CN114129814B - 一种泵用输液器对输液精度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵用输液器对输液精度的控制方法，所述泵用输液器包括配套使用的输液泵组和输液器件；所述输液器件包括储液容器以及与所述储液容器相连的输液器组；采用高精度分析天平组对输液器组的输液量进行精度分析，依据时间、温度、流速与输液精度之间的单变量关系，构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型，以得到泵用输液器的输液时间、流速、温度对输液精度的控制结果。本发明具有的优点控制方法原理简单、成本较低、易于安装和维护，适用于输液器对输液精度影响的快速、精确研究，具有广阔的应用前景。

Description

一种泵用输液器对输液精度的控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械质控技术领域，尤其涉及一种泵用输液器对输液精度的控制方法。

背景技术

输液泵是一种用于对患者进行恒速静脉输注药液的医疗器械，输液过程中可以通过输液泵实时控制输液的速率、流向、压力等，进而实现临床输液过程的实时监测；输液泵搭配使用泵用输液器给患者输液在临床医疗中普遍可见，可以显著提升输液的质量。尤其是需要给重症患者注入急救药物、麻醉药物等药物时，泵用输液器和输液泵的配套组合起了至关重要的作用。因为输液泵能精准控制输液流速与时间，而泵用输液器则搭配输液泵用于精确定量给药。泵用输液器作为一次性医用耗材，输液精度关系着输液安全。在一些应急情况(比如失血病人需要大量快速补液)下，医生需要大幅提高输液泵设定流速，及时满足病人身体需求。此类输液泵通常被称作急救输液泵；或是在恶劣条件(比如低温、高温)下输液，环境温度的差异都会给输液任务带来严峻的挑战。如果医务人员不能掌握和把控输液精度的变化规律，则可能引发输液安全问题，存在输液风险。

近年来医疗领域越来越重视和关注输液安全和对输液质量控制的研究，输液质量不仅仅和输液泵本身的机械参数有关，还与其搭配的输液器、输液流速、输液环境的温度变化有关；输液流速、温度和时间均会影响输液精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种泵用输液器对输液精度的控制方法，通过控制不同输液温度、时间和流速，获得输液规律以及输液精度的变化规律，建立单变量和全变量总模型，以实现多通路同步探究输液时间、温度和流速对输液精度的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种泵用输液器对输液精度的控制方法，所述泵用输液器包括配套使用的输液泵组和输液器件；所述输液器件包括储液容器以及与所述储液容器相连的输液器组；所述输液泵组为所述输液器组中液体的流动提供驱动力；具体包括以下步骤：

S1、将储液容器、输液泵组以及输液器组置于恒温环境内，并依据重力输液原理分配储液容器、输液泵组以及输液器组的位置高度；

S2、采用高精度分析天平组对输液器组的输液量进行精度分析，依据时间、温度、流速与输液精度之间的单变量关系，获取单变量数据分析及散点图绘制；

S3、利用Origin软件对步骤S2所得实验数据进行拟合曲线、建模，再借助判定系数R^2来衡量实验数据的拟合度，最后建立时间、温度和流速分别与输液精度之间的单变量模型，同时利用1stOpt软件构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型，以得到泵用输液器的输液时间、流速、温度对输液精度的控制结果。

进一步地，在步骤S2中，采用电脑实时采集高精度分析天平组的实验数据。

进一步地，在步骤S3中，所述高精度分析天平组采用的是梅特勒MS-TS型分析天平。

进一步地，所述储液容器为水箱，所述恒温环境采用的是恒温恒湿的恒温箱，具体步骤如下：

S1、将水箱、输液泵组以及输液器组置于恒温箱内，并依据重力输液原理将水箱置于上方，使所述水箱和所述高精度分析天平形成高度差，便于所述输液器组的出口与所述高精度分析天平的称量器相连通；

S2、采用高精度分析天平组对输液器组的输液量进行精度分析，依据时间、温度、流速与输液精度之间的单变量关系，获取单变量数据分析及散点图绘制；

S3、利用Origin软件对步骤S2所得实验数据进行拟合曲线、建模，再借助判定系数R^2来衡量实验数据的拟合度，最后建立时间、温度和流速分别与输液精度之间的单变量模型，同时利用1stOpt软件构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型，以得到泵用输液器的输液时间、流速、温度对输液精度的控制结果。

进一步地，在步骤S2中，所述单变量关系的整体变化趋势是非线性的，所得单变量数据分析和散点图绘制的数据变化规律都是先快速变化再趋于平缓变化，而且是单调变化的。

进一步地，在步骤S2中，所述单变量关系包括时间-输液精度、温度-输液精度、流速-输液精度，依据所述单变量关系得到输液时间-实际流速数据和包含输液时间、温度、设定流速和实际流速误差的数据。

