便攜式智能快速輸血輸液裝置的泵體設計*

種銀保 劉九零 趙 安 王 晴

引 言

目前醫療機構使用的輸液設備有普通輸液器，加壓輸血輸液裝置，輸液泵等。普通輸液器是依據重力原理，液位差來進行輸液。具有簡易性和快速應急性;因此目前它是急救醫學的標準方案[1]。如要使用這種輸液器實現快速液體補充[2]，則需同時在多個位置進行輸注，這需要大量的醫護人員，增加了護理負擔[3]。在一些特殊條件如戰災傷員的擔架護送，車、船、飛機運輸傷員時的應急輸液，采用這種輸液裝置進行輸注將更加困難。加壓輸血輸液裝置[4]：充氣輸液，利用手動或電動方法向輸液瓶、輸液袋內注入氣體，利用氣體產生的氣壓壓注液體進入人體。其優點是裝置簡單，可實現快速輸注;缺點是所充氣體對液體存在污染、氣栓輸液的威脅。加壓輸液，其原理是利用手動、機械或電動方法向軟包裝液體袋施加壓力，從而達到加壓快速輸液的目的[5]。此類裝置已具備了一定的院前急救、野外、戰場救治的功能，但由于其并未從根本上去除莫非氏滴管，使用上存在一定的局限性。同時，在一袋液體輸注結束時，液體袋更換操作不便會延誤救治。

便攜式輸注裝置[6-7]利用彈性囊（膜）的回縮壓力以基本不變的流量將藥液壓出，直至排空囊內裝的全部藥液。這種裝置可以隨身攜帶，使用方便，多用于長時間或間斷地輸液。但此類裝置僅適用于鎮痛、化療等微小劑量藥物低速輸注，因其直接接觸藥滴，每使用一次都需要滅菌才能重復使用，靈活性差。這些裝置使用上存在一定的局限性，輸液泵多種多樣，常見的有蠕動泵、容積泵、脈沖泵、注射泵等，而以步進電機驅動的蠕動泵為主[8]。輸液泵技術先進、智能化程度高，能應用于急救時液體快速輸液，優點：精度高、誤差小、安全可靠，特別適宜院內急診、ICU、CCU等;缺點：體積、重量、功耗大，工作環境需要輸液支架、交流供電，即使部分輸液泵自帶充電電池，但因一次充電使用時間太短（≤1 h）等，不適宜院前急救、野外、戰場救治需要。

如何實現院前急救、野外、戰場快速補液是軍事醫學、急救醫學研究的熱點[9]，而研制便攜智能快速輸血輸液裝置的關鍵是具有體積小、重量輕、功耗低的微電機驅動的輸血輸液泵體。

2 泵體結構設計

如圖1，本微電機輸血輸液泵體包括上方的輸血輸液板總成4和下方的微電機驅動機構5-9等主要零部件組成。

圖1 輸血輸液泵整體結構圖

2.1 輸血輸液板結構設計

圖2 輸血輸液板與空氣消除膜片結構圖

如圖2和圖3，輸血輸液板總成4由四個單向閥42A、42B、42C和42D、兩根彈性泵管44A、44B，一塊空氣消除膜片45和阻抗探測電極457、458集成于輸血輸液基板41上構成。輸血輸液基板41采用醫用有機玻璃PMMA壓模制成，在其兩端有相互平行的進液道47和出液道49，進液道47上有連接輸血輸液袋的進液口48，出液道49與空氣消除膜片45的進液道454連通。在進液道47和出液道49的兩端分別通過泵管接頭43連接兩根平行的泵管44A和44B，并分別在泵管接頭43內設置單向閥42A、42B、42C和42D，所有單向閥均朝向出液方向單向開啟。輸血輸液基板41采用PMMA材料，泵管44A和44B、單向閥42A、42B、42C和42D采用APSP硅膠。

圖3 空氣消除膜片與阻抗探測電極結構示意圖

空氣消除膜片45的詳細結構如圖3和圖4，空氣消除膜片45集成在輸血輸液基板41上，以泵體基板41作為膜片下體455，膜片上體451采用另一塊板，兩者粘合并超聲焊接成一個腔體，并在中間設置親水性空氣阻隔膜片452，將腔體分割成上下兩個腔，在下腔的底部設置有帶排氣膜片453的消氣孔456，同時在上腔壁上形成有微型三角型溝槽459，形成毛細管空氣消除陣列液路。進液道454從下腔接入，出液口46由上腔接出。阻抗探測器的兩個阻抗檢測電極457和458設置在出液口46處。

