劉俊伶　陳廷靜　張樂天　李 陽　祁海峰　劉明利　劉 蕾　李 雪*

近年來，由于各種災難、交通事故及高處墜落等傷害發(fā)生頻繁，患者往往傷勢嚴重，其中創(chuàng)傷性休克是并發(fā)證之一，搶救中最為關鍵的急救措施就是及時為患者進行靜脈輸液，擴充循環(huán)血容量，有效提高失血性休克的搶救成功率，而在第一時間同時實現(xiàn)動脈和靜脈輸液對挽救患者的生命將具有重要的臨床意義[1]。在患者轉(zhuǎn)運途中常?？梢钥吹结t(yī)護人員與患者同步移動并高舉液體，給救援帶來不便，并造成人力浪費[2]。雖然現(xiàn)有的少部分便攜式輸液設備解決了快速輸液和輸血的問題，具備一定的智能性，也存在一定的局限性，多為單通道，無法同時進行動脈和靜脈輸液或完成多袋液體的自動切換[3-7]。因此，為了提高患者的救護成功率，減輕醫(yī)護人員的勞動強度和心理壓力，特別需要一種不受高度差影響，“移動性”、“便攜性”更強，“智能化程度”更高，實現(xiàn)自動識別、自動加壓、自動切換、自動報警、多通道(同時滿足動脈和靜脈輸液)、重力與動力輸液融合的輸液設備。為此，本研究研發(fā)一種便攜式智能輸液設備，其結(jié)構(gòu)簡單、輕便易攜帶，可操作性強、智能性高，能夠滿足不同環(huán)境下的動脈和靜脈輸液，具有較好的臨床應用前景。

1　便攜式智能輸液設備關鍵技術(shù)設計

1.1　設計思路

移動性(便攜性)、安全性及智能化程度的高低是便攜式輸液設備的關鍵技術(shù)，針對現(xiàn)有便攜式輸液設備存在的不足，采用如下技術(shù)方案。

(1)微型打氣泵技術(shù)。以微型打氣泵作為“動力源”，使輸液加壓袋(或輸液袋)獲得輸液所需的正壓差，從而實現(xiàn)“動力輸液”，通過與輸液袋相連的輸液器將藥液、血液、電解質(zhì)等輸入患者體內(nèi)。

(2)智能化安全技術(shù)。采用稱重傳感器+氣泡傳感器+壓力傳感器的多重監(jiān)控方式，對輸液過程進行全過程監(jiān)控，保證輸液過程中不會出現(xiàn)“空管”、“氣泡”和“漏液”等異?，F(xiàn)象，當異?，F(xiàn)象出現(xiàn)時，能夠自動停止輸液，并發(fā)出警示。

(3)多通道控制技術(shù)。設備的執(zhí)行機構(gòu)由多組稱重傳感器+夾管機構(gòu)構(gòu)成，一組稱重傳感器+夾管機構(gòu)就是一個輸液通道，所有通道統(tǒng)一由一個單片機統(tǒng)一控制，每個輸液通道的輸液速度都可以自由調(diào)節(jié)，輸液壓力差可以不同，可同時在一臺設備上進行不同壓力要求的動脈和靜脈輸液(輸血)，每個通道的輸液量也可自由設定，當其中一個通道的輸液量達到設定值時，或其中一個通道的輸液袋內(nèi)的液體輸完時，執(zhí)行機構(gòu)能自行切換輸液通道或關閉輸液通道，并發(fā)出通知。

1.2　基本結(jié)構(gòu)

主機以電動打氣泵為“動力源”，打氣泵安裝在箱體內(nèi)，通過氣管與單向閥、三通接頭的一個通道相連，三通接頭的其余2個通道一個通過氣管與隔板式快速接頭的內(nèi)接頭相連，構(gòu)成氣泵式便攜輸液設備的內(nèi)部充氣氣路，另一個通過氣管與電路板的氣壓傳感器相連，構(gòu)成設備的檢測氣路；所述隔板式快速接頭的外接頭通過氣管與一次性空氣過濾器、氣管接頭與輸液加壓袋或輸液袋相連，構(gòu)成外部氣路。電動打氣泵通過內(nèi)、外氣路向加壓輸液袋或輸液袋加壓，通過加壓袋擠壓輸液袋或空氣壓力直接擠壓液面產(chǎn)生正壓差，使藥液流入患者體內(nèi)，箱體內(nèi)還安裝一帶有微型氣壓傳感器的電路板、觸摸屏、按鍵、微型電機、絲桿、輸液管壓塊、蓄電池、空管檢測傳感器及用于控制氣路的單向閥等，電機帶動絲桿和輸液管壓塊運動可開、關輸液器并實現(xiàn)輸液袋(輸液瓶)間的自動切換；箱體的外部設有輸液管及滴壺夾緊座，還安裝有提手及一條可調(diào)節(jié)長短的背帶，背帶使患者在行走時也不影響輸液(如圖1所示)。

