输液泵的工效学设计研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 1.77MB 61 页 15积分

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摘要

医疗器械已经广泛地应用在对患者的诊断，治疗，康复等各个阶段，然而，

在每个阶段中总会出现一些医疗事故，有些事故是由于使用者使用的原因造成的，

有些则是由于医疗器械自身的原因造成的。为了降低医疗事故发生的概率，作为

提高医疗器械安全性的重要方法之一，工效学这一概念被引入到医疗器械的设计

过程中并得到了重视。

目前，国内已经有上千家医疗器械制造厂商，但是许多厂家缺少自己的核心

研发能力，大多只是通过对国外医疗器械的研究来进行的，并且主要侧重于医疗

器械的功能方面。而对于如何能够更好的应用工效学的原理来提高医疗器械的质

量，则是研究的非常少。输液泵作为临床中比较常见的一种医疗器械，尤其是在

重症监护病房(Intensive Care Unit, ICU)中更是得到了广泛的应用。输液泵的出现，

不但可以大大地提高使用者的工作效率，也提高了输液的精确度。本文以上海理

工大学医疗器械与食品学院与上海市医疗器械检测所的合作项目为背景，结合输

液泵在使用过程中出现的一些问题，对输液泵的工效学设计进行了深入的分析。

本文主要在以下几个方面进行了研究：

1．针对输液泵在使用过程中经常出现的一些问题进行了总结，分析了引起

这些问题的原因。

2．研究了在工效学研究过程中经常使用的方法。在工效学研究的过程中有

许多种方法，本文就常见的一些方法进行了说明，并在后续的输液泵的设计中加

以使用。

3. 建立了新的工效学模型。根据已有的工效学设计模型，然后结合软件工

程中相关的理论，建立了工效学设计过程的模型。

4．将新设计的工效学模型与输液泵结合，提出了输液泵设计过程的框架。

在此框架中，尽可能考虑了工效学的因素。

5．将输液泵设计的框架加以实现并进行对比分析。本论文共对两种输液泵

界面进行了分析。其中一种界面是实验室现有的输液泵；另外一种界面是根据工

效学原理设计出的，并将这个新界面在触摸屏上加以实现；然后通过对这两种界

面进行对比实验，验证工效学在设计过程中的作用。

关键词：输液泵工效学医疗器械模型可用性

ABSTRACT

Medical devices have been widely used in modern hospitals for patients in the

phases of diagnosis, treatment, and recovery. However, adverse events were always

happened in every phases, some adverse events were occurred because of use error of

users’, some of them happened as a result of the design of medical devices. In order to

reduce the probability, ergonomics which is an important method to increase safety of

medical devices was introduced to the design process of medical devices and was

recognized.

At present, there are thousands of medical manufactures in our country, but many

of them were lack of the ability of research and development. As a result, the only

way for these manufactures is the research of foreign medical devices and has a focus

of functions of medical devices. At the time, it is rare for these manufactures to

research the quality improving of medical devices through the principle of

ergonomics. As a popular medical device, infusion pumps have been widely used in

hospitals, especially in Intensive Care Unit (ICU). Infusion pumps have contributed to

improvements in patient care, allowing for a greater level of control, accuracy, and

precision in drug delivery, reducing medication errors. In this paper, under the

background of program between State Drug Administration Shanghai Centre for

Medical Equipment Quality Supervision and Testing and School of Medical

Instrument and Food Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,

combining the problems which occurred in the process of infusion pumps usage,

ergonomics design for infusion pumps has been analyzed.

In this paper, there are several aspects have been researched.

1. It was summarized for the problems which occurred in the usage process of

infusion pumps, and the reason has been explained.

2. Methods which were used in the research process of ergonomics were

discussed. There are many methods used in ergonomics research process, some of

them were discussed and used in this paper.

3. A new ergonomics model was established in this paper. According to the

III

existed model and combining theory of software engineering, a new model was

established.

4. A frame for the design process of infusion pump was put forward, according to

the combining of ergonomics model and infusion pump. In this frame, it is possible to

think about the factors of ergonomics.

5. It is achieved and analyzed for this frame. In this paper there are two interfaces

are analyzed. One of these is the infusion pump in our laboratory and the other

interface which is realized by touch screen is designed based on ergonomics principle.

Then these two interfaces were compared through experiment, and the role of

ergonomics design was proved.

Keywords: Infusion pump, ergonomics, medical devices, model, usability

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................................................................................... 1

§1.1 课题的来源及意义 .......................................................................................... 1

§1.2 输液泵应用现状 .............................................................................................. 3

§1.2.1 输液泵在临床中的应用 ........................................................................ 3

§1.2.2 输液泵在临床中的使用错误 ................................................................ 3

§1.3 工效学的国内外研究现状分析 ...................................................................... 5

§1.3.1 工效学的定义及研究内容 .................................................................... 5

§1.3.2 工效学的国内外研究现状 .................................................................... 6

§1.3.3 医疗器械中的工效学研究内容 ............................................................ 7

§1.3.4 工效学在医疗器械中的研究现状 ........................................................ 9

§1.4 工效学在输液泵设计中的国内外研究现状分析 ........................................ 10

§1.5 研究思路和主要内容 .................................................................................... 11

第二章工效学模型与医疗器械设计 .......................................................................... 12

§2.1 工效学的基本原理 ........................................................................................ 12

§2.2 工效学设计模型 ............................................................................................ 13

§2.2.1 Nielsen 模型 .......................................................................................... 13

§2.2.2 瀑布模型 .............................................................................................. 14

§2.2.3 螺旋模型 .............................................................................................. 15

§2.2.4 UEPM 模型 ........................................................................................... 16

§2.2.5 SHELL 模型 .......................................................................................... 17

§2.3 医疗器械工效学设计的相关标准 ................................................................ 18

