CN115177820A - 输液加温测速控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了输液加温测速控制系统及控制方法，主要包括控制系统和专用一次性输液导管两大部分。该一次性输液导管与输液管道加温组件适配，其上设置有多个温度感应探头，至少在加温导管的加温层进口和出口处内壁以及外壁设置探头。控制系统包括控制界面、温度监测调整模块、速度计算调整模块及控制模块，控制界面用于选择输液种类并显示输液温度和速度；温度监测调整模块实时监测输液导管温度并进行调整；速度计算调整模块根据输液管道外壁的加热温度T_J，输液加温前的温度T₀，加温后出液口处的温度T_M对导管内的流速进行计算和调整，并可统计出所要求时间内的输液量以满足临床治疗需求，更精准满足治疗需要和减轻医护的工作负担。

Description

输液加温测速控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于医疗护理器械技术领域，具体涉及一种可以监测输液速度、输入人体时温度和一定时间内输液量的输液加温控制系统及方法。

背景技术

目前，临床医疗救治中输液是一个普遍应用的技术，可以通过静脉输液和输血对患者进行血容量补充和药物治疗。但监测不断变化的输液速度和统计一定时间内的输液量，一直是在临床医护工作实践中的一个困难。这主要是因为临床输液给药进入静脉系统大多依赖于重力系统或医务人员手动推注进入患者血管，所以随着液面高度、推注医护人员的力度大小变化，输液速度也在不断变化中，能够持续监测变动的输液速度并能统计出一定时间内的输液量，目前依然是临床医护工作中难以解决的问题。

为了解决上述技术问题，现有技术进行了诸多有益探索，许多研究和专利均试图解决这一问题：例如通过对分钟输液滴数进行计数来监测输液速度(如公开号为CN101530643A)。但临床输液种类不同(如血液、晶体液和胶体液)，物理性质也各不相同，导致每一滴体积并不相同，另外需要快速输液时液体流速快呈线状时统计滴数的方法就无法计数统计输液速度。所以依靠滴数监测输液速度方法适用范围窄而且准确性欠佳。另一种解决方案是将输注液体从厂家包装中抽到注射器等精密刻度容器中依靠输注泵电力作为驱动力，可以设定精确速度输注。然而这样无疑会增加医务人员工作量，而且多一个步骤，增加污染输液的风险。还有一些产品通过调控输液导管口径来调控重力驱动的输液速度，但由于患者静脉压和输注液体液面的高度等变化原因导致输液的驱动力也在变化导致速度也与调控盘面上的设定速度误差较大。因此，将输液在出厂包装内直接插入一次性输液器依靠重力驱动输液仍然是最简便安全的方式。

此外，在急救或治疗时的重力驱动输液过程，中医务人员还经常直接将另外的治疗液体从输液管道中的三通侧路直接推注入患者血管，这一推注过程的速度乃至相应时间内进入患者体内的输液速度和推注总容量客观监测更加困难。目前临床还没有客观监测输液速度并统计患者一定时间内液体量的方法，主要是依靠医护人员根据输注液体包装量和刻度进行人力的加减统计，有时还需要估计，无疑会在增加医护人员的工作量同时还会有一定的误差可能。

与此同时，临床常规输液另一问题是将室温(20℃左右)或更低温的液体(如红细胞悬液在输注前保存于远低于室温的条件)，直接输入患者体内造成本身虚弱患者的体温丢失延缓治疗康复效果，目前临床医护上公认输血输液经软加热后输入有利于患者康复。

因此，设想能够精确监测输液速度后并进行反馈调节、统计输液量同时还能对输液进行软加热的设计无疑会更加符合临床的需要。

发明内容

本发明是为解决上述问题进行的，提供了一种输液加温测速控制系统及方法，所依据的原理如下：利用液体流经恒温加热系统中升温多少取决于流量速度和与加热系统与输注液体的温差这一物理现象，提供了一种能够为患者输血输液进行有效加温，同时监测输注速度并可相应根据结果反馈调节输液速度和/或输液温度，并客观统计输液量的加温监测输液控制系统。保证输入患者体内的血制品、治疗性液体有效加温，并可监测和对应控制输注速度和/或输液温度并统计输液总量。为患者特别是危重患者提供一个更有利精准康复治疗环境的同时，减轻医护人员工作量和强度。

