實踐出新知 可穿戴式智能輸液醫用設備

申勇 盧康寧 趙志龍

榮獲2017“中國好設計”創意獎的智能醫療器械項目“可穿戴式智能輸液醫用設備”，自2017年2月起始，12月結項，歷時10個月，由來自天津工業大學工業設計專業的申勇、盧康寧、趙志龍、張帆團隊完成。

項目主創人申勇曾在天津市啟明優創工業設計有限公司實習，參與完成多項產品的設計開發與投產；以第一發明人身份擁有多項專利；曾負責完成國家級大學生創新創業訓練項目，主要負責部分為新產品的設計研發；參與完成本系教師縱向課題一項；除獲得2017“中國好設訃”創意獎外，設計作品曾獲令圍智能化適老用品設計大賽三等獎、天津市工業與藝術設計大賽二等獎、天津市工業與藝術設計大賽三等獎、全圍大學生機械創新設計大賽天津賽區二等獎等獎項。

項目具體介紹

1問題定義

傳統的輸液方式要求輸液瓶只能高懸于輸液支架上，對高度要求高，且尢法滿足使用者單獨上廁所等必要行走的需求。

傳統的輸液方式，輸液速率基本取決于醫護人員的個人經驗，易與患者心率等個人體質不匹配，易發生危險。

2 系統性闡述

2.1 人群分析

該設計產品適用人群為需長時間打點滴的人（以老年人為主），作為現有醫療器材的補充，具備可懸掛、可佩帶等多種使用方式；設計符合人機尺寸，同時支持適當的調整，可與使用者安全可靠結合；可在醫院使用也可作為社區家用醫療設備。

2.2 設計特點

微型增壓器提供輸液氣壓代替大氣壓強，AT89C52單片機自動的智能氣壓調節使高度不再是限制因素。

本產品可掛可戴，替換了傳統的高掛式點滴，可滿足使用者輸液時獨自上廁所、適當活動緩解長時間靜止的酸痛等需求，使病人獲得更舒適的醫療體驗。

心率測量手環實時地將使用者的心率情況反饋到產品內置單片機中，實現對滴速的實時調控，科學控制滴速。

2.3綠色低碳

綠色低碳是該產品設計的目標和亮點之一。該產品主體材料選用納米碳纖維復合材料，是亞彈性、高強度、尢污染、高壽命、綠色低碳環保復合材料。

2.4網絡智能

該產品利用基于AT89C52單片機的輸液滴速控制系統，技術上完全可以實現用患者血壓讀數反映到單片機中的數據，經智能芯片的處理，通過調節微型增壓器的給壓大小來實時調控輸液速率。在保證輸液安全的前提下，徹底解決了輸液過程中由于輸液速率受人為因素左右導致過快過慢而產生不適感和對心臟的過度沖擊壓力等安全問題，為使用者提供更加安全可靠的輸液體驗。

2.5開放融合

秉承開放融合的設計態度，設訃團隊對國內外相關方面的研究進行了細致的分析和試驗，最后得出利用現有AT89C52單片機技術完全可以實現智能化，且能更科學安全地根據患者體質的不同而實時調節滴液速率的結論。

在材料和技術融合方面，剛隊課題組正在進行相關方面的研究實驗，目前進展順利。作為第一代產品，團隊抱持開放的態度接受相關專業人員的意見和建議，未來也將開發出配套的暖液器等周邊產品。

3可實現性

本設計所依托的單片機型號為AT89C52，該單片機實時調控輸液速率的可靠性和安全性，日前獲得浙汀大學和美國多所大學的實驗驗證。微型增壓器克服了空間上對輸液高度差的限制，可以使輸液設備直接與使用者肩部可靠結合，滿足使用者適當行走需求。

4商業價值

該類型產品的市場在世界范圍內尚屬藍海，團隊預計在完成國內醫療相關部門的衛生審核之后正式進入市場。未來，可穿戴式智能輸液醫用設備在滿足一定規模的市場需求后也將繼續推廣，真正將智能化帶來的便利服務于廣大患者群體。

5設計價值

使用者在輸液過程中可以進行適當的自由行動，這既保護了患者的個人隱私，也使他們獲得了更舒適、更安全的醫療體驗。

作為健康醫療領域的原創設計，該產偏在全球健康醫療市場吹起了一股新風。隨著人民生活水平的提高，安全、便利且更具人文關懷的產品將獲得更多消費者的認可、選擇、使用，助力“中國制造2025”。

項目設計實施過程

第一階段：探索挑戰

步驟一：尋找目標，定義目標、愿望或挑戰。

發現問題是項目的開端。傳統輸液方式存在諸多弊端，如輸液必須依靠輸液架，限制了身體酸痛時站立、上廁所等必要行走的需求，且在擁擠的醫院輸液通道極易發生群體事故風險，例如罹患呼吸系統傳染病等；醫院實習生和護士負責給患者確定輸液速率，針對不同體質的病人無法科學地分而采取與之匹配的輸液滴速。

步驟二：調查實情，匯集相關數據。

項目團隊深入走訪了天津市和北京市的中、大型醫院和醫療機構和河北省部分鄉鎮衛生所，發現傳統的輸液方式要求患者必須在輸液支架附近，或躺在病床上，當患者需要上廁所時一般需要親友、護士來拿著輸液架，十分不便。同時，在目前各地醫療衛生條件發展尚不均衡的國情下，由醫護人員的個人經驗來確定輸液速率，存在著很大的盲目性和隨意性。輸液速率過快或過慢，均會導致患者不適。尤其在滴速較快時，輸液速率與個人體質不匹配輕則導致患者不適，關節酸痛難忍，重則嚴重沖擊血管，對患者靜脈、心臟造成傷害。

走訪后，團隊撰寫階段報告，把前期調研內容以文字的形式匯總，便于之后的分析設計。

步驟三：歸納問題，明確實現設計曰標、愿望或克服挑戰所需解決的問題。

第二階段：生成創意

步驟四：尋找創意，為要解決的問題尋找創意點子；進行小組討論和頭腦風暴。

第三階段：預備執行

步驟五：提出解決方案。

將創意點子深入發展成可實施的解決方案，并列出評判設計成功與否的標準；閱讀文獻，查找相關設計及醫療行業設計標準。

初步設計完成，進行文獻調研，尋求理論支撐。

步驟六：獲取贊同，明確行動計劃。

確定方案實施的具體負責人和在實踐中完成該方案所需具備的各種條件；深化設計，邀請教授指導；實地再調研，試探設計可行性；驗證方案，完成設計及優化。