便携式动物实验智能输液设备的设计及应用

纪云译，唐卿轲，孙瑞聪，张莹(通信作者)，王旭(通信作者)

哈尔滨医科大学 (黑龙江哈尔滨 150081)

创伤性休克是医学相关专业实验项目之一，在对实验动物进行抢救中，最为关键的抢救措施是及时为实验动物进行静脉输液，扩充循环血容量，而在第一时间同时实现动脉和静脉输液对挽救实验动物的生命具有重要的意义[1-6]。在实验中，由于动物耳缘静脉较细，输液速度较慢，常发生实验人员高举液体或将输液架放在实验台上的情况，给抢救带来不便，且不利于实验人员更好、更及时地观察抢救过程。为了提高实验动物的抢救成功率，确保实验人员在有效时间内更好、更完整、更系统地观察抢救的全过程，同时避免实验过程中由于输液速度过慢导致抢救效果不显著，甚至实验动物死亡，实验失败，不能观察任何实验结果的情况，也为了减轻实验人员的劳动强度和心理压力，设计一款不受“高度差”影响，移动性、便携性更强，具有智能性，可初步实现自动加压、自动报警的输液设备非常必要。鉴于此，本研究设计了一款便携式智能输液设备，其结构简单，轻便易携带，可操作性强，智能化程度较高，能够满足不同环境下的动脉和静脉输液，现将其设计过程和应用情况介绍如下。

1 便携式智能输液设备的设计

1.1 设计思路

便携性、自动加压、自动报警、具有一定智能性及安全性是设计便携式智能输液设备的技术核心。对于实验动物加压输液设备，我们采用如下技术方案。(1)自动加压气泵技术：以自动加压气泵作为“动力源”，使输液加压袋(或输液袋/输液瓶)获得输液所需的正压差，从而实现“加压输液”。(2)智能化加压：自动加压气泵实现了智能化控制，我们可在其控制面板上调节所需要的流量(0～18 L/min)，实现持续加压。(3)自动泄压阀及止逆阀的保护：自动泄压阀的设计可防止压力过大致加压袋袋体爆裂，保护实验动物，维持压力在0～300 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，当压力达到红色刻度时，已为最大气压，其会自动泄压；而止逆阀的设计可有效防止充压的输液袋/输液瓶中的液体在停止加压后流向自动加压气泵。(4)自动报警：对输液过程进行全程监控，保证输液过程中不会出现空管、气泡等异常现象，若出现异常，则会自动发出提示音报警。

1.2 基本结构及控制原理

主机以自动加压气泵为“动力源”，通过加压气泵上的延长气管接入带有自动泄压阀的加压袋或直接接入输液袋/输液瓶，然后通过加压气泵向加压袋或输液袋/输液瓶加压，随后通过加压袋挤压输液袋或通过输液袋/输液瓶中空气压力直接挤压液面产生正压差，使药液输入动物体内；通过设定加压气泵控制面板上的加压/减压数值，调节控制输出气体的压力，当气压达到预设值时，加压气泵停止充气，在输液过程中输液警报器会对输液状况进行实时监控，当出现气泡、断流、无药等状况时，会发出提示音报警，当所设压力值超过加压袋所能承载的最大压力时，自动泄压阀门会自动打开并泄压，防止加压袋爆裂；当停止加压后，止逆阀可有效防止充压的输液袋/输液瓶中的液体流向加压气泵，有效保护实验设备及实验动物。

