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高中物理知識揭秘醫(yī)療中的滴液現(xiàn)象
靜脈滴注是臨床上最常用的一種治療與護(hù)理操作,患者通常情況下都是“跟著感覺走”,自始至終不太在意滴速的快慢。實際情況是,隨著輸液瓶內(nèi)液面的降低,滴速也越來越慢,這其中的奧秘在哪里呢?又該如何控制達(dá)到“勻速滴液”的良好效果呢?
一、靜脈滴注的醫(yī)療常識
1.輸液器的滴系數(shù)
輸液器的滴系數(shù)是指每毫升藥液的滴數(shù),目前常用一次性輸液器的滴系數(shù)有10、15、20共3種型號。在臨床輸液治療中,經(jīng)常要根據(jù)患者的年齡、病情、輸液量、藥物性質(zhì)等情況計劃輸液時間,并通過調(diào)整滴管上的流量調(diào)節(jié)閥調(diào)整每分鐘輸液滴數(shù)。
2.滴斗內(nèi)液體高度
輸液器滴斗內(nèi)液面高度等于或小于液滴自然長度時,由于滴管內(nèi)液面干擾液滴的自然形成、破壞液滴表面張力從而使液滴變形、變小而過早下落;輸液滴數(shù)增快,表面上給人造成了輸液速度增快的假象,同時也無法再根據(jù)輸液滴數(shù)來正確計算出輸液速度。因此,一般將滴斗內(nèi)的液面調(diào)整在滴斗高度的1/2至1/3范圍內(nèi)。
3.靜脈滴注
靜脈輸液是利用液體靜壓的物理原理,將液體輸入體內(nèi),即靠藥液水柱壓與靜脈壓的壓力差,將瓶內(nèi)液體輸入靜脈。當(dāng)藥液水柱壓力一定時,由于靜脈壓的降低,使壓力差加大,輸液速度則相對較快,隨著血容量的增加靜脈壓升高,壓力差縮小,輸液速度則有所減慢。靜脈壓和測量的位置有關(guān),坐姿下肘前靜脈壓約為10cm水柱,也就是通常我們看到的 “回血”狀態(tài)下輸液管內(nèi)血液的高度。
二、物理現(xiàn)象分析
通常,輸液過程開始以后,吊瓶的高度和調(diào)節(jié)閥的開度就保持不變。在t1時刻瓶內(nèi)液柱液面最高、壓強最大;隨著時間的增加,液面逐漸下降、壓強逐漸減小,顯然滴速會越來越慢。如果希望在整個過程中滴速不變,則可以通過提升輸液瓶高度來達(dá)到提升液面、保持液柱壓強不變,從而達(dá)到預(yù)期的“勻速滴液”的目的。
(1)t1至t2時間段:該區(qū)域內(nèi),可以將液柱看作均勻變化的圓柱體,液面的變化呈線性,同時很容易得出:
(2)t2至t3時間段:該區(qū)域內(nèi),可以將液柱看作非均勻變化的圓椎體,液面的高度變化呈非線性。設(shè)R為瓶體圓柱部分的半徑、L為椎體的高度,同時忽略瓶塞部分不規(guī)則形狀的影響,則有:
由推導(dǎo)的公式1、公式2可知,通過合理控制電機卷輪的線速度來實現(xiàn)“勻速滴液”的目的是可行的,也是非常簡單可靠的。
三、檢測與控制方案設(shè)計
(1)滴速的檢測。在本設(shè)計中滴液速度信號的采集使用紅外線光電傳感器進(jìn)行檢測,該裝置安裝在滴斗上(如圖)。
正常狀態(tài)下,紅外線發(fā)光二極管發(fā)出平行的紅外光束,穿過滴斗對射到另一側(cè)的紅外光敏二極管上。當(dāng)有液滴滴下時,由于液滴對紅外光線有吸收和散射的作用,紅外線光敏二極管只能接收部分的紅外線,使接收光敏二極管接收到的光通量不足,紅外接收管的導(dǎo)通能力不同程度地下降,外圍電路的狀態(tài)也隨之發(fā)生跳變。主控器件CPU就是依此信號來判斷液滴的有無并記錄液滴的數(shù)量、計算滴速與實時檢測元件安裝示意圖體積的,并依此來控制液面高度、實現(xiàn)勻速滴液。
(2)控制電機的選擇。由于在滴速控制過程中,要求輸液瓶隨著時間的變化非常緩慢的提升, 在設(shè)計過程中必須充分考慮這一點。之所以選擇步進(jìn)電機作為執(zhí)行裝置,是因為步進(jìn)電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。步進(jìn)電動機的輸入量是脈沖序列,輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運動。正常運動情況下,它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù);做連續(xù)步進(jìn)運動時,其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。同時,目前的步進(jìn)電機驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)非常成熟,只要做好程序設(shè)計工作,就能方便的控制電機,使其按照設(shè)計要求完成預(yù)期的動作。
四、結(jié)束語
由于我們的知識結(jié)構(gòu)的局限性,致使本次設(shè)計還存在許多不足和待完善的地方,我們有興趣、有信心繼續(xù)探索,設(shè)計出更好的產(chǎn)品來造福人類。
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