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物理原理控制的自动换瓶装置不但能极大地减轻护士劳动强度，减少护患纠纷，提高患者的休息质量等，还具有结构简单、使用方便、不耗电等特点。特别是浮球阀门控制的自动换瓶输液头，其利用特殊的浮球控制机制，即前端输送液体时浮球阀门上浮，关闭当前输液头通道，实现当前输液瓶输注等待；当前端输送空气时，浮球阀门下沉，打开当前输液瓶通道，实现当前输液瓶继续输注液体，从而实现自动换瓶。本团队前期分别研究了硬瓶输液时浮球阀门控制自动换瓶装置及软袋输液时浮球控制自动换瓶装置[1-4]。然而，医院在进行输液治疗时往往会同时采购软瓶、硬瓶或者不软不硬的容器来容纳的液体，特别是现在常用的塑料硬瓶（不软不硬，开始输注时不需进气，后段时间的输注才需进气），极大地局限了浮球控制的用于单纯硬瓶或单纯软瓶自动换瓶输液头的使用范围。如能对输液头进一步改造，整合用于单纯硬瓶和单纯软袋控制原理，并在两种原理间实现自动选择，最终实现用浮球阀门控制的能够在硬瓶、软瓶或不软不硬瓶中均能使用的自动换瓶输液头，即通用型自动换瓶输液头，就将更加扩展浮球控制自动换瓶输液头的使用范围和便利性。

1 研究目标

浮球阀门控制的通用型自动换瓶输液头是自动换瓶输液头研究的终极目标，但其技术难点也显而易见，即要在同一个输液头中整合两种控制原理（用于硬瓶的和软袋的自动换瓶原理），并实现自动选择、自由切换其控制原理。简单地说，用于硬瓶的自动换瓶输液头核心原理是利用浮球阀门控制当前输液瓶适时进气[1-2]；用于软袋的自动换瓶输液头核心原理是实现当前软袋如何实现输注等待并适时终止等待[3-4]。本研究就是要在同一个输液头中把这两个原理整合好，同时解决其他一些细节问题，如软瓶输液时返流的问题，硬瓶输液时的瓶内主动抽液和被动吸气问题（因为同时打开导气管和导液管时，阀门室内的空气不会主动进入硬瓶内，而需要对瓶内进行主动抽液，再导致被动进气）等。

2 方法

为整合两种自动换瓶输液头控制原理并实现自动选择、自由切换控制原理，本团队的技术方案是：设计浮球控制的通用型自动换瓶输液头，其由四个开口、两条横向主要通道、两条纵向通道和阀门室、浮球阀门构成。四个开口分别是入液体管口、出液体管口、导气口及导液口，三条主要通道分别是由入液体管口连接导气口构成的进气道、由导液口连接出液气管口的出液道、由入液管口和出液管口构成的短路通道。前面输液瓶开始输注时，该输液头启用短路通道，即通过阀门控制阻断进气道和出液道，使该输液头控制的输液瓶实现输注等待（即等待前一瓶输注完毕自己才开始输注，避免药品混合）。输注等待结束后（即前一瓶输注完毕），当该输液头控制的当前输液瓶为硬瓶时，该输液头在浮球阀门的控制下启用进气道进气，同时启用出液道出液，实现当前硬瓶开始输注，自动换瓶完成。当该输液头控制的当前输液瓶为软袋时，则该输液头在浮球阀门的控制下开启进气道和出液道同时进行输注（因不需进气，因而进气道也有液体输注），当前软袋自动换瓶完成，技术原理见图1[5-7]。

3 结果

3.1 建模研究

为了测量并验证通用型自动换瓶输液头功能，本研究建立了一个功能模型（放大型），并在入液管口、出液管口及导气管口和导液管口处分别放置液体测速装置，以时间为横轴，截取换瓶时间节点前后几秒，以流速为纵坐标形成坐标曲线图如图2所示。

