輸液報警器的研制及臨床護理應用效果

徐風忠，陳桂濤（通信作者）

1 山東省德州市中醫院 （山東德州 253015）；2 河北省東光縣人民醫院（河北滄州 061600）

靜脈輸液是臨床醫療工作中常用的治療手段。有研究表明，住院患者靜脈輸液使用率為93.13%，平均每床每日使用輸液瓶（袋）數為3.76 瓶（袋）[1]。靜脈輸液治療過程中，要求醫護人員、陪護家屬密切關注患者輸注情況，及時更換液體或結束輸液。但患者長時間的輸注使陪護家屬容易出現身體疲勞、精力不集中，而責任護士又無法始終觀察患者輸液情況，導致輸液過程中出現針頭阻塞，或因沒有及時換液、輸液完成后沒有及時拔針出現壓力差造成回血情況，增加患者痛苦，引發醫患糾紛。目前，由患者輸液引起的醫患糾紛受到社會的普遍關注。基于此，本研究設計了一種輸液報警器，旨在為患者靜脈輸液提供安全保障。

1 輸液報警器的研制

光的透射是入射光經過折射穿過物體后的出射現象，被透射的物體稱為透明體或半透明體。若透明體是無色的，除少數光被反射外，大多數光均透過物體。為表示透明體透過光的程度，通常用透過后的光通量與入射光通量之比τ 來表征物體的透光性質，τ 稱為光透射率。

1.1 設計原理

該裝置采用紅外光透射原理，利用液體和空氣對紅外光的吸收差異來進行藥液檢測：將墨菲氏滴液管卡入光電傳感器中，當管內有液體滴下時，光電傳感器接收端接收到的紅外光信號變小，此時輸出呈高阻狀態；相反，管內沒有液體滴下時，光電傳感器接收端接收到的紅外光信號變大，此時輸出呈低阻狀態。在恒壓源的環境下，高、低阻狀態的變化間接轉變成電脈沖信號低、高的變化，脈沖的個數間接反映液體的滴數，脈沖間隙間接反映液體的流速。這些脈沖信號就作為識別信號被傳送到單片機進行處理。當單片機在一定時間內檢測不到有脈沖信號輸入（即沒有液體滴下）時，就會觸發報警電路，通過裝置內置的狀態指示燈（紅燈）閃爍提示患者和陪護家屬，同時觸發床頭呼叫器及時通知責任護士進行處置[2]。

1.2 結構設計

輸液報警器由光電傳感器、電源電路、單片機、工作和報警顯示電路、床頭呼叫器開關驅動電路、復位電路等組成，如圖1～2 所示。

圖1 輸液報警器結構設計圖

1.2.1 光電傳感器的設計

光電傳感器由紅外發光二極管和光敏二極管組成，紅外發光二極管作為信號發射端，光敏二極管作為信號接收端；制作成夾子狀，發射端和接收端分別位于夾子兩側，呈水平狀排列，方便夾于墨菲氏滴液管上；主要作用是接收探測頭捕捉到的光透射率τ 的變化，從而非接觸式地間接記錄液體滴數的變化；檢測到的系列脈沖信號進入單片機進行處理[3]。

圖2 輸液報警器實物圖

1.2.2 電源的設計

為保持輸液報警器供電不間斷，防止產生意外，本次設計的輸液報警器采用兩種供電方式，即外部電源供電、內置電池供電，并且當電源電壓不足時，通過報警燈報警。

1.2.2.1 外部電源的設計

外部電源由專用的供電模塊組成，可通過市電電壓直接提供+5 V的直流電壓，詳細電路如圖3所示。

圖3 輸液報警器外部電源供電電路圖

從圖3 可以看出，市電電壓經BR1 橋式整流后經過由L1、C1、C2 組成的帶通濾波器，得到+300 V 的脈動直流電壓并加到變壓器T 的初級線圈1、2 端；R1 為電源短路保護限流電阻，防止因負載過大而大面積燒毀芯片及其他電路；+5 V 輸出端電壓由變壓器T 的次級線圈5、6 端經過整流管D1 整流，C6、C7 濾波后所得；R9、C5 組成保護電路，目的是防止整流管D1 被擊穿短路。

