智能輸液警示裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)*

補(bǔ)珍林，金 靈，胡 茜

（上海健康醫(yī)學(xué)院，上海201318）

靜脈輸液是臨床上常用的一種給藥方式，在傳統(tǒng)的輸液過程中，患者需要經(jīng)常關(guān)注輸液袋中的藥量，以免發(fā)生靜脈血液回流等狀況，危及患者的生命安全[1]。本研究的設(shè)計(jì)初衷是發(fā)明一種適用于每位患者的智能輸液警示裝置，此裝置有發(fā)聲、震動(dòng)等報(bào)警提示，能夠提醒患者及時(shí)呼叫護(hù)士。目前，我國的醫(yī)院不論是門診輸液大廳還是病房，大多是依靠按鈴呼叫系統(tǒng)來處理換液等輸液流程，而對于小規(guī)模的鄉(xiāng)村醫(yī)院或社區(qū)醫(yī)院，由于條件限制，往往都是依靠人工監(jiān)控。患者輸液時(shí)，患者或陪護(hù)人員往往需要一直時(shí)刻關(guān)注著輸液袋，尤其是老年和兒童患者，給他們帶來了很多的精神負(fù)擔(dān)。而我國人口眾多，醫(yī)護(hù)人員數(shù)量少，一名護(hù)士要負(fù)責(zé)多個(gè)病床及診室，工作強(qiáng)度大，必須有高度注意力和責(zé)任心，一旦發(fā)生突發(fā)事件，可能會造成醫(yī)患矛盾。本設(shè)計(jì)可以減輕人工負(fù)擔(dān)，及時(shí)預(yù)警、報(bào)警。患者可以安心休息，家屬也可以降低焦慮情緒，同時(shí)可以提高醫(yī)護(hù)人員的服務(wù)質(zhì)量。

1 項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目科學(xué)意義

智能輸液警示裝置設(shè)計(jì)屬于實(shí)用性創(chuàng)新項(xiàng)目，將成為醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的趨勢。隨著科技發(fā)展，醫(yī)療技術(shù)提高，人們越來越看重醫(yī)療服務(wù)。將科學(xué)技術(shù)與醫(yī)療服務(wù)相結(jié)合，滿足人們對醫(yī)療服務(wù)便捷化、智能化的需求，比如多功能護(hù)理床、心臟監(jiān)護(hù)設(shè)備等智能產(chǎn)品的臨床應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，而智能血壓監(jiān)護(hù)、健康A(chǔ)PP等這類智能產(chǎn)品，已經(jīng)從臨床延伸到隨身、隨時(shí)、隨地，方便快捷，能夠做到日常實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。智能輸液警示裝置也是一類科技創(chuàng)新的醫(yī)療產(chǎn)品。用科技來代替人工，實(shí)現(xiàn)科技改變生活。

1.2 應(yīng)用價(jià)值

1.2.1 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

中國是人口大國，人口老齡化現(xiàn)象也趨于嚴(yán)重，醫(yī)療需求也越來越高，而靜脈輸液不論是市級醫(yī)院還是社區(qū)醫(yī)院，無論是門診大廳還是病房，許多患者都需要進(jìn)行輸液治療，這樣智能輸液警示裝置就有了開闊的市場，廣泛的需求，經(jīng)濟(jì)價(jià)值良好可期。

1.2.2 社會價(jià)值

智能輸液警示裝置最大限度地利用有限的資源滿足人們?nèi)找嬖鲩L的醫(yī)療需求。一方面，它更方便快捷，使患者和家屬安心休息，更有利于患者恢復(fù)健康。另一方面，它能夠讓人們體會到科技對日常生活質(zhì)量的改善，讓人們重視科技，了解到科技并不是遙不可及的。在傳染病高發(fā)時(shí)期，智能輸液警示裝置還能減少醫(yī)護(hù)人員與患者的接觸，能在保護(hù)醫(yī)護(hù)人員的同時(shí)，遠(yuǎn)程觀察患者輸液情況，真正做到高效、高精準(zhǔn)、高安全。

1.2.3 前景價(jià)值

在大數(shù)據(jù)快速崛起的時(shí)代，可以將智能輸液警示裝置與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，當(dāng)智能輸液警示裝置發(fā)出警報(bào)，裝置自動(dòng)采集信息并在顯示器上顯示哪位患者的輸液即將結(jié)束。或者進(jìn)一步利用科技手段在顯示屏上顯示每位患者所剩的輸液量，再結(jié)合震動(dòng)、呼叫等功能警報(bào)器，讓醫(yī)院能夠接收更多需要輸液的患者，也不需要更多的醫(yī)護(hù)人員。同時(shí)，可以與手機(jī)APP關(guān)聯(lián)，讓遠(yuǎn)程的家屬也能隨時(shí)隨地看到輸液藥量，多一份關(guān)心，更讓家人放心。

