楊麗曉 王殊義 尚長浩

自動換液靜脈輸液裝置的研制

楊麗曉①②王殊義①尚長浩②

目的：研發(fā)一種可實現(xiàn)自動換液的靜脈輸液裝置，以替代傳統(tǒng)人工換液方式，有效提高靜脈輸液的安全性和工作效率，減輕醫(yī)護人員的工作強度。方法：自動換液靜脈輸液裝置由低功耗單片機控制，當(dāng)其中的一路輸液管路藥液輸盡時，單片機接受到一個信號，并驅(qū)動凸輪機構(gòu)自動切換到另一路輸液管路。結(jié)果：自動換液的靜脈輸液裝置設(shè)計先進、結(jié)構(gòu)簡單且功能實用，提高了靜脈輸液的安全性和醫(yī)護人員的工作效率。結(jié)論：自動換液靜脈輸液裝置成本低廉，實用價值頗高，對改善靜脈輸液現(xiàn)狀具有重要意義。

靜脈輸液；自動換液；裝置

[First-author’s address] 1.University of Shanghai for Science and Technology, College of Medical Equipment and Food, Shanghai 200093, China. 2.Equipment Department of Changhai Hospital of Second Military Medical University, Shanghai 200433, China.靜脈輸液是臨床醫(yī)療的重要工作，是患者治療的主要手段之一，約占90%～95%的住院患者均需靜脈輸液治療，故在護理工作中靜脈輸液占有重要比重。傳統(tǒng)的輸液流程操作復(fù)雜，且無法實現(xiàn)自動換液，輸液過程中護士需不斷巡視，觀察是否出現(xiàn)不良反應(yīng)，是否要更換液體等，占用了大量的工作時間，致使護理勞動強度大，不利于病區(qū)的綜合管理[1]。為此，本研究設(shè)計一種可以自動換液系統(tǒng)，使輸液過程中能自動連續(xù)切換更換液體，當(dāng)藥液全部輸完后會自動發(fā)出報警，提示藥液全部輸注完畢。

1 自動換液靜脈輸液裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動換液靜脈輸液裝置設(shè)計為同時嵌入4根輸液管路，以滿足患者每日的輸液要求。裝置通過程控凸輪機構(gòu)的動作實現(xiàn)4條輸液管路自動換液的功能(如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

1.1 控制系統(tǒng)

整個控制單元由CPU、直流電機驅(qū)動、LED通道顯示電路、聲光報警電路、輸液管路在位及液體檢測傳感電路以及電池電壓檢測電路6個部分組成[2]。控制

單元的電源采用3節(jié)AA電池供電，由于采用超低功耗單片機，3節(jié)電池可連續(xù)工作1個月[3-4]。CPU采用帶A/D轉(zhuǎn)換的超低功耗單片機以降低控制單元的功耗和保證控制功能的實現(xiàn)，4個輸液管路均有發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)顯示輸液狀態(tài)[5-6]；其控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

開啟電源開關(guān)進行開機初始化后，由輸液管路在位傳感器檢測各個通道的輸液管路嵌入情況，同時檢測管路內(nèi)是否充滿藥液，檢測結(jié)果通過LED顯示，并自動對輸液順序按1～4通道進行排列[7-8]。檢測完成后CPU輸出信號控制直流電機運轉(zhuǎn)，驅(qū)動齒輪傳動機構(gòu)、凸輪擺動機構(gòu)并打開排列順序第一的輸液通道開始進行輸液，此通道的LED指示燈閃爍，提示正在輸液，其余通道LED指示燈為關(guān)閉狀態(tài)。第一通道液瓶輸液完畢后通過液體檢測傳感器反饋到CPU，輸出信號控制直流電機運轉(zhuǎn)，關(guān)閉輸液完成通道，打開下一輸液通道繼續(xù)輸液，全部通道輸液完成后CPU輸出報警信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲并使全部通道LED閃爍通知醫(yī)護人員及時處理。當(dāng)電池電源降低到一定程度時，電池電壓檢測電路通過CPU的A/D轉(zhuǎn)換，發(fā)出報警信號，提示醫(yī)護人員及時更換電池。

1.2 機械傳動系統(tǒng)

機械傳動機構(gòu)包括直流電機及減速機構(gòu)、電機到位開關(guān)、齒輪傳動機構(gòu)及凸輪擺動機構(gòu)4部分組成。

CPU發(fā)出電機運行信號后驅(qū)動直流電機運轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)使驅(qū)動齒輪運行，帶動1～4號齒輪同步運轉(zhuǎn)，驅(qū)動齒輪有4個相位差90o的反饋點，當(dāng)驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)90o后反饋開關(guān)打開，CPU收到反饋信號后停止電機運轉(zhuǎn)。1～4號齒輪各帶有一個凸輪，凸輪之間的相位差為90o。原始狀態(tài)下是1號通道打開，可以進行正常輸液，2～4號通道的簧片被各自通道的凸輪壓住而使輸液通道關(guān)閉。當(dāng)1號通道輸液完成后，電機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)90o，1號通道關(guān)閉，2號通道打開輸液，3號、4號通道仍然關(guān)閉。以此類推，直到4個通道全部輸液完畢，齒輪位置返回原始狀態(tài)。在4個通道未全部裝載輸液器的情況下，通過輸液管路在位傳感器的反饋，CPU能夠發(fā)出指令使齒輪運轉(zhuǎn)不同的角度以實現(xiàn)自動控制的要求(如圖3、圖4所示)。