電路中采用的RM3253S 芯片是一款基于線性隔離變壓器設計采用原邊反饋反激拓撲結構的電源管理芯片，具有有源功率因數校正（active power factor correction，APFC）功能。該芯片的特點是外圍電路簡單，低成本，高性能，電壓適應范圍寬，可在較寬的輸入電壓范圍（如交流電壓85～264 V）和寬頻帶下工作，體積、重量小，輸出電壓恒定；脈沖頻率調制（pulse frequency modulation，PFM）控制模式使其工作頻率隨負載大小自動調節，負載越大，工作頻率越高，穩定性越好，且在空載時工作頻率可降至1 kHz 左右，大幅度地降低了待機功耗，節能、環保，可大范圍取代5 W以下的功率電源。本設計中，芯片供電端1 腳電源在開機瞬間由R2、R3 降壓后提供，R2、R3 電阻采用1/2 W 電阻，防止開機瞬間因峰值電壓過大而燒毀芯片，電源正常工作時這兩個電阻產生一定的熱量；C4 是緩沖電容，設計目的是開機瞬間避免峰值電壓過高而燒毀芯片，開機后由變壓器T 的初級線圈3、4 端感應電壓經過D3 整流后提供；芯片的取樣電壓由R4、R5、 R7 三個取樣電阻分壓提供，經過內部電路進行比較，差電壓由芯片的5、6 腳輸出、控制變壓器T 的初級線圈1、2 端，這樣就組成了一個鎖相環路，使變壓器T 的次級線圈5、6 端始終輸出穩定的脈動電壓。

1.2.2.2 內部電池的設計

除外部電源供電外，本設備還設計了4 節AAA高能量1.2 V 可充電電池供電，經實際臨床使用，4 節南孚AAA 可充鋰電池充滿后的使用時間可達12～15 h。

1.2.3 單片機、工作和報警顯示電路、床頭呼叫器開關驅動電路、復位電路的設計

工作和報警顯示電路、床頭呼叫器開關驅動電路、復位電路的設計如圖4 所示，R1、R2 為驅動三極管T 正常工作時的偏置電阻，R3、R4 分別為工作燈和報警燈的限流電阻。正常輸液時，單片機輸入端13、14 腳檢測到的都是高電平，輸出端6 腳輸出低電平，輸出端8 腳輸出高電平，工作燈的綠燈閃爍，報警燈不工作；當需要換液、輸液完成、針頭阻塞、內部電池電量低等異常情況出現時，單片機輸出端6、10 腳輸出高電平，輸出端8 腳輸出低電平，工作燈和報警燈的紅燈閃爍，同時單片機輸出端10 腳輸出的高電平使三極管T 導通，觸發繼電器閉合，自動接通床頭呼叫器開關，提示醫護人員來現場進行處置。

圖4 單片機、工作和報警顯示電路、床頭呼叫器開關驅動電路、復位電路的設計

復位電路采用MAX811 專用復位芯片，按下復位鍵AN，消除各類報警，使單片機處于正常工作模式。

2 臨床應用

2.1 一般資料

選取2021 年2—11 月于山東省德州市中醫院內科系住院治療的患者200 例，按照住院時間先后順序分為兩組，各100 例。對照組男50 例，女50 例；年齡20～80 歲，平均（49.06±5.32）歲；住院時間6～12 d，平均（6.78±0.47）d。觀察組男50 例，女50 例；年齡20～75 歲，平均（48.76±3.47）歲；住院時間6～11 d，平均（6.52±0.33）d。兩組一般資料比較，差異無統計學意義（P＆gt;0.05），具有可比性[4]。本研究經醫院醫學倫理委員會審核批準（魯德州市中醫院醫學倫理委員會字2021 第9 號），所有患者均對本研究知情并自愿簽署同意書。