1.3 類似創(chuàng)新分析

西安科技大學(xué)有五位同學(xué)設(shè)計(jì)了智能輸液器系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備。此項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)利用光電設(shè)備檢測輸液管中的藥液是否有剩余、以判斷瓶內(nèi)藥量并準(zhǔn)確發(fā)送信息；為保持藥液恒溫，采用體積小，熱效率高的半導(dǎo)體加熱制冷片；溫度傳感器構(gòu)成的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，使藥液維持在最適宜的溫度。輸液完畢時(shí)，輸液器自動(dòng)阻斷輸液管，同時(shí)發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)并語音播報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)對每個(gè)患者的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并處理突發(fā)事件，達(dá)到真正的無人監(jiān)護(hù)和可控調(diào)節(jié)。

1.3.1 具體分析

（1）西安科技大學(xué)學(xué)生發(fā)明的只是輸液語音警示器，沒有震動(dòng)功能，所以在一定程度上還是存在局限性。并且他們的設(shè)計(jì)極大地占用了空間位置，只是設(shè)計(jì)出了一個(gè)警報(bào)裝置，并沒有詳細(xì)寫出要放在哪里這一重要問題，況且此設(shè)計(jì)裝置體積大，操作復(fù)雜且設(shè)備耗材昂貴，可實(shí)用性不高。

（2）此設(shè)計(jì)涉及到了半導(dǎo)體制冷技術(shù)，半導(dǎo)體制冷的過程中會涉及到很多的參數(shù)，參數(shù)的條件是復(fù)雜多變的。任何一個(gè)參數(shù)對冷卻效果都會產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)室研究中，由于難以滿足規(guī)定的要求，就需要對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行研究，但是一些可變影響因素的探討是存在難度的。半導(dǎo)體制冷技術(shù)是基于粒子效應(yīng)的制冷技術(shù)，具有可逆性。所以，在制冷技術(shù)的應(yīng)用過程中，冷熱端就會產(chǎn)生很大的溫差，必然會對制冷效果產(chǎn)生影響，很有可能會對裝置設(shè)計(jì)造成極大的障礙。

1.3.2 本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中含有震動(dòng)功能，不僅適用于大眾，同時(shí)適用于特殊人群，會給特殊人群及其家屬帶來極大的便捷。而且我們的設(shè)計(jì)局限性小，價(jià)格適中，有非常大的市場推廣性，易受群眾喜愛。

（2）我們的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中詳細(xì)地寫出了輸液震動(dòng)警報(bào)器放在流速調(diào)節(jié)器旁側(cè)，不僅大大節(jié)省空間，而且節(jié)省了材料的使用。本設(shè)計(jì)是依靠液體體積發(fā)生震動(dòng)警報(bào)現(xiàn)象，不用受半導(dǎo)體制冷技術(shù)參數(shù)的影響勢必會讓本項(xiàng)目實(shí)施起來容易操作，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

1.4 智能輸液系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對智能輸液系統(tǒng)的研究起步較晚，直到20世紀(jì)80年代后期，我國才開始智能輸液監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)品的研發(fā)。智能輸液系統(tǒng)在國外的開發(fā)與應(yīng)用起步較早，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，臨床輸液監(jiān)控基本能實(shí)行智能化，比如人們比較熟悉的美國百特公司的便攜式輸液泵和彈性輸液泵等。雖然能與醫(yī)院信息系統(tǒng)連接來組建網(wǎng)絡(luò)，安全性能較高，但因其價(jià)格昂貴，我國主要引進(jìn)其用于重癥監(jiān)護(hù)室的監(jiān)護(hù)[2]。從長遠(yuǎn)來看，我國城市人口持續(xù)增加，人民健康問題不斷暴露，大大增加了醫(yī)院的壓力，輸液系統(tǒng)向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、便捷化不斷邁進(jìn)[3]。

2 項(xiàng)目內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)想法

設(shè)計(jì)一個(gè)自帶震動(dòng)和報(bào)警功能的智能輸液警示裝置。報(bào)警功能是為大部分患者設(shè)計(jì)的，能及時(shí)提醒休息和聊天人群。考慮到聽力或者視力非常弱的特殊患者，看不到警報(bào)器發(fā)光，聽不到警報(bào)器發(fā)聲，可以在警報(bào)器上加入震動(dòng)器，產(chǎn)生震動(dòng)，達(dá)到提醒作用。

2.2 設(shè)計(jì)思路

先測量好安全液體的最佳位置，在這個(gè)位置上固定流速調(diào)節(jié)器，然后在流速調(diào)節(jié)器上安裝震動(dòng)警報(bào)裝置，該裝置放在流速調(diào)節(jié)器滾輪下方，外形是一個(gè)紅色的金屬殼，里面裝有彈珠，一旦液體高度低于流速調(diào)節(jié)器之后金屬殼會發(fā)出報(bào)警聲音，里面的彈珠會震動(dòng)起警示作用。

