输液报警器的研制及临床护理应用效果

徐风忠，陈桂涛（通信作者）

1 山东省德州市中医院 （山东德州 253015）；2 河北省东光县人民医院（河北沧州 061600）

静脉输液是临床医疗工作中常用的治疗手段。有研究表明，住院患者静脉输液使用率为93.13%，平均每床每日使用输液瓶（袋）数为3.76 瓶（袋）[1]。静脉输液治疗过程中，要求医护人员、陪护家属密切关注患者输注情况，及时更换液体或结束输液。但患者长时间的输注使陪护家属容易出现身体疲劳、精力不集中，而责任护士又无法始终观察患者输液情况，导致输液过程中出现针头阻塞，或因没有及时换液、输液完成后没有及时拔针出现压力差造成回血情况，增加患者痛苦，引发医患纠纷。目前，由患者输液引起的医患纠纷受到社会的普遍关注。基于此，本研究设计了一种输液报警器，旨在为患者静脉输液提供安全保障。

1 输液报警器的研制

光的透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象，被透射的物体称为透明体或半透明体。若透明体是无色的，除少数光被反射外，大多数光均透过物体。为表示透明体透过光的程度，通常用透过后的光通量与入射光通量之比τ 来表征物体的透光性质，τ 称为光透射率。

1.1 设计原理

该装置采用红外光透射原理，利用液体和空气对红外光的吸收差异来进行药液检测：将墨菲氏滴液管卡入光电传感器中，当管内有液体滴下时，光电传感器接收端接收到的红外光信号变小，此时输出呈高阻状态；相反，管内没有液体滴下时，光电传感器接收端接收到的红外光信号变大，此时输出呈低阻状态。在恒压源的环境下，高、低阻状态的变化间接转变成电脉冲信号低、高的变化，脉冲的个数间接反映液体的滴数，脉冲间隙间接反映液体的流速。这些脉冲信号就作为识别信号被传送到单片机进行处理。当单片机在一定时间内检测不到有脉冲信号输入（即没有液体滴下）时，就会触发报警电路，通过装置内置的状态指示灯（红灯）闪烁提示患者和陪护家属，同时触发床头呼叫器及时通知责任护士进行处置[2]。

1.2 结构设计

输液报警器由光电传感器、电源电路、单片机、工作和报警显示电路、床头呼叫器开关驱动电路、复位电路等组成，如图1～2 所示。

图1 输液报警器结构设计图

1.2.1 光电传感器的设计

光电传感器由红外发光二极管和光敏二极管组成，红外发光二极管作为信号发射端，光敏二极管作为信号接收端；制作成夹子状，发射端和接收端分别位于夹子两侧，呈水平状排列，方便夹于墨菲氏滴液管上；主要作用是接收探测头捕捉到的光透射率τ 的变化，从而非接触式地间接记录液体滴数的变化；检测到的系列脉冲信号进入单片机进行处理[3]。

图2 输液报警器实物图

1.2.2 电源的设计

为保持输液报警器供电不间断，防止产生意外，本次设计的输液报警器采用两种供电方式，即外部电源供电、内置电池供电，并且当电源电压不足时，通过报警灯报警。

1.2.2.1 外部电源的设计

外部电源由专用的供电模块组成，可通过市电电压直接提供+5 V的直流电压，详细电路如图3所示。

图3 输液报警器外部电源供电电路图

从图3 可以看出，市电电压经BR1 桥式整流后经过由L1、C1、C2 组成的带通滤波器，得到+300 V 的脉动直流电压并加到变压器T 的初级线圈1、2 端；R1 为电源短路保护限流电阻，防止因负载过大而大面积烧毁芯片及其他电路；+5 V 输出端电压由变压器T 的次级线圈5、6 端经过整流管D1 整流，C6、C7 滤波后所得；R9、C5 组成保护电路，目的是防止整流管D1 被击穿短路。

电路中采用的RM3253S 芯片是一款基于线性隔离变压器设计采用原边反馈反激拓扑结构的电源管理芯片，具有有源功率因数校正（active power factor correction，APFC）功能。该芯片的特点是外围电路简单，低成本，高性能，电压适应范围宽，可在较宽的输入电压范围（如交流电压85～264 V）和宽频带下工作，体积、重量小，输出电压恒定；脉冲频率调制（pulse frequency modulation，PFM）控制模式使其工作频率随负载大小自动调节，负载越大，工作频率越高，稳定性越好，且在空载时工作频率可降至1 kHz 左右，大幅度地降低了待机功耗，节能、环保，可大范围取代5 W以下的功率电源。本设计中，芯片供电端1 脚电源在开机瞬间由R2、R3 降压后提供，R2、R3 电阻采用1/2 W 电阻，防止开机瞬间因峰值电压过大而烧毁芯片，电源正常工作时这两个电阻产生一定的热量；C4 是缓冲电容，设计目的是开机瞬间避免峰值电压过高而烧毁芯片，开机后由变压器T 的初级线圈3、4 端感应电压经过D3 整流后提供；芯片的取样电压由R4、R5、 R7 三个取样电阻分压提供，经过内部电路进行比较，差电压由芯片的5、6 脚输出、控制变压器T 的初级线圈1、2 端，这样就组成了一个锁相环路，使变压器T 的次级线圈5、6 端始终输出稳定的脉动电压。

