智能輸液警示裝置的創新設計*

補珍林，金 靈，胡 茜

（上海健康醫學院，上海201318）

靜脈輸液是臨床上常用的一種給藥方式，在傳統的輸液過程中，患者需要經常關注輸液袋中的藥量，以免發生靜脈血液回流等狀況，危及患者的生命安全[1]。本研究的設計初衷是發明一種適用于每位患者的智能輸液警示裝置，此裝置有發聲、震動等報警提示，能夠提醒患者及時呼叫護士。目前，我國的醫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來處理換液等輸液流程，而對于小規模的鄉村醫院或社區醫院，由于條件限制，往往都是依靠人工監控。患者輸液時，患者或陪護人員往往需要一直時刻關注著輸液袋，尤其是老年和兒童患者，給他們帶來了很多的精神負擔。而我國人口眾多，醫護人員數量少，一名護士要負責多個病床及診室，工作強度大，必須有高度注意力和責任心，一旦發生突發事件，可能會造成醫患矛盾。本設計可以減輕人工負擔，及時預警、報警。患者可以安心休息，家屬也可以降低焦慮情緒，同時可以提高醫護人員的服務質量。

1 項目背景

1.1 項目科學意義

智能輸液警示裝置設計屬于實用性創新項目，將成為醫療設施發展的趨勢。隨著科技發展，醫療技術提高，人們越來越看重醫療服務。將科學技術與醫療服務相結合，滿足人們對醫療服務便捷化、智能化的需求，比如多功能護理床、心臟監護設備等智能產品的臨床應用已經相當廣泛，而智能血壓監護、健康APP等這類智能產品，已經從臨床延伸到隨身、隨時、隨地，方便快捷，能夠做到日常實時監護。智能輸液警示裝置也是一類科技創新的醫療產品。用科技來代替人工，實現科技改變生活。

1.2 應用價值

1.2.1 經濟價值

中國是人口大國，人口老齡化現象也趨于嚴重，醫療需求也越來越高，而靜脈輸液不論是市級醫院還是社區醫院，無論是門診大廳還是病房，許多患者都需要進行輸液治療，這樣智能輸液警示裝置就有了開闊的市場，廣泛的需求，經濟價值良好可期。

1.2.2 社會價值

智能輸液警示裝置最大限度地利用有限的資源滿足人們日益增長的醫療需求。一方面，它更方便快捷，使患者和家屬安心休息，更有利于患者恢復健康。另一方面，它能夠讓人們體會到科技對日常生活質量的改善，讓人們重視科技，了解到科技并不是遙不可及的。在傳染病高發時期，智能輸液警示裝置還能減少醫護人員與患者的接觸，能在保護醫護人員的同時，遠程觀察患者輸液情況，真正做到高效、高精準、高安全。

1.2.3 前景價值

在大數據快速崛起的時代，可以將智能輸液警示裝置與大數據相結合，當智能輸液警示裝置發出警報，裝置自動采集信息并在顯示器上顯示哪位患者的輸液即將結束。或者進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，再結合震動、呼叫等功能警報器，讓醫院能夠接收更多需要輸液的患者，也不需要更多的醫護人員。同時，可以與手機APP關聯，讓遠程的家屬也能隨時隨地看到輸液藥量，多一份關心，更讓家人放心。

1.3 類似創新分析

西安科技大學有五位同學設計了智能輸液器系統監控設備。此項目組的設計利用光電設備檢測輸液管中的藥液是否有剩余、以判斷瓶內藥量并準確發送信息；為保持藥液恒溫，采用體積小，熱效率高的半導體加熱制冷片；溫度傳感器構成的負反饋調節機制，使藥液維持在最適宜的溫度。輸液完畢時，輸液器自動阻斷輸液管，同時發送當前狀態并語音播報，從而實現主機對每個患者的信息進行實時監控并處理突發事件，達到真正的無人監護和可控調節。

1.3.1 具體分析

（1）西安科技大學學生發明的只是輸液語音警示器，沒有震動功能，所以在一定程度上還是存在局限性。并且他們的設計極大地占用了空間位置，只是設計出了一個警報裝置，并沒有詳細寫出要放在哪里這一重要問題，況且此設計裝置體積大，操作復雜且設備耗材昂貴，可實用性不高。

