医用输液泵用气泡检测装置机械结构设计及工艺实现.docVIP

医用输液泵用气泡检测装置机械结构设计及工艺实现 　　摘 要：本例中通过分析医用输液泵上气泡检测的作用，适用的输液器管路尺寸，结合临床适用范围，确定气泡检测精度和超声波检测原理。通过机械结构布局设计、关键细节验证、气泡壳体材料及工艺的选择、灌封胶种类选择、灌封过程参数的设置、工装设计等，完成了气泡检测装置的机械设计，并且成功的应用在临床上。 　　关键词：医用输液泵；气泡检测；超声波原理；机械结构设计；工艺实现 　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.269 　　0 引言 　　医用输液泵是一种能够准确控制输液流速，保证药物能够速度均匀，药量准确并且安全地进入病人体内发挥作用的一种仪器。输液泵广泛应用在ICU、儿科、急诊、外科、内科等各个科室。输液泵内置了流速检测、压力检测、气泡检测等传感器，实时监测输液过程，如果出现异常，触发声光报警，减轻了护士的工作量，保证了病人安全。 　　1 气泡报警原理及关键件选择 　　1.1 气泡检测报警临界值的确定 　　在病人输液过程中，有少量气泡进入血液后可以溶解，不会有明显影响，如果大量气泡进入血液，可能导致气体栓塞，危及生命。所以在输液过程中对气泡的监测就必不可少，在输液泵专业标准中气泡检测是强制要求。不同年龄、性别、体质的病人对气泡大小的承受力不同，医用输液泵试用于各个科室，尤其是新生儿，考虑到使用范围以及风险等级，在气泡传感器设计中，结合软件硬件部分，确定40微升为报警的临界点。 　　1.2 超声波检测原理的选择 　　目前气泡检测传感器设计有超生波检测、红外线检测等原理，为了能够达到要求的灵敏度，以及重复性，我们选择了超声波原理。经过不同介质时，超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化不同。利用这个原理，在输液器管路两侧分别有发射端和接收端，当输液管路中有药液通过和有气泡时，接收端的能量变化不同，通过硬件电路处理，可以判断是否有气泡。当输液管路内气泡体积达到临界点时，即启动气泡报警，输液停止，防止气泡进入人体。 　　1.3 确定压电陶瓷片规格 　　压电陶瓷片作为超声检测元件，应用广泛。本例中发射端和接收端都选择压电陶瓷片。 　　目前市场上主流的输液泵都是兼容所有品牌和种类的输液器，其管路大部分外径是5mm左右，壁厚是0.3-0.6mm。考虑到适用的输液器管路尺寸，电容和频率等参数，以及硬件信号收集和处理，确定压电陶瓷片的尺寸为直径8mm，厚度1mm。 　　2 气泡检测装置结构设计 　　2.1 结构设计总体要求 　　关键部件选定之后，需要考虑适应于输液器安装的气泡检测装置的结构了。首先，使用时输液器管路需要安装在发射端和接收端之间，位置须居中。其次，输液器管路需要和检测部分贴合紧密，防止其中间隙导致的气泡检测不准确。再次，整个气泡检测装置是与操作者接触的，需要考虑管路安装方便性以及防水性能。基于以上几点，在气泡传感器结构设计方面要综合考虑，做到功能兼顾。 　　2.2 管路安装位置的宽度设计 　　适用的输液器管路壁厚差别大，从0.3mm到0.6mm， 将输液器管路安装在检测部件中间时，需要使输液器管路完全贴合侧边，并且能使药液顺畅留下。初步确定管路安装宽度在2.0mm到3.0mm之间。 　　2.3 安装方便性以及防水性能设计 　　每次使用时，都需要操作者将注射器管理安装在气泡检测装置上，所以安装方便性直接关系到使用者的体验，并且防水等级要达到IPX4，即从各个角度泼水，水不得进入。基于这一点，在设计时考虑压电陶瓷片需要全封闭在内部，确定采用一体化的气泡壳体设计方案。这样即能达到设计要求，有能简化后续的组装工艺。 　　2.4 输液管路和气泡壳体贴合部分设计 　　为了保证输液管路和气泡壳体贴合紧密，气泡壳体上与管路接触部分形状需要着重设计。初步设计时暂定了弧面和直面两种方式，曲率考虑了输液器管路壁厚以及硬度等参数，通过实验件的验证确认最优形状。 　　此外，气泡壳体上与管路配合处的表面粗糙度要求达到Ra0.8以上，否则接触部分的微小间隙会影响气泡检测的效果，导致误报警，增加操作者的工作量。 　　2.5 压电陶瓷片的位置和固定 　　为了保证发射端和接受端对中，并且居于输液器管路安装的中心，则压电陶瓷片安装的位置需要保证。本例中根据压电陶瓷片的形状，在气泡壳体上做了定位筋。压电陶瓷片与壳体上的筋位相对紧配，保证安装位置。压电陶瓷片安装在气泡壳体上之后，需要固定，并且在压电陶瓷片前端需要填充，防止有气泡对检测信号造成干扰。 　　2.6 气泡检测结构细节设计 　　通过以上几点的功能以及实现形式的分析，初步确定大体的结构。气泡检测结构示意图如图1所示。细节部分的尺寸经过几次测试和验证，得到最优值。确认气泡壳体上安装输