輸液報警器的臨床研究進展

程 敏 向曉漫 王耶欣 鄢善彤 劉宇航 趙孫宸欣 莫 霖

（1 重慶醫科大學，重慶 400000；2 重慶醫科大學附屬兒童醫院，重慶 400000）

1 靜脈輸液所面臨的臨床問題

靜脈輸液治療是臨床治療體系中最重要的治療方法之一。2011—2020年的不完全統計，我國輸液產量每年超過100億瓶（袋），遠超于國際水平。在如此龐大的輸液量下，需要患者家屬及責任護士實時觀察輸液情況，以防因患者輸液完畢后不及時拔掉輸液管出現回血甚至造成空氣栓塞等不良現象，威脅患者的生命安全[1]。當前，我國社會老齡化日趨加劇，人們的生活壓力增大，患者在輸液治療時，常會由于缺少家屬看護或是自我看護不周等出現意外，加之現階段國內醫療供需缺口較大，護患比例緊張，故常會有輸液不良反應的發生，更甚者會導致醫患糾紛，產生不良的社會影響，威脅患者和醫護的人身安全[2]。

在靜脈輸液治療中，有41.8%的患者擔心因看護不當導致液體走空。國家藥品不良反應監測中心所發布的2020年藥品不良反應或事件所收集的報告數據反映，由注射給藥所引起的不良反應事件占總體的56.7%，其中靜脈注射給藥占91.1%。衛生健康委員會不完全統計，我國每日都會有4起醫療糾紛由輸液治療引起[3]。

針對輸液監測的以上種種問題，目前我國在一些重癥科室配備了輸液泵。但國內輸液自動監控問題仍未完全解決。由此可見，輸液報警器的研究開發顯得尤為必要。輸液報警器不僅能提高醫院醫護人員的工作效率和質量，降低醫護壓力，而且為輸液者提供了保障生命安全的緩沖帶，降低醫療相關事故的發生率，對提高并改善輸液治療質量、改善患者輸液體驗、緩和醫患關系均具有十分積極且重要的意義。

2 輸液報警器的發展現狀

為了提高醫院醫護人員的工作效率和質量，改善患者輸液體驗，針對傳統輸液方式的輸液報警器興起。輸液報警器是基于光電傳感技術、計算機技術和無線通信技術發展起來的，適用于傳統輸液導管檢測輸液過程并及時進行報警。以下是輸液警報器的發展現狀分析。

2.1 光電式報警器 光電式輸液報警器主要是通過光電傳感器，采用紅外線[4]、激光[5]和自然光等光源，利用光-電方式采集信號，根據不同的探測方法和原理，檢測液面下降到預定位置時光信號的變化，產生不同的電信號，從而判斷藥物輸完否。根據檢測原理可分為：①透射率。主要原理為根據光源穿過空瓶或墨菲管與含液體的輸液瓶或墨菲管時透射率不同，探測頭感知輸液液面低于指定位置時透射率的變化，光電轉換器將這一光學變化轉化為電信號，從而觸發報警[6]。其優點為輸液報警器報警率高，在自然光源、日光燈和黑暗環境下均可使用。②折射率。此類輸液報警器一般以紅外光為媒介，根據氣體對紅外線的折射系數與液體對紅外線的折射系數不相同，二者對紅外線的反射能力以及透光能力不相同的原理，來實時檢測輸液管內部狀態，進而監控輸液瓶內的液體殘余量，完成輸液報警[7]。將光學傳感器安裝在輸液瓶底部，光源照射在輸液報警器上，當瓶內藥液水位低于閾值時報警。③反射。利用平行光線射入液體與空氣的交界面產生較強反射作用的原理，在輸液支架上安裝光源發射裝置以及接收裝置。當輸液時，墨菲管內的藥液保持一定的液面高度，光發射器發出的光束經過反射后，照射到光電管上產生光電信號，輸出電平信號；當輸液接近完畢時，光發射器的光反射后被接收器的光電管接收，電平信號發生變化，從而激活報警功能[8]。但光電式輸液報警器易受環境背景光的影響，不能應用于硝普鈉等需要避光輸液的藥物[9]。

