自动换液静脉输液装置的研制

杨丽晓 王殊义 尚长浩

自动换液静脉输液装置的研制

杨丽晓①②王殊义①尚长浩②

目的：研发一种可实现自动换液的静脉输液装置，以替代传统人工换液方式，有效提高静脉输液的安全性和工作效率，减轻医护人员的工作强度。方法：自动换液静脉输液装置由低功耗单片机控制，当其中的一路输液管路药液输尽时，单片机接受到一个信号，并驱动凸轮机构自动切换到另一路输液管路。结果：自动换液的静脉输液装置设计先进、结构简单且功能实用，提高了静脉输液的安全性和医护人员的工作效率。结论：自动换液静脉输液装置成本低廉，实用价值颇高，对改善静脉输液现状具有重要意义。

静脉输液；自动换液；装置

[First-author’s address] 1.University of Shanghai for Science and Technology, College of Medical Equipment and Food, Shanghai 200093, China. 2.Equipment Department of Changhai Hospital of Second Military Medical University, Shanghai 200433, China.静脉输液是临床医疗的重要工作，是患者治疗的主要手段之一，约占90%～95%的住院患者均需静脉输液治疗，故在护理工作中静脉输液占有重要比重。传统的输液流程操作复杂，且无法实现自动换液，输液过程中护士需不断巡视，观察是否出现不良反应，是否要更换液体等，占用了大量的工作时间，致使护理劳动强度大，不利于病区的综合管理[1]。为此，本研究设计一种可以自动换液系统，使输液过程中能自动连续切换更换液体，当药液全部输完后会自动发出报警，提示药液全部输注完毕。

1 自动换液静脉输液装置结构设计

自动换液静脉输液装置设计为同时嵌入4根输液管路，以满足患者每日的输液要求。装置通过程控凸轮机构的动作实现4条输液管路自动换液的功能(如图1所示)。

图1 系统结构设计示意图

1.1 控制系统

整个控制单元由CPU、直流电机驱动、LED通道显示电路、声光报警电路、输液管路在位及液体检测传感电路以及电池电压检测电路6个部分组成[2]。控制

单元的电源采用3节AA电池供电，由于采用超低功耗单片机，3节电池可连续工作1个月[3-4]。CPU采用带A/D转换的超低功耗单片机以降低控制单元的功耗和保证控制功能的实现，4个输液管路均有发光二极管(light emitting diode，LED)显示输液状态[5-6]；其控制结构如图2所示。

图2 控制系统结构框图

开启电源开关进行开机初始化后，由输液管路在位传感器检测各个通道的输液管路嵌入情况，同时检测管路内是否充满药液，检测结果通过LED显示，并自动对输液顺序按1～4通道进行排列[7-8]。检测完成后CPU输出信号控制直流电机运转，驱动齿轮传动机构、凸轮摆动机构并打开排列顺序第一的输液通道开始进行输液，此通道的LED指示灯闪烁，提示正在输液，其余通道LED指示灯为关闭状态。第一通道液瓶输液完毕后通过液体检测传感器反馈到CPU，输出信号控制直流电机运转，关闭输液完成通道，打开下一输液通道继续输液，全部通道输液完成后CPU输出报警信号，驱动蜂鸣器发出报警声并使全部通道LED闪烁通知医护人员及时处理。当电池电源降低到一定程度时，电池电压检测电路通过CPU的A/D转换，发出报警信号，提示医护人员及时更换电池。

1.2 机械传动系统

机械传动机构包括直流电机及减速机构、电机到位开关、齿轮传动机构及凸轮摆动机构4部分组成。

CPU发出电机运行信号后驱动直流电机运转，通过减速机构使驱动齿轮运行，带动1～4号齿轮同步运转，驱动齿轮有4个相位差90o的反馈点，当驱动齿轮旋转90o后反馈开关打开，CPU收到反馈信号后停止电机运转。1～4号齿轮各带有一个凸轮，凸轮之间的相位差为90o。原始状态下是1号通道打开，可以进行正常输液，2～4号通道的簧片被各自通道的凸轮压住而使输液通道关闭。当1号通道输液完成后，电机带动齿轮旋转90o，1号通道关闭，2号通道打开输液，3号、4号通道仍然关闭。以此类推，直到4个通道全部输液完毕，齿轮位置返回原始状态。在4个通道未全部装载输液器的情况下，通过输液管路在位传感器的反馈，CPU能够发出指令使齿轮运转不同的角度以实现自动控制的要求(如图3、图4所示)。