为了实现上述目的，本发明具有如下技术方案：

本发明第一方面，提供了一种输液加温测速控制系统，其特征在于：包括一次性输液导管以及控制系统，该一次性输液导管与输液管道加温组件适配。

其中，一次性输液导管上设置有多个温度感应探头。

控制系统包括控制界面、温度监测调整模块、速度计算调整模块、存储模块、报警模块以及控制模块。控制界面用于选择输液种类并对输液温度、速度和一定时间内的输液量汇总进行显示；温度监测调整模块实时监测一次性输液导管的不同位置温度，并根据设定值和监测值对输液管道加温组件的加热温度进行调整；速度计算调整模块根据一次性输液导管的不同温度值对输液管道内的流量进行计算和调整；存储模块预存有不同输液种类的液体比热c、密度ρ、导管壁的厚度h、口径r和导热系数k等参数，还存储每次输液操作调整的温度、速度以及相应时间数据；报警模块在流量速度超过设定阈值或T_M与T_J间的差值小于设定值且速度远小于设定值时发出报警，同时控制模块自动切断输液及加热，保护患者和仪器安全。

所述输液种类包括晶体液、人工胶体液、血、红细胞悬液或血浆等临床治疗液体。

功能实现方面，本发明中的一次性输液导管包括以下功能：(1)专用一次性输液导管标准接口可连接临床输液导管和三通等进行临床输液治疗，所有进入患者体内的液体包括工作人员经三通推注的药液都流经该一次性加温输液管道；(2)一次性输液导管至少在进口和出口处内壁、以及中间位置外壁设置温度感应探头。输液导管与机器控制系统相连后，管道壁可通过水浴或精密电力直接加热等方式获得并稳定维持住加热温度T_J，在温度差作用下为走行管道内液体加温(流进时的T₀温度在和T_J温差作用下在离开导管时升温至T_M)。控制系统至少实时获取输液管道外壁的加热温度T_J，输液加温前的温度T₀，输液加温后输液管道出液口处的温度T_M。(3)也可在走行于加温部分的均匀间隔距离导管内附有更多精密温度感应探头并有连接导线引出可与机器控制系统相连进一步提高精确性和满足更多需要。

控制系统主要具有以下功能：

(1)精密控制输液管道的加温，保证输液管道内壁提供恒定的温度T_J(37—42℃左右)，保证管道内流动液体在温差作用下获取热量升温但不会超过人体体温(36.8℃)。

(2)计算储存功能：通过专用输液导管内的固定温度探头感知输液流经输液导管不同位置时的温度，从而根据输注液体流入加热前的温度T₀和加热后离开加热导管后液体加热后的温度T_M，根据傅里叶和牛顿热传导定律所论述的温差决定液体温度上升速度的物理学原理，以及流量速度对加热效果影响并结合产品实际(生产设计过程中研究的临床治疗液体、血制品的比热，导管内径、壁厚和容积等数值以及相应的系统误差矫正系数)推导出根据T_J、T₀和T_M等温度数值计算导管内液体流量速度的数学模型计算出输液速度，并且对这些不同的速度值对应时间进行汇总计算可得出相应时间内的输注总量。具体如下：

速度计算调整模块根据下述公式计算一次性输液导管内的流量速度：

式中，V是一次性输液导管的容积；

是一个常数，主要由不同输液种类的比热c、密度ρ、输液导管的导热系数k、管壁厚度h和管径r决定；T_J输液管道加温组件的加热温度；T₀液体加热前温度；T_M输液加温后输液管道出液口处的温度。

根据下述公式计算一段时间内的输液量V：

V＝Q₁×t₁+Q₂×t₂+…++×t_n

其中，t₀起始时间，T_M截止时间，t₁+t₂+…+t_n＝t_m-t₀。

(3)反馈调节功能：可根据监测到的输液流量速度反馈性通过调控步进式管道夹紧或松解来调控输液管道口径大小以达到设定的目标流量速度，当输液设定速度超过重力所能达到的最大速度时，控制模块还可以通过输液包装安全加压的港式来进一步加快输液速度达到合理的设定值，但设定安全界限应符合临床需要而非无限加压。同时还可根据监测到的输液流出时的温度T_M反馈性调整加热功率以调整T_J来达到医护希望的目标输液温度。总之，通过精密控制加热的恒温温度数值T_J、监测到的液体加热前温度数值T₀和加热后的温度数值T_M后，根据客观结果按照物理原理可监测出流经导管的输液流量速度，在此基础上可按照临床治疗要求反馈调节输液速度，并可存储客观的输液速度数值和相应持续时间并最终汇总方式客观获得治疗时间内的输液量。

