输液泵气泡检测方法研究

蔡 莉 张春霞

输液泵气泡检测方法研究

蔡 莉①张春霞②*

研究超声波检测智能输液泵管路中气泡的方法。利用超声波穿越两种不同介质的界面时，会发生反射、折射、透射等物理现象，因水和空气之间的声阻抗差别较大，超声波穿透水与空气的分界面时会发生较大程度的反射和折射，利用这一物理现象，通过监测超声波的能量（输出电压），即可得到输液管内是否存在气泡以及气泡存在的程度。通过测定超声波的穿透能量，可以检测输液管路内的气泡。用超声波能准确地检测出输液管路中的气泡，是目前输液泵检测气泡的主要方法。

气泡检测；超声波；透射；脉冲发放；输液泵

［First-author’s address］ Department of Nuclear Medicine， General Hospital of Chinese People's Armed Police Force，Beijing 100039， China.

静脉输液是一种最常用的临床治疗方法，临床上根据药物性质和患者体况，静脉输液要配以适当的输液速率，输液速度快慢可影响治疗效果并增加护理工作量。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、阻塞等均不能够自动报警或及时切断输液通路，从而产生不良后果［1］。因此，目前临床上广泛使用输液泵。输液泵是一种智能化的输液装置，能准确控制输液滴数或输液流速，保证剂量精准且安全进入患者体内。在输液期间，实时检测输液管路的气泡、空液、漏液及阻塞等，若发现异常及时报警，同时能够自动切断输液通路［2］。

在输液过程中，如果输液泵的输液管内存有气泡，即会发生空气进入人体静脉。若输液管的气泡较少，会粘贴在管内壁上，一旦积累的气泡较多时会逐渐合并成大气泡或气拴，将随着药液流动而进入人体，气泡进入血管内会产生不良后果，为保证患者的安全现在的输液泵都包含气泡检测功能［3］。

1 输液泵气泡产生因素

非人为疏漏产生气泡的主要因素是：①药液通常是低温存放，由于低温液体的气体溶解度较高，当在病房输液时，随着药液温度逐渐升高，其气体溶解度降低，会解析出微小气泡；②药液成分，如心脑血管药、中药液等本身也会产生气泡［4］。

2 输液泵气泡检测方法

在临床上气泡检测常采取传统的人工观察的办法，不仅不能够实时观察到气泡的状态，还增加了医护人员的工作量。因此，在输液过程中自动检测输液管内空气非常必要。集中输入大段空气栓剂量正常成人可忍受输入的空气临界量约为50 ml，重症患者输入气体＞10 ml则会有生命危险［5］。为满足输液泵安全、可靠的应用，气泡探测器应满足下述要求：①能够对输入体积＞0.3 ml的单个气泡直接报警和处置；②可以累计检测＞0.02 ml的气泡，当累计数量达到3 ml时报警；③能够调整检测精度，以适应不同的使用环境；④非接触式测量，保证液体不被污染。

目前，非接触气泡检测的方法主要有光电式检测法、电容式检测法及超声波检测法3种［6］。

2.1 光电式检测法

光电式检测法是基于半导体器件的光电效应的气泡检测方法。由于输液管内无色透明液体与气泡的光吸收度相差很小，尤其是小气泡，因而会导致管内气泡的检出率较低。这一方法使用的局限性较大，主要是用于有色药液或血浆的气泡检出，对于普通的输液泵很少应用［7］（如图1所示）。

图1 光电式检测法示图

2.2 电容式检测法

电容式检测法是根据电容传感器的工作原理，检测时若检测到电容器的容量值发生变化，说明输液管内存在气泡，但不能表达空气量的多少，这是因为管内气泡存在的形式可能影响电容量变化。因此，电容式检测法不适用于对输液管内气泡的量化指标检测，即无法精度检测气泡［8］。

2.3 超声波检测法

声波频率＞20 kHz的为超声波，由于其具有方向性好、能量集中及穿透能力强等特点，在密度较大的固体及液体中传播距离较远，利用超声波的传播特性可以检测输液管的气泡［9］。因此，目前输液管的气泡检测主要采用超声波法。

