基于電磁加熱的一次性注射器毀形機結構設計*

詹娜妮，李秋賢，鄒安琪，鄧禹琳，李 晶，伍媚春

(南華大學 護理學院，湖南 衡陽 421001)

0 引 言

隨著醫療規模的擴大以及越來越多醫療用品的一次性化處理，相應醫療有害廢物迅速增長，如若處置不當，將對環境和人類健康造成極大傷害[1]。據世界衛生組織(WHO)報道，2002年全球3500萬醫護人員共發生300萬次針刺傷[2]。銳器傷是醫務人員在臨床工作中遇到的常見傷害，其中多數為針刺傷[3]，患者已經用過的針頭，屬于感染性廢物，易扎傷他人，對人類的健康安全造成威脅[4]。Jończyk A等[3]調查了107名醫護工作者，最常提及的傷害類型包括：扎傷(51.5%)，割傷(28.8%)，劃傷(10.6%)，扎傷和割傷(9.1%)。傷源最多的是注射針(35.9%)、藥物安瓿(23.3%)、筆(7.8%)。毛秀英等[5]調查432名實習護士實習期間發生銳器損傷的占93.3%，平均6.4次/人，以針頭和玻璃為主占80.33%，被污染物刺傷的占37.72%。任小英等[6]調查343名臨床護理人員中有88.92%的護士受到針刺傷害，其中半數護師職稱的人員被針刺傷的頻率>5次，針刺傷發生率極高。美國國立職業安全和健康研究所提供：美國每年大約有60～80萬專業人員被針頭刺傷[7]。

針刺傷時的操作環節多發生在處理使用后的針頭上。任小英等[6]調查注射后針頭處理(收廢棄針、毀形浸泡、取下針頭及重套針帽)所致針頭刺傷占刺傷總數的62.68%。毛秀英等[5]調查432名實習護士發生針刺傷不同環節的刺傷率分別為操作前占25.6%，操作中占20.0%，操作后占54.4%。王紅紅[8]研究顯示護生實習6個月就有72.6%的人被刺傷，其中79.4%的是被用過的針頭刺傷。針刺傷已成為當今醫務人員所面臨最嚴重的職業危險因素之一，中國疾病預防控制中心相關專家收集了23個城市229家醫院共19171名護士的銳器傷相關信息，研究發現81.37%的臨床護士2020年中至少發生過1次銳器傷[9]，如何解決針刺傷問題已成為預防護士職業損傷的一個重要方面。

常用的醫療垃圾毀形器主要有銳器盒、針頭毀形器、大型粉碎型醫用毀形器等。銳器盒產品采用新聚丙烯料，易于高溫焚燒，可收集注射器、輸液器、一次性使用物品的針頭，但需人工手動用力進行分離，一次性分離毀形單只注射器，封閉后無法在不破壞的情況下打開。分離效率較低，且易于在分離的過程中造成針刺傷。針頭毀形器具有快速熔化金屬針尖、同時割壞注射器針筒及膠塞，并能初步割斷管狀塑料的多重毀形作用，但需手動握住注射器實現半自動化分離，但在銷毀的過程中易產生火花，分離效率較低。大型粉碎型醫用毀形器毀形方式為機械切割、連續粉碎、廢料集中收集；處理能力為一次性注射器≥500支/min，塑料制品20～25 kg/h，基本實現全自動化處理。但其費用較貴，且占地面積大，一般醫院科室、診所等使用需求不高。

因此，此研究針對目前一次性注射器毀形機存在使用安全隱患、毀形效率不夠高、針尖與注射管分離不徹底進而增加了回收步驟和回收成本的問題，設計了一種基于電磁加熱的一次性注射器毀形機。為貫徹執行《醫療廢物管理條列》、《醫療器械監督管理條列》，進一步完善醫療垃圾分類體系，對使用過的一次性醫療用品，毀形后有效地進行處理，防止疾病傳播，保護和凈化環境，保障人類生命健康。