圖1　便攜式智能輸液設備主機示圖

設備的智能檢測模塊主要零部件是稱重傳感器和變送器信號放大器，能自動檢測藥液的剩余量，并結(jié)合已用時間計算出輸液的速度，當藥液的剩余量或剩余時間達到設定值時，發(fā)出警報，提醒護士進行下一組藥液的配制(如圖2所示)。

圖2　便攜式智能輸液設備智能檢測模塊示圖

1.3　控制系統(tǒng)原理

便攜式輸液設備由單片機控制。動力輸液模式下，通過氣壓傳感器實時感知輸液加壓袋(輸液袋)內(nèi)的氣壓，當氣壓值低于或達到預設值的下限時單片機指令打氣泵向輸液加壓袋(輸液袋)充氣，當氣壓達到預設值上限時，單片機指令打氣泵停止充氣；在輸液過程中氣壓傳感器、空管檢測傳感器(氣泡傳感器)和稱重傳感器會對輸液狀況進行實時監(jiān)測，當出現(xiàn)異常狀況時(如輸液管出現(xiàn)氣泡、堵塞等)，單片機指令執(zhí)行機構(gòu)(由電機、絲桿、壓塊等組成)迅速切斷液路，緊急中止輸液，同時會通過揚聲器發(fā)出刺耳的警報聲；單片機通過智能模塊(稱重傳感器和變送器等組成)可實時探測到各輸液通道的剩余液量，根據(jù)輸液的進程，指令揚聲器發(fā)出“輸液進行時”、“輸液量達到預設值”和“輸液完成”等音頻提示信號，同時指令執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)輸液的進程完成關閉或切換輸液通道等動作(如圖3所示)。

圖3　便捷式智能輸液設備控制原理圖

2　便攜式智能輸液設備應用實驗

2.1　仿真模擬輸液實驗

2.1.1實驗目的

主要完成機電與軟件一體化聯(lián)調(diào)。

(1)驗證動力系統(tǒng)是否能為動脈輸液和無“高度差”條件下的靜脈輸液提供足夠和穩(wěn)定的“動力源”。

(2)驗證監(jiān)測系統(tǒng)在出現(xiàn)各種異常狀況時能否安全和有效。

(3)驗證執(zhí)行系統(tǒng)是否能夠及時打開、關閉和切換輸液通道。

(4)驗證智能檢測模塊能否準確及時按預設值提示護理人員。

2.1.2實驗步驟和方法

(1)將2只用上部剪有排氣孔的空輸液袋分別掛在不同的掛鉤上，用于替代人體的血管和腎臟，作為輸液時液體的容納器具；在空塑料袋下方的掛鉤上分別掛上2個智能檢測模塊，然后將2個裝滿液體的輸液袋分別放入2個加壓袋中，并分別掛在2個智能檢測模塊的掛鉤上，也可將裝滿液體的輸液袋直接掛在智能檢測模塊的掛鉤上；將便攜式智能輸液設備的主機掛在輸液袋的下方。

(2)用一次性輸液器將輸液袋、主機和液體容納器具串聯(lián)起來(如圖4所示)。

圖4　仿真模擬輸液實驗步驟示意圖

(3)按下“電源”按鈕啟動主機，按任意鍵進入觸摸屏，點啟“動力”按鈕，向加壓袋或輸液袋打氣，待氣壓達到設定值后，根據(jù)實驗要求同時啟動左、右2個通道或左、右通道中任一通道進入“雙通道輸液模式”、“多通道模式”或“單通道模式”。

(4)在“模擬輸液”過程中，可人為制造在平常的輸液過程中所遇到各種異常狀況，如“大氣泡”、“小氣泡”等，仔細觀察設備是否能發(fā)現(xiàn)各種異常，并作出相應的警示和處理。觀察當某通道的輸液剩余時間(或剩余量)到達設定值時，設備是否會正確提示，觀察在“雙通道模式”下，當某一通道完成輸液時，設備是否會及時關閉該通道，觀察在“單通道模式”下，當該通道完成輸液時，設備是否會及時關閉該通道并自動切換到另一通道。

(5)在輸液過程中可進行各種操作，如“暫停某通道輸液”、“調(diào)整動力源的設定壓力”、“調(diào)整輸液速度”以及“調(diào)整輸液剩余時間預設提醒值”等。

