基于TRIZ理論的一種智能加熱加壓輸液裝置設(shè)計

張永慧 馬筱佳 王婷婷 劉歡 李佳鑫 李國利

摘?要：基于發(fā)明問題解決理論（theory?of?inventive?problem?solving，TRIZ）的系統(tǒng)化創(chuàng)新方法，提出一種智能加熱加壓輸液裝置進(jìn)行改造創(chuàng)新的綜合方法。通過臨床上了解輸液裝置的當(dāng)前狀況，并通過分析傳統(tǒng)輸液裝置和改良后輸液裝置的問題和矛盾等內(nèi)容，采用了最終理想解、技術(shù)矛盾、物理矛盾和物—物分析TRIZ等工具，改進(jìn)形成新型智能加熱加壓輸液裝置。

關(guān)鍵詞：輸液;智能;加熱;加壓

傳統(tǒng)的輸液方式因為受到了輸液動力的限制，只能采用輸液架來輔助病患輸液，并且存在于很多不方便的地方，患者活動范圍受到了限制，需要有人照看;站地及轉(zhuǎn)運過程中使用不方便，不能安全有效地進(jìn)行輸液;不能精確地輸液;輸液速度慢;如果輸入大量低溫液體，容易導(dǎo)致病人二次傷害。在急救和一些特殊治療時，需要快速補充液體。當(dāng)前是利用注氣或選用大口徑的穿刺針或?qū)Ч?，來對液體行加壓。但是壓力不能穩(wěn)定和持久，重復(fù)性操作又費時費力，不適合在臨床治療輸液輸血。有學(xué)者研究表明常見的加壓輸液裝置中大多數(shù)是實現(xiàn)外在的氣囊壓力作用，但會隨著輸液袋中的液體減少而降低壓力[12]。對于特殊病情或急救患者需要快速補充輸液，傳統(tǒng)的輸液裝置就無法滿足要求，從而錯過了最佳的搶救時間。另外，一般的加壓輸液裝置為一次性用品，如果遇到寒冷情況，就無法對液體進(jìn)行加熱處理，給病人造成新的不適，不僅增加了患者的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，同時還對輸液裝置材料造成浪費[3]。因此本文通過TRIZ理論解決了輸液裝置的壓力、加熱和體積的矛盾和問題。

1?方案研究

輸液在臨床給病人治療時運用廣泛，在醫(yī)院使用的輸液裝置中，普遍運用傳統(tǒng)輸液方式，原理是依靠重力將藥品流入人體，但流速不能精確控制，病人在寒冷狀態(tài)下，輸入冷液體對身體有較大的傷害。在現(xiàn)有的設(shè)計技術(shù)中，有加壓恒溫裝置，但不利于回收，并且成本偏高，效率慢，人工耗費大。本文研究的主要目的是解決現(xiàn)有輸液裝置的不足，提高性能和降低裝置運行成本。

1.1?問題分析

目前，臨床上廣泛使用的輸液器和輸血器在使用時，容器基本上是采用垂直懸掛式，通過依靠地心引力的作用給患者輸液或輸血，有學(xué)者表明，這種方法存在明顯的缺陷，需要護士手動控制液體的流速，無法準(zhǔn)確達(dá)到臨床合適的輸液速度，而且只依靠地心引力或者人為擠壓的方法來調(diào)節(jié)輸液速度不符合當(dāng)今現(xiàn)代化、智能化[4]。因此我們想要改善壓力方面的問題，在生活中有的裝置我們對其分析可以得到他們的優(yōu)缺點，例如在改變壓力的同時也會改變它的體積。我們首先進(jìn)行系統(tǒng)分析如圖1所示。

圖1?功能分析

1.2?問題轉(zhuǎn)化與求解

TRIZ理論的問題模型包括技術(shù)矛盾、物理矛盾等矛盾。通過有矛盾矩證表查得發(fā)明原理，如下表所示：

利用因果鏈工具可以看出病人在輸液的時候會感覺身體不適，那么感覺不適的原因是由血液回流，液體溫度太低或是當(dāng)時所處的環(huán)境溫度太低所導(dǎo)致的。然而我們追溯到下一層面可以看出之所以血液會回流是因為壓力的改變，或者就是輸液袋里的液體減少，或者就是病人可能移動了輸液袋的位置。

我們可以得到以下解決方案：

方案1：用電機驅(qū)動注射器或注射裝置活塞，或使用充氣泵給輸液瓶中充氣加壓，通過反饋電路控制電機來調(diào)節(jié)活塞壓力，或控制瓶中壓力，實現(xiàn)快速補液，以此來改善壓力問題。

方案2：設(shè)置一個擠壓裝置來調(diào)節(jié)壓力問題，以此來解決血液回流的問題。擠壓形式可分手動擠壓、電動擠壓、氣動擠壓和液壓擠壓。手動擠壓是通過人工擠壓形成壓力，電動擠壓是通過螺絲桿轉(zhuǎn)動推進(jìn)加壓，氣動擠壓是通過壓縮氣體驅(qū)動氣缸加壓，液壓是利用抽液泵強迫液體增壓驅(qū)動柱塞升起加壓。在這里我們使用氣動裝置來實現(xiàn)加壓問題。

