具有喇叭口結(jié)構(gòu)的防刺傷針頭帽的設(shè)計與評價

許紅鳳，王 紅，張 印

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院，北京 100020；2.北京機電工程研究所

醫(yī)務(wù)人員在工作時需要經(jīng)常進行采血、注射、輸液以及穿刺等操作，在這些操作中，極易發(fā)生針刺傷。相關(guān)研究表明，我國醫(yī)務(wù)人員針刺傷發(fā)生率較高，特別是護理人員的每月平均針刺傷發(fā)生率達每1 000 人103.9次[1]，護理人員個體針刺傷發(fā)生率甚至達90%[2]。此外，據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，世界范圍內(nèi)每年約有300 萬醫(yī)務(wù)工作者至少發(fā)生1 次針刺傷[3]。針刺傷已成為臨床操作中最常見的職業(yè)損傷之一[4]。針刺傷不僅會增加護理人員感染血源性疾?。ㄈ绨滩?、乙型病毒性肝炎、丙型病毒性肝炎等）的概率[5]，還會嚴(yán)重影響護理人員的心理，甚至?xí)o醫(yī)護人員和醫(yī)療單位帶來經(jīng)濟損失。因此，如何有效預(yù)防和降低針刺傷的發(fā)生率是當(dāng)前醫(yī)療領(lǐng)域亟待解決的一個重點問題。近年來，醫(yī)務(wù)人員和醫(yī)療單位愈加重視針刺傷的防范工作，相關(guān)研究逐漸增多[6‐7]，但多是從防范意識及使用規(guī)范等方面探究針刺傷發(fā)生規(guī)律及應(yīng)對策略。事實上，針頭和針頭帽的結(jié)構(gòu)也是影響針刺傷發(fā)生率的重要因素。目前，有研究嘗試通過改進針頭結(jié)構(gòu)來提升其防刺傷能力，如采用可相對移動的封針套管[8]、可旋式防刺傷穿刺針[9]以及可伸縮針頭[10]等。這些改進的針頭能夠降低針刺傷發(fā)生率，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性降低、使用不便等不足，并且容易被誤觸發(fā)而與病人肌體發(fā)生觸碰或引起針頭變形。相比較而言，在使用完針頭后，及時將針頭帽套回針頭外側(cè)（即回帽操作）可以有效降低針刺傷發(fā)生率，但常規(guī)的針頭帽由于帽孔小，在回帽時也容易發(fā)生針刺傷。于是，有醫(yī)護人員索性通過小泡沫墊充當(dāng)針頭帽[11]或者直接將針頭丟棄到銳器盒或醫(yī)療垃圾桶中。為此，本研究提出借鑒自然界花朵的喇叭口結(jié)構(gòu)，設(shè)計一種具有喇叭口結(jié)構(gòu)的防刺傷針頭帽，提高針頭帽對針頭的導(dǎo)向能力和位置偏差糾正能力，提升針頭回帽成功率和工作效率，降低針刺傷發(fā)生率。

1 醫(yī)用針頭及針頭帽結(jié)構(gòu)與回帽過程

1.1 醫(yī)用針頭及針頭帽結(jié)構(gòu) 常用的醫(yī)用針頭及針頭帽有多種樣式。其中，針頭多為不銹鋼材質(zhì)，其末端設(shè)計有鋒利的斜口結(jié)構(gòu)，具有直徑小、穿刺性強等特點；針頭帽則多采用醫(yī)用聚氯乙烯（PVC）材料制作而成，一端通過內(nèi)孔與針頭尾部相連，另一端為封口結(jié)構(gòu)。針頭帽安裝在針頭外周，用于防止針刺傷。常規(guī)針頭帽的內(nèi)徑約等于針頭尾部針?biāo)ǖ耐鈴?，帽孔尺寸小，并且外觀半透明不易觀察，雖然針頭帽內(nèi)側(cè)有一定的錐度，但其對針頭的導(dǎo)向作用和位置偏差糾正作用較弱，導(dǎo)致雙手回帽極易發(fā)生針刺傷，單手回帽則會顯著降低工作效率。

1.2 針頭帽回帽過程分析 本節(jié)以注射器為例，對針頭帽的回帽過程進行說明，如圖1 所示。其中，圖1(a)所示為注射器的結(jié)構(gòu)組成（含針頭帽），圖1(b)～1(d)所示則為注射器針頭與針頭帽之間的3 種典型位置關(guān)系，即針頭位于針頭帽帽孔內(nèi)、針頭位于針頭帽邊緣處以及針頭位于針頭帽外側(cè)，在這3 種典型情形中，只有圖1(b)所示的情形能夠保證回帽操作的順利完成。

圖1 注射器針頭與針頭帽之間的位置關(guān)系

從數(shù)學(xué)角度講，針頭回帽成功率（記作Pb）可以用針頭的截面積Sn與針頭帽帽孔截面積Sc的比值來衡量，即Pb=Sn/Sc。將針頭外徑和針頭帽帽孔內(nèi)徑分別記作dn和dp，則可得Pb=Sn/Sc=(dn/dp)2，說明回帽成功率Pb等于針頭外徑與針頭帽帽孔內(nèi)徑比值的平方。據(jù)此可知，由于圖1 所示的常規(guī)醫(yī)用針頭的外徑與針頭帽的帽孔內(nèi)徑的比值并不是很大，因而容易導(dǎo)致針頭回帽成功率不高。