納入標準：每天靜脈輸注液體均量100 ml 2 袋、250 ml 1 袋、500 ml 1 袋。排除標準：存在嚴重心血管系統、呼吸系統疾病；意識模糊不能配合研究。

2.2 方法

對照組采用傳統的一次性輸液器，按照護理級別巡視病房。

觀察組安裝輸液報警器，將光電傳感器夾在墨菲氏滴液管上方靠近瓶口處，將輸液報警器上的連接線插到床頭呼叫器上的按鍵開關內，打開輸液報警器電源開關，觀察輸液報警器指示燈，1 min 內墨菲氏滴液管內無液體滴注時紅色指示燈閃爍報警，液體正常流動后報警器顯示正常，按下復位開關并掛在輸液架上。

2.3 觀察指標

（1）統計兩組責任護士每天為觀察輸液情況而巡視病房的時間。（2）統計兩組在輸液治療期間因換液、輸液完成、針頭阻塞等輸液問題而打鈴呼叫的次數。（3）統計兩組患者及護士滿意度[5]：向患者（每組100 例）及醫護人員（每組20 名）分別發放滿意度問卷調查表，90%以上項目滿意為滿意，75%～90%項目滿意為基本滿意，75%以下項目滿意為不滿意，調查表采取當場填寫完畢后收回的方式；滿意度=（滿意份數+基本滿意份數）/總份數×100%。

2.4 數據處理

采用SPSS 17.0 統計軟件進行數據處理，計量資料以±s表示，采用t檢驗，計數資料以率表示，采用χ2檢驗，P＆lt;0.05 為差異有統計學意義[6]。

2.5 結果

觀察組責任護士每天為觀察輸液情況而巡視病房的時間短于對照組，在輸液治療期間因換液、輸液完成、針頭阻塞等輸液問題而打鈴呼叫的次數少于對照組，患者及護士滿意度均高于對照組，差異均有統計學意義（P＆lt;0.05），見表1。

表1 兩組各指標比較

3 討論

輸液技術發明至今已經歷了5 代，即人為機械式輸液監視階段、壓力式輸液監視階段、電容式輸液監視階段、稱重式輸液監視階段和光電式輸液監視階段。人為機械式輸液監視是最原始的監視方式，沿用至今；壓力輸液監視的原理是利用自然大氣壓和瓶內藥液產生的壓力差來進行檢測，缺點是輸液瓶內需安裝壓力監測電極，一旦消毒不佳，輸液瓶內的藥液極易被污染，而且不適合于當下的輸液袋[7]；電容式輸液監視的原理是在輸液瓶或輸液袋的兩側綁定兩個銅箔做電極，根據兩個電極內液體的變化轉換成電容容量的變化，進而再間接變成電信號的變化，缺點是安裝過于復雜，專業性較強，使用不方便，誤差較大[8]；稱重式輸液監視原理是通過輸液瓶或輸液袋中的藥液量在輸液過程中逐步減少的重量進行檢測，缺點是由于現在的輸液瓶和輸液袋規格、大小不一，所以在每次使用前都需要針對輸液瓶或輸液袋的容量預設定重量值，且由于同種容量的液體因輸液瓶和輸液袋的薄厚不一而出現或液體殘留很多，或液體輸完未報警，所以失去了安裝的意義[9]。本研究裝置將光電傳感器夾在墨菲氏滴液管上側，即可實現換液、輸液完成、針頭阻塞的提示報警，操作極為簡便，但亦有不足之處，即還不能實現對患者液體滴數和液體劑量的控制，無法實現高度智能化。產品有待改進。

輸液安全是護理安全的重要內容之一，也是提高患者和陪護家屬滿意度的重要指標。通過在臨床護理工作中使用該輸液報警器，護士的工作更加有條不紊，大大提高了輸液的效率，降低了醫護人員頻繁往返于患者身邊進行巡視的工作強度，提高了患者的滿意度[10]。