1 總體方案設計

此次設計目的是設計一種新型一次性注射器毀形機，解決現有的毀形器存在使用安全隱患、毀形效率不夠高、針尖與注射管分離不徹底進而增加了回收步驟和回收成本的問題。通過大量的實際調查，對所設計的裝置制定了以下幾點要求：①可實現針尖與注射管的徹底分離；②適用于不同規格一次性注射器；③毀形效率高；④操作安全性有保障。

考慮到一次性注射器毀形的要求，對所設計的裝置有了一個初步的構想：針頭和注射管的分離改變以往采用電加熱融毀的方式，通過電磁線圈加熱的方式完成；注射器的夾持采用喇叭口形雙彈簧夾緊機構完成；注射管的毀形采用電機帶動兩個鋸齒形切割輪切割完成。整體毀形過程在一個密閉的腔室內完成，針頭和注射管的分離以及注射管的毀形通過一個步驟完成，提高一次性注射器的毀形效率和安全性。

2 結構設計及功能

基于電磁加熱的一次性注射器毀形機主要由外殼、注射管夾持機構、注射管毀形機構、針尖加熱裝置和針頭回收盒等部分組成。外殼內部從上至下依次分為注射管毀形腔、針頭加熱腔及針頭回收腔；注射管夾持機構設在注射管毀形腔內，其用于夾持一次性注射器的注射管；注射管毀形機構設在注射管毀形腔內，其用于切割一次性注射器的注射管；針尖加熱裝置設在針頭加熱腔內，其用于加熱一次性注射器的針頭，實現針尖與注射管脫離；針頭回收盒設在針頭回收腔內，其用于收集分離后的針頭?；陔姶偶訜岬囊淮涡宰⑸淦鳉螜C可實現任意規格一次性注射器注射管的快速毀形，以及一次性注射器注射管與針尖的快速分離?？傮w結構如圖1所示。

圖1 總體結構圖

2.1 注射管夾持機構

注射管夾持機構(見圖2)主要用于夾持不同規格的一次性注射器，其結構包括兩塊弧形板和兩組移動支持組件?；⌒伟逡幻鏋橥够∶妫硪幻鏋榘蓟∶妫瑑蓧K弧形板的凹弧面相互正對，從而在兩個凹弧面之間形成夾持區間，夾持區間上端正對插口，下端正對連通孔，將一次性注射器通過插口插入外殼內部時，兩塊弧形板形成的喇叭口段可對一次性注射器的注射管起到聚中和引導的作用，方便一次性注射器順暢插入外殼內部。兩組移動支持組件以夾持區間為中心對稱布置，并分別與兩塊弧形板關聯。移動支持組件包括軸座、橫軸、抵塊和彈簧。軸座和軸座距離弧形板從近至遠間隔固定安裝在注射管毀形腔的底面上。橫軸活動安裝在兩個軸座上，并可沿軸向方向移動，其端部固接在弧形板的凸弧面上，當橫軸沿軸向方向移動時，帶動相連接的弧形板靠近或遠離另一塊弧形板。抵塊固定連接在橫軸上，并位于兩軸座之間。彈簧壓縮套裝在橫軸上，并位于抵塊與軸座之間。

圖2 注射管夾持機構

2.2 注射管毀形機構

注射管毀形機構(見圖3)主要用于切割一次性注射器的注射管。注射管毀形機構共有兩組，兩組注射管毀形機構以夾持區間為中心對稱布置，并分別與兩根橫軸關聯。注射管毀形機構包括支架、電機和切割輪。支架固定安裝在橫軸上。支架包括兩個C形卡座和橡膠墊。該結構一方面，可很方便的調節兩個C形卡座在橫軸上的位置，進而調節切割輪伸入夾持區間內的多少，另一方面，切割輪切割一次性注射器的注射管時難免會產生振動，橡膠墊可起到緩沖振動，避免振動直接傳導到橫軸上的效果。電機固定安裝在支架的下端，其機軸沿水平方向伸出，切割輪安裝在電機的機軸上，其邊緣伸入夾持區間內。兩組注射管毀形機構的切割輪處在同一豎直平面和同一水平高度上。

