輸液滴速和溫度控制裝置的研發*

周菁楠 陸奇鵬 朱 立

輸液是由靜脈滴注輸入體內的大劑量注射液[1]。通常注射液包裝在玻璃或塑料的輸液瓶或袋中，不含防腐劑或抑菌劑，使用時通過輸液器調整滴速，持續而穩定地進入患者靜脈，以補充體液、電解質或提供營養物質[2]。注射液由于其用量大且直接進入血液，故質量要求高，生產工藝等亦與小針注射劑有一定差別[3]。

輸液注射是一種常規醫療手段，如一些感冒發燒的高發疾病，為了能夠盡快的康復，大多采用輸液的方式進行治療，但是由于疾病大多發生在冬季，注射液多為冰涼，輸入到人體內對于感冒發燒的患者影響比較大。同時，在輸液過程中滴速控制非常重要，速度過快可能會影響療效，且會引發靜脈炎等不良反應；速度過慢有可能造成藥物劑量小，達不到治療效果[4-5]。為此，本研究設計了一款使用方便、安全性能強的輸液滴速和溫度檢測控制裝置。

1 輸液滴速和溫度控制裝置的研發

1.1 研發背景

患者在生病期間的整個生理和心理結構會發生一定的變化，當其生病需要點滴注射時，不同藥物的副作用不盡相同，而“溫度”因素對其影響極其重要。點滴補充液一般均需低溫保存，而人體的正常口腔體溫是36.3～37.2 ℃，因而輸液滴速的快慢以及點滴與人體的較大的溫差，勢必會導致患者輸液局部體溫下降，加劇患者的不適。冬季在給患者輸液時因藥液溫度較低，導致患者四肢發冷、甚至麻木及疼痛，嚴重時會出現血管痙攣等癥狀。尤其是幼兒和老人癥狀會更加明顯。為此，如能使液體達到舒適溫度再進入人體，可減少患者的冷刺激，同時可加快藥物吸收。

輸液速度是根據藥物的特點和安全性所設置，對于不同年齡、不同病患程度的輸液患者，會使用不同的輸液藥物，且要求有不同的點滴流速。合理的點滴流速可以避免出現輸液不良反應的危險，同時可以使患者在治療過程中感到舒適，并方便護士操作[6]。一般而言，護士需嚴格按照藥品說明書和醫囑來設定輸液速度。但是，由于患者體位發生變化或其他的原因，可能會導致輸液速度發生變化，且在輸液過程中，因輸液管取出不及時，使得血液回流或空氣被注入靜脈的傷害事件時有發生。因此，監測輸液速度非常必要。輸液速度監測在液體輸完時也會發揮重要作用，當檢測到輸液速度為0時，可認為液體輸完[7]。

1.2 研發特點

本研究設計的點滴滴速和溫度控制裝置在患者輸液同時，恒溫器會對管內液體加溫，并且能夠智能化控制液體溫度并配備保溫裝置，使溫度恒定在設定溫度；同時可對點滴的滴速進行檢測，發現異常及時提示報警。

2 輸液滴速和溫度控制裝置的設計

輸液滴速和溫度控制裝置包括支撐桿和控制裝置主體。控制裝置主體設置在支撐桿上，其下端設置有螺紋孔，在螺紋孔內設置有加熱柱，加熱柱外設置有加熱螺紋槽，在加熱柱內設置有加熱腔，其內設置有加熱液體[8-9]。保溫裝置上設置有螺紋口，螺紋口設置在螺紋孔內。保溫裝置包括左弧形槽和右弧形槽，左弧形槽設置在螺紋口下方，右弧形槽與左弧形槽以可拆卸的方式連接在一起。控制裝置主體上設置有顯示屏，在顯示屏下端設置有控制鍵。顯示屏右側設置有莫菲氏管槽，在莫菲氏管槽上設置有紅外線檢測裝置，用于檢測點滴的滴速。加熱螺紋槽內安放有輸液管。輸液滴速和溫度控制裝置如圖1所示。

