智能输液系统的研究与开发_李君羊

：作者简介：李君羊，E-mail: 272308476@

文章编号：1671-7104(2014)01-0036-04

李君羊

西北工业大学计算机学院，西安市，710129

设计了具有液末报警功能和自动止流功能的免看护智能输液系统，并将报警信号通过Zigbee 无线网络传输给医护人员，

同时建立了输液信息数据库以备后期查询。

免看护输液系统；液末报警；自动止流；Zigbee 无线传输；数据库R197.39

A doi:10.3969/j.issn.1671-7104.2014.01.010Li Junyang

School of Information Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi ’an, 710129

The free care smart infusion system which has the function of liquid end alarm and automatic stopping has been

designed. In addition, the system can send the alarm to the health care staff by Zigbee wireless network. Besides, the database of infusion information has been set up, it can be used for inquiry afterwards.

free care smart infusion system, liquid end alarm, automatic stopping, Zigbee wireless network sending, database

智能输液系统的研究与开发

【作 者】【摘 要】【关 键 词】【中图分类号】【文献标志码】

【 Writer 】【 Abstract 】【Key words 】Development of Smart Infusion System

0 引言

一次性输液器在临床上属使用量大、使用面广的医疗器械。现有的一次性输液器需要人工看护，药液到达液末状态时必须人工通知医护人员进行相应处理，否则可能造成严重后果[1]。

本文研发了一种免看护的智能输液器，具有液末报警及自动上流功能。它是在原有一次性输液器基础上进行设计的，当输液器中的药液达到茂菲氏管底端时，触发报警提示系统，同时输液器药液自动止流，报警信号经无线传输网络传送给相关医护人员，接收信号者根据具体情况做出应答，信号提示及应答结果形成数据记录至数据库，以便后期查阅。 系统设计主要分为三个部分：一是改良传统的一次性输液器为自动止流输液器；二是采用霍尔传感器与磁性浮球共同作用形成液末报警系统以及无线传输网络的设计；三是建立数据库管理系统。

1 新型一次性输液器的设计

新型输液器在通用型一次型输液器的茂菲氏滴管内加入一磁性浮球，并将茂菲氏滴管内下管口设计成锥形，在茂菲氏滴管外底端设计一塑料卡口。输液开始时，将封装好的霍尔传感器插入塑料卡口中。 输液器工作过程如图1所示，在正常的输液状态下，浮球始终悬浮于药液表面，如位置a 所示；当茂菲氏滴管中的药液减少，磁性浮球到达设定报警位置

b 时，浮球内的磁性体与霍尔传感器相互作用发出液末报警信号；当药液继续减小至极限位置

c 时，浮球与锥形口无缝隙结合，药液止流，防止空气进入到下输液管内。

1.1 滴管的设计

茂菲氏滴管和输液管采用的材料都是聚氯乙烯(PVC)。与普通的一次性输液器不同的是将茂菲氏滴管下管口设计成圆锥形。输液管的外径、内径尺寸如图2所示，滴壶的壁厚为1 mm ，外体积为12 cm 3，把茂菲氏滴管近似看成圆柱形，则可知茂菲氏滴管的直径约为18 mm 。在滴管的下端设计一个传感器插槽，其尺寸如图2所示，其尺寸参照传感器封装设计(1.3节)而得。

图1 输液器工作过程结构图

F ig.1 Infusion work process diagram

1.2 浮球的设计

浮球设计成由聚丙烯(PP)制成的空心小球，PP 为结晶型高聚物，且耐化学性好，产品质轻、韧性好。内部嵌入磁性体，其构成如图3所示。

浮球在输液器液末报警及自动止流系统中的作用有：随着浮球与传感器的距离接近，磁感应强度增大，当药液接近于茂菲氏滴管的设定位置时，触发霍尔传感器，产生报警信号，即为液末报警；当药液继续下降时，浮力减小，浮球下沉挡住下管口，自动截止药液继续流动，即为自动止流。 (1) 浮球直径的设计

浮球为厚度1 mm 的PP 塑料材质空球。在输液过程中，小球任意漂浮于液体表面，这是因为小球受到向上的浮力。设计浮球半径为5 mm ，得出浮球质量 m 浮球=m 空心球+m 磁体×4=0.05+0.075×4=0.35 g 。由漂浮定理可知当浮球悬浮时有m 浮球=G ，即r 液体 gV 排=mg ，如果所输液体为盐水，已知 r 盐水=1.33 g /cm 3，得V 排=0.26 cm 3，而浮球体积V 浮球=0.52 cm 3，V 浮球=V 排，所以，浮球可漂于液体中。 (2) 磁性体设计

磁性体为由钕铁硼制成的强磁性圆柱状磁铁，其横截面直径为4 mm ，高为1 mm ，将四个磁性体均匀放置在空心球内表面，与水平面成30o 角的位置，固定

于小球的内部下方，相对两磁体最长距离为7 mm ，如图3(b)所示，其外表面为N 极，内表面为S 极，这样可以保证N 极始终处于外部，其磁力线与锥形外表面垂直，可以保证传感器感应的磁场强度最大。1.3 霍尔传感器封装设计

一般情况下，为了达到最好的排气效果，茂菲氏滴管中的药液液面高度通常到滴管的2/3处。 本文对茂菲氏滴管做了特殊设计，即滴管下端口处设计一种圆锥形漏斗，当液面高度为9 mm 时，发出报警信号提示医务人员，此时浮球磁铁与传感器关系如图4所示。 选取磁铁的其中一条磁力线GK 作为研究对象，GK 就是磁铁与传感器的动作距离。由图可知，B E 为磁铁斜面长为4 mm ，CB =3.5 mm ，CD=2 mm ，

∠BEL =30o

磁铁的斜面延长线交OH 于点F 。由直角三角形的关系可得FH =FI +IH=5.305 mm 。 过点F 作HK 的垂线交点J ，可知F J 就是磁铁与传感器的动作距离，那么在三角形F HJ 中，FJ = FH cos30o = 4.594 mm ，所以GK = FJ = 4.594 mm ≈ 4.6 mm 。由于3144霍尔传感器的最大感应距离为5 mm ，所以报警距离可行。

3144霍尔元件长4 mm ，宽3.1 mm ，高1.5 mm 。由于3144霍尔传感器的最小感应距离为5 mm ，故封装时传感器正面与长方体表面距离应小于等于0.4 mm ；为使传感器插拔方便，封装时尾部应多出6~7 mm ，封装体长最少10 mm 。故设计封装体为长10 mm ，宽5 mm ，厚2 mm 的长方体，且材质为强硬度的PP 材料。

在每个输液器茂菲氏滴管的下端设计一夹口位置槽，当输液器工作时，将传感器插入位置槽处，固定在输液管上，1.1节已经详细介绍，不再赘述。

图2 锥形滴管尺寸

F ig.2 Conical dropper size

图3 浮球的设计F ig.3 F loat ball design

(a) 俯视图

(a) Top view (b) 侧视图(b) Lateral view

图4 传感器位置确定

F ig.4 Determine of sensor location