静脉穿刺辅助技术在野外战伤救治中的应用价值

胡玉洁 李平 张曼莉

安徽医科大学空军临床学院（安徽合肥 230032）

近年来，随着高新技术在军事领域的逐步发展和广泛应用，使得现代战争呈现出杀伤力强，战伤员伤情复杂，伤型伤类增多，救治难度大等特点，战时一线救治任务随之加重，如何提高卫勤人员战伤救治能力是保障军队战斗力的第一要务。调查研究显示，静脉治疗作为一项救护技术，在战时的应用率占所有救护技术的50%左右［1］，因此，快速准确地为战伤员建立静脉通路，实施静脉治疗无疑是缓解伤情和挽救生命的第一步［2］。由于未来战争的不确定性，战伤发生和救治环境的不可预见性等特点，卫勤人员可能需要在夜间、野外等无光照情况下为批量伤员实施救护任务，但在救治环境光线不足而伤员又急需静脉治疗情况下，卫勤人员无法看清伤员静脉血管，更难以实施静脉治疗，延误伤员的抢救时机［3］。在没有任何辅助技术或设备的协助下，要想保证静脉穿刺有效性，只能通过加强平时训练，模拟暗光环境下操作以期获得实践经验，然而该方法收效甚微［4］。为解决野战无光照环境下的静脉穿刺难题，本研究通过技术创新，自行研发一种在野外无光照条件下也能实施静脉输液治疗的辅助技术，并模拟无光照环境下静脉穿刺辅助技术的应用实验，具体内容如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取北京市某工程兵训练部队429名静脉输液战士作为研究对象，模拟野外无光照环境下静脉穿刺辅助技术的应用实验，年龄18～25岁，均为男性。纳入标准：医生医嘱需要进行静脉输液治疗；年龄在18岁以上；穿刺部位为手背静脉，穿刺部位无创伤、硬结等；自愿参与本研究；排除标准：合并其他疾病不能接受静脉治疗；穿刺部位有创伤者。按照随机数字表法分为观察组（215例）和对照组（214例），由该部队卫生队训练时间2年以上的卫生员实施操作。在操作开始前，征得其本人同意，参与者可以在任何时间提出中止实验的要求，本实验经过医院伦理委员会审核批准，遵从医疗道德。

1.2 研究工具

1.2.1 静脉穿刺辅助技术 静脉穿刺辅助技术主要包括红外成像和投影显像两项关键技术研究，静脉血管探寻主要是利用人体血液中含氧血红蛋白和去氧血红蛋白二者对不同波长的近红外光吸收系数具有明显差异的原理区分动、静脉血管［5］。经多次试验研究后发现人体组织对850 nm波长的红外光吸收效果明显［6］，本研究以此为依据，利用光谱学方法对生物组织进行检测，研制出一种红外发射装置，由16个波长为850 nm的红外半导体发光二极管组成，当近红外线照射到皮肤组织后，由于血红蛋白和去氧血红蛋白的红外光吸收系数差异，从手背静脉透射的红外线不同，使静脉与周围皮肤组织区分开，完成静脉血管的探寻显示；血管的有效区分是其第一步，投影显像也必不可少，CMOS图像传感器的红外线摄像机是本研究的核心技术，CMOS摄像机通过光电信号转换与数据输出将其功能集成于图像传感芯片，在摄像过程中，图像传感片可将采集到的光子信号转换为电子信号，以实现模拟和数字电路功能。CMOS摄像机与传统的CCD摄像机相比，省去了视频信号传输与转换的电路设计，其集成度高、结构紧密、体积小，功耗低、可靠性高，达到小型化成像系统标准［7］。红外摄像装置将从滤光片滤过的手背静脉透射的红外线以及人体自身反射的红外线形成光学图像信号传递到图像传感器表面转为电信号，经模拟/数字转换为数字图像信号后，传输至图像处理装置进行加工处理，将血管影像实时动态地呈现在静脉显示屏上，以便引导医护人员准确、快速地为患者实施静脉穿刺。

1.2.2 工作原理 如图1所示，红外发射器由近红外半导体发光二极管组成，是一种用半导体器件把电能直接转化为光能的光源，二极管发出的波长为850 nm的近红外线照射到人体皮肤组织，而脱氧血红蛋白可以吸收850 nm左右波长的近红外线，导致静脉部分的透射减少，产生与周围组织不同的回光信号，当透射的信号传递到由红外摄像机和图像处理器组成的红外线接收器时，其反射的光学图像信号透射到图像传感器表面转为电信号，再经模拟/数字转换成为数字图像信号，后将其传送到图像处理器加工处理，得到清晰的图像［8］。