圖3 注射管毀形機構

2.3 針尖加熱裝置

針尖加熱裝置(見圖4)主要用于加熱一次性注射器的針頭，實現針頭和注射管的完全分離。針尖加熱裝置包括電磁線圈和線圈骨架。電磁線圈繞設在線圈骨架外部。線圈骨架的上端中心處和下端中心處設有連通孔，線圈骨架上端和下端分別插接在針頭加熱腔的頂面和底面上，連通孔相互正對且連通。在電磁線圈中通過高頻交流電，激發交變磁場，使處在磁場中針尖產生渦流狀的電流(簡稱渦流)，通過渦流對針尖進行快速加熱，實現針尖與注射管脫離。

圖4 針尖加熱裝置

3 工作原理及流程

基于電磁加熱的一次性注射器毀形機可實現任意規格一次性注射器注射管的快速毀形，以及一次性注射器注射管與針尖的快速分離。工作時，首先啟動兩組注射管毀形機構的電機，驅動兩個切割輪旋轉，并確保兩個切割輪的轉向相反，轉速相同。然后將一次性注射器的針尖朝下，通過外殼的插口插入夾持區間，一次性注射器的注射管進入夾持區間后，首先推擠兩塊弧形板同時向相互遠離的方向移動，并被兩塊弧形板夾緊，當注射管與兩個切割輪接觸時，一邊被切割輪切割毀形，一邊被切割輪帶動向下移動；當注射管與針尖相連接一端的端面與線圈套筒的上端面相抵時，即達到一次性注射器的最大插入深度，此時針尖已經進入線圈套筒的內部。在電磁線圈中通過高頻交流電，激發交變磁場，使處在磁場中針尖產生渦流狀的電流，通過渦流對針尖進行快速加熱，從而融化掉與針尖相連接的注射管部分，使針尖脫離注射管并落入針頭回收腔中。

4 設計創新點

(1)可實現針尖與針管的徹底分離：在電磁線圈中通過高頻交流電，激發交變磁場，使處在磁場中針尖產生渦流狀的電流(簡稱渦流)，通過渦流對針尖進行快速加熱，從而融化掉與針尖相連接的針管部分，實現針尖與針管脫離。

(2)適用于不同規格一次性注射器：一方面，不同規格的注射器，其針管尺寸(直徑和長度)不一，但針尖長度基本一致，當針管與針尖相連接一端的端面與線圈套筒的上端面相抵時，即達到一次性注射器的最大插入深度，此時針尖必然進入線圈套筒的內部；另一方面，一次性注射器插入夾持區間后，兩塊弧形板可根據針管的尺寸適應性調節夾持區間的大小，并保持對針管的夾緊狀態。

(3)操作安全性有保障：一方面，一次性注射器插入夾持區間后，即將夾持區間填滿，另一方面，針管采用機械切割的方式進行毀形，針尖采用電加熱的方式進行脫離處理。整個操作過程不會產生火花，也不會有碎屑飛濺出來，保證了操作的安全性。

(4)運行穩定性有保障：兩組針管毀形機構的切割輪處在同一豎直平面和同一水平高度上，所述豎直平面通過夾持區間的中心線，基于該結構，兩個切割輪在切割針管時，既可起到輔助針管向下推送至最大插入深度的效果，又可起到維持針管穩定性，防止針管因兩邊切割力度不均而產生單邊偏移的現象。

5 結 語

醫護人員在臨床工作中被銳器(針刺)傷害是不可完全避免的，但銳器傷害可以進行預防。盧映君[10]調查研究中清理用物時被針頭刺傷的護士占針刺傷護士的19.4%，減少使用后的注射器處理步驟可有效減少醫護人員的針刺傷概率，提高醫護人員職業安全感，促進醫護人員的身心健康。本研究利用電磁加熱技術對注射器分離毀形實現節能創新，將以往的人工反復性機械化操作，耗能大等弊端逐一突破，實現節能環保，高效率的全自動化操作模式，有望減少醫護人員針刺傷發生率。