2 自动换液静脉输液装置工作流程

图3 机械传动结构示意图

图4 凸轮摆动结构示意图

将患者需要输注的液体按照输注顺序依次编号配放好， 自动换液静脉输液装置按照编号顺序进行输液，从输注第1瓶开始，依次完成自动切换至下一瓶，直至输注结束自动进行提示，输液过程无需人工

换液，其工作流程如图5所示。

图5 工作流程框图

3 自动换液静脉输液装置的功能

传统的静脉输液流程为[9-10]：①护士执行医嘱接收患者药物并核对输液信息→手写或打印输液袋标签→发药配液→注射前核对患者信息及所输药物→患者求助时护士输液换液→输液结束拔针。整个输液过程操作复杂，且无法实现自动换液。为此输液中需要患者、陪护或医务人员随时观察监视药液余量情况，且当药液输完后由护士进行人工换液，1名护士需管理多张床位，若因换液不及时则会出现空气进入血管内形成空气栓塞、凝血堵塞针头等情况，给患者造成痛苦，轻则延误治疗，重则会危及患者生命安全。同时，频繁的人工换液存在污染、差错等隐患[11-12]。针对上述问题，本研究设计的自动换液静脉输液装置具有下述诸多优点。

3.1 提高静脉输液的安全性

每袋液体输注结束后通过自动换液系统，可避免换液不及时而造成的空气进入血管内形成空气栓塞，凝血堵塞针头等情况，并极大降低频繁的人工换液，避免护理人员由于换液仓促而造成核对出错的概率[13]。

3.2 提高静脉输液的有效性

通过自动换液系统的药液余量检测装置，可以减少由于肉眼来判断液体是否输注结束的误差，避免药液余量较多时进行换液，造成药品的浪费。

3.3 减轻医护人员的工作强度

该装置的应用可以节省医护人员的换液时间，以从事其他重要工作，提高护理工作的整体质量。尤其是在医院输液室集中输液过程中应用该装置，工作效率明显提高。同时，整个输液过程实现自动换液，无需患者或家属观察液体的输注进度，避免换液时的呼叫。

4 结语

本研究设计的自动换液静脉输液装置，其结构原理简单实用， 可实现自动换液的功能，具有较强的实用性。目前，该装置在功能设计上还存在一些不足：如无法实现输液过程中输液流速的实时监控，不具备药液发生堵塞或出现气泡等异常情况报警功能，通路数量可扩展性不强等。下一步将结合广泛应用的输液实时监控设备的流速流量监控控制、药液发生堵塞或出现气泡的异常情况报警、无线集中监控功能以及附有射频条码核对患者信息功能等，设计一种可实现实时集中监控和自动换液的智能化静脉输液系统，进一步改善静脉输液现状[14-16]。

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Research and development of an auto-switched intravenous infusion system/

YANG Li-xiao, WANG Shu-yi, SHANG Chang-hao// China Medical Equipment,2015,12(4):35-37.

Objective: To enhance the safety of intravenous infusion and reduce the working strength of the nursing staff, a novel auto-switched intravenous infusion system was developed. Methods: The system was controlled by a low power consumption microchip. A signal was detected when the infusion was finished in one channel and then a cam mechanism was used to switch the infusion channel automatically under the supervision of the microchip. Results: A novel auto-switched intravenous infusion system was proposed and analyzed. The proposed concept is innovative, feasible and of functionality. Conclusion: The proposed auto-switched intravenous infusion system is cost effective and practical. It has potential applications and can benefit for improving current intravenous infusion situation.

Intravenous infusion; Auto-switched; System

1672-8270(2015)04-0035-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.04.011

杨丽晓,男,(1984- ),硕士研究生，助理工程师。上海理工大学医疗器械与食品学院、上海长海医院仪器设备科，从事医学装备管理工作。

2015-01-07

①上海理工大学医疗器械与食品学院 上海 200093

②上海长海医院仪器设备科 上海 200433