自動換液靜脈輸液裝置的研制

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：研發一種可實現自動換液的靜脈輸液裝置，以替代傳統人工換液方式，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，并驅動凸輪機構自動切換到另一路輸液管路。結果：自動換液的靜脈輸液裝置設計先進、結構簡單且功能實用，提高了靜脈輸液的安全性和醫護人員的工作效率。結論：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。傳統的輸液流程操作復雜，且無法實現自動換液，輸液過程中護士需不斷巡視，觀察是否出現不良反應，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，不利于病區的綜合管理[1]。為此，本研究設計一種可以自動換液系統，使輸液過程中能自動連續切換更換液體，當藥液全部輸完后會自動發出報警，提示藥液全部輸注完畢。

1 自動換液靜脈輸液裝置結構設計

自動換液靜脈輸液裝置設計為同時嵌入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的動作實現4條輸液管路自動換液的功能(如圖1所示)。

圖1 系統結構設計示意圖

1.1 控制系統

整個控制單元由CPU、直流電機驅動、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AA電池供電，由于采用超低功耗單片機，3節電池可連續工作1個月[3-4]。CPU采用帶A/D轉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，4個輸液管路均有發光二極管(light emitting diode，LED)顯示輸液狀態[5-6]；其控制結構如圖2所示。

圖2 控制系統結構框圖

開啟電源開關進行開機初始化后，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，同時檢測管路內是否充滿藥液，檢測結果通過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，驅動齒輪傳動機構、凸輪擺動機構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指示燈為關閉狀態。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，關閉輸液完成通道，打開下一輸液通道繼續輸液，全部通道輸液完成后CPU輸出報警信號，驅動蜂鳴器發出報警聲并使全部通道LED閃爍通知醫護人員及時處理。當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轉換，發出報警信號，提示醫護人員及時更換電池。

1.2 機械傳動系統

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

CPU發出電機運行信號后驅動直流電機運轉，通過減速機構使驅動齒輪運行，帶動1～4號齒輪同步運轉，驅動齒輪有4個相位差90o的反饋點，當驅動齒輪旋轉90o后反饋開關打開，CPU收到反饋信號后停止電機運轉。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閉。當1號通道輸液完成后，電機帶動齒輪旋轉90o，1號通道關閉，2號通道打開輸液，3號、4號通道仍然關閉。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。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能夠發出指令使齒輪運轉不同的角度以實現自動控制的要求(如圖3、圖4所示)。

2 自動換液靜脈輸液裝置工作流程

圖3 機械傳動結構示意圖

圖4 凸輪擺動結構示意圖

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

傳統的靜脈輸液流程為[9-10]：①護士執行醫囑接收患者藥物并核對輸液信息→手寫或打印輸液袋標簽→發藥配液→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→輸液結束拔針。整個輸液過程操作復雜，且無法實現自動換液。為此輸液中需要患者、陪護或醫務人員隨時觀察監視藥液余量情況，且當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空氣進入血管內形成空氣栓塞、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，本研究設計的自動換液靜脈輸液裝置具有下述諸多優點。

3.1 提高靜脈輸液的安全性

每袋液體輸注結束后通過自動換液系統，可避免換液不及時而造成的空氣進入血管內形成空氣栓塞，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 減輕醫護人員的工作強度

該裝置的應用可以節省醫護人員的換液時間，以從事其他重要工作，提高護理工作的整體質量。尤其是在醫院輸液室集中輸液過程中應用該裝置，工作效率明顯提高。同時，整個輸液過程實現自動換液，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 結語

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

[1]周惠.住院患者靜脈輸液速度遵醫依從性的調查與分析[J].護理管理雜志，2008，8(2)：19-21.

[2]陳科光.醫用智能輸液泵的設計[J].醫療裝備，2010，23(7)：20-21.

[3]劉強.手持式電子測量系統的低功耗設計[J].電子質量，2008(10)：4-5.

[4]Tony Armstrong.電池供電型便攜式無線設備的電源架構向“綠色”邁進[J].今日電子，2009(3)：52-54.

[5]吳少軍，劉光斌.單片機實用低功耗設計[M].北京：人民郵電出版社，2003：280-285.

[6]蔣力培.單片微機實用教程[M].北京：機械工業出版社，2004：69-236.

[7]王穎，刁惠民，季兵.靜脈輸液監控系統的研制與應用[J].護理學雜志，2009，24(20)：93-94.

[8]賀曉蓉，吳付祥，孔若飛，等.輸液速度監控系統[J].醫療設備信息，2004，19(6)：9-10.

[9]胡林峰.急診靜脈輸液中存在問題原因分析及對策[J].南方護理學報，2000，2(7)：14-15.

[10]朱建英，張玲玲，韓文軍，等.靜脈輸液安全管理的方法及效果[J].中華護理雜志，2008，43(2)：154.

[11]李瑞霞.淺談靜脈輸液安全隱患及防范措施[J].醫學信息，2011，24(12)：39.

[12]Dzik WH.New technology for transfusion safety[J].Br J Haematol，2007，136(2)：181-190.

[13]李冬梅，朱建英.醫院靜脈輸液安全執引模式[J].解放軍醫院管理雜志，2010，17(30)：266-269.

[14]徐志恒，葉濤，李艷，等.基于CC2510的輸液監測無線終端硬件設計[J].微計算機應用，2010，36(6)：54-58.

[15]宋茹，鄭玉山，張麗萍，等.一種低功耗無人值守輸液監控系統的研制[J].醫療衛生裝備，2009，30(9)：11-13.

[16]鐘震宇.基于ZigBee的醫療輸液無線監控系統的設計[J].測試技術學報，2007，21(5)：455-459.

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。上海理工大學醫療器械與食品學院、上海長海醫院儀器設備科，從事醫學裝備管理工作。

2015-01-07

①上海理工大學醫療器械與食品學院 上海 200093

②上海長海醫院儀器設備科 上海 200433