当模拟应用于硬瓶输液时，从图2a可以看出，前1～2 s，该输液头仅提供通道，入量=出量。出液管口其流速始终没有变化，说明该管口没有断流，这时导气管及导液管均没有液体经过，有效避免了药液混合。当入液管口流速降为“0”，即前一瓶液体输注完毕时，前瓶的空气经导气管口进入硬瓶，而硬瓶内的液体经导液管口流出，且出液管口流速始终保持不变。当模拟应用于软瓶输液时，从图2b可以看出，前1～2 s，该输液头仍仅提供通道，入量=出量。导气管和导液管均没有液体经过，避免液体混合。当前一瓶输注完毕，即入液管口流速降为“0”时，导气管口和导液管口均有液体通过，且其两者流速之和与原出液管口流速相等。从以上两个图可以看出，浮球阀门发挥作用的时间在第2～3 s。

3.2 具体实施

如图3所示，为了便于加工，本设计加大了阀门室，加大了浮球（便于做成空心的以增加浮力），由于输液头下端体积较大，又做成了扁的多面体形，因而删除了握持手柄。其基本结构为：主体中央为六边形的浮球阀门室，其上端有三个开口，左边的两个开口为浮球阀门杆的滑槽，右边的开口为导气管开口。阀门室右边顶端有入液气管开口，其末端通过软管连接前一输液头的出液气管。阀门室下端有联络通道开口连通出液气管。主体基座的上端连接插入杆，杆内有两条通道：导气管和导液管，其下端均连接滑竿阀门。导气管经阀门后开口于阀门室，导液管经阀门后绕开阀门室开口于出液气管。出液气管再经软管连接后一输液头的入液气管。基于工作需要和防返流考虑，特强调以下细节：① 浮球阀门共高度（包括滑竿阀门）要同阀门室的高度及阀门高度相适应，要做到浮球下沉到底时，滑竿阀门还有三分之一在滑槽内，不能全部进入阀门室内。浮球完全上浮时滑竿阀门刚好完全进入滑槽，滑竿阀门滑动三分之一时就开始关闭阀门，滑动到三分之二时阀门完全关闭；② 阀门室的高度及浮球的浮力要适当，且入液气管开口位置要高。整体要满足这个条件，即当阀门室内的液体快要进入入液气管口时（返流）浮球应上浮，打开联络通道开口，阻止阀门室内液面继续上升，从而防止返流。

3.2.2 使用方法及注意事项

本产品为一次性使用产品，每个产品包含3～4个输液头。使用时，首先进行排气操作，先去掉第一个输液头的保护套，插入第一袋液体内，然后用支架固定后面所有的输液头并使其始终保持近似垂直状态。软瓶时，第一瓶内的液体以脉冲方式流进第一个输液头的阀门室内，汇同导液管内的液体一起流向出液气管，再经连接管进入第二个输液头的浮球阀门室内，然后上浮该浮球阀门，阀门关闭，防止液体从液体管道开口溢出，液体流经该输液头，同理，液体最终流进墨菲氏滴管，经控速阀门后流入穿刺针内。第二步是完成排气操作后，再添加输液软袋的操作。这个步骤可以按照护士的意愿来进行，可以一次性把全部输液头都挂上软袋液体（除去保护套插入瓶塞即可），也可以选择性地挂一袋、二袋等，既可以选择现在挂，也可以选择在前一瓶输注完毕之前的任何时间挂上，切记一定把没有挂上软袋的输液头用保护套套好，防止污染。第三步，如果有一次输注3～4个后还要继续输注的需求的话，可以进行以下操作，即在最后一袋输注完毕后立即关闭调速阀门，然后把第一个输液头插入新的软瓶内，把后面的输液头分别依次从空瓶内拔出，当液体通过该输液头后即可用插入原空瓶或新的液体瓶或用保护套套好均可。或者在最后一瓶液体没输完就关闭调速阀门，把最后一瓶转移到第一瓶位置，然后再把后面的输液头依次从空瓶内拔出，待其通过液体后再插入原空瓶或新的液体瓶或保护套均可。如果当时没有换成新的输液瓶，那么护士可以在前一瓶输液的任意时间内换上新输液瓶。