图1 静脉穿刺辅助技术工作原理图Fig.1 Working principle diagram of venous puncture auxiliary technique

1.2.3 结构组成 静脉穿刺辅助技术由红外发射装置1、图像采集装置（红外摄像装置2、红外滤光片3）、图像处理装置4、静脉显示装置5、弧形支架6、底座7和电源8组成（图2）。图像采集装置铰接设置在弧形支架6顶端，弧形支架6底端与底座7铰接，图像采集装置中红外摄像装置2将从红外滤光片3滤过的手背静脉透射的红外线，形成光学图像信号传递到图像传感器表面转为电信号，经模拟/数字转换为数字图像信号后，传输至图像处理装置4进行加工处理获得清晰的图像，由此，在静脉显示装置5上实时、清晰、动态显示血管走形，辅助护士进行静脉穿刺。

图2 静脉穿刺辅助技术原理样机结构图Fig.2 The structure of the principle prototype of venipuncture assisted technique

1.2.4 性能特点 静脉穿刺辅助技术的性能指标包括：（1）红外发射装置光照度，其范围为30～60 LUX；（2）静脉显示装置图像分辨率不低于300 TVL；（3）平均故障间隔时间（MTBF）：≥ 240 h；（4）电池供电条件下，可连续工作160 min；（5）展开撤收时间测试：≤2 min；（6）装置电源开关灵活、可靠，其他紧固件无松动；（7）红外发射装置为玻璃材质，外形尺寸为直径（25±5）mm；长（80±5）mm；（8）静脉显示装置屏幕尺寸为4.3 in。

1.3 干预方法 夜间野外训练场，模拟黑暗环境，关闭附近灯光。对照组战士在SUNWAZI军用强光手电筒的照射下实施静脉输液，观察组战士使用静脉穿刺辅助技术原理样机实施静脉输液治疗。两组战士输入液体均为0.9%的氯化钠溶液，穿刺工具为天津哈娜好有限公司生产的一次性带针输液器，使用时，先绑好止血带，嘱战士握住红外透射手柄，常规消毒穿刺部位皮肤、确认排气、进针见回血、固定针体，穿刺完成后观察15 min并询问穿刺部位反应。

1.4 观察指标 实验观察指标包括一次性穿刺成功率即卫生员在静脉穿刺辅助技术协助下一次静脉穿刺成功且3～5 min后输液通畅，局部无外渗、肿胀［9］；建立单个静脉通路的时间即卫生员从二次排气后实施穿刺至静脉回血松开止血带的所用时间；穿刺部位不良反应发生率即液体输入15 min后静脉穿刺部位出现疼痛、红肿、水肿、渗出、血管周围淤血等反应的发生情况［10］。

1.5 统计学方法 所有数据运用Microsoft Excel统计分析，计量资料采用均数±标准差描述，计数资料采用率描述，穿刺成功率和不良反应发生率采用χ2检验，穿刺时间采用t检验，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一次性穿刺成功情况比较 对照组214例战士在强光手电筒照射下，有162例穿刺成功，52例穿刺失败，穿刺成功率为75.7%，观察组215例战士在静脉穿刺辅助技术引导下，有206例穿刺成功，仅有9例穿刺失败，穿刺成功率为95.8%，两组比较，观察组一次穿刺成功率明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05，表1），静脉穿刺辅助技术使用效果，见图3。

2.2 建立单个静脉通路时间分析 对照组162穿刺成功的战士，建立单个静脉通路的平均时间为（89.94±12.38）s，观察组206例穿刺成功的战士，建立单个静脉通路的平均时间为（66.38±11.34）s，两组比较，观察组患者建立单个静脉通路的时间明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05，表2）。

表1 两组一次性穿刺成功率比较Tab.1 Comparison of one⁃time puncture success rate between two groups %

图3 模拟黑暗环境下使用效果图Fig.3 Use renderings in simulated dark environments

表2 两组建立单个静脉通路时间比较Tab.2 Time comparison of single vein access between two groups s，±s

表2 两组建立单个静脉通路时间比较Tab.2 Time comparison of single vein access between two groups s，±s