§2.4 利用工效学模型进行医疗器械设计的方法 ................................................ 19

§2.4.1 情景调查 .............................................................................................. 19

§2.4.2 认知任务分析法 .................................................................................. 20

§2.4.3 可用性测试 .......................................................................................... 20

§2.4.4 启发式评估 .......................................................................................... 20

§2.4.5 认知走查法 .......................................................................................... 21

§2.5 本章内容小结 ................................................................................................ 21

第三章工效学设计模型的改进设计 .......................................................................... 22

§3.1 工效学模型进行改进设计的原因 ................................................................ 22

§3.2 工效学的周期设计 ........................................................................................ 22

§3.3 风险及风险管理 ............................................................................................ 23

§3.3.1 引起风险的原因分析 .......................................................................... 24

§3.3.2 风险管理及过程 .................................................................................. 24

§3.3.3 风险管理与工效学 .............................................................................. 25

§3.4 改进设计的工效学模型 ................................................................................ 27

§3.5 新模型及讨论 ................................................................................................ 30

§3.6 本章内容小结 ................................................................................................ 31

第四章输液泵工效学设计的实现 .............................................................................. 32

§4.1 新模型的设计过程 ......................................................................................... 32

§4.2 输液泵的工效学设计实现 ............................................................................ 33

§4.3 输液泵改进设计前后的工效学对比分析 .................................................... 35

§4.3.1 旧界面布局介绍 .................................................................................. 35

§4.3.2 新界面功能实现 .................................................................................. 36

§4.3.3 新界面布局介绍 .................................................................................. 38

§4.4 实验与实验结果 ............................................................................................ 39

§4.4.1 实验准备 .............................................................................................. 39

§4.4.2 结果分析 .............................................................................................. 40

§4.5 讨论 ................................................................................................................. 45

§4.5.1 客观结果讨论 ...................................................................................... 45

§4.5.2 主观结果讨论 ...................................................................................... 46

§4.5.3 工效学特性分析 .................................................................................. 46

§4.6 本章内容小结 ................................................................................................ 47

第五章总结与展望 ...................................................................................................... 48

§5.1 本文总结 ......................................................................................................... 48

§5.2 前景展望 ......................................................................................................... 48

附录 ................................................................................................................................ 49

参考文献 ........................................................................................................................ 54

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ............................................ 57

致谢 ............................................................................................................................ 58

第一章绪论

§1.1 课题的来源及意义

伴随着微电子技术、计算机技术、制造业技术等的不断进步和发展，医疗器

械已经由简易的治疗工具发展成为具有高科技含量的现代化设备，随着人们生活

水平的提高和对健康的日益重视，医疗器械将是具有较好发展前景的产业之一。

当前一些著名的市场调研公司对全球经济衰退下的医疗市场进行评估，认为中国

的医疗市场是比较乐观的。在今后的几年，中国医疗器械的需求量将呈现继续上

升的态势，并且随着医疗改革的进行，势必将会为医疗器械的发展带来更加广阔

的天地。经过几十年的发展，虽然国内的医疗器械也取得了长足的发展，但是国

内的医疗器械在技术上仍然落后于先进国家，具有顶级技术的产品仍然被国外产

品所垄断[1]。

输液是疾病治疗过程中一个重要的环节，也是医疗过程最常见的一种治疗方

式，在输液泵出现之前，重力输液基本上是唯一的输液手段，其基本原理是依靠

高度差形成压力从而为患者提供输液。由于需要存在高度差，所以当患者需要移

动时，就需要有人专门举起药液，这样就会造成很多不便，尤其是在野外、救灾、

军事行动等。另外由于单纯依靠重力差输液，并且人眼在观察药瓶内的高度时，

会存在一定的误差，因而容易出现给患者输入的药液或多或少的情况。

但是随着科技的发展，自德国贝朗公司生产出世界上第一台输液泵以来，输

液泵已经在现代医院中成为必不可少的一台器械。输液泵是用来向患者进行药物

输送的医疗器械，它能够精确地控制药液的流速和用量，同时能够检测输液过程

中发生的一些异常情况，例如药液堵塞，产生气泡等并产生报警，因而减少了许

多医疗事故的发生。当输液结束后能够自动停机，并且以声光等形式通知使用者。

使用输液泵输液代替传统的重力输液已经成为事实，并且将会得到更加广泛的普

及。与其功能相一致的还有另外一种医疗器械——注射泵。两者的最明显区别在

于输液精度的差异[2]。

医疗器械是直接与人的生命相关的，由于医疗器械的这一特殊性，伴随着医

疗器械的大量使用，随之而来的则是由于医疗器械的使用而引发的各种医疗事故。

在医疗器械的使用过程中，使用者的操作失误引起的临床事故却时有发生。在

2004 年由美国的 HealthGrades 发布的《Patients Safety in American Hospitals》中

提到：每年由于 medical errors 造成的死亡人数约为 98000，其中相当一部分医疗

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摘要：

I摘要医疗器械已经广泛地应用在对患者的诊断，治疗，康复等各个阶段，然而，在每个阶段中总会出现一些医疗事故，有些事故是由于使用者使用的原因造成的，有些则是由于医疗器械自身的原因造成的。为了降低医疗事故发生的概率，作为提高医疗器械安全性的重要方法之一，工效学这一概念被引入到医疗器械的设计过程中并得到了重视。目前，国内已经有上千家医疗器械制造厂商，但是许多厂家缺少自己的核心研发能力，大多只是通过对国外医疗器械的研究来进行的，并且主要侧重于医疗器械的功能方面。而对于如何能够更好的应用工效学的原理来提高医疗器械的质量，则是研究的非常少。输液泵作为临床中比较常见的一种医疗器械，尤其是在重症监护病房(Int...

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