輸液泵氣泡檢測方法研究

蔡 莉 張春霞

輸液泵氣泡檢測方法研究

蔡 莉①張春霞②*

研究超聲波檢測智能輸液泵管路中氣泡的方法。利用超聲波穿越兩種不同介質(zhì)的界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、折射、透射等物理現(xiàn)象，因水和空氣之間的聲阻抗差別較大，超聲波穿透水與空氣的分界面時(shí)會(huì)發(fā)生較大程度的反射和折射，利用這一物理現(xiàn)象，通過監(jiān)測超聲波的能量（輸出電壓），即可得到輸液管內(nèi)是否存在氣泡以及氣泡存在的程度。通過測定超聲波的穿透能量，可以檢測輸液管路內(nèi)的氣泡。用超聲波能準(zhǔn)確地檢測出輸液管路中的氣泡，是目前輸液泵檢測氣泡的主要方法。

氣泡檢測；超聲波；透射；脈沖發(fā)放；輸液泵

［First-author’s address］ Department of Nuclear Medicine， General Hospital of Chinese People's Armed Police Force，Beijing 100039， China.

靜脈輸液是一種最常用的臨床治療方法，臨床上根據(jù)藥物性質(zhì)和患者體況，靜脈輸液要配以適當(dāng)?shù)妮斠核俾剩斠核俣瓤炻捎绊懼委熜Ч⒃黾幼o(hù)理工作量。普通輸液器對輸液完畢和輸液過程中偶然出現(xiàn)的故障，如氣泡、阻塞等均不能夠自動(dòng)報(bào)警或及時(shí)切斷輸液通路，從而產(chǎn)生不良后果［1］。因此，目前臨床上廣泛使用輸液泵。輸液泵是一種智能化的輸液裝置，能準(zhǔn)確控制輸液滴數(shù)或輸液流速，保證劑量精準(zhǔn)且安全進(jìn)入患者體內(nèi)。在輸液期間，實(shí)時(shí)檢測輸液管路的氣泡、空液、漏液及阻塞等，若發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警，同時(shí)能夠自動(dòng)切斷輸液通路［2］。

在輸液過程中，如果輸液泵的輸液管內(nèi)存有氣泡，即會(huì)發(fā)生空氣進(jìn)入人體靜脈。若輸液管的氣泡較少，會(huì)粘貼在管內(nèi)壁上，一旦積累的氣泡較多時(shí)會(huì)逐漸合并成大氣泡或氣拴，將隨著藥液流動(dòng)而進(jìn)入人體，氣泡進(jìn)入血管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生不良后果，為保證患者的安全現(xiàn)在的輸液泵都包含氣泡檢測功能［3］。

1 輸液泵氣泡產(chǎn)生因素

非人為疏漏產(chǎn)生氣泡的主要因素是：①藥液通常是低溫存放，由于低溫液體的氣體溶解度較高，當(dāng)在病房輸液時(shí)，隨著藥液溫度逐漸升高，其氣體溶解度降低，會(huì)解析出微小氣泡；②藥液成分，如心腦血管藥、中藥液等本身也會(huì)產(chǎn)生氣泡［4］。

2 輸液泵氣泡檢測方法

在臨床上氣泡檢測常采取傳統(tǒng)的人工觀察的辦法，不僅不能夠?qū)崟r(shí)觀察到氣泡的狀態(tài)，還增加了醫(yī)護(hù)人員的工作量。因此，在輸液過程中自動(dòng)檢測輸液管內(nèi)空氣非常必要。集中輸入大段空氣栓劑量正常成人可忍受輸入的空氣臨界量約為50 ml，重癥患者輸入氣體＞10 ml則會(huì)有生命危險(xiǎn)［5］。為滿足輸液泵安全、可靠的應(yīng)用，氣泡探測器應(yīng)滿足下述要求：①能夠?qū)斎塍w積＞0.3 ml的單個(gè)氣泡直接報(bào)警和處置；②可以累計(jì)檢測＞0.02 ml的氣泡，當(dāng)累計(jì)數(shù)量達(dá)到3 ml時(shí)報(bào)警；③能夠調(diào)整檢測精度，以適應(yīng)不同的使用環(huán)境；④非接觸式測量，保證液體不被污染。

目前，非接觸氣泡檢測的方法主要有光電式檢測法、電容式檢測法及超聲波檢測法3種［6］。

2.1 光電式檢測法

光電式檢測法是基于半導(dǎo)體器件的光電效應(yīng)的氣泡檢測方法。由于輸液管內(nèi)無色透明液體與氣泡的光吸收度相差很小，尤其是小氣泡，因而會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)氣泡的檢出率較低。這一方法使用的局限性較大，主要是用于有色藥液或血漿的氣泡檢出，對于普通的輸液泵很少應(yīng)用［7］（如圖1所示）。

圖1 光電式檢測法示圖

2.2 電容式檢測法

電容式檢測法是根據(jù)電容傳感器的工作原理，檢測時(shí)若檢測到電容器的容量值發(fā)生變化，說明輸液管內(nèi)存在氣泡，但不能表達(dá)空氣量的多少，這是因?yàn)楣軆?nèi)氣泡存在的形式可能影響電容量變化。因此，電容式檢測法不適用于對輸液管內(nèi)氣泡的量化指標(biāo)檢測，即無法精度檢測氣泡［8］。