进一步地，所述输液时间-实际流速误差公式如下所示：

上式中,M_sum表示从输液开始到当前时间输出液体的重量，T_sum表示从输液开始到当前时间的总时间，

表示当前时间实际测量计算出的流速，V_set表示在输液泵上设定的流速，Δe表示实际流速误差。

进一步地，在步骤S3中，所述数学模型为对数模型，其中所述对数模型作为时间、温度分别与输液精度之间的数学模型，如下式(2)、(3)所示：

y＝clnt+m (2)

y＝blnk+m (3)

其中上式中，t、k分别代表时间、温度，y代表输液精度，c、b为系数，m为常数。

进一步地，在步骤S3中，根据温度不同，用对数模型和双曲线模型作为流速与输液精度之间的数学模型，如下式(4)、(5)所示：

温度为10～20℃时，y＝alnv+m (4)

温度为30℃时，

其中上式中，v代表流速，y代表输液精度，a为系数，m为常数。

进一步地，在步骤S3中，

温度为10～20℃时，总模型为y＝alnv+blnk+clut+m；

温度为30℃时，总模型为

本发明与现有技术相比具有的优点是：本发明相比于现有的单通路测量方法，可以提高输液器通路数，探究多种因素的影响；并且本发明的控制方法原理简单、成本较低、易于安装和维护，适用于输液器对输液精度影响的快速、精确研究，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明体现输液时间与输液流速误差拟合曲线图(曲线为拟合曲线，点为实测值)。

图中：1.恒温箱；2.温度计；3.水箱；4.输液器组；5.输液泵组；6.高精度分析天平组；7.电脑。

具体实施方式

本发明提供一种泵用输液器对输液精度的控制方法。下面结合附图和实施例对本发明予以说明。

一种泵用输液器对输液精度的控制方法，泵用输液器包括配套使用的输液泵组和输液器件，输液器件包括储液容器以及与储液容器相连的输液器组，输液泵组为输液器组中液体的流动提供驱动力。如图1所示，储液容器采用的是水箱；具体包括以下步骤：

S1、将水箱、输液泵组以及输液器组置于恒温箱内，并依据重力输液原理将水箱置于上方，使水箱和高精度分析天平形成高度差，便于所述输液器组的出口与所述高精度分析天平的称量器相连通；

S2、采用高精度分析天平组对输液器组的输液量进行精度分析，依据时间、温度、流速与输液精度之间的单变量关系，获取单变量数据分析及散点图绘制；

具体地，为了控制外部环境温度，本发明采用恒温恒湿恒温箱盛装水箱、输液泵组及输液器组；而水箱里灌满蒸馏水以用于模拟药液，并采用温度计实时监测水箱内的温度，待水箱内的温度与恒温箱设定的温度一致时，进行以下测量过程：

具体过程如下：

1)预备阶段：

采用输液泵组5对输液器组4进行标定；高精度分析天平组6通电预热，高精度分析天平组6水平调平并且进行校准；将高精度分析天平组6的称量器内装适量水，铺满一层石蜡油，确保输液器组的出液口被浸没，然后静置在高精度分析天平组上；在水箱3内加满水；输液器组4去掉滴壶及其以上部分；将温度计2插入水箱3内，以用于实时显示水箱3内液体温度，保证液体温度和恒温箱的环境温度的一致性；为了实时采集高精度分析天平组的实验数据将其与电脑相连，基于电脑内配备的称量软件，打开称量软件记录数据，5s记录一次。

2)测量阶段：

首先，依据重力输液原理分配储液容器、输液泵组以及输液器组的位置高度，即将水箱3放在位置高处，与高精度分析天平形成高度差，并将高精度分析天平组6连接电脑；

然后，将输液器组的输液导管与输液泵组5连接在一起，但是不装卡输液器，以减少对输液器组4的输液导管的挤压；接着根据需要设置输液泵组的参数和恒温箱的参数，启动恒温箱，待温度计2测量的水温和恒温箱1的显示温度达到设置的温度时，快排空气，当输液导管充满满足目标条件温度的液体后，打开温箱1门，关闭输液器组4的液夹；

随后，装卡输液器组4的输液器，打开止液夹，启动输液泵组5，关闭温箱1门，测量开始；

最后，输液完成后，停止输液泵组5，从电脑7的称量软件中导出数据至excel表格。

在上述方案的基础上，恒温箱通过控制空气的温度进而控制水箱内的水温，输液泵与输液器组配套使用，本发明的多组输液泵组合使用以实现多通路输液器组的精度测量。

S3、利用Origin软件对步骤S2所得实验数据进行拟合曲线、建模，再借助判定系数R^2来衡量实验数据的拟合度，最后建立时间、温度和流速分别与输液精度之间的单变量模型，同时利用1stOpt软件构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型，以得到泵用输液器的输液时间、流速、温度对输液精度的控制结果。

