高中物理知识揭秘医疗中的滴液现象

静脉滴注是临床上最常用的一种治疗与护理操作,患者通常情况下都是“跟着感觉走”,自始至终不太在意滴速的快慢。实际情况是,随着输液瓶内液面的降低,滴速也越来越慢,这其中的奥秘在哪里呢?又该如何控制达到“匀速滴液”的良好效果呢?

一、静脉滴注的医疗常识

1.输液器的滴系数

输液器的滴系数是指每毫升药液的滴数,目前常用一次性输液器的滴系数有10、15、20共3种型号。在临床输液治疗中,经常要根据患者的年龄、病情、输液量、药物性质等情况计划输液时间,并通过调整滴管上的流量调节阀调整每分钟输液滴数。

2.滴斗内液体高度

输液器滴斗内液面高度等于或小于液滴自然长度时,由于滴管内液面干扰液滴的自然形成、破坏液滴表面张力从而使液滴变形、变小而过早下落;输液滴数增快,表面上给人造成了输液速度增快的假象,同时也无法再根据输液滴数来正确计算出输液速度。因此,一般将滴斗内的液面调整在滴斗高度的1/2至1/3范围内。

3.静脉滴注

静脉输液是利用液体静压的物理原理,将液体输入体内,即靠药液水柱压与静脉压的压力差,将瓶内液体输入静脉。当药液水柱压力一定时,由于静脉压的降低,使压力差加大,输液速度则相对较快,随着血容量的增加静脉压升高,压力差缩小,输液速度则有所减慢。静脉压和测量的位置有关,坐姿下肘前静脉压约为10cm水柱,也就是通常我们看到的“回血”状态下输液管内血液的高度。

二、物理现象分析

通常,输液过程开始以后,吊瓶的高度和调节阀的开度就保持不变。在t1时刻瓶内液柱液面最高、压强最大;随着时间的增加,液面逐渐下降、压强逐渐减小,显然滴速会越来越慢。如果希望在整个过程中滴速不变,则可以通过提升输液瓶高度来达到提升液面、保持液柱压强不变,从而达到预期的“匀速滴液”的目的。

(1)t1至t2时间段:该区域内,可以将液柱看作均匀变化的圆柱体,液面的变化呈线性,同时很容易得出:

(2)t2至t3时间段:该区域内,可以将液柱看作非均匀变化的圆椎体,液面的高度变化呈非线性。设R为瓶体圆柱部分的半径、L为椎体的高度,同时忽略瓶塞部分不规则形状的影响,则有:

由推导的公式1、公式2可知,通过合理控制电机卷轮的线速度来实现“匀速滴液”的目的是可行的,也是非常简单可靠的。

三、检测与控制方案设计

(1)滴速的检测。在本设计中滴液速度信号的采集使用红外线光电传感器进行检测,该装置安装在滴斗上(如图)。

正常状态下,红外线发光二极管发出平行的红外光束,穿过滴斗对射到另一侧的红外光敏二极管上。当有液滴滴下时,由于液滴对红外光线有吸收和散射的作用,红外线光敏二极管只能接收部分的红外线,使接收光敏二极管接收到的光通量不足,红外接收管的导通能力不同程度地下降,外围电路的状态也随之发生跳变。主控器件CPU就是依此信号来判断液滴的有无并记录液滴的数量、计算滴速与实时检测元件安装示意图体积的,并依此来控制液面高度、实现匀速滴液。

(2)控制电机的选择。由于在滴速控制过程中,要求输液瓶随着时间的变化非常缓慢的提升, 在设计过程中必须充分考虑这一点。之所以选择步进电机作为执行装置,是因为步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列,输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下,它每转一周具有固定的步数;做连续步进运动时,其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受电压波动和负载变化的影响。同时,目前的步进电机驱动技术已经非常成熟,只要做好程序设计工作,就能方便的控制电机,使其按照设计要求完成预期的动作。

四、结束语

由于我们的知识结构的局限性,致使本次设计还存在许多不足和待完善的地方,我们有兴趣、有信心继续探索,设计出更好的产品来造福人类。

【高中物理知识揭秘医疗中的滴液现象】相关文章：