)輸液泵采用滾軸泵原理實現(xiàn)營養(yǎng)液的輸注。主控系統(tǒng)控制電機按照操作者設定轉速驅動泵輪實現(xiàn)逆時針勻速旋轉，泵輪在旋轉過程中滾軸連續(xù)擠壓輸液器彈性輸液管道，將營養(yǎng)液通過輸液器末端出口輸入患者體內；容器中的營養(yǎng)液在重力作用下進入輸液器，通過滾軸的連續(xù)循環(huán)擠壓從而源源不斷的輸入患者體內，輸液器的彈性管道通過拉升固定包覆在泵輪滾軸上，并通過管道的彈力為液體輸出提供適當?shù)膲毫?，再通過主控系統(tǒng)控制電機轉速實現(xiàn)輸注精度的穩(wěn)定可靠(如圖3所示)。

圖3 營養(yǎng)輸液泵工作原理

營養(yǎng)輸液泵在工作過程中通過用戶界面設定輸液參數(shù)和獲得設備信息，監(jiān)控系統(tǒng)自動監(jiān)測設備運行狀態(tài)和輸液管道狀態(tài)，設備中集成不同功能的傳感器實現(xiàn)對患者管路壓力、管路氣泡、加熱部件、加熱溫度、電源狀態(tài)以及電機工作狀態(tài)的實時監(jiān)測，監(jiān)控信息自動反饋到主控系統(tǒng)進行處理，主控系統(tǒng)通過對監(jiān)控信息的分析判斷對各種風險自動提供聲、光、電不同方式的報警，保證輸液過程的安全。

將腸營養(yǎng)器安裝到位，其測力部件與營養(yǎng)輸液泵集成傳感器相配合實現(xiàn)對患者管路流經的液體壓力實時監(jiān)測。管路堵塞時患者管路壓力升高，暢通時壓力降低，測力部件實時反饋信號至主控系統(tǒng)處理，壓力信號實時以圖形的方式顯示在用戶界面，通過不同的高低趨勢線段反映管路內壓力值的高低，方便用戶對管路壓力的趨勢做預測判斷，提前消除管路堵塞。當管路阻塞時設備及時響應并產生報警提示。

營養(yǎng)輸液泵配有備用電池。在AC電源中斷的狀態(tài)下可無擾動地切換到電池供電狀態(tài)，實現(xiàn)喂養(yǎng)過程用電安全。

3.4 動態(tài)測壓部件的研制

測力部件與傳感器配合實現(xiàn)對輸液管路患者管路端管內壓力的實時、動態(tài)、精確和準確地監(jiān)測。測力部件安裝在下固定塊，彈性薄膜與固定裝配于下固定塊的測力傳感器實現(xiàn)緊密貼合，彈性薄膜對傳感器產生一定預壓力。測力機構安裝在固定機構后由測力部件壓板鎖緊，測力部件與下固定塊位置相對固定，同時擠壓薄膜貼合至傳感器測力端面，實現(xiàn)了彈性薄膜對傳感器端面的持續(xù)緊密接觸并傳遞精確壓力。

測力部件作為液體通路，液體從進口a端流入，充滿空腔后從出口b端流出，通過其他管路浸入患者體內。測力部件b端或后續(xù)管路出現(xiàn)堵塞時，由于進口液體持續(xù)流入空腔內部壓力升高，擠壓彈性薄膜向外膨脹，彈性薄膜由于物理特性對微小壓力相應迅速，可在微小的壓力變化下產生形變，從而將管內壓力變化傳遞給與其緊密貼合的傳感器。高靈敏度的傳感器通過薄膜形變傳導的壓力變化而檢測出管內壓力的變化。測力部件b端或后續(xù)管路由堵塞轉變?yōu)闀惩〞r測力部件空腔內部壓力降低，彈性薄膜收縮，高靈敏度傳感器亦可通過薄膜形變傳導的壓力變化檢測出管內壓力的變化(如圖4、圖5所示)。