2.2 超聲波式報警器 該類報警器通常安裝在輸液瓶的瓶底位置，利用高頻聲波的反射原理測量液位高度，即儀器發出的超聲波脈沖傳到液面時會被反射，繼而測出瓶內液位的高度[10]。超聲波探測器在柱狀液體中具有衰減較小、穿透力較強的特點。基于超聲波的空氣探測器靈敏度高、可靠穩定，且能測出小間隙的連續小氣泡[11]。但超聲波式易受輸液架晃動和光線環境等影響，且每次更換輸液瓶都需重新調整和固定，安裝調試復雜，可靠性得不到保障。

2.3 電容式報警器 在電容式的相應裝置中，電容量的變化有一定的原理，即會隨著電容式傳感器兩極板之間的介質而變化。將1對電容板放在輸液管外壁兩側，當輸液管內有空氣存在時，極板間的相對介電常數會發生變化，電容量也會隨之改變[12]。由此即可檢測出輸液管內是否有空氣存在。其電容量會隨莫非滴管中液位的變化而變化，從而檢測到輸液的完成。但這類裝置的電容傳感器電路較為復雜，包含振蕩器、解調器、觸發器等部件，部分類似于AD7746的電容測量芯片，系統復雜、價格較高[13]。

2.4 電磁式報警器 該類報警器運用電磁場原理設置液位傳感器和遙感信號發送裝置。首先，將液位傳感器放置在相應瓶套上，并使其與信號發送裝置連接。在輸液時，液位傳感器可實時根據輸液瓶的外形與重量的變化隨時調整自身的高度。當液面達到事先設置好的報警高度時，便可通過遙感信號將警報發送至護理站總機[14]。

2.5 圖像處理法報警器 該類報警器對圖片進行預處理，包括灰度化處理、圖像濾波和池化操作；用Canny邊緣檢測出整體輪廓，用投影法對液位進行粗定位，檢測液位所在位置，判斷是否到達了液位警戒線，當液位線小于設定閾值，即發出警報告知，當液位線大于設定閾值，則表示輸液未結束[15]。但因其攝像機價格昂貴，無法應用于需要避光輸液的藥物，故可推廣性差。

2.6 稱重式報警器 將輸液報警器制成上下雙掛鉤樣式，利用重力傳感器測量藥液和輸液瓶的重力之和來監測剩余的藥液量，并定時對重量、持續時間等參數進行監測，滿足設定閾值后引發警報。但其易受彈簧彈性限度變化的影響，不適用于長時間使用，設置方法繁瑣，不同的液體容量需重新設置1次，且會受藥液包裝制造公差的影響[16]。

2.7 探針式報警器 在輸液過程中，將穿刺針刺入輸液通道內，隨著藥液滴注的減少和結束，穿刺針振動頻率、振幅等參數隨穿刺針周圍的介質變化逐漸發生改變，激振器的振動參數受到影響發生變化，輸液報警器通過在氣液2種介質中穿刺針振動參數的變化，實現對輸液的監控。但電極針自身影響因素很多，如電極針的直徑、兩電極針軸線之間的距離等，要求相對較高，實用性不高[17]。

2.8 壓力感應報警器 基于壓力感應原理的輸液報警器主要以壓力傳感器為媒介對輸液過程進行監控。在輸液時，壓力傳感器感受到恒定的液體壓力，壓力墊位置固定，銜鐵與觸電接通，指示燈亮；當壓力傳感器檢測到變化的壓強后，壓力墊位置變動，使連接桿帶動開關位置改變，從而報警[18]。

2.9 浮球法報警器 設置不透光的浮球于莫菲滴管內，在正常輸液過程中，莫菲滴管內的液體將浮球托起，浮球會遮擋紅外發射管與紅外接收管之間的光路；在輸液即將結束時，墨菲管內液面進行性降低，浮球下降，紅外線的發射管與接收管之間的光路通暢無阻后，報警裝置發出信號。但此類報警器制作與安裝不便利，且會污染輸液管內液體。