方案3：可以按呼叫鈴讓護士來進(jìn)行人工加壓，需要一個液體監(jiān)控器當(dāng)液體少于一定程度的時候可以發(fā)出警報，讓護士來看是否需要繼續(xù)添加藥品[5]。

方案4：設(shè)置一個氣囊然后在外面弄一個充氣裝置，另外需要一個壓力傳感器，以此來感知輸液袋內(nèi)需要的藥品的多少。把這個充氣裝置套在輸液袋的外面，這樣可以實時監(jiān)控液體變化，等液體到一定位置的時候可以發(fā)出警報。

通過物理矛盾，解決的是實現(xiàn)矛盾雙方的分離，分離原理包括：空間分離、時間分離、條件分離以及整體與部分分離四種類型。針對這一矛盾通過空間分離我們可以分析出采用發(fā)明原理3局部質(zhì)量以及發(fā)明原理5組合我們可以得到：

方案5：把莫非式滴管改變成其他形狀以便于液體的流出，這樣可以控制液體流出的速度。

方案6：將莫非式滴管上面的輸液管的橫截面積擴大，這樣可以增加液體輸出量。

另外我們團隊還討論得出結(jié)論輸液裝置的壓力應(yīng)該是可以根據(jù)病人的病情調(diào)節(jié)的，所以應(yīng)該設(shè)有調(diào)節(jié)中心。

方案7：把輸液袋的形狀改成梨形或者其他形狀，在方案4的基礎(chǔ)上我們可以加上一個加熱線圈和一個溫度傳感器，這樣可以改善液體溫度過低的問題。

1.3?方案分析

方案1：通過控制電路壓力或控制瓶中壓力，實現(xiàn)快速補液，來改善壓力問題。

方案2：通過使用氣動裝置來實現(xiàn)加壓問題。

方案3：通過安裝一個液體監(jiān)控器，當(dāng)液體少于一定程度的時候可以發(fā)出警報。

方案4：通過設(shè)置一個氣囊然后在外面弄一個充氣裝置，一個壓力傳感器，以此來感知輸液袋內(nèi)需要的藥品的多少，等液體到一定位置的時候可以發(fā)出警報。把這個充氣裝置套在輸液袋的外面，既可以增加壓力，又可以實時監(jiān)控液體變化。

方案5：通過將莫非式滴管改變形狀來使液體容易流出。

方案6：通過將莫非式滴管上面的輸液管的橫截面積擴大來增加液體輸出量。

方案7：通過把輸液袋的形狀改成梨形或者其他形狀，在方案4的基礎(chǔ)上我們可以加上一個加熱線圈和一個溫度傳感器，這樣可以改善液體溫度過低的問題。

方案8：方案4和方案7結(jié)合在一起得到一種加壓加熱的裝置。

2?結(jié)論

經(jīng)過綜合考慮，我們決定采用的是方案8即方案4和方案7合并而成的。它的有益效益在于：

（1）該實用新型產(chǎn)品的目的是在于提供一種智能加熱加壓輸液裝置，根據(jù)患者的病情的需要智能調(diào)節(jié)出最合適的輸液速度及壓力，同時具有加熱功能可以對液體進(jìn)行加熱，來提高患者輸液時的舒適度。該實用新型產(chǎn)品提供以下技術(shù)方案：這是一種智能加熱加壓的輸液裝置，其包括氣囊、加熱線圈、充氣裝置、壓力傳感器、溫度傳感器以及微處理器，氣囊會套裝在輸液袋外面，加熱的線圈設(shè)置在氣囊內(nèi)壁，充氣裝置通過進(jìn)氣管與氣囊連接，微處理器分別和充氣裝置加熱線圈、壓力傳感器以及溫度傳感器相連接。

（2）氣囊為雙層帽子型氣囊，開口處設(shè)有用于收口的收拉繩，氣囊的套裝在輸液袋袋體外并與輸液袋袋體形成密封腔體：輸液袋接頭處設(shè)有壓力傳感器與溫度傳感器;輸液袋為倒梨形，由PP、PE、硅膠、PA或SEBS等材料中的一種制成。加熱的線圈是由金屬加熱導(dǎo)線制成。本實用新型產(chǎn)品的有益效果在于：①通過微處理器智能化調(diào)節(jié)輸液袋內(nèi)的壓力和溫度，可以調(diào)節(jié)出最合適的輸液溫度和速度，滿足特殊環(huán)境和不同患者的需求;②輸液袋為倒梨形?？蓪崿F(xiàn)液體的充分流出;③輸液裝置整體結(jié)構(gòu)組成簡單，成本低，可靠性高。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：重慶市高等教育學(xué)會高等教育科學(xué)研究項目（項目編號：CQGJ17149B）;重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校人文教改項目（項目編號：2018xjz14）;重慶三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)校人文教改重大項目（項目編號：2016xjzd03）;重慶市高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：193384）

作者簡介：張永慧（1988—?），女，漢族，博士研究生，重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W(xué)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)部藥理教研室，副教授，研究方向：TRIZ創(chuàng)新方法研究。

*通訊作者：李國利（1980—?），男，漢族，碩士研究生，副教授，研究方向：TRIZ創(chuàng)新方法研究。