(4)报警保护功能

当监测到流量速度意外增大且控制失效时怀疑输液通路意外断开，可报警同时自动切断输液保护患者和仪器安全；当监测到T_M意外快速升温接近加热温度T_J且速度远小于设定值时，视为输液通路堵塞可报警同时自动切断输液并切断加热保护患者和仪器安全。

本发明中，输液管道加温组件采用现有技术，为水浴加热组件或电力加热组件。目前市面上的主流技术是通过输液管壁外套加一套循环41℃左右热水管水浴加热输液管道后热传导加热管壁内的治疗输液，也可通过精密电路控制直接用电加热的方式直接为输液管内走行液体提供恒温的加热。

本发明的第二方面，提供了一种输液加温测速控制方法，包括如下步骤：

S1，将一次性输液导管安装在输液管道加温组件上，并与控制系统电连接，并将输液管道加温组件(水浴加热或电力直接加热)的接口进行预热达到工作要求(输液导管壁温度T_J达到目标加热温度)。

S2，在控制系统的控制界面上选择治疗输液种类，并设定加热温度T和流速Q₀；将一次性输液导管的入口端与治疗输液容器连接，液体流入被加温的输液管道并流出排净空气后，与患者端连接开始进行输液治疗；

S3，速度计算调整模块根据治疗输液种类、输液导管壁的加热温度为T_J、输液加温前的温度为T₀、输液加温后温度T_M，根据下述公式计算一次性输液导管内的流量速度Q并作为监测值显示于控制界面上：

式中，V是一次性输液导管的容积；m是一个常数，m是一个常数，主要由不同输液种类的比热、密度、输液导管的导热系数k、输液加温面积、管壁厚度和管径等因素决定，

S4，速度计算调整模块将设定流速Q₀与计算得到的流量速度Q进行比对，并通过控制模块自动调整流速。

本发明的加温测速控制系统及方法不仅限于医疗护理领域，其他领域也可应用本发明中的方法进行温度和速度控制，如利用温度变化进行监测和控制流动液体流量和温度的机器或科研仪器等。

本发明控制系统和方法同样适用于制冷控制状态下的流速和温度控制，此时T_J输液导管壁的制冷温度、T₀为制冷前温度、T_M为制冷后温度，然后按照上述公式计算流量速度Q即可。

发明的作用与效果

本发明提供的输液加温测速控制系统具有如下技术效果：

首先，机理方面，本发明采用傅里叶热传导定律、牛顿热传导定律等物理学方法通过动态监测机器提供的管壁加热温度T_J、液体加热前温度T₀和加热后的温度T_M并结合临床应用输液(晶体液、胶体液、血制品)的比热、密度等性质监测了输液和手动推注药液时的速度，并可按照治疗要求根据监测的输液速度反馈调控输液流量速度和输液加热温度效果，更符合临床实际；同时，还可以按照监测到的输液流量速度以及相应时间长短等参数客观统计出所需输液治疗时间内的输液总量，不仅减少医护人员工作强度同时还获得准确的临床资料，更有利于患者的康复治疗。

其次，本发明一次性输液导管与加温组件适配，保证流经的输液输血等治疗性液体获得软加热，可以有效预防患者由输液引起的体温丢失，有利于治疗康复。

第三，不同于目前常规临床使用的输液加温装置仅有加温功能，但并不监测输液加温效果，一些研究也证实特殊情况下(如输入液体过冷，输液速度过快等情况下)，输液加热效果可能不理想，仍不利于患者治疗康复。本发明在加温同时还可以监测液体加温效果，如不理想可以第一时间获得信息反馈调节加热温度，如过热则预警直至停止加热以保证患者安全，如加热效果不达标则报警可提高加热温度T_J直至T_M满足临床需要。

附图说明

图1是本发明实施例中输液加温测速控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。但下列实施例不应看作对本发明范围的限制。