2.2　動物失血性休克實驗

2.2.1實驗目的

主要檢測該系統(tǒng)在搶救失血休克時其自動識別、自動加壓、自動切換、自動報警、自動停止、多通道(同時滿足動脈和靜脈輸液)以及重力與動力輸液融合等關鍵技術(shù)，檢測該系統(tǒng)的精準度、靈敏度、穩(wěn)定性和安全性。

2.2.2實驗步驟和方法

(1)實驗動物及數(shù)量。巴馬香豬3頭，雄性，

30　～50 kg，實驗前8 h禁食水。

(2)便攜式智能輸液裝置準備。輸液裝置插電源(或充電備用)，準備不同規(guī)格的軟袋液體(500 ml、250 ml及100 ml)，2套輸液器，1套雙腔充氣管(設置壓力參數(shù)通過雙腔充氣管自動加壓到輸液袋內(nèi))，2個加壓袋(設備自帶，設備通過設置壓力參數(shù)自動加壓)，連結(jié)輸液管和加氣管排氣備用。

(3)麻醉方式。肌肉注射氯胺酮(10 mg/kg)誘導，耳緣靜脈留置針建立靜脈通道并固定；丙泊酚中長鏈脂肪乳注射液20 ml，0.2 g，微量泵泵入維持4～12 ml/kg·h，追加劑量每次2.5～5 ml。

(4)氣管插管與通道建立。實驗豬仰臥位固定于動物手術(shù)臺，右頸部、胸部、下腹部以及雙側(cè)腹股溝剃刀備皮，于頸部正中偏右切開，暴露氣管，直視下氣管切開插入氣管導管接呼吸機，于氣管右側(cè)分離暴露頸動脈鞘，分離出頸動脈和頸靜脈，直視下分別插入動脈導管和中心靜脈導管，插入深度為10 cm，縫合固定導管防止脫落，分別在頸內(nèi)靜脈、頸動脈建立通道連接輸液裝置。右側(cè)腹股溝區(qū)切開。直視下穿刺右側(cè)股動脈，用于放血。于恥骨聯(lián)合上5 cm進行膀胱造瘺，接無菌引流袋，記錄每小時尿量。

(5)放血策略。采用定容性失血性休克模型，動物總血容量按80 ml／kg計算。放血開始前進行基礎檢測(生命體征和血流動力學監(jiān)測)，做好記錄。通過股動脈導管用三通導管連接肝素儲血袋，放血速率25 ml/min，放血至10%、20%、30%及40%等，停止放血期間進行相關數(shù)據(jù)測量，當實驗豬出現(xiàn)休克后立即進行靜脈和動脈液體的輸入，觀察輸液速度與生命體征及壓力監(jiān)測的變化，及時記錄液體輸入時的各項指標，記錄使用加壓輸液裝置中存在的問題，及時調(diào)整輸液裝置。使用方法如圖5所示。

圖5　動物失血性休克輸液實驗示圖

2.3　戶外移動輸液實驗

2.3.1實驗目的

檢測該系統(tǒng)在戶外輸液條件下的移動性、便攜性、自動加壓、自動識別、自動切換、自動報警、自動停止以及多通道關鍵技術(shù)的穩(wěn)定性和安全性。

2.3.2實驗步驟和方法

(1)模擬平車轉(zhuǎn)運輸液。①將患者平臥于轉(zhuǎn)運車上，該設備固定于床沿；②準備2袋液體，將輸液袋和輸液管連接排氣，輸液管莫非氏滴管固定于輸液設備的2個卡槽內(nèi)，開機調(diào)節(jié)壓力，根據(jù)輸液的速度調(diào)節(jié)壓力，靜脈輸液高于靜脈壓，動脈輸液高于動脈壓，連結(jié)患者的靜脈通道。

(2)戶外移動輸液?；颊哒玖⑽?，將該設備背在患者身上，調(diào)節(jié)背帶的長度，將2袋輸液掛于微型掛鉤上，輸液管莫非氏滴管固定于輸液設備的2個卡槽內(nèi)，開機根據(jù)輸液的速度調(diào)節(jié)壓力(如圖6所示)。