3)数据处理阶段：

第一步：针对步骤2)测量阶段获得的时间-输液精度、温度-输液精度、流速-输液精度的实验数据，具体内容如下：

首先，依据重力输液原理分配储液容器、输液泵组以及输液器组的位置高度，即将水箱3放在位置高处，与高精度分析天平组6形成高度差，并将高精度分析天平组6连接电脑7；

然后，将输液器组4的输液导管与输液泵组5连接在一起，但是不装卡输液器，以减少对输液器组4的输液导管的挤压；接着设置输液泵组5的流速为100mL/h和恒温箱1的参数为10℃、20℃、30℃，启动恒温箱1，待温度计2测量的水温和恒温箱1的显示温度达到设置的温度时，快排空气，当输液导管充满满足目标条件温度的液体后，打开恒温箱1门，关闭输液器组4的液夹；

随后，装卡输液器组4的输液器，打开止液夹，启动输液泵组5，关闭恒温箱1门，测量开始24h后输液完成，停止输液泵组5，从电脑7的称量软件中导出数据至excel表格；基于本领域公知的单变量实验原理，在温度和输液流速都固定的情况下，随着输液时间的增加，高精度分析天平组6称量输出液体的重量，进行上述实验过程以获得时间-输液精度、温度-输液精度、流速-输液精度的实验数据。

第二步：根据上述获得的实验数据进行常规技术手段的单变量数据分析及散点图绘制，进而得到实验数据整体的变化趋势是非线性的，数据变化的规律都是先快速变化再趋于平缓变化，而且都是单调变化的，故利用Origin软件对实验数据进行拟合曲线、建模，再借助判定系数R²来衡量数据的拟合度，并选择对数模型作为单变量模型，即对数模型作为时间、温度分别与输液精度之间的数学模型，如下式(2)、(3)所示：

y＝clnt+m (2)

y＝blnk+m (3)

其中上式中，t、k分别代表时间、温度，y代表输液精度，c、b为系数，m为常数。

接着，根据温度不同，用对数模型和双曲线模型作为流速与输液精度之间的数学模型，如下式(4)、(5)所示：

温度为10～20℃时，y＝alnv+m (4)

温度为30℃时，

其中上式中，v代表流速，y代表输液精度，a为系数，m为常数。

在上述方案的基础上，构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型采用的是三对数模型和对数+双曲线模型，温度为10～20℃时，

总模型为y＝alnv+blnk+clnt+m；

温度为30℃时，

总模型为

具体地，在上述100mL/h流速实验中，依据所述单变量关系得到输液时间-实际流速数据和包含输液时间、温度、设定流速和实际流速误差的数据如图2所示，其中，基于上述实验数据所得输液时间-实际流速误差公式如下所示：

上式中,M_sum表示从输液开始到当前时间输出液体的重量，T_sum表示从输液开始到当前时间的总时间，

表示当前时间实际测量计算出的流速，V_set表示在输液泵上设定的流速，Δe表示实际流速误差。

在上述方案的基础上，泵用输液器优选为一次性泵用输液器，高精度分析天平优选为梅特勒MS-TS型分析天平，量程3200g、精度0.01g。

4)数据结果：

①一次性泵用输液器在输液过程中，随着输液时间的增加，实际输液流速减小。随着温度的升高，实际输液流速增大。

②随着输液时间的增加，实际输液流速不断减小，在输液开始后的前1～2小时，是实际输液流速的快速衰减期，输液流速误差变化明显。

③当输液泵组设定的流速越大，在相同的时间内，实际输液流速衰减得越快，设定的流速越小，实际输液流速衰减得越慢。

④输液时间和输液精度之间的数学模型符合对数模型，系数始终小于0，输液流速误差变化始终呈下降趋势；模型预测值和真实值之间的相对误差基本均小于10％，绝大多数误差小于1％，且R²均大于0.99，模型具有极高准确性和有效性。

⑤输液流速和输液精度之间的数学模型在10℃和20℃之间符合对数模型，系数始终小于0。在30℃条件下，符合双曲线模型。模型预测值和真实值之间的相对误差基本均小于10％，且R²均大于0.96，模型具有极高准确性和有效性。