2.3 超聲波檢測法

聲波頻率＞20 kHz的為超聲波，由于其具有方向性好、能量集中及穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在密度較大的固體及液體中傳播距離較遠(yuǎn)，利用超聲波的傳播特性可以檢測輸液管的氣泡［9］。因此，目前輸液管的氣泡檢測主要采用超聲波法。

（1）超聲波的反射與折射。超聲波穿越2種不同介質(zhì)的界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、折射及透射等物理現(xiàn)象，其反射與折射的程度與2種不同介質(zhì)的聲特性有關(guān)，即2種不同介質(zhì)的聲特性相差越大，其反射與折射的程度越顯著［10］。根據(jù)聲學(xué)相關(guān)資料，水的聲特性阻抗為l06 kg/mZs、空氣為430 kg/mZs，兩者之間的聲阻抗差別較大，因此超聲波穿透水與空氣的分界面時(shí)會(huì)發(fā)生較大程度的反射和折射現(xiàn)象，利用這一物理現(xiàn)象，可以檢測出輸液管路中的氣泡（如圖2所示）。

圖2 超聲波的反射與折射示圖

（2）超聲波檢測方式。超聲波檢測方式分為透射型、反射型和分離式反射型3種形式［11］。由于反射型和分離反射型的檢測方式存在盲區(qū)，不適合超聲波換能器與被測物體距離較近情況下的檢測，而且輸液管多為圓柱體，其反射效果不理想。因此，輸液泵的管路氣泡檢測通常采用透射型檢測方式［12］。3種超聲波檢測方式如圖3所示。

圖3 三種超聲波檢測方式示意圖

（3）透射型氣泡檢測。通過測定超聲波的穿透能量，可以檢測輸液管內(nèi)的氣泡。當(dāng)輸液管內(nèi)無空氣時(shí)，由超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波穿過輸液管及藥液到達(dá)超聲波換能器，將接收到的聲能轉(zhuǎn)換成電壓信號，其能量衰減較少，接收的聲能量信號較強(qiáng)［14］；當(dāng)輸液管內(nèi)出現(xiàn)氣泡，超聲波的部分能量被氣泡反射或折射，換能器接收到的能量將有所衰減；若氣泡較多或出現(xiàn)氣栓，其長度超出超聲波換能器的測試范圍，超聲波的大部分能量會(huì)被反射，換能器所接收到的超聲能量近乎為零［15］。通過監(jiān)測超聲波的能量（輸出電壓），即可得到輸液管內(nèi)是否存在氣泡以及氣泡存在的程度。透射型檢測可以采用連續(xù)發(fā)放或斷續(xù)（脈沖）發(fā)放超聲波波的方式，但使用連續(xù)形式可能會(huì)產(chǎn)生駐波，容易引起透射能量的變化，因此輸液泵通常選用脈沖發(fā)放超聲波的形式［16］。脈沖發(fā)放超聲波方式不僅能夠提高抗干擾能力，還可以改善檢測的分辨率。透射型超聲波氣泡檢測如圖4所示［13］。

圖4 透射型超聲波氣泡檢測示圖

對于單個(gè)氣泡而言，可以根據(jù)接收到的能量判斷其大小，但所得的氣泡信息僅是一個(gè)近似值，實(shí)際上只能說明氣泡在超聲波傳播方向上的有效面積［17］。由于橢球形氣泡的長度不確定，因此氣泡的體積液也是不確定的。在實(shí)際應(yīng)用中，通常假設(shè)氣泡為球形，即可得到氣泡大小的近似值。對于多個(gè)氣泡或氣栓，若超出超聲波換能器所測范圍，其接收到的能量為零，無法判斷空氣量。

3 結(jié)語

超聲波檢測法不受液體的顏色和透明度以及輸液管材料的限制，即使氣泡較小被液體所包圍，也能被檢出。同時(shí)，由于超聲波檢測法屬于“主動(dòng)式”檢測方法，因此，調(diào)整超聲波傳感器參數(shù)可以控制檢測的精度。超聲波檢測法能夠有效檢出輸液管內(nèi)的氣泡，并且通過改變超聲波傳感器的相關(guān)參數(shù)可控制檢測精度，因此，超聲波檢測法為輸液管內(nèi)氣泡的主流檢測方法。

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Research on the bubble detection method of infusion pump

CAI Li， ZHANG Chun-xia// China Medical Equipment，2016，13（4）：139-141.

To discuss the ultrasonic testing intelligent infusion pump tubing bubble method. When the ultrasonic wave goes through the interface of two different media， the reflection occurs， refraction， transmission and other physical phenomena can occur because of a large extent acoustic impedance difference between water and air， which can be used in this physical phenomenon， by monitoring the ultrasonic energy （output voltage） can be obtained if the extent of the presence of bubbles and bubble exists within the infusion tube. By measuring the penetration of ultrasonic energy， we detected air bubbles within the infusion line. Ultrasound can accurately detect air bubbles in the infusion line， which is the main method of detecting air bubbles for infusion pump.

Bubble detection； Ultrasonic wave； Transmission； Pulse； Infusion pump

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.04.044

1672-8270（2016）04-0139-03

R197.39

A

2015-12-21

①武警總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100039

②軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)儀器廠 北京 100850

*通訊作者：zcx0302@126.com

蔡莉，女，（1968- ），本科學(xué)歷，主管技師。武警總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，從事PET/CT操作與維護(hù)工作。