根据图1，本实施例提供的输液加温测速控制系统10包括一次性输液导管1以及控制系统2，该一次性输液导管1与输液管道加温组件20适配。

一次性输液导管1结构与现有输液导管类似，一端与液体容器连接，另一端为患者端，设置穿刺针或与三通接头连接。为了实现温度监测，该输液导管上设置有多个温度感应探头11，至少在进口和出口处内壁及外壁设置温度感应探头，为了提高控制精度，也可在其他位置设置探头。输液导管与机器控制系统相连后，管道内壁可通过水浴或精密电力直接加热等方式获得并稳定维持住加热温度T_J，在温度差作用下为走行管道内液体加温(流进时的T₀温度在和T_J温差作用下在离开导管时升温至T_M)。

控制系统2结构参见图2，包括控制界面21、温度监测调整模块22、速度计算调整模块23、存储模块24、报警模块25以及控制模块26。控制界面21结构参见图1，其上设置有用于选择输液种类按键211、加热温度设置按键212、流速设置按键213、以及对当前输液温度和速度进行显示的显示框。温度监测调整模块22实时监测一次性输液导管的不同位置温度，并根据设定值和监测值对输液管道加温组件的加热温度进行调整；速度计算调整模块23根据一次性输液导管的不同温度值对输液管道内的流量进行计算和调整；存储模块24预存有不同输液种类的液体比热c、导热系数k和管道等相关参数，还存储每次输液操作的温度、速度和相应时间数据，其中输液种类包括晶体液、人工胶体液、血、红细胞悬液或血浆等临床治疗输注液体。报警模块25在当流量速度超过设定阈值或T_M与T_J间的差值小于设定值且速度远小于设定值时，发出报警，同时控制模块26自动切断输液及加热，保护患者及仪器安全。

输液管道加温组件20采用现有技术，为水浴加热组件或电力加热组件。目前市面上的主流技术是通过输液管壁外套加一套循环41℃左右热水管水浴加热输液管道后热传导加热管壁内的治疗输液，也可通过精密电路控制直接用电加热的方式直接为输液管内走行液体提供恒温加热。

采用上述系统实现输液加温测速控制方法的步骤如下：

S1，将一次性输液导管安装在输液管道加温组件上，并与控制系统电连接，并将输液管道加温组件(水浴加热或电力直接加热)的接口进行预热达到工作要求(输液导管壁温度T_J达到目标加热温度)；

S2，在控制系统的控制界面上选择治疗输液种类，并设定加热温度T和流速Q₀；将一次性输液导管的入口端与治疗输液容器连接，液体流入被加温的输液管道并流出排净空气后，与患者端连接开始进行输液治疗。

治疗输液种类包括晶体液、人工胶体液、血、红细胞悬液、血浆等十余种临床应用治疗输液，厂家已预先把不同液体比热、导管导热系数等计算所需相关常数预设于机器内，选择输液种类后，机器自动调取这些参数。

S3，速度计算调整模块根据治疗输液种类、输液导管壁的加热温度为T_J、输液加温前的温度为T₀、输液加温后温度T_M，根据下述公式计算一次性输液导管内的流量速度Q并作为监测值显示于控制界面上：

式中，V是一次性输液导管的容积；m是一个常数，主要由不同输液种类的比热、密度、输液导管的导热系数k、输液加温面积、管壁厚度和管径等因素决定，

总之m由不同输液的比热容、密度和温差下的导管的热传导系数等物理常量所决定，同时厂家生产成品时还应考虑使用的材料的导热、不同地区气压等系统误差的矫正系数(具体，在出厂前确定并储存在控制系统的逻辑计算电路内)。

当医务人员需要了解一段时间内的输液量时，只需要输入起始时间t₀和截止时间t_m，机器控制系统根据这段时间内记录到的不同流量速度Q_n和对应的持续时间t_n可计算出这段时间内的输液量V

V＝Q₁×t₁+Q₂×t₂+…+Q_n×t_n(其中t₁+t₂+…+t_n＝t_m-t₀)