组别对照组观察组例数162 206时间89.94±12.38 66.38±11.34 t值9.361 P值0.000

2.3 穿刺不良反应发生情况分析 对照组162例穿刺成功的战士，输液15 min后评估穿刺部位情况，有145例输液正常，17例穿刺部位出现渗出、局部肿胀、疼痛、淤血等不良反应，不良反应发生率达10.49%，观察组206例穿刺成功的战士中198例输液正常，仅有8例局部出现轻微疼痛反应，不良反应发生率为3.88%，两组比较，观察组不良反应发生率明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05，表3）。

表3 两组不良反应发生情况比较Tab.3 Comparison of adverse reactions between the two groups %

3 讨论

3.1 静脉穿刺辅助技术对提高战伤救治效率的影响 随着高新技术条件下战场环境和战伤类型的不断变化，使得战伤救治逐渐成为提高军队战斗力关注的重点。战伤救治强调的是在特殊环境下实施救援，其最主要的特征是短时间内产生批量伤员、救治环境不可预测经常在黑暗环境下进行、有限的救治设备等，这使得卫勤人员完成战伤救治任务的难度加大［11-12］。此外，战场上伤员负伤后的抢救时机有限，战伤救治的时效性研究表明，若要求伤员的病死率低于25%，最佳救治时间段为负伤后10 min之内，急救时间每延迟1 min，伤者的病死率随之增加0.9%［13］，而建立静脉通道是伤员初级生命支持的关键步骤，美国在《2015心肺复苏指南》中提出，战伤救援人员应在90 s以内成功为伤员建立静脉输液通道，以挽救其生命［14］。由此可见，如何在战场复杂环境下迅速为伤员建立静脉通道支持，是把握伤员救治时机、提高救治效率的重要保证。本研究运用的静脉穿刺辅助技术创造性的将红外成像技术和投影显像技术应用于静脉可视化研究中，利用静脉血液中去氧血红蛋白对近红外线的特异性高吸收峰值，经过光电转换和图像处理，准确地区分静脉血管与周围组织，成功将静脉血管转化为高分辨率、高灵敏度的稳定图像，在黑暗环境下清晰显示伤员血管走形、进针深浅程度以及静脉回血情况，一次穿刺成功率高达95.8%，穿刺用时为（66.38±11.34）s，不良反应发生率低，避免了战地卫生员在光源受限的情况下盲目穿刺，减少了血管损伤，在野外战伤救援中辅助卫勤人员进行血管评估与静脉穿刺中具有显著效果。

3.2 静脉穿刺辅助技术对保证作战安全性的影响 调查研究显示，各种静脉可视化技术已被广泛应用于平时医疗、突发公共事件、自然灾害等各种应急救援中［15］，但战场救治环境下卫勤人员携带的医疗设备与平时救援有所不同，它必须具备体积小、重量轻、适用性强、稳定性高、便携通用等特征，此外，战地救援具备最重要的特征是防护性好、隐蔽性强，保证作战的安全性是其最关键的性能特点，就目前大多数静脉可视化装备而言普遍存在需要外接电源、设计体积大、外界光源下使用等问题，野外移动环境下应用时携带存放不便，其稳定性更难以保证，尤其在夜间救援时，若产生其他外界光源或电子设备指示灯发出亮光等情况都有可能直接暴露重要作战信息，对作战结果产生关键影响，甚至威胁战士生命安全。本研究提出的静脉穿刺辅助技术可以不受外界光线限制，适用于各种条件尤其是在暗光环境下也能清晰显示手背血管走向，经中央军委后勤保障部卫生局药品仪器检验所检验具有体积小、质量轻、便于携带、可折叠存放、无需外接电源、在黑暗环境下不会产生亮光等特征，完全符合野外环境下的救援工作，对保证作战安全性，保障军队战斗力具有重要作用。该技术已在休克、老人、儿童、肥胖患者中得到广泛运用［3］，一次性穿刺成功率可达90%以上，临床实用性强，受环境影响小。

综上所述，静脉穿刺辅助技术能够满足野外条件下尤其是在黑暗等光照不足环境中的战伤救治任务，实现了在有限的救援时间内为伤员建立静脉通道，完成初级生命支持，避免延误抢救时机的目的，一定程度上完善了我军医疗卫生装备体系，在实战训练中将具有广泛的应用前景。

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