醫用滴速傳感器速率計算精度的優化研究

王善宇

（浙江史密斯醫學儀器有限公司上海史邁克醫學儀器技術咨詢分公司，上海 201204）

0.引言

醫用大容量輸液泵作為長時間精確給藥的醫用輔助治療設備，在現代醫療環境下使用十分廣泛。輸注的準確和穩定性一直是大容量輸液泵的基本要求。臨床使用中部分藥物對于輸注速率非常敏感，如果出現較大速率偏差會對患者造成嚴重后果。顧針對大容量輸液泵的速率閉環監測在臨床環境中非常重要。目前大多數輸液泵制造商會提供配套的滴速傳感器，用于監測滴數和計算速率。但是實際使用滴速傳感器監測速度時，臨床普遍反饋速率異常誤報警頻繁，導致滴速傳感器使用率很低。針對上述問題，提出基于建立單位時間內液滴數量和速率大小的數學模型，優化滴速傳感器速率計算的精度，減少由于計算精度引起的誤報警。

1.常用速率計算方法及偏差分析

常見輸液泵會直接使用輸液器規格應用于速率計算，以此計算單位時間的總體積和速率。輸液器規格一般分為20滴/毫升和60滴/毫升兩種。則20滴/毫升規格的輸液器滴下的每一個液滴的體積大小就為0.05ml。既控制軟件通過設置動態監測窗（h），記錄監測窗時間內滴速傳感器的液滴數量（d），及已知液滴大小0.05ml計算速率。公式計算如下。

速率越高監測窗內識別到的液滴數越多，速率計算越精確。速率越低識別到的液滴數越少，則會引入較大的計算偏差。液滴數量的識別精度和實際液滴大小影響速率計算的精度。

2.滴速傳感器識別液滴原理及偏差分析

常見滴速傳感器為紅外式滴速傳感器。基本工作原理是利用液滴對紅外光的折射引起電平信號變化。將滴速傳感器夾持在輸液器滴壺上，液滴下落時引起電平信號變化。輸液泵在支持速率范圍內運行，滴壺內液滴不會出現連成線的情況。故液滴計數不會引入誤差。

3.液滴大小及偏差分析

由于液滴體積非常小，不利于直接測量。通過設計下面實驗計算液滴平均大小用于分析。實驗覆蓋常用輸注速率（5ml/h到300ml/h），取樣間隔不大于50ml/h，輸注量不少于100ml。

3.1 實驗設置

實驗使用輸液泵作為流速控制設備，實驗室三級水替代藥液用于輸注，精度為0.0001g微量天平記錄流量，秒表記錄輸注時間，滴數傳感器連接電腦用于液滴計數，以及一致性較好的20滴/毫升輸液器用于測試。按照常規情況搭建實驗，并設置不同速率完成數據收集。

3.2 實驗數據

經多次實驗獲取到的數據如表1所示。

表1 實驗數據和計算數據

3.3 液滴大小分析

設定檢測窗時長為2min，計算出實際平均速率、平均液滴大小和平均每兩分鐘液滴數量如表1紅字所示。根據計算出的液滴大小可知，速率越大液滴越大，液滴數越多。常用速率計算方式因為使用固定液滴大小，而實際液滴大小隨速率變化，則會在不同速率情況下引入不同的偏差。且速率越大偏差越大，容易出現速率異常誤報警。

4.實際速率與滴數模型

由于實際速率未知，既無法獲知精確的液滴大小用于速率計算，則常用方法計算速率的偏差無法確定及避免。將表1中實際速率和液滴數據導入MiniTab，建立平均每兩分鐘液滴數量和實際流速的模型。如圖1所示。

圖1 擬合曲線

根據圖1可知：實際速率與平均每兩分鐘液滴數量存在顯著關系，數據與模型吻合度及模型可靠度很高。說明該模型可以用于計算速率。

5.速率計算及分析

考慮實際情況，將單位時間內液滴數圓整，應用兩種方法分別計算速率，并得出最大偏差量和偏差率，如表2所示。

根據表2數據可知，模型方法計算速率在中高速情況下精度非常高，且速率越高精度越高。中低速由于單位時間內液滴數量較少，會引入較大的計算偏差，兩者表現差異不大。

6.總結

通過實驗數據分析及研究，使用單位時間液滴數量和速率大小關系模型方法計算速率，可以有效提高滴速傳感器計算速率的精度。同時可以通過增加實驗采樣，獲取更多數據可以進一步提高模型的覆蓋率和準確性。通過延長監測窗也可以進一步減小計算偏差。將相關模型置于輸液泵控制軟件內，可以有效減少由于速率計算方法導致的速率異常誤報警。