自动输液泵

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1、附：智能型医用输液泵及其应用一、引言随着科技的发展，越来越多的领域需要对流体的流量或流 速进行精确控制，如化工领域里对微量化学元素的检测和分析常需精确控制流 量。医疗保健领域中药液的流量与流速有时也要精确控制。静脉输液是一种最常用的临床治疗方法，是护理专业的一 项常用给药治疗技术。临床上应根据药物和患者情况不同配以适当的输液速度。 输液过快，可能会导致中毒，更严重时会导致水肿和心力衰竭; 输液过慢则可能发生药量不够或无谓地延长输液时间，使 治疗受影响并给患者和护理工作增加不必要的负担。常规临床输液，普遍采用 挂瓶输液，并用眼睛观察，依靠手动夹子来控制药滴速度，不易精确控制输液 速度，而且工作量

2、大。癌症病人的化疗和病危病人的抢救治疗需要使药物以恒定 的速度灌注，通过调节输入的速度和时间将化疗药物均匀持续地注入，既达到 化疗的最佳效果，又能最大限度地降低化疗药物的副作用。糖尿病人遭受病痛的折磨，需要以一定的速度给他们注射 一定量的胰岛素。以往的做法基本上是一次注射较大剂量的胰岛素，这不仅造 成巨大的浪费，而且药效作用时间也较短，因此极需一种流量和流速能控的持 续输送装置，来输送少量的药物并精确控制其输送速度和流量。对老人、儿童和体质较弱者输送某些特殊药物，如麻醉药、 降压药硝普纳、TPN(三磷酸吡啶核苷酸)等时，输液速度和用药量尤其需要认 真精确控制，否则会产生严重的后果。血液非常容易

3、凝固，输血时很容易阻塞输液管。要保证 血流速度大于某一值，才能顺利输血。另外，不管是输液还是输血，普通输液器对输液完毕和输 液过程中偶然出现的故障，如气泡、阻塞等都不能自动报警，也不能及时切断 输液通路，从而产生不良后果。应该及时处理，以避免血液倒流或其他后果。因此需要用智能型输液泵来控制药液的输送，并进行异 常报警。二、智能型输液泵的功能智能型医用输液泵可满足多种功能的需求，归纳起来， 输液泵能实现以下功能: (1) 可精确测量和控制输液速度;(2) 可精确测定和控制输液量;(3) 液流线性度好，不产生脉动;(4) 能对气泡、空液、漏液、心率异常和输液管阻塞等 异常情况进行报警，并自动切断输

4、液通路;(5) 实现智能控制输液。三、智能型医用输液泵的系统结构智能型输液泵系统主要由以下几个部分组成: 微机系统、泵装置、检测装置、报警装置和输入及显示装 置。图 1 是智能型输液泵的系统结构框图。1. 微机系统: 是整个系统的“大脑”，对整个系统进行智 能控制和管理，并对检测信号进行处理，一般采用单片机系统。2. 泵装置: 是整个系统的“心脏”，是输送液体的动力源。 目前有很多种泵装置，在后面进行详细说明。3. 检测装置: 主要是各种传感器，如红外滴数传感器(负责对液体流速和 流量的检测)、压力传感器(负责堵塞及漏液的检测)和超声波传感器(负责对气泡 的检测)等，它们可感应相应的信号，这些

5、信号经过放大处理后，送入微机系统 进行信号处理，并得出控制指令，然后进行相应的控制操作。4. 报警装置: 传感器感应到的信号经微机处理后，得出报警控制信号， 再由报警装置响应，引起人们的注意，同时进行正确的处理。主要有光电报警 (发光二极管)和声音报警(扬声器和蜂鸣器)等。5. 输入及显示装置: 输入部分负责设定输液的各参数，如输液量和输液速度等。 显示部分负责显示各参数和当前的工作状态等，多采用 LED 数码管显示和 LCE 液晶显示。四、泵装置泵装置的种类很多，分类也多种多样，就驱动原理来说 可分为电磁泵、气动泵和压电泵等; 就结构来说有离心叶轮泵、齿轮泵和蠕动泵等。医用输液 泵需要精确控

6、制液体的流量和流速，有些类型的泵很难做到这一点的，而且考 虑到输液管要安装方便，药液不能污染泵装置等因素，因此用得最多的主要有 以下几种:1. 指状蠕动泵目前广泛使用的是指状蠕动泵(Finger-like Peristaltic Pump)，又称线性蠕动泵(Linear Peristaltic Pump)，它体积小，重量轻，定量准确，使用方便，输液 管安装方便。如图 2 所示，这种泵有一根凸轮轴，凸轮轴上有多个(一般为 12 个)凸轮，这些凸轮的运动规律相差一定的角度，每个凸轮与一个“手指”(即滑块)相 连。工作时，由步进电机带动凸轮轴转动，使滑块按照一定顺序和运动规律上 下往复运动，像波一样