便携式智能输液设备的实物图见图1。

图1 便携式智能输液设备实物图

2 便携式智能输液设备的应用

2.1 在急性失血性休克中的应用

2.1.1实验目的

主要检测便携式智能输液设备的自动加压、自动泄压、自动报警等技术指标，以及设备的便携性、精准度、灵敏度、稳定性和安全性。

2.1.2实验步骤和方法

(1)实验动物：家兔(由林甸县庆缘动物养殖场提供)，实验前禁食、禁水8 h。(2)麻醉与固定：取1只家兔称重后，于其耳缘静脉缓慢注入5 ml/kg 20%氨基甲酸乙酯，注射过程中注意观察家兔肌肉张力、呼吸频率、角膜反射情况，防止麻醉过深，由于个体差异，麻醉效果以角膜反射消失为准；麻醉成功后使家兔仰卧固定于兔台上。(3)设备联接：通过家兔耳缘静脉联接便携式智能输液设备。(4)肝素化：于家兔耳缘静脉注射1 ml肝素，使全身血液肝素化。(5)复制急性失血性休克模型：在家兔一侧腹股沟处沿股动脉方向做皮肤切口，分离出股动脉，向股动脉内插入动脉插管，先少量放血[放血量约占全血量的10%(全血量约为体质量的7%或70 ml/kg)]至储血瓶(预放肝素抗凝)中备用，然后停止放血，观察动脉血压、呼吸等变化；放血10 min使血压稳定在低水平后，再次放血10%全血量，时间为3～5 min，切勿过快，可见血压开始时迅速下降，之后略有回升，待血压稳定在40 mmHg后，停止放血，此时家兔处于失血性休克状态，观察记录家兔一般情况，如呼吸、皮肤黏膜等的变化，并立即进行耳缘静脉加压输液(0.9%氯化钠注射液，15 ml/kg)，实现以120滴/min的速度快速输入，随后输入储血瓶中经肝素抗凝后的自体血液(0.9%氯化钠注射液和自体血液应在5 min内输完)，观察输液速度与家兔生命体征及压力监测的变化，及时记录液体输入时的各项指标，以及使用智能输液装置中存在的问题，及时调整输液装置。

2.2 在急性实验性呼吸功能不全中的应用

2.2.1实验目的

同“2.1.1”。

2.2.2实验步骤和方法

(1)实验动物：家兔(由林甸县庆缘动物养殖场提供)，实验前禁食、水8 h。(2)麻醉与固定：麻醉同“2.1.1”；麻醉成功后使家兔仰卧固定于兔台上，固定家兔门齿，充分暴露颈部术野。(3)设备联接：通过家兔耳缘静脉联接便携式智能输液设备。(4)手术：剪去家兔颈部毛发，沿甲状软骨下缘颈部正中纵行切开皮肤5～7 cm，分离皮下组织和肌肉后，暴露气管穿线备用，于甲状软骨下3～4个软骨环处做“丄”形切口，插入“Y”字形气管插管，用备用线结扎固定，插管的一端可用活动夹调节，使家兔的呼吸节律及幅度适宜，另一端与呼吸换能器相连，记录家兔的呼吸节律及深浅程度。(5)复制急性实验性呼吸功能不全模型：采用智能输液装置，通过家兔耳缘静脉上保留的输液通路进行加压输液(无需进行颈外静脉插管)，并调节加压气泵的压力值，实现以160滴/min(80 ml/kg)的速度快速输入0.9%氯化钠注射液，输液过程中观察家兔呼吸运动变化及气管插管口是否有粉红色泡沫流出(如有则复制成功)，如变化不明显，可缓慢滴注1 mg/kg肾上腺素(用20 ml 0.9%氯化钠注射液稀释)，观察家兔呼吸变化。

3 讨论

传统手术方法为分离一侧颈外静脉，远心端结扎，近心端用动脉夹夹闭，在靠近结扎端一侧剪一斜口，将输液器前端针头剪掉，向心方向插入颈外静脉中行颈外静脉插管，用线将插管与静脉扎紧，并联接静脉输液装置，低速输入0.9%氯化钠注射液以保持输液通道通畅。上述操作增加了术中出血风险及组织损伤发生情况，延长了手术时间，降低了实验动物抢救成功率。而运用便携式智能输液设备，无需通过颈部手术来分离颈外静脉，只需通过耳缘静脉进行快速输液，不仅可快速完成输液，而且输液速度可控，并且可反复进行耳缘静脉穿刺，便于操作，出血少，损伤小，极大地缩短了手术及抢救时间，提高了抢救效率。

本研究通过两个实验对便携式智能输液设备相关功能均进行了可靠性、安全性、实用性检验，总结该设备的应用优势如下。(1)当输液管出现断流、大气泡、无药液时，设备自动警报器会发出提示音，直到实验人员排除异常为止，避免气体进入实验动物体内而引起空气栓塞，提高了急救安全性，降低了实验人员的劳动强度，利于实验人员有更多的时间和精力观察实验、记录变化、分析结果。(2)设备具有无“高度差”条件下的耳缘静脉输液所需要的动能，可满足任何实验环境下加压输液的需求，摆脱了重力输液的局限性，极大地提高了实验动物抢救成功率。

总之，相较于传统输液方法，便携式智能输液设备更安全、更便捷、更智能，可在短时间内实现快速输液。但是，该设备也存在一些缺陷，例如，由于使用自动加压气泵来压缩空气作为动力源，可能会对输液速度的自动精准设定和调整造成影响，不及临床输液泵、止疼泵采用的蠕动的输液方式；在自动加压气泵的控制面板上输入调节的是压力值，有待于进一步改进为流量/分钟，以更便于实验人员操作；自动警报器尚未真正地与自动智能加压输液泵连接在一起，从而达到有报警时自动切断输液并停止加压的目的，有待进一步完善和改进。