靜脈滴注是臨牀上最常用的一種治療與護理操作,患者通常情況下都是“跟着感覺走”,自始至終不太在意滴速的快慢。實際情況是,隨着輸液瓶內液麪的降低,滴速也越來越慢,這其中的奧祕在哪裏呢?又該如何控制達到“勻速滴液”的良好效果呢?
一、靜脈滴注的醫療常識
1.輸液器的滴係數
輸液器的滴係數是指每毫升藥液的滴數,目前常用一次性輸液器的滴係數有10、15、20共3種型號。在臨牀輸液治療中,經常要根據患者的年齡、病情、輸液量、藥物性質等情況計劃輸液時間,並通過調整滴管上的流量調節閥調整每分鐘輸液滴數。
2.滴鬥內液體高度
輸液器滴鬥內液麪高度等於或小於液滴自然長度時,由於滴管內液麪干擾液滴的自然形成、破壞液滴表面張力從而使液滴變形、變小而過早下落;輸液滴數增快,表面上給人造成了輸液速度增快的假象,同時也無法再根據輸液滴數來正確計算出輸液速度。因此,一般將滴鬥內的液麪調整在滴鬥高度的1/2至1/3範圍內。
3.靜脈滴注
靜脈輸液是利用液體靜壓的物理原理,將液體輸入體內,即靠藥液水柱壓與靜脈壓的壓力差,將瓶內液體輸入靜脈。當藥液水柱壓力一定時,由於靜脈壓的降低,使壓力差加大,輸液速度則相對較快,隨着血容量的增加靜脈壓升高,壓力差縮小,輸液速度則有所減慢。靜脈壓和測量的位置有關,坐姿下肘前靜脈壓約爲10cm水柱,也就是通常我們看到的 “回血”狀態下輸液管內血液的高度。
二、物理現象分析
通常,輸液過程開始以後,吊瓶的高度和調節閥的開度就保持不變。在t1時刻瓶內液柱液麪最高、壓強最大;隨着時間的增加,液麪逐漸下降、壓強逐漸減小,顯然滴速會越來越慢。如果希望在整個過程中滴速不變,則可以通過提升輸液瓶高度來達到提升液麪、保持液柱壓強不變,從而達到預期的“勻速滴液”的目的。
(1)t1至t2時間段:該區域內,可以將液柱看作均勻變化的圓柱體,液麪的變化呈線性,同時很容易得出:
(2)t2至t3時間段:該區域內,可以將液柱看作非均勻變化的圓椎體,液麪的高度變化呈非線性。設R爲瓶體圓柱部分的半徑、L爲椎體的高度,同時忽略瓶塞部分不規則形狀的影響,則有:
由推導的公式1、公式2可知,通過合理控制電機卷輪的線速度來實現“勻速滴液”的目的是可行的,也是非常簡單可靠的。
三、檢測與控制方案設計
(1)滴速的檢測。在本設計中滴液速度信號的採集使用紅外線光電傳感器進行檢測,該裝置安裝在滴鬥上(如圖)。
正常狀態下,紅外線發光二極管發出平行的紅外光束,穿過滴鬥對射到另一側的紅外光敏二極管上。當有液滴滴下時,由於液滴對紅外光線有吸收和散射的作用,紅外線光敏二極管只能接收部分的紅外線,使接收光敏二極管接收到的光通量不足,紅外接收管的.導通能力不同程度地下降,外圍電路的狀態也隨之發生跳變。主控器件CPU就是依此信號來判斷液滴的有無並記錄液滴的數量、計算滴速與實時檢測元件安裝示意圖體積的,並依此來控制液麪高度、實現勻速滴液。
(2)控制電機的選擇。由於在滴速控制過程中,要求輸液瓶隨着時間的變化非常緩慢的提升, 在設計過程中必須充分考慮這一點。之所以選擇步進電機作爲執行裝置,是因爲步進電動機是一種將電脈衝信號轉換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈衝序列,輸出量則爲相應的增量位移或步進運動。正常運動情況下,它每轉一週具有固定的步數;做連續步進運動時,其旋轉轉速與輸入脈衝的頻率保持嚴格的對應關係,不受電壓波動和負載變化的影響。同時,目前的步進電機驅動技術已經非常成熟,只要做好程序設計工作,就能方便的控制電機,使其按照設計要求完成預期的動作。
四、結束語
由於我們的知識結構的侷限性,致使本次設計還存在許多不足和待完善的地方,我們有興趣、有信心繼續探索,設計出更好的產品來造福人類。