赵云龙

(天津医疗器械质量监督检测中心，天津 300384)

0 引言

静脉输液是我国治疗疾病的主要方式，通过向患者血管内注射药物，实现消灭人体内病毒和病菌的目的。然而由于药液性质不同，对个人所造成的伤害也有所差异，最常见的侵害方式就是温度，很多药液需要在阴凉的地方保存，直接输入到人体内会造成血管膨胀，患者也会感到不适，严重时甚至会出现手脚发麻的情况。将电路温度调节系统与体温输液融合，可以实现对药液的加热，使患者静脉注射过程更加舒适。

1 体温输液控制设计的必要性

1.1 减少不良反应

由于静脉输液过程中，药液与患者体温处于不平衡状态，过低的药液温度会导致人体的血液温度随之降低，患者会产生一系列的不良反应。较轻的不良反应包括身体发冷、血管凸起、血管疼痛，有一部分不良反应在输液完成之后会消失，但低温药液对体内造成的影响是不可估量的。较为严重的不良反应包括身体麻木、身体痉挛、胃部疼痛等，在低温药液的刺激下，会严重影响健康。因此，设计体温输液控制系统十分必要，通过加温药液的方式可以降低甚至消除患者输液过程中的不适感，减少输液并发症的产生。

1.2 增加药液吸收

人体药液吸收效率受药液温度影响比较大，若人体的体温高于药液的温度，则药液进入人体后的吸收程度会减弱；若药液的温度过高，会严重影响药剂的稳定性，甚至导致药液失效。通过电路设计实现对药液温度的科学控制，保持药液温度不会过高或者过低，使其维持在稳定的状态，有益于患者对药液的吸收，达到更好的治疗效果。

1.3 特殊病人的需求

有很多特殊病人对药液的温度要求比较高，其中包括术后病人、老年人、婴儿等，该类病人对药液的敏感性比较强。术后病人由于开刀导致体内缺血，微量元素流失，身体会发冷，甚至有部分术后患者会产生高烧等不良反应，在输液时如果温度控制不合理，导致不良反应产生，会影响到术后效果，对病患的恢复会造成不利影响。婴儿和老年人的身体素质比较差，对药液的承受力比较弱，他们极易在输液过程中出现比较严重的不良反应，因此，对药液的温度进行控制非常必要。

2 体温输液控制系统理念

由于药液需要在阴凉、潮湿、避光的区域保存，保障其药效的稳定性。医院在为患者输液前，由于药品长时间的低温保存使得药液温度较低，很多医院为了减少温度过低对患者造成的影响，会用温水泡一下药液瓶，或者用暖水袋减缓输液时的不良反应，但有很多药液无法进行水泡。国外在输液过程中尝试使用化学药品对药液进行加热，这种加热方法操作比较复杂，效率较低，每次输液都需要耗费一定的化学材料，成本比较高，温度控制较为困难。通过控制加热器与输液口距离实现对温度控制，具有很多不可控因素。本文设计的温度控制系统是基于电路板和单片机实现对温度的传感设计，温度可控性比较高，经过单片机传感器的自动调节，使其满足不同患者对输液温度的需求[1]。

3 体温输液控制电路系统设计依据及可行性

3.1 设计依据

常规的输液方式每分钟内向人体输入40～60滴的药液，受环境和重力等因素影响，速度和滴液的重量有所差别，每10滴左右的药液重量为1 g左右。常规的输液方式下，若想在患者体内输入约为500 g的药液，时间通常在90～120 min。本文以此为基础对输液控制系统下行管参数进行计算，科学选用电阻丝控制电流。

从仓库或者药房取出的药物温度多在20℃左右，最低为15℃，本设计以最低温度为衡量标准。需要将其加热到与患者体温相适的36℃，假设每分钟患者体内输入的药液数量为5 g，则产生的热量约为418 J[2]。

将电阻丝缠绕制成加热系统所需的电热板。电阻丝参数设计为20 Ω/m，完成最终的电阻丝缠绕需要3.5 m，最终电阻丝的总电阻为70 Ω。根据电流计算公式，计算出所需要的电压和电流。最终所得温度控制电路板电阻丝的通过电流为0.315 A，所需要的电压参数为19 V，在满足上述参数的基础上实现对加热系统的科学设计。

3.2 设计可行性

3.2.1 技术可行性

应用电流实现对物体的加热是比较常见的方式，在我国早已普及，主要应用在恒温电箱、恒温电器等方面。虽然其在医疗领域中的应用并不常见，但电流加热技术和温度控制系统技术在我国已经逐渐完善。从技术角度看，应用电流实现对药液的加热，应用电阻可以改变加热的温度，在配置温度传感器的基础上，传递药液的温度信号，实现对药液温度的科学检测，单片机可以自动化调节加热板的温度大小，实现对药液的恒温调节与自动控制。单片机技术、传感器技术在我国应用普遍，渗透在日常生产和生活的各个方面，将其与电流加热系统融合，可以实现对温度的科学控制，在技术开发和技术应用上具有可行性[3]。

体温控制输液模式满足了大多数患者的需求。很多患者会采用热水袋等物理方式对体温进行控制，但这种控制方式受环境因素限制比较大，热水袋的降温速度也比较快，无法满足整个输液流程的需要。使用体温输液控制系统实现对温度的自动控制、自动监测，既方便了患者，又具有持续性。

3.2.2 经济可行性

设计体温输液控制系统，按照相关参数设计电流和电阻，辅助应用单片机和温度传感器实现对温度的控制以及监测。与国外的化学加热方式相比，所耗费的材料比较少，电路系统可以反复使用，并不像国外加热方式一样需要耗费大量的材料。所需要的资金主要用于技术试验以及材料购买，一旦投入使用，只需要后期的维护费用即可。因此，该系统设计比较简单，耗费材料比较少，可以反复使用，成本价格比较低廉，唯一比较耗费资金的地方就是单片机和传感器设备的引进与使用，在经济上具有可行性。