3 報警情況及方法

多數輸液報警器的報警情況差異不大，大多是在檢測液體有無基礎之上結合自身檢測原理之特點，增加部分報警條件。常見的報警情況主要有液體少于閾值、滴速有誤、輸液終止、電量過低、氣泡報警、管路阻塞報警等[19]。其中管路阻塞報警是指在輸液過程中，當患者與設備之間的管路，即輸液系統發生阻塞，且阻塞壓力達到閾值時，會觸發阻塞報警，導致該情況的可能原因包括輸液管路彎折不暢、調節器未開放、輸液針頭與患者通路不暢。

輸液報警器最常見的報警方法是通過Led閃爍和聲音（即蜂鳴報警）進行提示。隨著報警器的進一步發展，報警形式也越來越多樣化，如短消息提示、無線藍牙傳輸、護士站終端系統等。隨著物聯網發展及遠程智能技術的推廣，無線藍牙技術可實現輸液全流程數據跟蹤與閉環管理、輸液實時可視化遠程監控及智能報警，緊密融合信息化時代的特征。

4 報警處理方法

輸液報警器進行報警后，部分輸液報警器還可實現其他功能，如自動換液、自動截流等。①自動換液：可實現根據輸液要求，隨意設置瓶數，并自動換液。該法通過在輸液袋底部設置浮球，使浮球隨液面浮動，在液面下降至底部時，磁化開關，使控制其他藥袋的開關（浮球）打開，從而實現自動換袋，又或通過增設進氣道和出液道實現此功能。②自動截流：外置開關，此功能的實現可采用螺桿電機的正反轉來控制輸液管的打開關閉，從而實現換瓶。其原理為：水位感應器夾在滴壺上的輸液管，通過檢測水位是否下降來判斷輸液管內是否還有藥液，檢測的信號發回單片機處理，螺桿電機正轉，螺母向前移動，實現輸液管的截止；反之螺桿電機反轉，實現輸液管的打開，繼續輸液工作[20]。電磁閥控制，自動截止也可通過電磁閥及驅動電路利用單片機進行控制，當輸液完畢時，單片機控制電磁閥關閉，實現自動截止功能。

5 報警器的臨床應用范圍

據調研顯示，輸液報警器目前已被廣泛應用在各科室輸液治療中，其可靠性、安全性及穩定性都均得到驗證。

5.1 冠狀動脈介入治療 當冠狀動脈介入治療應用于手術過程中時，易出現未及時補充對比劑，管道進入空氣需術者進行二次排氣操作，影響手術的連貫性。使用報警器可減少對比劑未補充與二次排氣的情況，保證手術的安全性、連貫性、完成率，有較高的臨床價值[27]。

5.2 眼科輸液 在部分眼科疾病的藥物治療中，大部分通過靜脈輸液的方式進行治療。由于眼部觀察不便或是輸液為仰臥位等原因，極易出現無法觀測吊瓶余量的情況。輸液報警器的使用可使醫護高質量的對患者進行用藥指導、個性化護理，大大提高了輸液滿意度。

5.3 血液透析 在血液透析過程中，患者幾乎無法自行觀察到輸液是否完畢，且有空氣進入會導致透析泵管路凝集等問題[29]。輸液報警器應用于透析泵可有效阻止空氣進入造成血塊形成的風險，節省了由于空氣進入引起透析器凝結更換配套所產生的費用。

5.4 普通門診 在門急診中，靜脈輸液治療是搶救患者與治療疾病的重要方法之一。門急診患者輸液量相較于其他科室更大，出現看護不周的可能性也更大，使用前置性報警器可有效降低這一風險，節約補液滴空的更換時間。

5.5 兒科病房 由于患兒對于藥物質量要求更高，在護理上難度更大，要求更高。通過應用輸液報警器可實時檢測藥液余量，必要時對藥液進行加熱處理，可減少護士巡查次數，保證患兒與家屬更好的休息。

