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野战输血输液加压装置的研制与应用

2021-04-02 183 上传者：管理员

摘要：目的:研制一套适应野战时运输伤员过程中使用的快速输血输液加压装置，提高我军野战条件下救治效率和安全性。方法:选择碳纤维材料作为加压板，高强度扭力弹簧提供压力，加压板大小适用于不同规格的血袋和输液袋。输血器与血袋连接处独立配备声光报警器，探测到空气即刻发出声光报警并及时卡住输血管，在加压板的下沿设计断流磁条，输血完毕及时卡住血袋下沿以防止空气输入，确保输注安全。设计完成后的原理样机与现有加压装置进行平行对比测试比较。结果:本研究设计的加压装置可提供5～10Kpa的施压强度，可以提高输血输液速度3倍以上，输注过程无需电力和人员干预，输注完毕及时报警，克服了现有设备的不足，达到了快速输血输液的目的，加压过程对血液质量基本没有影响。结论:该输血加压装置很好地解决了紧急抢救情况下快速输血输液的问题，操作简单，功能齐全，与现有装置比较各有利弊，本研究设计的加压装置更适用于战时营连级救护所以及伤员在转运过程中使用，值得作为后勤战备急救器材和平时急救物资使用。

关键词：
加压装置
突发事件
血液质量
输血输液
野战
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野战条件下及时止血和快速输血输液是战创伤急救的重要手段，快速输入平衡液和血液是纠正失血性休克最有效的方法，可以显著提高战伤救治成功率[1,2],因此，大量、快速加压输血补液刻不容缓。目前我军已经制定了一系列军队战时血液管理制度来保障战时血液供应[3],但在野战输血的实施与器材方面还缺乏切合实战的标准和装置，特别是与快速输血救治相关的卫生装备器材尚未得到有效解决。国内外多采用提高血袋悬挂高度、手工挤压或袖带加压的方式[4,5]来达到快速输注的目的，电动加压仪必须有电力保障，因此，上述几种加压输血方式战时使用存在一些弊端，特别是在师团级以下救护所和伤病员运送途中，受到救护车、担架、船只、飞机等内部空间和人员的限制，实施起来不太方便。野战担架均未配备输液支架，完全靠人高举作为输液架，给伤病员的搬运带来了许多不便，也浪费了有限的救护人员。因此，有必要研究一套适合战时、自然灾害、突发事件等野外急救情况下使用的加压输血输液装置，满足野战医疗所和转运途中使用。我们在前期研究的基础上采用高强度扭力弹簧加压技术，通过对相关技术参数与装置进行优化组合，研制了一套适于各级救护阶梯急救和伤员转运途中使用的快速输血输液加压装置[6],可以实现单兵同时为多名伤病员快速输血输液，输注过程不受伤员体位和空间的限制，该装置可与我军野战机动医疗机构已经开始列装的野战采血箱、野战储运血箱一起构成完整的血液保障链，对提升战时输血输液救治水平具有重要意义。

1、装置设计

1.1研究背景

野战或自然灾害情况下与医院手术室、抢救室不同，条件艰苦，电力保障不足，电动加压器在没电时则无法使用[7],野战医疗所人员有限，批量重伤员多，1名卫生员需要同时护理多名患者，伤员抢救、护理任务繁重，手工挤压输血需要1名卫生员不停挤压输血袋，客观上存在困难。此外，战时对卫生装备器材性能及技战指标有特殊要求：坚固耐用、易于展开和撤收，携带方便、操作简单，具有良好的耐腐蚀性和抗磁性。塑料加压袋容易老化、破损漏气等原因而不适合野战条件下使用，特别是高寒地区对装备的要求更高。此外，装备在外观、颜色、重量、尺寸等方面要符合我军列装标准要求，因此，战时使用的输血输液加压装置，要求适应性强、机动性好，撤收方便，最好不受伤员体位和空间限制，在任何场所均可使用，为野战作业中的大出血伤病员提供快速输血输液保障，减少不良反应，增加战时输血输液抢救的成功率和安全性[8]。