2 模擬花朵喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽設(shè)計

2.1 花朵喇叭口結(jié)構(gòu)分析 自然界有多種開花植物需要借助昆蟲進行傳粉和授粉。為增加昆蟲在花朵上的停駐機會，在長期的自然選擇和進化過程中，許多開花植物的花朵（如牽牛花、打碗花等）都進化成了喇叭口狀的內(nèi)凹錐形結(jié)構(gòu)。除了較大的表面積有助于昆蟲停駐外，喇叭口的內(nèi)凹錐形結(jié)構(gòu)還具有很好的導(dǎo)向作用，有助于昆蟲在自身重力及喇叭口結(jié)構(gòu)約束下向花蕊部分運動（如圖2 所示），從而大大增加傳粉和授粉的幾率。

圖2 喇叭口結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向過程

由于喇叭口結(jié)構(gòu)具有良好的導(dǎo)向作用和位置偏差糾正作用，因此，這種結(jié)構(gòu)在多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，如飛機的空中加油對接機構(gòu)[12]、水下機器人的對接機構(gòu)[13]以及空間飛行器的對接機構(gòu)[14]都不約而同地用到了喇叭口結(jié)構(gòu)。

2.2 具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽設(shè)計 受花朵喇叭口結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，本節(jié)應(yīng)用SolidWorks 軟件設(shè)計了一種新型的具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽，如圖3 所示。其中，圖3(a)所示為針頭帽的整體結(jié)構(gòu)，它主要由喇叭口和帽體組成，在喇叭口和帽體的外側(cè)均設(shè)計有防滑條；圖3(b)為針頭帽的剖視圖，圖中的結(jié)合部是指針頭帽與針頭尾部針?biāo)ㄏ噙B接的部位。

圖3 具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽

依據(jù)操作習(xí)慣，醫(yī)務(wù)人員多以捏取方式對針頭帽進行取放（如圖4 所示），因此，為降低針刺傷發(fā)生率，可限定針頭帽喇叭口底部內(nèi)徑dc滿足dc≥tT+tI+ds，其中，tT和tI分別表示拇指和食指的指尖厚度，ds表示針頭帽帽體外徑，針頭帽喇叭口的高度h應(yīng)保證針頭帽的結(jié)合部與針?biāo)軐崿F(xiàn)有效連接。此時，針頭帽的理論回帽成功率為Pb=(dn/dc)2，相比常規(guī)針頭帽，其回帽成功率會顯著提升。此外，喇叭口結(jié)構(gòu)對針頭具有很好的位置偏差糾正能力，當(dāng)針頭以多種姿態(tài)（如正對或傾斜等）向針頭帽喇叭口運動時（如圖5 所示），均有較大幾率實現(xiàn)順利回帽，有效提升針頭回帽成功率和工作效率。

圖4 人手以指尖捏取方式取放針頭帽

圖5 針頭與具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽之間的相對關(guān)系

2.3 具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽使用方法 對于常規(guī)的醫(yī)用針頭帽，由于直徑較小，回帽時極易發(fā)生針刺傷，因此，醫(yī)療單位多建議采用單手回帽而不建議甚至是禁止雙手回帽。對于具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽來講，由于喇叭口具有很好的導(dǎo)向作用以及對人手手指的防護作用，既可以采用單手回帽，也可以采用雙手回帽。此外，該針頭帽可以與針頭配套包裝，也可以將多個針頭帽置于針頭帽盒中批量使用，以提升工作效率。

2.4 具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽試樣制作 以圖6(a)所示的5 mL 醫(yī)用注射器為例，結(jié)合圖6(b)所示的醫(yī)用針頭帽，設(shè)計了相匹配的具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽，其中，喇叭口的內(nèi)側(cè)最大直徑為18 mm，喇叭口高度為10 mm，選用透明樹脂材料，通過3D 打印技術(shù)制作了針頭帽試樣見圖6(c)。

圖6 醫(yī)用注射器與兩種針頭帽

3 具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽使用評價

在北京市某三級甲等醫(yī)院冠心病監(jiān)護室，邀請10名護理人員（均為女性）進行了使用。10 名護理人員的工作年限為3～8 年，平均每天使用醫(yī)用針頭≥10次。試驗時，使用未拆封的注射器，并將針頭帽試樣進行酒精消毒處理，每名護理人員各自使用兩種針頭帽分別進行5 次單手回帽和5 次雙手回帽，隨后對使用效果進行評價。

對兩種針頭帽的使用效果如圖7 所示。對于具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽，單手回帽和雙手回帽均具有很高的成功率，并且完成回帽所需的時間較短；而對于常規(guī)醫(yī)用針頭帽，單手回帽的成功率較低，雙手回帽的成功率有所提升，但仍然偏低，并且完成回帽均需要較長的時間。10 名護理人員均認(rèn)為具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽具有良好的使用安全性，而常規(guī)醫(yī)用針頭帽的安全性較差。由此可知，相比常規(guī)醫(yī)用針頭帽，本研究所設(shè)計的具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽能有效提升針頭回帽成功率和工作效率，降低針刺傷發(fā)生率。

圖7 兩種針頭帽的使用效果

4 結(jié)論

本文借鑒花朵的喇叭口結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種具有喇叭口結(jié)構(gòu)的防刺傷針頭帽，然后采用3D 打印技術(shù)制作了針頭帽試樣，并進行了使用效果評價。結(jié)果表明，具有喇叭口結(jié)構(gòu)的針頭帽對針頭具有良好的導(dǎo)向作用和位置偏差糾正作用，能夠有效提升針頭回帽成功率和工作效率，降低針刺傷發(fā)生率，并具有結(jié)構(gòu)簡單且使用方便的特點。