2.3 設(shè)計(jì)原理

把輸液袋液體體積和震動(dòng)報(bào)警功能聯(lián)系在一起，當(dāng)液體體積等于正常體積范圍的最小值時(shí)就會自動(dòng)震動(dòng)報(bào)警，當(dāng)液體體積多于正常體積范圍最小值時(shí)沒有任何情況。

2.4 設(shè)計(jì)流程圖

設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

2.5 研究內(nèi)容

（1）設(shè)計(jì)相關(guān)電路圖。

（2）準(zhǔn)確測量液體安全范圍并得出結(jié)論。

（3）確定紅色金屬殼的抗壓性、材質(zhì)、形狀、大小（要抗壓性好，材質(zhì)輕盈，形狀為圓形，直徑比流速調(diào)節(jié)器旁側(cè)直徑小1-2mm之間）。

（4）確定彈珠的硬度、大小、震動(dòng)感（硬度較強(qiáng)、大小比金屬外殼直徑小2-3mm之間、震動(dòng)感較強(qiáng)并且不能震碎金屬外殼）。

（5）設(shè)計(jì)一個(gè)能由于液體情況而讓震動(dòng)功能和報(bào)警功能共同工作的裝置。

2.6 項(xiàng)目運(yùn)用技術(shù)

（1）運(yùn)用專業(yè)畫圖技術(shù)畫出詳細(xì)簡要電路圖。

（2）運(yùn)用液體體積安全實(shí)驗(yàn)技術(shù)再查閱大量書籍得出輸液安全范圍。

（3）運(yùn)用材料試驗(yàn)技術(shù)和測量技術(shù)確定紅色金屬殼的抗壓性、材質(zhì)、形狀、大小。

（4）運(yùn)用材料實(shí)驗(yàn)技術(shù)和震感技術(shù)確定彈珠的硬度、大小、震動(dòng)感。

（5）運(yùn)用設(shè)計(jì)技術(shù)和相關(guān)物理知識設(shè)計(jì)出一款能由于液體情況而讓震動(dòng)功能和報(bào)警功能共同工作的裝置。

2.7 項(xiàng)目實(shí)施方案

（1）與專業(yè)老師和醫(yī)療器械學(xué)院的同學(xué)共同探討設(shè)計(jì)該裝置的使用材料及電子電路圖。

（2）查找相關(guān)資料，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)得出關(guān)于安全輸液范圍的數(shù)據(jù)。

（3）對目標(biāo)患者進(jìn)行市場問卷調(diào)查，從多個(gè)角度設(shè)計(jì)問題，對于普通患者和耳聾人群采用微信調(diào)查問卷，對于盲人采用你問他答的形式，得出相關(guān)數(shù)據(jù)并分析；對護(hù)士也可采用微信問卷調(diào)查的方式，從便捷度、滿意度、實(shí)用性各個(gè)方面進(jìn)行設(shè)問，得出相關(guān)數(shù)據(jù)并分析。

（4）待電子線路圖與問卷分析后形成可行性項(xiàng)目書，尋找初創(chuàng)公司，進(jìn)行下一步研發(fā)。

3 結(jié)束語

在北京協(xié)和醫(yī)院試點(diǎn)病房，輸液檢測系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)成經(jīng)典案例。精準(zhǔn)化的實(shí)時(shí)安全檢測有效改善了醫(yī)患關(guān)系，提高了住院病人的滿意度，做到“把時(shí)間還給護(hù)士，把護(hù)士還給患者”[4]。我們設(shè)計(jì)的智能輸液警示裝置不僅用于病房的安全監(jiān)護(hù)，還可以適用于工作繁忙的門診輸液大廳。震動(dòng)裝置能運(yùn)用自身的優(yōu)點(diǎn)及時(shí)提醒，避免輸入空氣和血液反流，減少對患者的傷害，在節(jié)省材料、降低設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，又簡化了所需技術(shù)做到精益求精。幫助了特殊人群輸液時(shí)的困難，拓展了警報(bào)器的適用人群，填補(bǔ)了以往輸液器的空白。

智能輸液警示裝置的前瞻性應(yīng)用非常廣泛，有文獻(xiàn)表明，智能輸液系統(tǒng)可以應(yīng)用于便攜式胰島素泵等[2]。而目前醫(yī)療設(shè)施發(fā)展的趨勢，智能輸液警示裝置更易于操作和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，對滴速的監(jiān)測要求精確度也比較高，保證了輸液過程安全有效。醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展是離不開科學(xué)技術(shù)的，把科技應(yīng)用到醫(yī)療事業(yè)中來，可以說是對醫(yī)療事業(yè)的一大促進(jìn)與補(bǔ)充。