输液滴速和温度控制装置的研发*

周菁楠 陆奇鹏 朱 立

输液是由静脉滴注输入体内的大剂量注射液[1]。通常注射液包装在玻璃或塑料的输液瓶或袋中，不含防腐剂或抑菌剂，使用时通过输液器调整滴速，持续而稳定地进入患者静脉，以补充体液、电解质或提供营养物质[2]。注射液由于其用量大且直接进入血液，故质量要求高，生产工艺等亦与小针注射剂有一定差别[3]。

输液注射是一种常规医疗手段，如一些感冒发烧的高发疾病，为了能够尽快的康复，大多采用输液的方式进行治疗，但是由于疾病大多发生在冬季，注射液多为冰凉，输入到人体内对于感冒发烧的患者影响比较大。同时，在输液过程中滴速控制非常重要，速度过快可能会影响疗效，且会引发静脉炎等不良反应；速度过慢有可能造成药物剂量小，达不到治疗效果[4-5]。为此，本研究设计了一款使用方便、安全性能强的输液滴速和温度检测控制装置。

1 输液滴速和温度控制装置的研发

1.1 研发背景

患者在生病期间的整个生理和心理结构会发生一定的变化，当其生病需要点滴注射时，不同药物的副作用不尽相同，而“温度”因素对其影响极其重要。点滴补充液一般均需低温保存，而人体的正常口腔体温是36.3～37.2 ℃，因而输液滴速的快慢以及点滴与人体的较大的温差，势必会导致患者输液局部体温下降，加剧患者的不适。冬季在给患者输液时因药液温度较低，导致患者四肢发冷、甚至麻木及疼痛，严重时会出现血管痉挛等症状。尤其是幼儿和老人症状会更加明显。为此，如能使液体达到舒适温度再进入人体，可减少患者的冷刺激，同时可加快药物吸收。

输液速度是根据药物的特点和安全性所设置，对于不同年龄、不同病患程度的输液患者，会使用不同的输液药物，且要求有不同的点滴流速。合理的点滴流速可以避免出现输液不良反应的危险，同时可以使患者在治疗过程中感到舒适，并方便护士操作[6]。一般而言，护士需严格按照药品说明书和医嘱来设定输液速度。但是，由于患者体位发生变化或其他的原因，可能会导致输液速度发生变化，且在输液过程中，因输液管取出不及时，使得血液回流或空气被注入静脉的伤害事件时有发生。因此，监测输液速度非常必要。输液速度监测在液体输完时也会发挥重要作用，当检测到输液速度为0时，可认为液体输完[7]。

1.2 研发特点

本研究设计的点滴滴速和温度控制装置在患者输液同时，恒温器会对管内液体加温，并且能够智能化控制液体温度并配备保温装置，使温度恒定在设定温度；同时可对点滴的滴速进行检测，发现异常及时提示报警。

2 输液滴速和温度控制装置的设计

输液滴速和温度控制装置包括支撑杆和控制装置主体。控制装置主体设置在支撑杆上，其下端设置有螺纹孔，在螺纹孔内设置有加热柱，加热柱外设置有加热螺纹槽，在加热柱内设置有加热腔，其内设置有加热液体[8-9]。保温装置上设置有螺纹口，螺纹口设置在螺纹孔内。保温装置包括左弧形槽和右弧形槽，左弧形槽设置在螺纹口下方，右弧形槽与左弧形槽以可拆卸的方式连接在一起。控制装置主体上设置有显示屏，在显示屏下端设置有控制键。显示屏右侧设置有莫菲氏管槽，在莫菲氏管槽上设置有红外线检测装置，用于检测点滴的滴速。加热螺纹槽内安放有输液管。输液滴速和温度控制装置如图1所示。

图1 输液滴速和温度控制装置示图

3 输液滴速和温度控制装置速度监测电路的设计

输液滴速和温度控制装置采用AT89C51单片机，速度监测电路主要由光电探测模块、电压比较模块及显示模块三部分组成。

3.1 光电探测模块和电压比较模块

(1)模块电路。装置利用光电探测模块和电压比较模块检测点滴滴速，其工作原理是利用对射式传感器，对液滴是否滴下前后输出电压的变化，通过一个比较器即可转换成高低电平显示，从而达到探测液滴的功能，如图2、图3所示。

图2 光电探测模块电路图

图3 电压比较模块电路图

(2)检测输液速度。单片机根据脉冲数量计算滴速，当检测发现无脉冲信号时，发出报警信号。检测输液速度子程序和储液子程序流程如图4、图5所示。

图4 输液速度子程序框图

图5 储液子程序流程框图

3.2 显示模块

该模块是输液滴速显示模块，采用3个八段数码管显示，通过AT89C51的输出，可以动态显示出当前的滴速或者通过键盘的输入显示预期滴速，如图6所示。

图6 输液滴速显示模块电路图

3.3 温度检测模块

(1)温度检测模块电路。采用半导体加热块加热，利用DS18B20温度传感器检测液体温度，如图7所示。

图7 温度检测模块电路图

(2)温度检测流程。当温度传感器检测到温度到达设定温度时，继电器断开，半导体停止加热，其流程如图8所示。

图8 温度检测流程图

4 输液滴速和温度控制装置的应用

4.1 主要用途

通过对液体储量的实时监测，医护人员能够及时了解液体余量，并能及时为患者进行补液或采取相应的措施，与此同时，在保证医疗设备安全运行的情况下，给予患者舒适的输液液体温度[10-11]。

(1)在输液过程中，患者大多体质虚弱、昏睡状态或者医护人员忙碌状态而无法留意到输液全过程时，而使用输液滴速控制装置进行监护，医护人员为患者提供便捷的护理[12]。

(2)在寒冷季节为患者输液时，输液温度控制能有效的消除药液与患者体温之间过大的温差，使药液的温度迅速增至适宜人体的临界温度[13-14]。

4.2 使用方法

医护人员为患者进行输液之前，根据不同药液的特性，通过控制键对液体的滴速进行设置，同时还可通过控制键将加温温度值进行设置。将莫菲氏管放入输液滴速温度控制装置莫菲氏管槽内，通过开关开启装置，进行滴速的检测和液体的加热控制，为患者进行有效的治疗。

4.3 应用效果测试

为了验证系统准确性，本研究选取了35.5～39.5 ℃区间内16个与人体体温相近的温度进行测试，其测试结果见表1。

表1 根据人体体感温度进行测试温度设置的测试数据(℃)

数据测量结果表明，温度分辨率为0.1 ℃，准确率＜7.5%，基本能够完成温度调节作用。装置能够检测莫菲氏管内液体的滴速，控制输液的滴速并在液体即将滴完时发出报警声[15-17]。控制装置在加热柱外还设置有保温装置可有效的减少热扩散，使其液体流入人体时接近体温，避免输入冰凉的药液[18-20]。

5 结语

本研究所设计的输液滴速和温度控制装置，避免了在传统输液中，易发生的一些异常情况，如管路堵塞，滴速异常以及输液完毕无提示等，减少不必要的医疗事故。针对不同患者不同的药物情况所需滴速，自动控制输液速度，在药液滴完或者出现异常情况时及时提示报警，提醒医护人员进行处理。本装置不仅便于医护人员对患者的看护和护理，也在一定程度上减轻家属及看护的负担、降低工作强度。同时提高医院的管理水平和医护人员工作效率，实现自动实时地监控液体输液滴速和温度控制。

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