4 体温输液控制电路系统工作原理

4.1 电路组成

4.1.1 电源部分设计

电源部分是供给整个系统供电的核心装置，为了保障整个电路系统的稳定性，持续给予电力，可以将交流电源与直流电源融合。在设计过程中，尝试应用蓄电池直接供给24 V电力，但这种方式受蓄电池寿命影响比较大，因此采用更加稳定的交流与直流融合的电力供给方式，使用不会对人体造成危害的24 V电压，保障输液加温过程的安全性。单片机控制系统电压参数为5 V，供给24 V的直流电，辅助应用集成性比较高的稳压器作为电流提供装置。加热板运行过程中所使用的电压参数为24 V，采用比较简单的直流电供应方式，实现对温度控制系统的电力供给[4]。

4.1.2 温度检测部分设计

为了保障整个输液过程以及温度控制方式在可控范围内，使用传感器装置实现对整个输液过程的温度监控，避免由于电源故障导致温度过高或者过低对患者造成的不良影响。温度检测部分是电路系统设计的关键部分，本设计主要使用型号参数为PT100的热电阻材料，当温度产生相应的变化时，电阻也会随之而改变。当药液的温度值为0℃时，传感器的热电阻阻值为70 Ω。传感器在应用过程中与电位器等组成电桥电路，电位器在系统中的主要作用是调节电桥，确保整个输液中电桥的平衡性以及稳定性。设计同时应用集成运算放大器设备，本设计选择质量较好，效率较高型号参数为TL27L2B的设备，其在系统中的主要功能是对电桥输入电压进行控制，使其可以达到放大电压的效果。为了保障集成运算放大器的功能在可控的范围内，辅助使用电路进行控制。

本设计中的电桥电路具备温度信号转化功能，将电压与信号进行对比，通过将电压的变化参数输入到集成运放系统中，实现参数输出，最终将其输送到单片机的端口中。单片机具备强大的模拟功能和数据转换功能，可以将模拟结果转化为数字量，并在特定的单元内实现对数据的储存。单片机的显示电路可以实现对温度的反馈，显示出药液相应的温度。最后，单片机可以将内部储存的温度信号转化为数字信号，控制端口输入的脉冲信号参数。端口输出控制主要应用干脉宽调制进行控制。基于上述电桥电路、传感器和单片机的设计，共同实现对温度参数的检测与温度信号的传输。

4.1.3 控制系统设计

在进行温度检测以及电源输入设计后，需要对整个控制系统进行设计。控制系统是保障每个系统可以稳定运行，输出相关数据的关键，从而实现对问题的控制以及调节。因此，控制系统设计是整个系统设计的基础，设计主要应用型号参数为STC12C5A60S2的单片机。该单片机最主要的功能辅助检测系统实现对电压数值的转化，将其转化为温度值从而实现对温度的控制。由2个端口负责数值的最后输出，控制LED屏幕的数码管，实现对温度的准确显示。此外，单片机还有一项功能就是对比系统中预先设定的温度值和当前的温度值，对比温度值的高低，如果过高则降低温度，如果过低则升高温度。通过对端口脉冲的宽度控制，实现最终的温度控制目的。该设计主要通过控制电流量实现温度调节。

4.1.4 输出控制部分设计

为了保障系统对温度数值输出以及控制的科学性和准确性，应用光耦驱动器进行电压隔离，确保电路系统的功率可以支持整个系统的运行。本设计主要应用的驱动器型号参数为TLP250，该驱动器具有功率放大作用，可以隔离单片机与加热板的高电压，有效地实现光电隔离。输出控制系统的设计是维持系统稳定运行的关键，该部分可以将单片机的输出端口和温度有关的脉冲信号进行解码驱动。设计驱动器功率管的参数为VT5，通过光耦驱动器的运行，实现对加热板电流的控制。

4.2 工作原理

通过对体温输液控制电力系统各部分设计，赋予各部分相应的功能，在共同的作用下实现温度的控制和调节。在设置好相关参数，确定最终的数值和材料后，对电路系统的运行原理进行分析。

系统中包括检测电路、传感器、液体温度检测、电桥电路数值转换器，经过集成运放后将数值输入到单片机系统中。单片机的主要作用是模拟信号，转化模数，将信号储存至相应的单元中。经过最终的计算后，将模数信号转化为温度值显示在LED屏中。单片机可以实现对数字信号的控制，在电路板端口中输出脉冲信号。脉冲信号控制主要采用比较常见的脉宽调制方法，实现对温度的控制。系统运行期间，若传感器采集数值转化的温度高于36℃，则端口输入的电压值会随之产生变化，以数模转化的方式增加单片机内存单元值，减少脉冲输出的宽度，从而使温度降低。若传感器采集的温度低于36℃时，则端口模拟电压值降低，经过单片机的控制，使脉冲宽度增加，实现对温度的调节。如果传感器采集的温度数值为36℃，与设计的温度相吻合，则端口输出电压为定值。系统通过编程方式，实现对温度的控制，避免温度过高或者过低。温度控制系统电路如图1所示。

图1 温度控制系统电路图

5 结语

基于电路系统的体温输液控制效果比较好，输液过程中的温度具有一定的稳定性，药液流速不会对温度产生影响。通过单片机的控制，可以将温度控制在合理的范围之内，安全性、舒适性、可靠性等均可以得到保障。与普通的加温输液不同，本设计操作更加简单，使用效果更加明显，在技术上具有可行性，对于提高患者药液吸收程度、降低药液输入影响具有积极的作用。