1.2装置的结构组成与原理

按照军用装备器材性能及战技指标要求[9],同时，装置设计要求无需外接电源和人为干预，因此，我们采用硬质碳纤维材料作为加压板，高强度扭力弹簧作为施压动力。装置主要由加压板、弹簧、开启装置、截流条和报警器组成，装置总体重量为750g,规格250mm×130mm×3.5mm,上下加压板规格200mm×130mm×3.5mm,展开最大开启角度35°,可以适用不同规格的输血袋和液体袋，扭力弹簧可提供5～10Kpa的施压强度对加压板内液体袋进行加压，工作原理为：通过按压上下压杆手柄使加压板开启至一定角度，放入液体袋，连接输血器，打开输液管路上的流量调节阀即可实施加压输注，在弹簧中轴杆的位置配有一个挂钩，可以将加压装置悬挂在输液架上使用，转运伤员时可以平放在患者的旁边使用。截流条是在上下加压板的最下沿各粘贴一个3mm×130mm磁条，随着输液袋内的液体减少，2个磁条逐渐靠近，最终靠磁力吸在一起，起到闭合截流的作用，减少液体袋内空气流入输液管，加压装置整体结构见图1。

图1加压装置整体结构设计示意图

1.3施压弹簧结构设计

扭力弹簧的设计数据，除了弹簧尺寸外，还需要计算出最大负荷及变化尺寸的负荷。根据弹簧常数(k)的计算公式k=(G×d)/(8×Dm×Nc)(G=线材的刚性模数，d=线径，Dm=中径，Nc=有效圈数)。前期的试验结果显示，施压强度在5Kpa即可提高输血速度3倍以上，结合负荷作用力臂关系得出弹簧的相关参数：选取直径为4.0mm的琴钢丝扭簧，弹簧两端分别固定在上下加压板上，弹簧中径19mm,单向13圈，双向16圈，中间穿越圆杆直径为12.9mm,弹簧圈外径为22mm。最终设计的施压强度在5～10Kpa,加压板开启30°角时施压8Kpa,闭合状态下压力强度为5Kpa。实际施压过程中的压力随着加压板与液体袋的接触面积、弹簧的扭度和扭矩的变化，施压强度会随之波动，弹簧部分设计结构，见图2。

图2加压弹簧结构设计

1.4装置手柄部分设计

手柄的设计用于开启和撤收装置，为了方便护士换液操作，将手柄部分设计成单臂手持操作模式，操作者握紧上下压杆打开加压板，将液体袋放入中间松开手臂即可开始加压，整个输注过程不需要人为干预，压杆为碳纤维材质，总体长度148mm,手柄至弹簧支点部分110mm,两手柄张开角度为60°,压杆与加压板之间采用铝合金配件轴连接，将压杆折叠后与加压板平行呈撤收状态，见图3。

1.5报警器组成

报警器为单独配置的组件，重量65g,PC+ABS材质，规格为75mm×60mm×27mm,蜂鸣器音量75dBA,可实时监控输液状态，各种有色药液、营养液、血液均可使用，内置USB可充电电池，一次充电可使用160h,使用时将输液管按压入报警器凹槽内，打开电源即开始工作。当输注完毕探测到空气自动发出声光报警，同时卡住输液管路，提醒输液人员更换液体，确保安全输注，见图4。