圖4 測力部件工作示意圖

圖5 測力部件原型圖

測力部件與其他連接方式有2種：①作為輸液器的組成部件直接集成在輸液器形成新的專用輸液器；②將測力部件的a、b端口設計為魯爾接頭，與其他輸液器魯爾接頭相連接，作為獨立的部件使用。測力部件作為一次性無菌用品，使用時需要安裝新品，測力部件壓板為自鎖緊機構，手動打開該機構即可更換新品使用。

3.5 基本功能部件系統(tǒng)結構

基本功能部件為泵體設計，其核心功能是電機驅動、電機反饋及執(zhí)行機構反饋構成的控制閉環(huán)。各個檢測傳感器為安全輸液所必須，其監(jiān)控的信號可直接參與電機控制的決策，或向主控部件報告發(fā)出報警。因此，基本功能部件對傳感器監(jiān)控信號的實時響應能力要求較高，如圖6所示。

基本功能部件系統(tǒng)詳細需求有下述7種。

(1)SCI通訊接口。用于和主控部件通訊。

(2)環(huán)境溫度檢測。檢測設備所處的外部環(huán)境溫度，特指泵體與輸液管路接觸部分的空間溫度。

圖6 基本功能部件功能框圖

(3)滴數(shù)檢測。實現(xiàn)對輸液器滴壺進行液滴計數(shù)的功能，用于監(jiān)測流速失控的情況。滴數(shù)檢測屬于平臺通用產品，在營養(yǎng)輸液泵中不體現(xiàn)。

(4)阻塞檢測1、阻塞檢測2。實現(xiàn)輸液管路阻塞檢測功能，阻塞檢測1：完成阻塞檢測，采用動態(tài)調零方案。阻塞檢測2：當使用專用耗材時無需動態(tài)調零，采用動態(tài)壓力監(jiān)測方案；當使用通用耗材時仍采用動態(tài)調零方案，不采用動態(tài)壓力監(jiān)測方案。

(5)氣泡檢測。檢測輸液管路內部是否存在空氣。

(6)開門檢測。檢測門的打開和關閉兩種狀態(tài)，為輸液決策提供門狀態(tài)信息。

(7)電機驅動和泵體。電機驅動和泵體實現(xiàn)營養(yǎng)輸液泵最重要的基本功能為輸液。泵體由電機、減速齒輪組及執(zhí)行機構組成。泵體上應有檢測旋轉位置、旋轉方向的傳感器，構成反饋回路。營養(yǎng)輸液泵采用脈動式輸液，電機運行節(jié)奏為“工作→停頓→工作”。這種脈動式輸液的瞬時速度較大，能降低營養(yǎng)液飼管堵塞的概率。

4 結語

本設計方案提供了一種可實現(xiàn)自動控制營養(yǎng)液輸注速度和總量的裝置，并可以實現(xiàn)全過程的安全監(jiān)控。與傳統(tǒng)營養(yǎng)液輸注方式相比極大地提高了輸注精度和輸出壓力，避免了傳統(tǒng)輸液的缺陷，自動監(jiān)測患者管路避免和預防管路堵塞，減少發(fā)生管路堵塞造成的長時間喂養(yǎng)不足，可促進患者恢復的同時極大減輕醫(yī)護人員的工作強度，輔助提高工作的質量和效率。

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Design of a new type of dynamic pressure monitoring enteral nutrition pump

Objective:To design idea and principle of pressure monitoring functions with a dynamic pressure monitoring function of enteral nutrition pump and method of realizing.Methods:On the base of the existing infusion pump liquid principle, summarize the clinical practical experience, put forward to avoid mechanical complications of enteral nutrition support in May by dynamic pressure monitoring transfusion process.Results:The design idea of exposition, analysis and summary of the design process, raise the reasonable design scheme.Conclusion:The current development of China's enteral nutrition pump in the weak stage, Hope the study design can provide help for the domestic independent R&D enteral nutrition pump.

Enteral nutrition; Nutrition pump; Pressure monitoring

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.03.018

1672-8270(2014)03-0050-04

R197.39

A

2013-09-20

①南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學工程科 江蘇 南京 210002

毛靖寧,男,(1982- ),本科學歷，技師。南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學工程科，從事醫(yī)院醫(yī)療設備的維護、計量和質量控制工作。

MAO Jing-ning, TANG Li-ming// China Medical Equipment,2014,11(3):50-53.