2 自動換液靜脈輸液裝置工作流程

圖3 機械傳動結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 凸輪擺動結(jié)構(gòu)示意圖

將患者需要輸注的液體按照輸注順序依次編號配放好， 自動換液靜脈輸液裝置按照編號順序進行輸液，從輸注第1瓶開始，依次完成自動切換至下一瓶，直至輸注結(jié)束自動進行提示，輸液過程無需人工

換液，其工作流程如圖5所示。

圖5 工作流程框圖

3 自動換液靜脈輸液裝置的功能

傳統(tǒng)的靜脈輸液流程為[9-10]：①護士執(zhí)行醫(yī)囑接收患者藥物并核對輸液信息→手寫或打印輸液袋標(biāo)簽→發(fā)藥配液→注射前核對患者信息及所輸藥物→患者求助時護士輸液換液→輸液結(jié)束拔針。整個輸液過程操作復(fù)雜，且無法實現(xiàn)自動換液。為此輸液中需要患者、陪護或醫(yī)務(wù)人員隨時觀察監(jiān)視藥液余量情況，且當(dāng)藥液輸完后由護士進行人工換液，1名護士需管理多張床位，若因換液不及時則會出現(xiàn)空氣進入血管內(nèi)形成空氣栓塞、凝血堵塞針頭等情況，給患者造成痛苦，輕則延誤治療，重則會危及患者生命安全。同時，頻繁的人工換液存在污染、差錯等隱患[11-12]。針對上述問題，本研究設(shè)計的自動換液靜脈輸液裝置具有下述諸多優(yōu)點。

3.1 提高靜脈輸液的安全性

每袋液體輸注結(jié)束后通過自動換液系統(tǒng)，可避免換液不及時而造成的空氣進入血管內(nèi)形成空氣栓塞，凝血堵塞針頭等情況，并極大降低頻繁的人工換液，避免護理人員由于換液倉促而造成核對出錯的概率[13]。

3.2 提高靜脈輸液的有效性

通過自動換液系統(tǒng)的藥液余量檢測裝置，可以減少由于肉眼來判斷液體是否輸注結(jié)束的誤差，避免藥液余量較多時進行換液，造成藥品的浪費。

3.3 減輕醫(yī)護人員的工作強度

該裝置的應(yīng)用可以節(jié)省醫(yī)護人員的換液時間，以從事其他重要工作，提高護理工作的整體質(zhì)量。尤其是在醫(yī)院輸液室集中輸液過程中應(yīng)用該裝置，工作效率明顯提高。同時，整個輸液過程實現(xiàn)自動換液，無需患者或家屬觀察液體的輸注進度，避免換液時的呼叫。

4 結(jié)語

本研究設(shè)計的自動換液靜脈輸液裝置，其結(jié)構(gòu)原理簡單實用， 可實現(xiàn)自動換液的功能，具有較強的實用性。目前，該裝置在功能設(shè)計上還存在一些不足：如無法實現(xiàn)輸液過程中輸液流速的實時監(jiān)控，不具備藥液發(fā)生堵塞或出現(xiàn)氣泡等異常情況報警功能，通路數(shù)量可擴展性不強等。下一步將結(jié)合廣泛應(yīng)用的輸液實時監(jiān)控設(shè)備的流速流量監(jiān)控控制、藥液發(fā)生堵塞或出現(xiàn)氣泡的異常情況報警、無線集中監(jiān)控功能以及附有射頻條碼核對患者信息功能等，設(shè)計一種可實現(xiàn)實時集中監(jiān)控和自動換液的智能化靜脈輸液系統(tǒng)，進一步改善靜脈輸液現(xiàn)狀[14-16]。

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Research and development of an auto-switched intravenous infusion system/

YANG Li-xiao, WANG Shu-yi, SHANG Chang-hao// China Medical Equipment,2015,12(4):35-37.

Objective: To enhance the safety of intravenous infusion and reduce the working strength of the nursing staff, a novel auto-switched intravenous infusion system was developed. Methods: The system was controlled by a low power consumption microchip. A signal was detected when the infusion was finished in one channel and then a cam mechanism was used to switch the infusion channel automatically under the supervision of the microchip. Results: A novel auto-switched intravenous infusion system was proposed and analyzed. The proposed concept is innovative, feasible and of functionality. Conclusion: The proposed auto-switched intravenous infusion system is cost effective and practical. It has potential applications and can benefit for improving current intravenous infusion situation.

Intravenous infusion; Auto-switched; System

1672-8270(2015)04-0035-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.04.011

楊麗曉,男,(1984- ),碩士研究生，助理工程師。上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院、上海長海醫(yī)院儀器設(shè)備科，從事醫(yī)學(xué)裝備管理工作。

2015-01-07

①上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院 上海 200093

②上海長海醫(yī)院儀器設(shè)備科 上海 200433