1.2.2.2 内部电池的设计

除外部电源供电外，本设备还设计了4 节AAA高能量1.2 V 可充电电池供电，经实际临床使用，4 节南孚AAA 可充锂电池充满后的使用时间可达12～15 h。

1.2.3 单片机、工作和报警显示电路、床头呼叫器开关驱动电路、复位电路的设计

工作和报警显示电路、床头呼叫器开关驱动电路、复位电路的设计如图4 所示，R1、R2 为驱动三极管T 正常工作时的偏置电阻，R3、R4 分别为工作灯和报警灯的限流电阻。正常输液时，单片机输入端13、14 脚检测到的都是高电平，输出端6 脚输出低电平，输出端8 脚输出高电平，工作灯的绿灯闪烁，报警灯不工作；当需要换液、输液完成、针头阻塞、内部电池电量低等异常情况出现时，单片机输出端6、10 脚输出高电平，输出端8 脚输出低电平，工作灯和报警灯的红灯闪烁，同时单片机输出端10 脚输出的高电平使三极管T 导通，触发继电器闭合，自动接通床头呼叫器开关，提示医护人员来现场进行处置。

图4 单片机、工作和报警显示电路、床头呼叫器开关驱动电路、复位电路的设计

复位电路采用MAX811 专用复位芯片，按下复位键AN，消除各类报警，使单片机处于正常工作模式。

2 临床应用

2.1 一般资料

选取2021 年2—11 月于山东省德州市中医院内科系住院治疗的患者200 例，按照住院时间先后顺序分为两组，各100 例。对照组男50 例，女50 例；年龄20～80 岁，平均（49.06±5.32）岁；住院时间6～12 d，平均（6.78±0.47）d。观察组男50 例，女50 例；年龄20～75 岁，平均（48.76±3.47）岁；住院时间6～11 d，平均（6.52±0.33）d。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P＆gt;0.05），具有可比性[4]。本研究经医院医学伦理委员会审核批准（鲁德州市中医院医学伦理委员会字2021 第9 号），所有患者均对本研究知情并自愿签署同意书。

纳入标准：每天静脉输注液体均量100 ml 2 袋、250 ml 1 袋、500 ml 1 袋。排除标准：存在严重心血管系统、呼吸系统疾病；意识模糊不能配合研究。

2.2 方法

对照组采用传统的一次性输液器，按照护理级别巡视病房。

观察组安装输液报警器，将光电传感器夹在墨菲氏滴液管上方靠近瓶口处，将输液报警器上的连接线插到床头呼叫器上的按键开关内，打开输液报警器电源开关，观察输液报警器指示灯，1 min 内墨菲氏滴液管内无液体滴注时红色指示灯闪烁报警，液体正常流动后报警器显示正常，按下复位开关并挂在输液架上。

2.3 观察指标

（1）统计两组责任护士每天为观察输液情况而巡视病房的时间。（2）统计两组在输液治疗期间因换液、输液完成、针头阻塞等输液问题而打铃呼叫的次数。（3）统计两组患者及护士满意度[5]：向患者（每组100 例）及医护人员（每组20 名）分别发放满意度问卷调查表，90%以上项目满意为满意，75%～90%项目满意为基本满意，75%以下项目满意为不满意，调查表采取当场填写完毕后收回的方式；满意度=（满意份数+基本满意份数）/总份数×100%。

2.4 数据处理

采用SPSS 17.0 统计软件进行数据处理，计量资料以±s表示，采用t检验，计数资料以率表示，采用χ2检验，P＆lt;0.05 为差异有统计学意义[6]。

2.5 结果

观察组责任护士每天为观察输液情况而巡视病房的时间短于对照组，在输液治疗期间因换液、输液完成、针头阻塞等输液问题而打铃呼叫的次数少于对照组，患者及护士满意度均高于对照组，差异均有统计学意义（P＆lt;0.05），见表1。

表1 两组各指标比较

3 讨论

输液技术发明至今已经历了5 代，即人为机械式输液监视阶段、压力式输液监视阶段、电容式输液监视阶段、称重式输液监视阶段和光电式输液监视阶段。人为机械式输液监视是最原始的监视方式，沿用至今；压力输液监视的原理是利用自然大气压和瓶内药液产生的压力差来进行检测，缺点是输液瓶内需安装压力监测电极，一旦消毒不佳，输液瓶内的药液极易被污染，而且不适合于当下的输液袋[7]；电容式输液监视的原理是在输液瓶或输液袋的两侧绑定两个铜箔做电极，根据两个电极内液体的变化转换成电容容量的变化，进而再间接变成电信号的变化，缺点是安装过于复杂，专业性较强，使用不方便，误差较大[8]；称重式输液监视原理是通过输液瓶或输液袋中的药液量在输液过程中逐步减少的重量进行检测，缺点是由于现在的输液瓶和输液袋规格、大小不一，所以在每次使用前都需要针对输液瓶或输液袋的容量预设定重量值，且由于同种容量的液体因输液瓶和输液袋的薄厚不一而出现或液体残留很多，或液体输完未报警，所以失去了安装的意义[9]。本研究装置将光电传感器夹在墨菲氏滴液管上侧，即可实现换液、输液完成、针头阻塞的提示报警，操作极为简便，但亦有不足之处，即还不能实现对患者液体滴数和液体剂量的控制，无法实现高度智能化。产品有待改进。

输液安全是护理安全的重要内容之一，也是提高患者和陪护家属满意度的重要指标。通过在临床护理工作中使用该输液报警器，护士的工作更加有条不紊，大大提高了输液的效率，降低了医护人员频繁往返于患者身边进行巡视的工作强度，提高了患者的满意度[10]。