⑥输液温度和输液精度之间的数学模型符合对数模型，系数始终大于0，输液流速误差变化始终呈上升趋势。R²均大于0.99，拟合优度极高。

⑦使用一次性泵用输液器在10℃条件下以100ml/h流速输液一小时的流速误差已经大于5％，所以要尽量避免在10℃甚至更低温度条件下进行流速大于100ml/h的中高速输液操作。在20℃以下进行中高速输液时，实际输液流速小于输液泵设定流速，应尽量选择在20℃以上或温度较高的环境下进行中高速输液，这样可以控制输液流速误差在较长时间内保持在正常范围内,保证输液安全进行。

⑧在10℃到20℃之间，输液时间、输液温度、输液流速与输液流速误差之间的总模型为y＝-0.03663lnv+0.0986lnk-0.00772lnt-0.11572，该模型相关系数R为0.96，说明各变量与因变量之间存在明显相关性，判定系数R²为0.93，拟合优度高；在30℃条件下，输液时间、输液流速与输液流速误差之间的总模型为

相关系数R为0.99,说明各变量与因变量之间具有极强相关性，判定系数R²为0.985，拟合优度极高。本发明所建立的两个模型的预测值与真实值的误差也基本均小于10％，即模型预测精度高，说明所建模型具有较高准确性和有效性。

在上述方案的基础上，本发明涉及三个变量，分别建立时间、温度、流速与输液精度之间的单变量模型，通过对获取的实验数据进行单变量数据分析以及散点图绘制，能发现实验数据整体的变化趋势，利用Origin软件对实验数据进行拟合曲线、建模，再借助判定系数R^2来衡量数据的拟合度，最后建立时间、温度和流速分别与输液精度之间的数学模型，同时可利用1stOpt软件构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型，综合考虑输液器输液时间、流速、温度对输液精度的影响。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种泵用输液器对输液精度的控制方法，其特征在于，所述泵用输液器包括配套使用的输液泵组和输液器件；所述输液器件包括储液容器以及与所述储液容器相连的输液器组；所述输液泵组为所述输液器组中液体的流动提供驱动力；具体包括以下步骤：

S1、将储液容器、输液泵组以及输液器组置于恒温环境内，并依据重力输液原理分配储液容器、输液泵组以及输液器组的位置高度；

S2、采用高精度分析天平组对输液器组的输液量进行精度分析，依据时间、温度、流速与输液精度之间的单变量关系，获取单变量数据分析及散点图绘制，进而得到实验数据整体的变化趋势是非线性的，数据变化的规律都是先快速变化再趋于平缓变化，而且都是单调变化的；

其中，所述单变量关系包括时间-输液精度、温度-输液精度、流速-输液精度，依据所述单变量关系得到输液时间-实际流速数据和包含输液时间、温度、设定流速和实际流速误差的数据；

其中，所述输液时间-实际流速误差公式：

其中,M_sum表示从输液开始到当前时间输出液体的重量，T_sum表示从输液开始到当前时间的总时间，

表示当前时间实际测量计算出的流速，V_set表示在输液泵上设定的流速，Δe表示实际流速误差；

S3、利用Origin软件对步骤S2所得实验数据进行拟合曲线、建模，再借助判定系数R∧2来衡量实验数据的拟合度，最后建立时间、温度和流速分别与输液精度之间的单变量模型，同时利用1stOpt软件构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型，以得到泵用输液器的输液时间、流速、温度对输液精度的控制结果；

所述单变量模型为对数模型，其中所述对数模型作为时间、温度分别与输液精度之间的数学模型，如下所示：

y＝clnt+m

y＝blnk+m

其中，t、k分别代表时间、温度，y代表输液精度，c、b为系数，m为常数；

其中，根据温度不同，用对数模型和双曲线模型作为流速与输液精度之间的数学模型，如下式所示：

温度为10～20℃时，y＝alnv+m

温度为30℃时，

其中，v代表流速，y代表输液精度，a为系数，m为常数；

其中，构建时间、流速、温度和输液精度之间的总模型采用的是三对数模型和对数+双曲线模型，其中，

温度为10～20℃时，总模型为y＝alnv+blnk+clnt+m；

温度为30℃时，总模型为

2.根据权利要求1所述的一种泵用输液器对输液精度的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，采用电脑实时采集高精度分析天平组的实验数据。

3.根据权利要求1所述的一种泵用输液器对输液精度的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述高精度分析天平组采用的是梅特勒MS-TS型分析天平。

4.根据权利要求1所述的一种泵用输液器对输液精度的控制方法，其特征在于，所述储液容器为水箱，所述恒温环境采用的是恒温恒湿的恒温箱，所述步骤S1具体如下：

S1、将水箱、输液泵组以及输液器组置于恒温箱内，并依据重力输液原理将水箱置于上方，使所述水箱和所述高精度分析天平形成高度差，便于所述输液器组的出口与所述高精度分析天平的称量器相连通。

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