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智能医用输液泵及其应用

一.导言

随着科学技术的发展，越来越多的领域需要精确控制流体的流量或速度，如化学领域中微量化学元素的检测和分析。在医疗领域中，有时需要精确控制液体药物的流量和速度。

静脉输液是临床最常用的治疗方法之一，也是护理专业常用的用药治疗技术。临床上应根据药物和患者的不同情况，匹配合适的输注速度。输注过快可能导致中毒，更严重的情况下会出现水肿和心力衰竭；

如果输液太慢，可能会造成剂量不足或输液时间不必要的延长，影响治疗，增加患者和护理工作不必要的负担。常规临床输液一般采用吊瓶输液和目测，依靠手动夹子控制药物滴速，难以精确控制输液速度，工作量大。

癌症病人的化疗，危重病人的抢救治疗，都需要匀速输注药物。通过调整输入速度和时间，使化疗药物均匀连续地注入，既能达到化疗的最佳效果，又能使化疗药物的副作用降到最低。

糖尿病人患病，需要以一定的速度注射一定量的胰岛素。以前大剂量的胰岛素基本都是一次性注射，不仅浪费大，而且药效时间短。因此，迫切需要一种流量和流速可控的连续给药装置来输送少量药物，并精确控制其输送速度和流速。

在给老人、儿童和体弱者输送一些特殊药物时，如麻醉药、降压药如硝普钠、TPN等，尤其需要仔细准确地控制输注速度和剂量，否则会造成严重后果。

血液非常容易凝结，输血时很容易堵塞输液管。保证血流速度大于一定值，输血才能顺利进行。

另外，普通输液器无论是输液还是输血，对于输液后和输液过程中出现的气泡、堵塞等意外故障，都不能自动报警，不能及时切断输液通道，会产生不良后果。应及时处理，避免血液倒流或其他后果。

因此，有必要使用智能输液泵来控制药液的输送，并给出异常报警。

二、智能输液泵的功能

智能医用输液泵可以满足多种功能的需求。综上所述，输液泵可以实现以下功能:

(1)可以精确测量和控制输液速度；

(2)可以精确测量和控制输液量；

(3)液体流量线性好，无脉动；

(4)能对气泡、空液、漏液、心率异常、输液管堵塞等异常情况进行报警，并自动切断输液通道；

(5)实现了输液的智能控制。

三、智能医用输液泵的系统结构

智能输液泵系统主要由以下几部分组成:

微机系统、泵装置、检测装置、报警装置和输入显示装置。图1是智能输液泵的系统结构框图。

1.微机系统:它是整个系统的“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:它是整个系统的“心脏”，是输送液体的动力源。目前的泵装置有很多种，后面会详细介绍。

3.检测设备:

主要是各种传感器，如红外液滴数传感器(负责检测液体速度和流量)、压力传感器(负责检测堵塞和泄漏)、超声波传感器(负责检测气泡)等。，能感应到相应的信号，经放大后送入微机系统进行信号处理，得到控制指令，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过微机处理后，得到报警控制信号，然后报警装置做出反应，引起人们的注意，并正确处理。主要有光电报警器(发光二极管)和声音报警器(扬声器和蜂鸣器)。

5.输入和显示设备:

输入部分负责设置输液的各种参数，如输液量、输液速度等。显示部分负责显示各种参数和当前工作状态等。，多采用LED数码管显示和LCE液晶显示。

第四，泵装置

泵装置的种类和分类很多，按驱动原理可分为电磁泵、气动泵和压电泵。

从结构上看，有离心叶轮泵、齿轮泵和蠕动泵。医用输液泵需要精确控制液体的流量和流速，这对于某些类型的泵来说是比较困难的。此外，考虑到输液管安装方便以及液体不会污染泵装置等因素，主要采用以下类型:

1.手指蠕动泵

目前广泛使用的是指状蠕动泵，又称线性蠕动泵。

蠕动的

泵)，体积小，重量轻，定量准确，使用方便，便于安装输液管。如图2所示，这种泵有一个凸轮轴，凸轮轴上有很多凸轮(一般是12)。这些凸轮的运动规律相差一定的角度，每个凸轮都与一个“手指”(即滑块)相连。工作时，步进电机带动凸轮轴转动，使滑块按照一定的顺序和运动规律上下运动，像波浪一样依次挤压静脉输液管，使输液管内的液体以一定的速度定向流动。这种泵很精确，容易控制。在输注过程中不希望出现脉动，并且需要泵的线性。泵的线性度与“手指”的数量有关。当“指”数超过8时，有明显的线性，脉动明显减小。