圖4 圖3的A-A剖面圖

2.2 微電機直線驅動機構設計

圖5 微電機直線驅動結構圖

如圖1和圖5，微電機驅動機構具有減速微電機16、擺動擠壓頭7、偏心軸承9、電路板11和電源裝置等。它們安裝在由機殼1和固定板2構成的殼體內。固定板2固定在機殼1上，在固定板2上通過鎖定器3卡裝輸血輸液板總成4。在固定板2上與輸血輸液板總成4上設置阻抗檢測電極457和458對應的位置設置有導電柱18，通過導電柱18在阻抗檢測電極457、458和電路板11之間實現電連接，導電柱18是通過彈性膠墊17安裝在固定板2上的。減速微電機16通過軸8連接偏心軸承9，減速電機軸8的端部通過軸承20安裝在軸承座19中。在機殼1上設置有變速旋鈕15，與電路板11電連接，電路板11通過控制信號線連接減速微電機16，對電機進行變速控制。擺動擠壓頭7下部為U型叉狀，叉在偏心軸承9上，隨偏心軸承9的轉動而左右擺動，擺動擠壓頭7上部的擠壓頭為T型，向上伸出于固定板2，并裝在固定板2中間的導向槽5中，導向槽5上方固定定位板6對T型擠壓頭的上下位置進行定位，T型擠壓頭的兩端分別正對輸血輸液板總成4上的第一和第二泵管44A和44B的側壁，并在擺動擠壓頭7擺動時交替伸出導向槽5去擠壓第一泵管44A或第二泵管44B。

2.3 驅動方式

本輸血輸液泵體設置了兩種電源方式，一種是通過設置在機殼1外側的低壓電源插座10接市電，另一種是通過設置在機殼1底部下機殼12中的電池14和電池盒13，由電池14供電。

3 泵體的工作原理

3.1 液路連接

在輸血輸液前，將輸血輸液袋21（或瓶）通過輸血輸液管22與泵體總成4的進液口48連接，將空氣消除膜片45上的出液口46通過標準Luser連接器23與輸血輸液針連接，擠壓輸血輸液袋21，使單向閥42A、42B、42C和42D打開，整個管道液路系統充滿輸注液體。

本輸血輸液泵體的工作原理參見圖6：

圖6 液路工作原理圖

3.2 輸液原理

當液路連接好的泵體總成4卡裝在微電機直線驅動機構后，擺動擠壓頭7預壓彈性泵管44A、44B兩泵管，啟動微電機直線驅動機構的微電機16轉動，擺動擠壓頭7一個頭壓縮彈性泵管44A時，單向閥42A打開，單向閥42B、42D關閉，充滿第一泵管44A的液體流經空氣消除膜片45后被輸出;擺動擠壓頭7另一頭退出44B泵管，借助泵管的彈性復位性能，單向閥42C打開液體同時被吸入，反之，當減速擺動擠壓頭7壓縮第二泵管44B時，單向閥42D打開，單向閥42A、42C關閉，充滿第二泵管44B的液體流經空氣消除膜片45后被輸出。擺動擠壓頭7另一頭退出44A泵管，借助泵管的彈性復位性能，單向閥42B打開液體同時被吸入，擺動擠壓頭7擺動交替壓縮第一和二泵管44A和44B，這樣就會在標準Luser連接器23輸出口形成具有一定壓力的連續不斷的液體輸注給病人，類似于心房心室的連續工作原理。單向閥的閥瓣能阻止反流。

3.3 氣泡報警

在輸注過程中，當阻抗探測電極457、458探測到有氣泡時、就會將信號通過導電柱18傳輸給電路板11，電路板11即控制減速電機立即停止工作，系統還可發出聲光報警。

膜片的毛細管陣列液路氣泡過濾技術是本裝置特點之一，在急救中當輸血輸液袋掉到地上，或出現倒流，大量空氣會進入管路。但是有了該膜片及單向閥，就不會出現此情況。單向閥可阻止倒流，將阻抗探測電極設置膜片的出液口處，在病人側管路中，發現氣泡立即停機，以確保萬無一失。

4 試驗

4.1 試驗依據

試驗檢測依據國家《醫用電氣設備第2-24部分：輸液泵和輸液控制器安全專用要求》（GB9706.2）

4.2 試驗條件

在25 ℃環境溫度下，采用生理鹽水進行測試，液袋與輸血輸液裝置處于同一水平面。

表1 裝置主要性能指標試驗檢測結果

4.3 結果分析

由表1試驗檢測結果可見，該裝置在各檔位液體流速實測值與設置值誤差＜10%，符合臨床應用要求;能夠檢出0.02 mL的氣泡，具有較高的靈敏度，優于國家標準;報警壓力為719 mmHg，從實際發生阻塞到觸發報警所用的時間為≤18 s，達到設計要求。

5 結論

本泵體結構獨特、功耗低、6節AAA電池供電能連續工作8 h，重量輕（250 g）、體積小（99 mm×60 mm×45 mm）、攜帶方便，新穎實用的空氣濾除裝置設計，采用阻抗探測電極對輸注全程進行氣泡檢測報警，使得整機具有安全性和實用性等特點。

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