圖1 輸液滴速和溫度控制裝置示圖

3 輸液滴速和溫度控制裝置速度監測電路的設計

輸液滴速和溫度控制裝置采用AT89C51單片機，速度監測電路主要由光電探測模塊、電壓比較模塊及顯示模塊三部分組成。

3.1 光電探測模塊和電壓比較模塊

(1)模塊電路。裝置利用光電探測模塊和電壓比較模塊檢測點滴滴速，其工作原理是利用對射式傳感器，對液滴是否滴下前后輸出電壓的變化，通過一個比較器即可轉換成高低電平顯示，從而達到探測液滴的功能，如圖2、圖3所示。

圖2 光電探測模塊電路圖

圖3 電壓比較模塊電路圖

(2)檢測輸液速度。單片機根據脈沖數量計算滴速，當檢測發現無脈沖信號時，發出報警信號。檢測輸液速度子程序和儲液子程序流程如圖4、圖5所示。

圖4 輸液速度子程序框圖

圖5 儲液子程序流程框圖

3.2 顯示模塊

該模塊是輸液滴速顯示模塊，采用3個八段數碼管顯示，通過AT89C51的輸出，可以動態顯示出當前的滴速或者通過鍵盤的輸入顯示預期滴速，如圖6所示。

圖6 輸液滴速顯示模塊電路圖

3.3 溫度檢測模塊

(1)溫度檢測模塊電路。采用半導體加熱塊加熱，利用DS18B20溫度傳感器檢測液體溫度，如圖7所示。

圖7 溫度檢測模塊電路圖

(2)溫度檢測流程。當溫度傳感器檢測到溫度到達設定溫度時，繼電器斷開，半導體停止加熱，其流程如圖8所示。

圖8 溫度檢測流程圖

4 輸液滴速和溫度控制裝置的應用

4.1 主要用途

通過對液體儲量的實時監測，醫護人員能夠及時了解液體余量，并能及時為患者進行補液或采取相應的措施，與此同時，在保證醫療設備安全運行的情況下，給予患者舒適的輸液液體溫度[10-11]。

(1)在輸液過程中，患者大多體質虛弱、昏睡狀態或者醫護人員忙碌狀態而無法留意到輸液全過程時，而使用輸液滴速控制裝置進行監護，醫護人員為患者提供便捷的護理[12]。

(2)在寒冷季節為患者輸液時，輸液溫度控制能有效的消除藥液與患者體溫之間過大的溫差，使藥液的溫度迅速增至適宜人體的臨界溫度[13-14]。

4.2 使用方法

醫護人員為患者進行輸液之前，根據不同藥液的特性，通過控制鍵對液體的滴速進行設置，同時還可通過控制鍵將加溫溫度值進行設置。將莫菲氏管放入輸液滴速溫度控制裝置莫菲氏管槽內，通過開關開啟裝置，進行滴速的檢測和液體的加熱控制，為患者進行有效的治療。

4.3 應用效果測試

為了驗證系統準確性，本研究選取了35.5～39.5 ℃區間內16個與人體體溫相近的溫度進行測試，其測試結果見表1。

表1 根據人體體感溫度進行測試溫度設置的測試數據(℃)

數據測量結果表明，溫度分辨率為0.1 ℃，準確率＜7.5%，基本能夠完成溫度調節作用。裝置能夠檢測莫菲氏管內液體的滴速，控制輸液的滴速并在液體即將滴完時發出報警聲[15-17]。控制裝置在加熱柱外還設置有保溫裝置可有效的減少熱擴散，使其液體流入人體時接近體溫，避免輸入冰涼的藥液[18-20]。

5 結語

本研究所設計的輸液滴速和溫度控制裝置，避免了在傳統輸液中，易發生的一些異常情況，如管路堵塞，滴速異常以及輸液完畢無提示等，減少不必要的醫療事故。針對不同患者不同的藥物情況所需滴速，自動控制輸液速度，在藥液滴完或者出現異常情況時及時提示報警，提醒醫護人員進行處理。本裝置不僅便于醫護人員對患者的看護和護理，也在一定程度上減輕家屬及看護的負擔、降低工作強度。同時提高醫院的管理水平和醫護人員工作效率，實現自動實時地監控液體輸液滴速和溫度控制。

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