结合操作人员在选择液体时输入时间还分类可汇总出这段时间内不同液体的输入总量。

S4，速度计算调整模块将设定流速Q₀与计算得到的流量速度Q进行比对，并通过控制模块自动调整流速；同时还可设定输液加温流出时的温度，由输液系统根据监测到的T_M和流量速度实际值反馈调节加热功率达到目标T_M，同时实现对速度和温度的反馈调节。

S5，在当流量速度超过设定阈值或T_M与T_J间的差值小于设定值且速度远小于设定值时，报警模块发出报警，同时控制模块26自动切断输液及加热，保护患者及仪器安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种输液加温测速控制系统，其特征在于：包括一次性输液导管以及控制系统，该一次性输液导管与输液管道加温组件适配，

其中，所述一次性输液导管上设置有多个温度感应探头，

所述控制系统包括控制界面、温度监测调整模块、速度计算调整模块以及控制模块，所述控制界面用于选择输液种类并对输液温度、速度和一定时间内的输液总量进行显示；所述温度监测调整模块实时监测所述一次性输液导管的不同位置温度，并根据设定值和监测值对所述输液管道加温组件的加热温度进行调整；所述速度计算调整模块根据所述一次性输液导管的不同温度值对输液管道内的流量进行计算和调整。

2.根据权利要求1所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述一次性输液导管至少在加温导管的加温层进口和出口处内壁以及外壁设置探头，

所述温度监测调整模块至少实时获取输液管道外壁的加热温度T_J，输液加温前的温度T₀，输液加温后输液导管出液口处的温度T_M。

3.根据权利要求2所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述速度计算调整模块在固定加热面积、导管导热材料参数和已知具体加热温度和温差情况下，液体具体加热效果取决于流量大小这一物理现象，根据加热温度T_J，加热前温度T₀，加热后温度T_M，结合加热导管壁厚度、导热系数和输注液体的密度，比热容常量参数，利用傅里叶和牛顿热传导定律客观推算出输液流量速度Q。

4.根据权利要求2所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述速度计算调整模块根据下述公式计算一次性输液导管内的流量速度：

式中，V是一次性输液导管的容积；

是一个常数，主要由不同输液种类的比热c、密度ρ、输液导管的导热系数k、管壁厚度h和管径r决定。

5.根据权利要求4所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述速度计算调整模块根据下述公式计算一段时间内的输液量V：

V＝Q₁×t₁+Q₂×t₂+…++×t_n

其中，t₀起始时间，T_M截止时间，t₁+t₂+…+t_n＝t_m-t₀。

6.根据权利要求1所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述控制系统还包括存储模块，该存储模块至少预存有不同输液种类的液体比热c、密度ρ、导管的导热系数k、管径r、壁厚h参数，还存储每次输液操作的输液种类、温度及速度数据。

7.根据权利要求1所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述控制系统还包括报警模块，当流量速度超过设定阈值或T_M与T_J间的差值小于设定值且速度远小于设定值时，发出报警，所述控制模块自动切断输液及加热。

8.根据权利要求5所述的输液加温测速控制系统，其特征在于：

其中，所述输液种类为输注治疗液体，至少包括晶体液、人工胶体液、血、红细胞悬液或血浆；

输液管道加温组件包括水浴加热组件或电力加热组件。

9.一种输液加温测速控制方法，采用权利要求1所述的输液加温测速控制系进行，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将一次性输液导管安装在输液管道加温组件上，并与控制系统电连接；

S2，在控制系统的控制界面上选择治疗输液种类，并设定加热温度T和流速Q₀；将一次性输液导管的入口端与治疗输液容器连接，液体流入被加温的输液管道并流出排净空气后，与患者端连接开始进行输液治疗；

S3，速度计算调整模块根据治疗输液种类、输液导管壁的加热温度为T_J、输液加温前的温度为T₀、输液加温后温度T_M，根据下述公式计算一次性输液导管内的流量速度Q并作为监测值显示于控制界面上：

式中，V是一次性输液导管的容积；

是一个常数，主要由不同输液种类的比热c、密度ρ、输液导管的导热系数k、管壁厚度h和管径r决定；

S4，速度计算调整模块将设定流速Q₀与计算得到的流量速度Q进行比对，并通过控制模块自动调整流速。

10.根据权利要求9所述的输液加温测速控制方法，其特征在于：

其中，所述控制模块通过调整控制夹步进式减少或松解以调控输液导管口径达到设定流量速度。

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