一種基于SOLIDWORKS Simulation帶注射泵的家用多功能醫療箱的設計與關鍵部位有限元分析

田享忻 郭天源 那雯雯 劉鎮燁 高福生 程彥麒

摘要：現有的醫療箱結構簡單、功能過于單一，因此，設計了一種帶注射泵的家用多功能醫療箱。作為一種幫助特殊人員解決隨身點滴問題與檢測使用者健康狀況的工具，帶注射泵的家用多功能醫療箱能讓患者以更加舒適與方便的條件享受更優質的生活。該醫療箱可以收納藥物，提醒用戶按時吃藥、健康檢測、磨切藥物，提供便攜藥盒及輸液泵，符合當代人的要求，促進了醫療事業的發展。

關鍵詞：家用醫療箱;舒適性;多功能;隨身點滴;優質生活

隨著信息技術的蓬勃發展、市場經濟的激烈競爭以及醫學知識的全面普及，全球醫療產業欣欣向榮，整體形勢一片大好，已達到一個新的高度。隨著人們生活水平的提高和醫療保健知識的普及，人們的自我保健意識增強，一個功能齊全的家用醫療箱是家庭必備物資。當患者獨自一人時，由于滴注器設計的限制，無法單獨完成點滴換藥和如廁等動作，尤其是行動不便的老年人和需要照看的幼童，需要一種使用更便捷的滴注器[1]。

1 設計理念概述

帶注射泵的多功能家用醫療箱可以幫助使用者隨身輸液，滿足日常生活需求。本設計在傳統醫療箱的基礎上增加了使用方便的輸液系統、小藥包、離線呼救系統、專業血糖血壓血氧測量監控系統、切磨藥器、電子說明屏以及提醒吃藥系統，為人們便利的生活提供保障。

2 系統結構示意圖及工作流程設計

2.1 系統結構示意圖

系統結構如圖1～2所示。

2.2 工作過程分析

帶注射泵的多功能家用醫療箱主要由兩部分組成：（1）注射泵主體;（2）醫療箱主體。

注射泵主體擁有動力運輸功能（輸液泵中央電機由可充電電池供能，為轉子提供動力，轉子轉動將輸液管中的藥品壓動，延輸液方向運輸）、輸液控制功能（輸液泵中央的電機為轉速可調電機，使用者可調節輸液速度）[2]、輸液保溫功能（安裝輸液管的軌道內裝有加熱電阻絲，可以將輸液管內藥液加熱到接近人體溫度，減小藥液對人體的刺激）以及輸液檢測功能（設置在輸液泵輸液入口端，該傳感器利用光電非接觸式探測藥液的動態，觸發電路工作，當輸液管內沒有液體時，會產生電信號，電動機停止工作并觸發警報，提醒使用者輸液已完畢）。取下注射泵上蓋，調整轉子夾持寬度，將輸液管安裝在注射輸液泵內，蓋上上蓋，啟動注射泵[3]。

醫療箱擁有收納裝置（本產品和其他醫療箱一樣具有較強的醫藥收納功能）、提醒裝置（本產品為避免病人忘記吃藥，具有電子提醒吃藥功能）、便攜裝置（本產品還配備便攜式小藥盒，方便病人外出時使用）、健康自測和顯示裝置（本產品配備血壓血糖測量儀，方便病人查看自己的基本身體情況）、安全裝置（本產品配備聯網報警呼救系統，防止發生緊急情況時，病人難以及時聯系附近的醫院）以及磨藥裝置（本產品配備切磨藥器，方便病人對藥品進行基本處理）[4-5]。

2.3 輸液管槽結構有限元分析

采用SOLIDWORKS Simulation軟件，對輸液泵放置輸液管的輸液管槽進行有限元分析，分析內容主要包括等效應力分析、等效應變分析以及總形變分析。

（1）輸液管槽的等效應力分布如圖3所示。由圖3可知，應力的最大值為6.23 MPa，集中在輸液管槽與泵體接觸的部位，接觸固定處的等效應力都小于材料鋼（SUS304）的屈服極限205.00 MPa。因此，該床板結構符合強度要求。

（2）輸液管槽的等效應變分布如圖4所示。由圖4可知，應變的最大值為4.329e-03 mm/mm，集中在輸液管槽與泵體接觸的部位。接觸固定處的等效應變數值很小，能滿足輸液管槽與泵體對應變的要求。

（3）輸液管槽的總形變分布如圖5所示。由圖5可知，最大整體變形達到了0.32 mm，變形集中在床板中部，與床板實際的變形趨勢相符，變形量較小，符合床板的強度和剛度要求。

3 結語

此產品結構空間設計合理，將功能組件合理安排放置，能節約空間;功能豐富，將使用者可能遇到的問題的解決方案集中到家用醫療箱中，方便用戶使用，能改善用戶的使用體驗;有大空間收納藥品，便攜式藥盒方便外出攜帶藥品，磨切藥裝置方便藥品服用;輸液泵設計巧妙，結構簡單、可靠性高，幫助使用者隨身輸液，操作簡單，方便使用;在容易損壞輸液管槽處進行了有限元分析，經過應力、應變、總形變全方面分析后，可得出此輸液管槽設計合理。

由功能和有限元分析兩個方面可知，此產品能解決當代家用醫療面臨的問題，為產品的設計、開發提供新方向和方式，具有廣闊的市場前景和巨大的現實意義。

[參考文獻]

[1]王猛.老年人應急性家用醫療產品的設計研究[D].無錫：江南大學，2011.

[2]張要花，李彬，朱明賢.微量注射泵低速運行時的流速精準度研究[J].中國醫療器械信息，2021（12）：180-182.

[3]羅帆，汪諍，陶一銘.基于單片機的自動進樣機系統[J].自動化與儀表，2021（8）：29-33，42.

[4]劉激揚，白清清，牛聰，等.新型應急救援便攜組合式醫療箱裝備的研制[J].武警醫學，2016（4）：382-385.

[5]佚名.節省空間、簡化設計的多功能功率輸入模塊方形模塊包含多達六種功能，減少了部件數量并易于電磁兼容[J].今日電子，1999（4）：26.