7、依次挤压静脉输液管，使输液管中的液体以一定的速度 定向流动。这种泵比较精确，容易控制。输液时不希望产生脉动，要求泵的线 性度好。泵的线性度与“手指”的数目有关，当“手指”数目超过 8 个时，就有很明 显的线性度，脉动也明显减少。2. 盘状蠕动泵这种蠕动泵具有圆弧形内周面的泵壳，有一中心轮，中心 轮的边缘呈轴对称分布安装着一定数量的可转动的挤压轮，输液管夹在挤压轮 和泵壳的圆弧形内周面之间。工作时，步进电机带动中心轮转动，中心轮又带 动其周围的挤压轮转动，中心轮像“恒星”，挤压轮像“行星”，挤压轮既绕中心轮 公转，又绕自己轴线自转。几个挤压轮沿着中心轮顺序挤压输液管，使液体以 一定的方向流动。如

8、图 3 所示。3. 注射泵这种泵由步进电机及其驱动器、丝杆和支架等构成，具有 往复移动的丝杆、螺母，因此也称为丝杆泵。螺母与注射器的活塞相连，注射 器里盛放药液。工作时，单片机系统发出控制脉冲使步进电机旋转，而步进电 机带动丝杆将旋转运动变成直线运动，推动注射器的活塞进行注射输液，把注 射器中的药液输入人体。示意图如图 4。4. 弹性输液泵这种输液泵靠的是机械力，它由气球状容器、输液管和输 液调节器组成，如图 5 所示。气球状容器即是泵体，其内层膜是合成弹性橡胶 (不是乳胶)。工作时，先用注射器往泵体里注进药液，然后使泵体密封，这样 泵体里就有正压力，打开输液调节器，利用合成橡胶的弹性挤压作用

9、，就可把药液连续或间断地输入到人体。这种泵可以随身携带，使用方便，多用于长时 间或间断地输液。五、产品简介及发展趋势现在市场上出现了各种各样的输液泵，根据不同的标准 有不同的分类: 固定点泵(Stationary)和非固定点泵(Ambulatory); 标准泵(Standard)和便携泵(Portable); 体外泵(External)和 可植入泵(Implantable); 机械泵(Mechanical)、电子泵(Electronic)和重力泵(Gravity);容积泵(Volumetric)和蠕动泵(Peristaltic) ，如图 6 所示。 固定泵控制精确，报警齐全，但体积较大; 便携

10、泵体积小，病人可随身携带，用电池作为电源，只适 用于小量输液; 可植入泵使用方便，输液时病人移动不会产生影响，但需 要外科手术; 机械泵用正压力来输送药物和液体，没有电源(电池或交流 电)，体积小，可携带，主要用于输送小体积，长时间或间歇输液，通常用于化 学医疗、止痛或抗生药类的输液; 电子式泵输液速度可达 999mL/h，可实现智能控制。国外对智能型输液泵的研制较早，如日本、美国和德国等 国家上世纪 80 年代末就进行了输液泵的研制。现在市场上流行的大多是国外 产品，类型多样，性能较好，如日本 JMS 株式会社的 OT-601 型输液泵(控制 精度为 10%)和 SP-500 型注射泵，美国

11、 IMED 公司 Gemini PC-2TX 型输液泵可实现四路控制，还有德国贝朗 (B|BRAUN)公司的 Multifuse 型、Perfusor Compact 型(控制精度可达到 2%)、Infusomat P 型和 Infusomat fmS 型，型号众多，以色列也有相应的产品。国内对输液泵的研制起步较晚，大都在 90 年代中期开始 研究，市场上也有一些国产输液泵，如北京科力丰高科技发展有限责任公司的 ZNB 系列产品，深圳康福特公司也有输液泵产品。不过总体说来，种类较少， 性能也需改进。输液泵将向更小型化、更便携化、控制更精确、更安全可 靠发展。如用于糖尿病治疗的胰岛素泵现在可随身

12、携带而不影响大多数日常生 活，甚至可带着泵洗澡或游泳，如 MiniMed 公司的 507 型产品。输液泵还向更智能化方向发展。如以后将在糖尿病患者皮 下植入连续血糖测量系统，该系统包括一个小型传感器，它每隔一段时间检测 皮下体液并获得血糖数据。当血糖过高时，系统将发出警报。胰岛素泵根据血 糖传感器测得糖尿病患者的血糖水平，然后自动控制泵向患者体内注射胰岛素， 真正实现智能输送。六、结论智能型医用输液泵能精确控制输送药液的流速和流量，并 能对输液过程中出现的异常情况进行报警，同时及时自动切除输液通路。智能 型输液泵的应用有助于减轻医护工作强度，提高安全性、准确性和工作效率， 并提高护理水平。输液泵可广泛应用于内科、外科、儿科、心血管科、急诊科 和手术室，尤其适用于 ICU 和 CCU 病房的输液治疗。在医疗保健领域里，对精确控制药液的流速和流量，智 能型输液泵将有广泛的发展前途，她将成为精确输液中一朵瑰丽的奇葩。