便携式智能快速输血输液装置的泵体设计

便携式智能快速输血输液装置的泵体设计
种银保;刘九零;赵安;王晴
【摘要】目的:便携式智能快速输血输液装置以其独特的泵体设计,解决了传统输血输液泵功耗、重量与体积过大,需要交流供电,无法在野外使用的问题.方法:该泵体由集单向阀双泵管、空气消除膜片技术与阻抗探测电极于一体的输血输液板总成,微电机直线驱动机构组成.整个装置,体积99 mm×60 mm×45 mm,重250 g.结果:样机实验结果证明,使用该装置,六节7#干电池可以在最高控制流量(6L/h )下,连续运行8～10h;结论:输液袋(瓶)可置于人体的任何位置,甚至可置担架以下合适部位,进行快速精确、安全可靠静脉输液.%Objective: To develop a new machine for rapid blood and liquid transfusion to solve some traditional problems. Methods: We introduce the unique design of a pockel-sized intelligent fluid resuscitation infuser, which satisfies the demands of long time use in harsh environment, and is suitable for the rescue in traffic accident, natural disaster, battlefield, evacuation, pre-liospilal emergency, and so on. This device is composed of a linear swing driver, control circuit board and liquid or blood cartridge. The rectangular cartridge gathers double pump pipes with four check valves, air elimination membrane and impedance detective electrodes in integral whole. Results: It has small size, light weight, novel structure, and works in an efficient way. The most obvious advantage of this device is that, it can be mounted around the patient's ami or even under the stretcher, rather than being held up highly. Conclusion: Powered by six AAA batteries, it provides at least eight hours accurate and reliable intravenous infusion for first-aid treatment in field conditions.
【期刊名称】《中国医学装备》
【年(卷),期】2011(008)007
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】微电机直线驱动机构;空气消除膜片;输血输液板
【作者】种银保;刘九零;赵安;王晴
【作者单位】第三军医大学新桥医院设备科,重庆,400037;第三军医大学新桥医院设备科,重庆,400037;第三军医大学新桥医院设备科,重庆,400037;第三军医大学新桥医院设备科,重庆,400037
【正文语种】中文
【中图分类】R197
引言
目前医疗机构使用的输液设备有普通输液器，加压输血输液装置，输液泵等。

普通输液器是依据重力原理，液位差来进行输液。

具有简易性和快速应急性;因此目前它是急救医学的标准方案[1]。

如要使用这种输液器实现快速液体补充[2]，则需同时在多个位置进行输注，这需要大量的医护人员，增加了护理负担[3]。

在一些特殊条件如战灾伤员的担架护送，车、船、飞机运输伤员时的应急输液，采用这种输液装置进行输注将更加困难。

加压输血输液装置[4]：充气输液，利用手动或电动方法向输液瓶、输液袋内注入气体，利用气体产生的气压压注液体进入人体。

其优点是装置简单，可实现快速输注;缺点是所充气体对液体存在污染、气栓输液的威胁。

加压输液，其原理是利用手动、机械或电动方法向软包装液体袋施加压力，从
而达到加压快速输液的目的[5]。

此类装置已具备了一定的院前急救、野外、战场
救治的功能，但由于其并未从根本上去除莫非氏滴管，使用上存在一定的局限性。

同时，在一袋液体输注结束时，液体袋更换操作不便会延误救治。

便携式输注装置[6-7]利用弹性囊（膜）的回缩压力以基本不变的流量将药液压出，直至排空囊内装的全部药液。

这种装置可以随身携带，使用方便，多用于长时间或间断地输液。

但此类装置仅适用于镇痛、化疗等微小剂量药物低速输注，因其直接接触药滴，每使用一次都需要灭菌才能重复使用，灵活性差。

这些装置使用上存在一定的局限性，输液泵多种多样，常见的有蠕动泵、容积泵、脉冲泵、注射泵等，而以步进电机驱动的蠕动泵为主[8]。

输液泵技术先进、智能化程度高，能应用于
急救时液体快速输液，优点：精度高、误差小、安全可靠，特别适宜院内急诊、ICU、CCU等;缺点：体积、重量、功耗大，工作环境需要输液支架、交流供电，
即使部分输液泵自带充电电池，但因一次充电使用时间太短（≤1 h）等，不适宜
院前急救、野外、战场救治需要。

