基于TRIZ理論的一種智能加熱加壓輸液裝置設(shè)計(jì)

張永慧 馬筱佳 王婷婷 劉歡 李佳鑫 李國利

摘?要：基于發(fā)明問題解決理論（theory?of?inventive?problem?solving，TRIZ）的系統(tǒng)化創(chuàng)新方法，提出一種智能加熱加壓輸液裝置進(jìn)行改造創(chuàng)新的綜合方法。通過臨床上了解輸液裝置的當(dāng)前狀況，并通過分析傳統(tǒng)輸液裝置和改良后輸液裝置的問題和矛盾等內(nèi)容，采用了最終理想解、技術(shù)矛盾、物理矛盾和物—物分析TRIZ等工具，改進(jìn)形成新型智能加熱加壓輸液裝置。

關(guān)鍵詞：輸液;智能;加熱;加壓

傳統(tǒng)的輸液方式因?yàn)槭艿搅溯斠簞恿Φ南拗疲荒懿捎幂斠杭軄磔o助病患輸液，并且存在于很多不方便的地方，患者活動范圍受到了限制，需要有人照看;站地及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中使用不方便，不能安全有效地進(jìn)行輸液;不能精確地輸液;輸液速度慢;如果輸入大量低溫液體，容易導(dǎo)致病人二次傷害。在急救和一些特殊治療時，需要快速補(bǔ)充液體。當(dāng)前是利用注氣或選用大口徑的穿刺針或?qū)Ч埽瑏韺σ后w行加壓。但是壓力不能穩(wěn)定和持久，重復(fù)性操作又費(fèi)時費(fèi)力，不適合在臨床治療輸液輸血。有學(xué)者研究表明常見的加壓輸液裝置中大多數(shù)是實(shí)現(xiàn)外在的氣囊壓力作用，但會隨著輸液袋中的液體減少而降低壓力[12]。對于特殊病情或急救患者需要快速補(bǔ)充輸液，傳統(tǒng)的輸液裝置就無法滿足要求，從而錯過了最佳的搶救時間。另外，一般的加壓輸液裝置為一次性用品，如果遇到寒冷情況，就無法對液體進(jìn)行加熱處理，給病人造成新的不適，不僅增加了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時還對輸液裝置材料造成浪費(fèi)[3]。因此本文通過TRIZ理論解決了輸液裝置的壓力、加熱和體積的矛盾和問題。

1?方案研究

輸液在臨床給病人治療時運(yùn)用廣泛，在醫(yī)院使用的輸液裝置中，普遍運(yùn)用傳統(tǒng)輸液方式，原理是依靠重力將藥品流入人體，但流速不能精確控制，病人在寒冷狀態(tài)下，輸入冷液體對身體有較大的傷害。在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)技術(shù)中，有加壓恒溫裝置，但不利于回收，并且成本偏高，效率慢，人工耗費(fèi)大。本文研究的主要目的是解決現(xiàn)有輸液裝置的不足，提高性能和降低裝置運(yùn)行成本。

1.1?問題分析

目前，臨床上廣泛使用的輸液器和輸血器在使用時，容器基本上是采用垂直懸掛式，通過依靠地心引力的作用給患者輸液或輸血，有學(xué)者表明，這種方法存在明顯的缺陷，需要護(hù)士手動控制液體的流速，無法準(zhǔn)確達(dá)到臨床合適的輸液速度，而且只依靠地心引力或者人為擠壓的方法來調(diào)節(jié)輸液速度不符合當(dāng)今現(xiàn)代化、智能化[4]。因此我們想要改善壓力方面的問題，在生活中有的裝置我們對其分析可以得到他們的優(yōu)缺點(diǎn)，例如在改變壓力的同時也會改變它的體積。我們首先進(jìn)行系統(tǒng)分析如圖1所示。

圖1?功能分析

1.2?問題轉(zhuǎn)化與求解

TRIZ理論的問題模型包括技術(shù)矛盾、物理矛盾等矛盾。通過有矛盾矩證表查得發(fā)明原理，如下表所示：

利用因果鏈工具可以看出病人在輸液的時候會感覺身體不適，那么感覺不適的原因是由血液回流，液體溫度太低或是當(dāng)時所處的環(huán)境溫度太低所導(dǎo)致的。然而我們追溯到下一層面可以看出之所以血液會回流是因?yàn)閴毫Φ母淖儯蛘呔褪禽斠捍锏囊后w減少，或者就是病人可能移動了輸液袋的位置。

我們可以得到以下解決方案：

方案1：用電機(jī)驅(qū)動注射器或注射裝置活塞，或使用充氣泵給輸液瓶中充氣加壓，通過反饋電路控制電機(jī)來調(diào)節(jié)活塞壓力，或控制瓶中壓力，實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)液，以此來改善壓力問題。

方案2：設(shè)置一個擠壓裝置來調(diào)節(jié)壓力問題，以此來解決血液回流的問題。擠壓形式可分手動擠壓、電動擠壓、氣動擠壓和液壓擠壓。手動擠壓是通過人工擠壓形成壓力，電動擠壓是通過螺絲桿轉(zhuǎn)動推進(jìn)加壓，氣動擠壓是通過壓縮氣體驅(qū)動氣缸加壓，液壓是利用抽液泵強(qiáng)迫液體增壓驅(qū)動柱塞升起加壓。在這里我們使用氣動裝置來實(shí)現(xiàn)加壓問題。

