高中物理知識揭秘醫療中的滴液現象

　　靜脈滴注是臨床上最常用的一種治療與護理操作,患者通常情況下都是“跟著(zhù)感覺(jué)走”,自始至終不太在意滴速的快慢。實(shí)際情況是,隨著(zhù)輸液瓶?jì)纫好娴慕档?滴速也越來(lái)越慢,這其中的奧秘在哪里呢?又該如何控制達到“勻速滴液”的良好效果呢?

　　一、靜脈滴注的醫療常識

　　1.輸液器的滴系數

　　輸液器的滴系數是指每毫升藥液的滴數,目前常用一次性輸液器的滴系數有10、15、20共3種型號。在臨床輸液治療中,經(jīng)常要根據患者的年齡、病情、輸液量、藥物性質(zhì)等情況計劃輸液時(shí)間,并通過(guò)調整滴管上的流量調節閥調整每分鐘輸液滴數。

　　2.滴斗內液體高度

　　輸液器滴斗內液面高度等于或小于液滴自然長(cháng)度時(shí),由于滴管內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(guò)早下落;輸液滴數增快,表面上給人造成了輸液速度增快的假象,同時(shí)也無(wú)法再根據輸液滴數來(lái)正確計算出輸液速度。因此,一般將滴斗內的液面調整在滴斗高度的1/2至1/3范圍內。

　　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,即靠藥液水柱壓與靜脈壓的壓力差,將瓶?jì)纫后w輸入靜脈。當藥液水柱壓力一定時(shí),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(zhù)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)下輸液管內血液的高度。

　　二、物理現象分析

　　通常,輸液過(guò)程開(kāi)始以后,吊瓶的高度和調節閥的開(kāi)度就保持不變。在t1時(shí)刻瓶?jì)纫褐�液面最高、壓強最�?隨著(zhù)時(shí)間的增加,液面逐漸下降、壓強逐漸減小,顯然滴速會(huì )越來(lái)越慢。如果希望在整個(gè)過(guò)程中滴速不變,則可以通過(guò)提升輸液瓶高度來(lái)達到提升液面、保持液柱壓強不變,從而達到預期的“勻速滴液”的目的。

　　(1)t1至t2時(shí)間段:該區域內,可以將液柱看作均勻變化的圓柱體,液面的變化呈線(xiàn)性,同時(shí)很容易得出:

　　(2)t2至t3時(shí)間段:該區域內,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(xiàn)性。設R為瓶體圓柱部分的半徑、L為椎體的高度,同時(shí)忽略瓶塞部分不規則形狀的影響,則有:

　　由推導的公式1、公式2可知,通過(guò)合理控制電機卷輪的線(xiàn)速度來(lái)實(shí)現“勻速滴液”的目的是可行的,也是非常簡(jiǎn)單可靠的。

　　三、檢測與控制方案設計

　　(1)滴速的檢測。在本設計中滴液速度信號的采集使用紅外線(xiàn)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(xiàn)發(fā)光二極管發(fā)出平行的紅外光束,穿過(guò)滴斗對射到另一側的紅外光敏二極管上。當有液滴滴下時(shí),由于液滴對紅外光線(xiàn)有吸收和散射的作用,紅外線(xiàn)光敏二極管只能接收部分的紅外線(xiàn),使接收光敏二極管接收到的光通量不足,紅外接收管的導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(lái)判斷液滴的有無(wú)并記錄液滴的數量、計算滴速與實(shí)時(shí)檢測元件安裝示意圖體積的,并依此來(lái)控制液面高度、實(shí)現勻速滴液。

　　(2)控制電機的選擇。由于在滴速控制過(guò)程中,要求輸液瓶隨著(zhù)時(shí)間的變化非常緩慢的提升, 在設計過(guò)程中必須充分考慮這一點(diǎn)。之所以選擇步進(jìn)電機作為執行裝置,是因為步進(jìn)電動(dòng)機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線(xiàn)位移的機電元件。步進(jìn)電動(dòng)機的輸入量是脈沖序列,輸出量則為相應的增量位移或步進(jìn)運動(dòng)。正常運動(dòng)情況下,它每轉一周具有固定的步數;做連續步進(jìn)運動(dòng)時(shí),其旋轉轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關(guān)系,不受電壓波動(dòng)和負載變化的影響。同時(shí),目前的步進(jìn)電機驅動(dòng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟,只要做好程序設計工作,就能方便的控制電機,使其按照設計要求完成預期的動(dòng)作。

　　四、結束語(yǔ)

　　由于我們的知識結構的局限性,致使本次設計還存在許多不足和待完善的地方,我們有興趣、有信心繼續探索,設計出更好的產(chǎn)品來(lái)造福人類(lèi)。

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