（2）此設計涉及到了半導體制冷技術，半導體制冷的過程中會涉及到很多的參數，參數的條件是復雜多變的。任何一個參數對冷卻效果都會產生影響。實驗室研究中，由于難以滿足規定的要求，就需要對實驗室環境進行研究，但是一些可變影響因素的探討是存在難度的。半導體制冷技術是基于粒子效應的制冷技術，具有可逆性。所以，在制冷技術的應用過程中，冷熱端就會產生很大的溫差，必然會對制冷效果產生影響，很有可能會對裝置設計造成極大的障礙。

1.3.2 本設計優點

（1）本項目設計中含有震動功能，不僅適用于大眾，同時適用于特殊人群，會給特殊人群及其家屬帶來極大的便捷。而且我們的設計局限性小，價格適中，有非常大的市場推廣性，易受群眾喜愛。

（2）我們的項目設計中詳細地寫出了輸液震動警報器放在流速調節器旁側，不僅大大節省空間，而且節省了材料的使用。本設計是依靠液體體積發生震動警報現象，不用受半導體制冷技術參數的影響勢必會讓本項目實施起來容易操作，具有很強的實用性。

1.4 智能輸液系統的研究現狀

國內對智能輸液系統的研究起步較晚，直到20世紀80年代后期，我國才開始智能輸液監控設備產品的研發。智能輸液系統在國外的開發與應用起步較早，技術已經比較成熟，臨床輸液監控基本能實行智能化，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。雖然能與醫院信息系統連接來組建網絡，安全性能較高，但因其價格昂貴，我國主要引進其用于重癥監護室的監護[2]。從長遠來看，我國城市人口持續增加，人民健康問題不斷暴露，大大增加了醫院的壓力，輸液系統向著智能化、網絡化、人性化、便捷化不斷邁進[3]。

2 項目內容

2.1 設計想法

設計一個自帶震動和報警功能的智能輸液警示裝置。報警功能是為大部分患者設計的，能及時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，看不到警報器發光，聽不到警報器發聲，可以在警報器上加入震動器，產生震動，達到提醒作用。

2.2 設計思路

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

2.3 設計原理

把輸液袋液體體積和震動報警功能聯系在一起，當液體體積等于正常體積范圍的最小值時就會自動震動報警，當液體體積多于正常體積范圍最小值時沒有任何情況。

2.4 設計流程圖

設計流程圖如圖1所示。

圖1 設計流程圖

2.5 研究內容

（1）設計相關電路圖。

（2）準確測量液體安全范圍并得出結論。

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

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

（5）設計一個能由于液體情況而讓震動功能和報警功能共同工作的裝置。

2.6 項目運用技術

（1）運用專業畫圖技術畫出詳細簡要電路圖。

（2）運用液體體積安全實驗技術再查閱大量書籍得出輸液安全范圍。

（3）運用材料試驗技術和測量技術確定紅色金屬殼的抗壓性、材質、形狀、大小。

（4）運用材料實驗技術和震感技術確定彈珠的硬度、大小、震動感。

（5）運用設計技術和相關物理知識設計出一款能由于液體情況而讓震動功能和報警功能共同工作的裝置。

2.7 項目實施方案

（1）與專業老師和醫療器械學院的同學共同探討設計該裝置的使用材料及電子電路圖。

（2）查找相關資料，進行科學實驗得出關于安全輸液范圍的數據。

（3）對目標患者進行市場問卷調查，從多個角度設計問題，對于普通患者和耳聾人群采用微信調查問卷，對于盲人采用你問他答的形式，得出相關數據并分析；對護士也可采用微信問卷調查的方式，從便捷度、滿意度、實用性各個方面進行設問，得出相關數據并分析。

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

3 結束語

在北京協和醫院試點病房，輸液檢測系統已經建設成經典案例。精準化的實時安全檢測有效改善了醫患關系，提高了住院病人的滿意度，做到“把時間還給護士，把護士還給患者”[4]。我們設計的智能輸液警示裝置不僅用于病房的安全監護，還可以適用于工作繁忙的門診輸液大廳。震動裝置能運用自身的優點及時提醒，避免輸入空氣和血液反流，減少對患者的傷害，在節省材料、降低設計成本的同時，又簡化了所需技術做到精益求精。幫助了特殊人群輸液時的困難，拓展了警報器的適用人群，填補了以往輸液器的空白。

智能輸液警示裝置的前瞻性應用非常廣泛，有文獻表明，智能輸液系統可以應用于便攜式胰島素泵等[2]。而目前醫療設施發展的趨勢，智能輸液警示裝置更易于操作和設計實現，對滴速的監測要求精確度也比較高，保證了輸液過程安全有效。醫療事業的發展是離不開科學技術的，把科技應用到醫療事業中來，可以說是對醫療事業的一大促進與補充。