如何实现院前急救、野外、战场快速补液是军事医学、急救医学研究的热点[9]，
而研制便携智能快速输血输液装置的关键是具有体积小、重量轻、功耗低的微电机驱动的输血输液泵体。

2 泵体结构设计
如图1，本微电机输血输液泵体包括上方的输血输液板总成4和下方的微电机驱动机构5-9等主要零部件组成。

图1 输血输液泵整体结构图1机壳、2固定板、3锁定装置、4泵体、5定向槽、
6上定向板、7摆动挤压头、8电机轴、9偏心轴承、10电源插座、11电路板、
12机壳盒下体、13电池盒、14电池、15变速旋钮。

2.1 输血输液板结构设计
图2 输血输液板与空气消除膜片结构图41输血输液基板、42A、42B、42C、
42B、42D、单向阀、43泵管接头、44A、44B泵管、45空气膜片、46出液口、47进液道、48进液口、49出液道。

如图2和图3，输血输液板总成4由四个单向阀42A、42B、42C和42D、两根弹性泵管44A、44B，一块空气消除膜片45和阻抗探测电极457、458集成于输血输液基板41上构成。

输血输液基板41采用医用有机玻璃PMMA压模制成，在其两端有相互平行的进液道47和出液道49，进液道47上有连接输血输液袋的进液口48，出液道49与空气消除膜片45的进液道454连通。

在进液道47和出液道49的两端分别通过泵管接头43连接两根平行的泵管44A和44B，并分别在泵管接头43内设置单向阀42A、42B、42C和42D，所有单向阀均朝向出液方向单向开启。

输血输液基板41采用PMMA材料，泵管44A和44B、单向阀42A、42B、42C和42D采用APSP硅胶。

图3 空气消除膜片与阻抗探测电极结构示意图451膜片上体、452亲水膜片、453憎水膜片、454进液道、455膜片下体、456排气孔、457电极1、458电极2。

空气消除膜片45的详细结构如图3和图4，空气消除膜片45集成在输血输液基板41上，以泵体基板41作为膜片下体455，膜片上体451采用另一块板，两者粘合并超声焊接成一个腔体，并在中间设置亲水性空气阻隔膜片452，将腔体分割成上下两个腔，在下腔的底部设置有带排气膜片453的消气孔456，同时在上腔壁上形成有微型三角型沟槽459，形成毛细管空气消除阵列液路。

进液道454从下腔接入，出液口46由上腔接出。

阻抗探测器的两个阻抗检测电极457和458设置在出液口46处。

图4 图3的A-A剖面图459 毛细管液路、4510 下液腔。

2.2 微电机直线驱动机构设计
图5 微电机直线驱动结构图5导向槽、6上固定板、7摆动挤压头、8电机轴、9
偏心轴承、16减速电机、17弹性胶垫、18导电极、19轴承座、20轴承。

如图1和图5，微电机驱动机构具有减速微电机16、摆动挤压头7、偏心轴承9、电路板11和电源装置等。

它们安装在由机壳1和固定板2构成的壳体内。

固定板2固定在机壳1上，在固定板2上通过锁定器3卡装输血输液板总成4。

在固定板2上与输血输液板总成4上设置阻抗检测电极457和458对应的位置设置有导电
柱18，通过导电柱18在阻抗检测电极457、458和电路板11之间实现电连接，导电柱18是通过弹性胶垫17安装在固定板2上的。