2.盘式蠕动泵

蠕动泵有一个内圆周面为弧形的泵壳和一个中心轮，在中心轮的边缘按轴对称分布安装有一定数量的可旋转的挤压轮，输液管夹在挤压轮和泵壳的弧形内圆周面之间。工作时，步进电机带动中心轮转动，进而带动其周围的挤压轮转动。中心轮就像一颗“星星”，挤压轮就像一颗“行星”，挤压轮绕着中心轮旋转，也绕着自己的轴旋转。多个挤压轮沿中心轮顺序挤压输液管，使液体沿一定方向流动。如图3所示。

3.喷射泵

这种泵由步进电机及其驱动器、螺杆和支架等组成。它有往复运动的螺杆和螺母，所以也叫螺杆泵。螺母与注射器的活塞连接，注射器内装有药液。工作时，单片机系统发出控制脉冲，使步进电机旋转，步进电机驱动螺杆将旋转运动变为直线运动，推动注射器的活塞，将注射器内的药液注射输注到人体内。原理图如图4所示。

4.弹性输液泵

这种输液泵依靠机械力，由气球状容器、输液管和输液调节器组成，如图5所示。气球容器是泵体，其内膜是合成弹性橡胶(不是乳胶)。工作时，用注射器将药液注入泵体内，然后密封泵体，使泵体内有正压，打开输液调节器，利用合成橡胶的弹性挤压作用，将药液连续或间歇输入人体。这种泵便于携带，使用方便，常用于长期或间歇输液。

动词 （verb的缩写）产品介绍和发展趋势

现在市面上有各种各样的输液泵，按照不同的标准分类:

定点泵(固定式)和非定点泵(移动式)；

标准泵和便携式泵；外部泵和可植入泵；

机械泵、电动泵和重力泵；

容积泵和蠕动泵，如图6所示。固定泵控制准确，报警完整，但体积大；

便携式泵体积小，患者可以随身携带，它采用电池作为电源，只适用于少量输液；

植入式泵使用方便，患者移动不会影响输液，但需要手术；

机械泵利用正压输送药物和液体，无需电源(电池或交流电)，体积小，便于携带。主要用于输送小容量、长期或间歇输液，通常用于化学医疗、镇痛或抗药物输注。

电子泵的输液速度可达999mL/h，可实现智能控制。

智能输液泵在国外发展较早，如日本、美国、德国在20世纪80年代末。目前市场上流行的产品多为国外产品，种类繁多，性能良好，如日本JMS公司的OT-601输液泵(控制精度为10%)和SP-500注射泵，美国IMED公司的Gemini。

PC-2TX输液泵可以实现四通控制，还有B|BRAUN的Multifuse和灌注器。

紧凑型(控制精度可达2%)，Infusomat P型和Infusomat。

fmS的型号很多，以色列也有相应的产品。

我国输液泵的发展起步较晚，大多是90年代中期开始研究的。市场上也有一些国产输液泵，如北京科利丰高科技发展有限公司的ZNB系列产品和深圳康福公司的输液泵产品。但总的来说种类较少，性能有待提高。

输液泵将朝着小型化、便携化、控制更加精确、更加安全可靠的方向发展。比如用于糖尿病治疗的胰岛素泵，现在可以随身携带，不影响大部分日常生活，甚至可以带着泵洗澡或者游泳，比如MiniMed公司的507产品。

输液泵也在向更加智能化的方向发展。例如，未来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，可以定期检测皮下体液，并获得血糖数据。当血糖过高时，系统会发出警报。胰岛素泵根据血糖传感器测量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，实现智能给药。

不及物动词结论

本发明能够精确控制输送药液的流量和流速，对输液过程中的异常情况进行报警，并及时自动切断输液通道。智能输液泵的应用有助于减轻医疗工作强度，提高安全性、准确性和工作效率，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、手术室，特别是ICU、CCU病房。

在医疗领域，智能输液泵对于精确控制药液的流量和流速将有着广阔的发展前景，它将成为精确输液中一朵瑰丽的奇葩。