6 報警器市場容量

6.1 市場需求 ①西南地區醫院輸液量逐年上升，輸液報警器需求增加。截至2019年，整個西南地區僅重慶市所含包括醫院、衛生服務中心、婦幼保健院等在內的衛生機構共計21058所，其中醫院共1707所，同比增長6.58%。重慶市各級醫院于18年采購輸液器及配套設備可達1000萬批。由此可見，西南地區醫院數量多，輸液需求量大，輸液警報器的需求逐年呈階梯式上升。②當前醫療配套設備缺口大，倒逼輸液報警器需求增加。目前國內醫療供需缺口較大，護患比例緊張。在如此高強度醫療壓力下，護患比例的失衡極易造成輸液不良反應導致醫療事故，從而引起醫患糾紛。輸液報警器的應用能夠讓護士提前知曉患者的換藥取針情況，更高效快捷的處理多名病患的需求，從而減少醫療事故的發生，減輕醫護人員的壓力。由此可見，相關醫院配備自動化監護設備將逐漸變成市場剛需。

6.2 應用醫院 據調研，類似的輸液監控設備，如安欣舒智能化安全輸液控制系統在重慶總共已投入使用約1000臺。在大型三甲醫院如新橋醫院的消化科、腫瘤科計約100余臺，重醫附二院江南分院全院約600臺，重醫附屬兒童醫院的血液科約200臺。在四川華西醫院、四川省人民醫院等10家三甲醫院也已投入使用。

6.3 市場問題 現階段市面上的輸液報警器大多是電容傳感式報警器，也有部分光電式、壓力傳感式報警器，價格在5～300元/個，價格區間相差較大。臨床應用較多的產品以廉價的基本型號為主，功能單一，通常只能產生蜂鳴和閃光報警，且多存在使用不便、精確度低等缺陷。現階段最為突出的問題是輸液報警器在市場中占比小、質量參差不齊。多數輸液報警器價格昂貴、操作繁瑣、應用范圍局限，僅大型醫院的部分重癥病房安裝和使用，導致許多小型醫療機構對此類產品普及度低、民眾對輸液報警器的認知模糊、信任度不高，進一步增加了輸液報警器的普及困難。在國家政策引導下，加快輸液報警器的技術革新以及在醫療機構的廣泛普及顯得尤為必要。

7 小結與展望

近年來，隨著醫療技術的進步，國內外出現了以光電、稱重、壓力、超聲、電容等監測原理的各式輸液報警器，多應用在門診給藥、血液透析、冠狀動脈介入治療中，在一定程度上減輕了醫患負擔。但輸液警報器使用后續帶來的警報疲勞問題卻很少被關注。隨著臨床報警設備逐漸增多，醫護人員易由于報警響應過多而缺乏反應，導致警報脫敏問題，進而造成對臨床重要警報的疏忽，威脅患者的生命安全。國外臨床相關降低警報疲勞裝置的試驗設計主要從儀器閾值和延遲報警2個方面入手，通過降低閾值、設置智能閾值提醒或是延遲報警來減少警報疲勞。對比國內，在研究開發輸液報警器時也應側重關注臨床應用中所產生的問題，并采用相應設置減少警報疲勞情況的發生。此外，輸液報警器不僅需對輸液進程進行監控報警，還可與互聯網大數據相結合，提供完整的服務鏈條和智能云端數據化設計，建設智能信息化管理，建立完善的產品體系，如提供完整的服務鏈條體系、智能云端數據化設計、通過可穿戴設備實現產品的可拓展性、定制智能化系統等。

輸液警報器的普及應用必須依靠國家政策和市場條件的扶持。目前新興的小型輸液報警器市場份額占比小，在醫療機構中普及度低，要想提高其市場份額既需要在硬實力上隨著市場要求與趨勢不斷改進創新，也需要國家的大力支持，如《“十三五”醫療器械科技創新專項規劃》，為輸液報警器在內的小型電子醫療器械夯實市場根基，使其能更快、更全面的在市場中進行推廣與普及。輸液報警器自身的硬實力加上醫院的科學推廣，患者的信賴，將產、學、研、用環環相扣，必然能為靜脈輸液治療的患者帶去佳音。