方案3：可以按呼叫鈴讓護(hù)士來進(jìn)行人工加壓，需要一個液體監(jiān)控器當(dāng)液體少于一定程度的時候可以發(fā)出警報，讓護(hù)士來看是否需要繼續(xù)添加藥品[5]。

方案4：設(shè)置一個氣囊然后在外面弄一個充氣裝置，另外需要一個壓力傳感器，以此來感知輸液袋內(nèi)需要的藥品的多少。把這個充氣裝置套在輸液袋的外面，這樣可以實(shí)時監(jiān)控液體變化，等液體到一定位置的時候可以發(fā)出警報。

通過物理矛盾，解決的是實(shí)現(xiàn)矛盾雙方的分離，分離原理包括：空間分離、時間分離、條件分離以及整體與部分分離四種類型。針對這一矛盾通過空間分離我們可以分析出采用發(fā)明原理3局部質(zhì)量以及發(fā)明原理5組合我們可以得到：

方案5：把莫非式滴管改變成其他形狀以便于液體的流出，這樣可以控制液體流出的速度。

方案6：將莫非式滴管上面的輸液管的橫截面積擴(kuò)大，這樣可以增加液體輸出量。

另外我們團(tuán)隊(duì)還討論得出結(jié)論輸液裝置的壓力應(yīng)該是可以根據(jù)病人的病情調(diào)節(jié)的，所以應(yīng)該設(shè)有調(diào)節(jié)中心。

方案7：把輸液袋的形狀改成梨形或者其他形狀，在方案4的基礎(chǔ)上我們可以加上一個加熱線圈和一個溫度傳感器，這樣可以改善液體溫度過低的問題。

1.3?方案分析

方案1：通過控制電路壓力或控制瓶中壓力，實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)液，來改善壓力問題。

方案2：通過使用氣動裝置來實(shí)現(xiàn)加壓問題。

方案3：通過安裝一個液體監(jiān)控器，當(dāng)液體少于一定程度的時候可以發(fā)出警報。

方案4：通過設(shè)置一個氣囊然后在外面弄一個充氣裝置，一個壓力傳感器，以此來感知輸液袋內(nèi)需要的藥品的多少，等液體到一定位置的時候可以發(fā)出警報。把這個充氣裝置套在輸液袋的外面，既可以增加壓力，又可以實(shí)時監(jiān)控液體變化。

方案5：通過將莫非式滴管改變形狀來使液體容易流出。

方案6：通過將莫非式滴管上面的輸液管的橫截面積擴(kuò)大來增加液體輸出量。

方案7：通過把輸液袋的形狀改成梨形或者其他形狀，在方案4的基礎(chǔ)上我們可以加上一個加熱線圈和一個溫度傳感器，這樣可以改善液體溫度過低的問題。

方案8：方案4和方案7結(jié)合在一起得到一種加壓加熱的裝置。

2?結(jié)論

經(jīng)過綜合考慮，我們決定采用的是方案8即方案4和方案7合并而成的。它的有益效益在于：

（1）該實(shí)用新型產(chǎn)品的目的是在于提供一種智能加熱加壓輸液裝置，根據(jù)患者的病情的需要智能調(diào)節(jié)出最合適的輸液速度及壓力，同時具有加熱功能可以對液體進(jìn)行加熱，來提高患者輸液時的舒適度。該實(shí)用新型產(chǎn)品提供以下技術(shù)方案：這是一種智能加熱加壓的輸液裝置，其包括氣囊、加熱線圈、充氣裝置、壓力傳感器、溫度傳感器以及微處理器，氣囊會套裝在輸液袋外面，加熱的線圈設(shè)置在氣囊內(nèi)壁，充氣裝置通過進(jìn)氣管與氣囊連接，微處理器分別和充氣裝置加熱線圈、壓力傳感器以及溫度傳感器相連接。

（2）氣囊為雙層帽子型氣囊，開口處設(shè)有用于收口的收拉繩，氣囊的套裝在輸液袋袋體外并與輸液袋袋體形成密封腔體：輸液袋接頭處設(shè)有壓力傳感器與溫度傳感器;輸液袋為倒梨形，由PP、PE、硅膠、PA或SEBS等材料中的一種制成。加熱的線圈是由金屬加熱導(dǎo)線制成。本實(shí)用新型產(chǎn)品的有益效果在于：①通過微處理器智能化調(diào)節(jié)輸液袋內(nèi)的壓力和溫度，可以調(diào)節(jié)出最合適的輸液溫度和速度，滿足特殊環(huán)境和不同患者的需求;②輸液袋為倒梨形。可實(shí)現(xiàn)液體的充分流出;③輸液裝置整體結(jié)構(gòu)組成簡單，成本低，可靠性高。

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基金項(xiàng)目：重慶市高等教育學(xué)會高等教育科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：CQGJ17149B）;重慶三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)校人文教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2018xjz14）;重慶三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)校人文教改重大項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2016xjzd03）;重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：193384）

作者簡介：張永慧（1988—?），女，漢族，博士研究生，重慶三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部藥理教研室，副教授，研究方向：TRIZ創(chuàng)新方法研究。

*通訊作者：李國利（1980—?），男，漢族，碩士研究生，副教授，研究方向：TRIZ創(chuàng)新方法研究。