（1）超声波的反射与折射。超声波穿越2种不同介质的界面时，会发生反射、折射及透射等物理现象，其反射与折射的程度与2种不同介质的声特性有关，即2种不同介质的声特性相差越大，其反射与折射的程度越显著［10］。根据声学相关资料，水的声特性阻抗为l06 kg/mZs、空气为430 kg/mZs，两者之间的声阻抗差别较大，因此超声波穿透水与空气的分界面时会发生较大程度的反射和折射现象，利用这一物理现象，可以检测出输液管路中的气泡（如图2所示）。

图2 超声波的反射与折射示图

（2）超声波检测方式。超声波检测方式分为透射型、反射型和分离式反射型3种形式［11］。由于反射型和分离反射型的检测方式存在盲区，不适合超声波换能器与被测物体距离较近情况下的检测，而且输液管多为圆柱体，其反射效果不理想。因此，输液泵的管路气泡检测通常采用透射型检测方式［12］。3种超声波检测方式如图3所示。

图3 三种超声波检测方式示意图

（3）透射型气泡检测。通过测定超声波的穿透能量，可以检测输液管内的气泡。当输液管内无空气时，由超声波发生器发出的超声波穿过输液管及药液到达超声波换能器，将接收到的声能转换成电压信号，其能量衰减较少，接收的声能量信号较强［14］；当输液管内出现气泡，超声波的部分能量被气泡反射或折射，换能器接收到的能量将有所衰减；若气泡较多或出现气栓，其长度超出超声波换能器的测试范围，超声波的大部分能量会被反射，换能器所接收到的超声能量近乎为零［15］。通过监测超声波的能量（输出电压），即可得到输液管内是否存在气泡以及气泡存在的程度。透射型检测可以采用连续发放或断续（脉冲）发放超声波波的方式，但使用连续形式可能会产生驻波，容易引起透射能量的变化，因此输液泵通常选用脉冲发放超声波的形式［16］。脉冲发放超声波方式不仅能够提高抗干扰能力，还可以改善检测的分辨率。透射型超声波气泡检测如图4所示［13］。

图4 透射型超声波气泡检测示图

对于单个气泡而言，可以根据接收到的能量判断其大小，但所得的气泡信息仅是一个近似值，实际上只能说明气泡在超声波传播方向上的有效面积［17］。由于椭球形气泡的长度不确定，因此气泡的体积液也是不确定的。在实际应用中，通常假设气泡为球形，即可得到气泡大小的近似值。对于多个气泡或气栓，若超出超声波换能器所测范围，其接收到的能量为零，无法判断空气量。

3 结语

超声波检测法不受液体的颜色和透明度以及输液管材料的限制，即使气泡较小被液体所包围，也能被检出。同时，由于超声波检测法属于“主动式”检测方法，因此，调整超声波传感器参数可以控制检测的精度。超声波检测法能够有效检出输液管内的气泡，并且通过改变超声波传感器的相关参数可控制检测精度，因此，超声波检测法为输液管内气泡的主流检测方法。

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Research on the bubble detection method of infusion pump

CAI Li， ZHANG Chun-xia// China Medical Equipment，2016，13（4）：139-141.

To discuss the ultrasonic testing intelligent infusion pump tubing bubble method. When the ultrasonic wave goes through the interface of two different media， the reflection occurs， refraction， transmission and other physical phenomena can occur because of a large extent acoustic impedance difference between water and air， which can be used in this physical phenomenon， by monitoring the ultrasonic energy （output voltage） can be obtained if the extent of the presence of bubbles and bubble exists within the infusion tube. By measuring the penetration of ultrasonic energy， we detected air bubbles within the infusion line. Ultrasound can accurately detect air bubbles in the infusion line， which is the main method of detecting air bubbles for infusion pump.

Bubble detection； Ultrasonic wave； Transmission； Pulse； Infusion pump

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.04.044

1672-8270（2016）04-0139-03

R197.39

A

2015-12-21

①武警总医院核医学科 北京 100039

②军事医学科学院实验仪器厂 北京 100850

*通讯作者：zcx0302@126.com

蔡莉，女，（1968- ），本科学历，主管技师。武警总医院核医学科，从事PET/CT操作与维护工作。