4 讨论

医用输液的安全问题一直以来是研究热点，从最早的输液报警装置的研究[8-9]，只能起到提醒作用，没有转化为实际行动，问题没有得到根本解决。后来研究热点转换到自动换瓶装置上来。自动换瓶装置又有多种原理及方案。有利于液压变化来实现自动换瓶，有利于微电脑自动智能控制换瓶，有利于流体力学来进行自动换瓶等。这些方案中，有些存在明显缺陷，如利用压力变化来实现自动换瓶的装置没有解决药液连通混合的问题；有些装置使用很不方便，结构复杂可靠性低，如微电脑自动智能控制换瓶装置；有些加工复杂、使用条件苛刻，如利用流体力学来自动换瓶的装置[10-14]。在自动换瓶装置研究中，原理简单、加工便捷、使用方便（特别是便于移动）、可靠性高且不耗电的就是浮球阀门控制的自动换瓶装置[15-17]。

浮球阀门控制自动换瓶装置最先是应用于硬瓶输液，其通过应用浮球阀门控制硬瓶内适时进气从而来控制硬瓶开始输注的时机，最终实现自动换瓶功能。该装置加工方便，特别是浮球及阀门加工精度要求不高，应用条件宽泛，可靠性极高。但在临床上硬瓶输液（玻璃瓶）非常少，偏硬的塑料瓶也只占临床总输液瓶的30%左右，70%使用的是软袋输液。因此，本研究开发并设计了基于浮球阀门控制的适用于软袋输液的自动换瓶装置，极大地拓宽了浮球阀门控制的自动换瓶装置的应用范围。其应用浮球阀门巧妙地解决了软袋输液时控制当前软袋的输液头的输注等待和等待终止两大功能。即当前一袋没输注完就等待，输注完后就终止等待并开始输注，实现自动换瓶。这样，在临床上要准备两种自动换瓶输液头，输液时要筛选硬瓶和软袋，虽然单纯硬瓶或软袋输液时使用方便，但针对临床混合使用硬瓶和软袋甚至不软不硬瓶的情况使用起来并不十分方便，因此，开发出一种能混合使用的基于浮球控制的自动换瓶装置势在必行。特别是当前的塑料硬瓶由于塑料太薄的缘故构成一个中间状态，即早期像软瓶不需进气，后期像硬瓶必须进气，这样“复杂”的容器进行输液，用单纯的硬瓶或单纯的软瓶输液自动换瓶输液头均不适用，只有用通用型才行。

本研究利用浮球阀门控制原理，在输液头上进行改造，即整合单纯硬瓶时浮球阀门控制适时进气和单纯软袋时浮球阀门控制输注等待及适时终止等待这两个原理，巧妙设计三个通道，即进气通道、出液通道及短路通道，前两个通道均有浮球阀门控制开闭，当前两个通道均关闭时短路通道开放，输液头控制的输液瓶暂时“隐形”。当前一瓶输注完毕后，通过浮球阀门的控制，实现需要进气就进气、不需要进气只需要开放通道的就只开放通道的功能。实现了在两个原理间自由、自动选择、切换。

通过两个单纯换瓶原理的整合，浮球控制的通用型的自动换瓶输液头能够更广泛地应用于临床，临床在应用时就不用顾忌其输液瓶的软硬性，极大地扩大了浮球控制自动换瓶输液头的适用范围，减少了对医院采购输液容器的限制。但与此同时，其阀门制造精度要求高，材料既要安全又要较轻，使用时还必须尽量使其保持近似垂直，这些所有浮球阀门控制自动换瓶装置共性的缺点也是不能忽视的。

5 结论

浮球控制通用型自动换瓶输液头产品巧妙融合硬瓶和软袋输液的自动换瓶原理，结构小巧、加工便捷、可靠性高，使用极为方便。

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[3]沈颖惠,刘玮,刘诗舫,等.一种用于软袋输液的自动继液输液头:中国.201410730843.7[P].2017-2-22.

[4]刘玮,沈颖惠,邹进,等.一种基于浮球阀门控制的自动换瓶装置研究[J].中国医疗设备,2017,32(4):46-49.

[5]沈颖惠,刘玮,刘志刚,等.医用输液自动换瓶仪:中国.201110356253.9[P].2013-4-24.

[6]刘玮,沈颖惠,米明,等.一种医用输液自动换瓶装置的研究[J].临床医学工程杂志,2014,9(21):1087-1088.

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一种浮球控制通用型医用输液自动换瓶装置的研究