圖6　戶外移動輸液實驗示圖

3　便攜式智能輸液設備應用價值與效果

3.1　臨床應用價值

(1)理想的輸液裝置不僅應該能夠滿足院內(nèi)救護常規(guī)治療的需要，還要滿足院前急救和野戰(zhàn)急救環(huán)境惡劣條件下的救護需要[8]。本研究中設備的關鍵技術(shù)應用范圍廣，不僅可解決野外及戶外移動式急救輸液存在的問題，還可提高群體傷員搶救的效率與安全性，也適合病房的輸液，可提前通知下一組液體的配制，預先計劃性準備另一通道，當輸完液體后自動切換。同時，可預先設置好滴速，當液體全部輸完時自動關閉，避免空氣進入血管內(nèi)形成空氣栓塞及凝血堵針頭的情況發(fā)生[9]。

(2)重癥患者或手術(shù)中實施搶救時可通過自動加壓快速輸入藥物，對術(shù)中失血性休克患者實施快速補液和輸血及心跳驟停的搶救。動脈穿刺成功后該設備可以持續(xù)性、穩(wěn)定性進行加壓，并設有傳統(tǒng)加壓袋自動加壓和通過帶過濾器的雙腔加壓管向輸液袋內(nèi)加壓的2種加壓方式，克服傳統(tǒng)加壓袋手動加壓的局限性，滿足動脈和靜脈單通道或雙通道的輸液方式，對提高搶救的成功率具有重要的臨床意義。

(3)應用于介入手術(shù)治療時，保證術(shù)中導引導管、微導管與微導絲之間通暢，防止腔內(nèi)血栓形成以及保持動脈加壓灌注線通暢是保證手術(shù)成功的關鍵[10]。該設備可以自動加壓，當液體達到預設量、管道有氣泡時可自動報警提示醫(yī)生和護士，并自動切換到另一袋準備好的液體，減輕了手術(shù)醫(yī)生、巡回護士的工作負擔，提高了工作效率，保證介入手術(shù)的安全。

3.2　臨床應用效果

3.2.1自動加壓系統(tǒng)

便攜式智能輸液設備能滿足“動脈輸液”或無“高度差”條件下的“靜脈輸液”所需要的動力能，可以用于任何環(huán)境下動脈和靜脈加壓輸液的需求，擺脫了重力輸液的局限性，極大提高了搶救效率，適用于野外救護、傷病員后送及住院患者外出檢查使用。

3.2.2自動報警功能

當輸液管中出現(xiàn)“小氣泡”時設備能及時提示，當輸液管中出現(xiàn)“大氣泡”時設備能及時發(fā)出警示，并終止輸液直到醫(yī)護人員排除異常為止，避免氣體進入患者靜脈，提高急救的安全性；當某通道的輸液剩余時間(或液體剩余量)到達預設值時，設備能及時通知醫(yī)護人員提前配藥、接瓶，降低了護士的勞動強度，提高了工作效率。

3.2.3自動切換功能

在“單通道模式”下，當通道完成輸液時設備能及時關閉該通道；在“雙通道模式”下，當某一通道完成輸液時，設備能及時關閉該通道并自動切換到另一“備輸液”的通道，節(jié)省了人力。

3.2.4多通道監(jiān)測功能

可以同時執(zhí)行動脈和靜脈輸液，使液體及藥物迅速進入患者體內(nèi)，糾正水電解質(zhì)失衡，恢復正常血液循環(huán)。

3.3　設備存在的問題

便攜式智能輸液設備與現(xiàn)有的便攜式智能輸液設備相比，更安全、更輕便、更智能，可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)快速的輸液，解決了一些臨床和野外輸液問題。但是，本設備也存在一些缺陷，由于使用壓縮空氣作為“動力源”，不像輸液泵采取蠕動泵強制壓入的輸液方式，患者血液循環(huán)的快慢對輸液速度有所影響，對輸液速度的自動精準設定和調(diào)整可能有影響，直接加大了電氣控制和軟件設計人員的技術(shù)難度；由于壓縮空氣直接進入輸液袋，雖然此壓力遠低行業(yè)標準對于輸液袋應該承受壓力的要求，但本研究未針對不同容量輸液袋所存受的最大壓力進行實驗；同時該設備未考慮到對液體的快速加溫功能和保溫系統(tǒng)，這一點對嚴寒地區(qū)或創(chuàng)傷失血性休克患者很重要。這些不足也是下一步要解決的問題。

4　結(jié)語

便攜式智能輸液系統(tǒng)設備結(jié)構(gòu)簡單、輕便、可操作性強、智能化程度高，能夠解決目前便攜式輸液設備普遍存在的功能性和操作性的問題，適用于野外現(xiàn)場救護、院前急救、重癥病房、手術(shù)室、介入治療及普通病房或患者外出輸液、輸血的需求，根據(jù)輸液環(huán)境可低位、平放、高位、手提、肩背行走或放置在車船、飛機、擔架和手推車上，具有較好的臨床應用前景。