减速微电机16通过轴8连
接偏心轴承9，减速电机轴8的端部通过轴承20安装在轴承座19中。

在机壳1
上设置有变速旋钮15，与电路板11电连接，电路板11通过控制信号线连接减速微电机16，对电机进行变速控制。

摆动挤压头7下部为U型叉状，叉在偏心轴承9上，随偏心轴承9的转动而左右摆动，摆动挤压头7上部的挤压头为T型，向
上伸出于固定板2，并装在固定板2中间的导向槽5中，导向槽5上方固定定位
板6对T型挤压头的上下位置进行定位，T型挤压头的两端分别正对输血输液板总成4上的第一和第二泵管44A和44B的侧壁，并在摆动挤压头7摆动时交替伸出导向槽5去挤压第一泵管44A或第二泵管44B。

2.3 驱动方式
本输血输液泵体设置了两种电源方式，一种是通过设置在机壳1外侧的低压电源
插座10接市电，另一种是通过设置在机壳1底部下机壳12中的电池14和电池
盒13，由电池14供电。

3 泵体的工作原理
3.1 液路连接
在输血输液前，将输血输液袋21（或瓶）通过输血输液管22与泵体总成4的进
液口48连接，将空气消除膜片45上的出液口46通过标准Luser连接器23与输血输液针连接，挤压输血输液袋21，使单向阀42A、42B、42C和42D打开，整
个管道液路系统充满输注液体。

本输血输液泵体的工作原理参见图6：
图6 液路工作原理图21液体袋、22进液管、23出液管。

3.2 输液原理
当液路连接好的泵体总成4卡装在微电机直线驱动机构后，摆动挤压头7预压弹
性泵管44A、44B两泵管，启动微电机直线驱动机构的微电机16转动，摆动挤压头7一个头压缩弹性泵管44A时，单向阀42A打开，单向阀42B、42D关闭，
充满第一泵管44A的液体流经空气消除膜片45后被输出;摆动挤压头7另一头退
出44B泵管，借助泵管的弹性复位性能，单向阀42C打开液体同时被吸入，反之，当减速摆动挤压头7压缩第二泵管44B时，单向阀42D打开，单向阀42A、42C 关闭，充满第二泵管44B的液体流经空气消除膜片45后被输出。

摆动挤压头7
另一头退出44A泵管，借助泵管的弹性复位性能，单向阀42B打开液体同时被吸入，摆动挤压头7摆动交替压缩第一和二泵管44A和44B，这样就会在标准Luser连接器23输出口形成具有一定压力的连续不断的液体输注给病人，类似于
心房心室的连续工作原理。

单向阀的阀瓣能阻止反流。

3.3 气泡报警
在输注过程中，当阻抗探测电极457、458探测到有气泡时、就会将信号通过导
电柱18传输给电路板11，电路板11即控制减速电机立即停止工作，系统还可发出声光报警。

膜片的毛细管阵列液路气泡过滤技术是本装置特点之一，在急救中当输血输液袋掉到地上，或出现倒流，大量空气会进入管路。

但是有了该膜片及单向阀，就不会出现此情况。

单向阀可阻止倒流，将阻抗探测电极设置膜片的出液口处，在病人侧管路中，发现气泡立即停机，以确保万无一失。

4 试验
4.1 试验依据
试验检测依据国家《医用电气设备第2-24部分：输液泵和输液控制器安全专用要求》（GB9706.2）
4.2 试验条件
在25 ℃环境温度下，采用生理盐水进行测试，液袋与输血输液装置处于同一水平面。

表1 装置主要性能指标试验检测结果
4.3 结果分析
由表1试验检测结果可见，该装置在各档位液体流速实测值与设置值误差＜10%，符合临床应用要求;能够检出0.02 mL的气泡，具有较高的灵敏度，优于国家标准;报警压力为719 mmHg，从实际发生阻塞到触发报警所用的时间为≤18 s，达到
设计要求。

5 结论
本泵体结构独特、功耗低、6节AAA电池供电能连续工作8 h，重量轻（250 g）、体积小（99 mm×60 mm×45 mm）、携带方便，新颖实用的空气滤除装置设计，采用阻抗探测电极对输注全程进行气泡检测报警，使得整机具有安全性和实用性等特点。

参考文献
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