图3压杆部分设计图

图4报警装置

2、装置样机参数指标

按照野外军用装备的相关质量要求(GJ150.1A-28A):测试项目主要包括产品老化、温度-湿度-振动-高度试验、防腐试验(抗酸、盐雾、湿热、霉菌)、跌落抗拉强度以及残余液体量等检测。此外，还包括加压板的强度以及野外条件下整体操作的适用性等方面。装置基本性能测试每项试验重复5次，垂直跌落试验要求装置从60cm高度垂直落下之后的破损情况，我们设计的装置从120cm的高度落下依然完好无损；振动试验观察装置在一定强度下的抗振动情况；抗拉强度检测是指在20N的拉力下作用时间60s,装置抵抗最大变形的能力；高低温测试是检测装置在高温(85℃)、低温(-18℃)环境下连续老化24h后有无变形、压力保持及跌落损坏情况。此外，还检测了液体残留量(<20ml为合格),截流效果，报警器性能等指标。以上测试结果均符合战时装备技术要求，装置的整体操作简单、易于撤收，适合医院和野外运送伤员途中使用。实物见图5,详细测试结果见表1。

图5加压装置实物图

表1装置基本性能试验

3、模拟创伤动物模型与现有装置平行对比测试

为了评价本研究装置的野外实用性，首先建立了重创血气胸失血性休克动物模型，选取健康成年雄性绵羊2只(我院实验动物中心提供),建立左胸浮动性梿枷胸、张力性血气胸失血性休克模型。实验动物建模成功1h后对2只动物进行液体复苏、穿刺置管、自体输血等紧急救治，分别采用市售的全自动BIEGLERGmbH加压仪和自制的加压装置进行平行对比输注，观察2种装置在输血输液应急救治中的效果，同时采集加压前后的血液，观察红细胞等有形成分和游离血红蛋白浓度的变化，评价2种装置的输注效果及对血液质量的影响[10]。结果显示：2种加压装置均达到了快速输注的效果，输血输液的速度快慢除了与外力施压、液体种类以及输血器针头的型号均有关系[11]。试验动物经中心静脉置管快速输血输液均救治成功，在施压强度方面，自动加压仪压力范围可调，压力波动小且输出更加恒定，而自制的加压装置随着袋内液体的减少压力呈下降趋势，波动在3Kpa之内。血液在2种施压装置加压下红细胞数量、溶血率及血浆游离血红蛋白含量变化，差异无统计学意义(P>0.05),说明在一定的施压范围内加压输血，短时间血液中游离血红蛋白及溶血率无明显变化，加压输血装置不会对血液质量造成破坏。总体而言，2种加压装置均表现出操作简单、换液方便的特点，市售自动加压仪需要持续供电才能维持压力，如果在转运途中使用，自制加压装置优势更加明显。2种加压装置效果比较见表2。

表22种加压装置使用效果比较

4、结语

本研究设计的输血输液加压装置是结合临床和战时急救的客观需要而研制的，基本性能试验和动物实验结果证实了其性能指标满足战时装备技术要求，为抢救大出血伤员实施快速输血输液提供了切实可行的方法，特别适于院前没有电力支持的情况下使用[12]。野战输血加压装置采用碳纤维材料作为加压板，质地轻便，造型简单，目前该装置压力波动相对较大，存在输血输液时先快后慢的情况，下一步我们计划改进加压板设计，将其中一个加压板设计成活动式，实现对液体平行施压，减少压力波动，解决输注速度波动较大的问题。截流条的设计和智能输液监控器的使用确保了输血输液安全可靠，支架方便了伤员转运过程中使用，整体装置轻便小巧，结构紧凑、启闭撤收灵活，顺应性强，携带方便。本装置不受电力和环境限制，适合在急性大出血、创伤失血性休克急救、伤员转运等过程中不间断使用，特别是在伤员批量输血救治过程中可以明显节省医护资源，其实用性明显优于其他加压器材，为战时、自然灾害等情况下一线抢救生命赢得了时间，体现了我军“输血输液向前靠”的战略方针[13]。目前，该装置的制作工艺已经成熟，所需要的各种原材料来源充足，主要部件完成了模具化制作，满足批量生产的需求。不足之处是我们前期的研究由于实验动物样本量小、对比数据结果有待完善，下一步计划对加压板和弹簧部件进行改进，实现压力相对恒定且可调节，更好地方便各种类型伤员使用。

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