具有喇叭口結構的防刺傷針頭帽的設計與評價

許紅鳳，王 紅，張 印

1.首都醫科大學附屬北京朝陽醫院，北京 100020；2.北京機電工程研究所

醫務人員在工作時需要經常進行采血、注射、輸液以及穿刺等操作，在這些操作中，極易發生針刺傷。相關研究表明，我國醫務人員針刺傷發生率較高，特別是護理人員的每月平均針刺傷發生率達每1 000 人103.9次[1]，護理人員個體針刺傷發生率甚至達90%[2]。此外，據世界衛生組織估計，世界范圍內每年約有300 萬醫務工作者至少發生1 次針刺傷[3]。針刺傷已成為臨床操作中最常見的職業損傷之一[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]，還會嚴重影響護理人員的心理，甚至會給醫護人員和醫療單位帶來經濟損失。因此，如何有效預防和降低針刺傷的發生率是當前醫療領域亟待解決的一個重點問題。近年來，醫務人員和醫療單位愈加重視針刺傷的防范工作，相關研究逐漸增多[6‐7]，但多是從防范意識及使用規范等方面探究針刺傷發生規律及應對策略。事實上，針頭和針頭帽的結構也是影響針刺傷發生率的重要因素。目前，有研究嘗試通過改進針頭結構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生率，但存在結構復雜、可靠性降低、使用不便等不足，并且容易被誤觸發而與病人肌體發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（即回帽操作）可以有效降低針刺傷發生率，但常規的針頭帽由于帽孔小，在回帽時也容易發生針刺傷。于是，有醫護人員索性通過小泡沫墊充當針頭帽[11]或者直接將針頭丟棄到銳器盒或醫療垃圾桶中。為此，本研究提出借鑒自然界花朵的喇叭口結構，設計一種具有喇叭口結構的防刺傷針頭帽，提高針頭帽對針頭的導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，降低針刺傷發生率。

1 醫用針頭及針頭帽結構與回帽過程

1.1 醫用針頭及針頭帽結構 常用的醫用針頭及針頭帽有多種樣式。其中，針頭多為不銹鋼材質，其末端設計有鋒利的斜口結構，具有直徑小、穿刺性強等特點；針頭帽則多采用醫用聚氯乙烯（PVC）材料制作而成，一端通過內孔與針頭尾部相連，另一端為封口結構。針頭帽安裝在針頭外周，用于防止針刺傷。常規針頭帽的內徑約等于針頭尾部針栓的外徑，帽孔尺寸小，并且外觀半透明不易觀察，雖然針頭帽內側有一定的錐度，但其對針頭的導向作用和位置偏差糾正作用較弱，導致雙手回帽極易發生針刺傷，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)所示為注射器的結構組成（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 種典型位置關系，即針頭位于針頭帽帽孔內、針頭位于針頭帽邊緣處以及針頭位于針頭帽外側，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系

從數學角度講，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徑比值的平方。據此可知，由于圖1 所示的常規醫用針頭的外徑與針頭帽的帽孔內徑的比值并不是很大，因而容易導致針頭回帽成功率不高。

2 模擬花朵喇叭口結構的針頭帽設計

2.1 花朵喇叭口結構分析 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?；?、打碗花等）都進化成了喇叭口狀的內凹錐形結構。除了較大的表面積有助于昆蟲停駐外，喇叭口的內凹錐形結構還具有很好的導向作用，有助于昆蟲在自身重力及喇叭口結構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 喇叭口結構的導向過程

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

2.2 具有喇叭口結構的針頭帽設計 受花朵喇叭口結構的啟發，本節應用SolidWorks 軟件設計了一種新型的具有喇叭口結構的針頭帽，如圖3 所示。其中，圖3(a)所示為針頭帽的整體結構，它主要由喇叭口和帽體組成，在喇叭口和帽體的外側均設計有防滑條；圖3(b)為針頭帽的剖視圖，圖中的結合部是指針頭帽與針頭尾部針栓相連接的部位。

圖3 具有喇叭口結構的針頭帽

依據操作習慣，醫務人員多以捏取方式對針頭帽進行取放（如圖4 所示），因此，為降低針刺傷發生率，可限定針頭帽喇叭口底部內徑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應保證針頭帽的結合部與針栓能實現有效連接。此時，針頭帽的理論回帽成功率為Pb=(dn/dc)2，相比常規針頭帽，其回帽成功率會顯著提升。此外，喇叭口結構對針頭具有很好的位置偏差糾正能力，當針頭以多種姿態（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構的針頭帽之間的相對關系

2.3 具有喇叭口結構的針頭帽使用方法 對于常規的醫用針頭帽，由于直徑較小，回帽時極易發生針刺傷，因此，醫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。對于具有喇叭口結構的針頭帽來講，由于喇叭口具有很好的導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 具有喇叭口結構的針頭帽試樣制作 以圖6(a)所示的5 mL 醫用注射器為例，結合圖6(b)所示的醫用針頭帽，設計了相匹配的具有喇叭口結構的針頭帽，其中，喇叭口的內側最大直徑為18 mm，喇叭口高度為10 mm，選用透明樹脂材料，通過3D 打印技術制作了針頭帽試樣見圖6(c)。

圖6 醫用注射器與兩種針頭帽

3 具有喇叭口結構的針頭帽使用評價

在北京市某三級甲等醫院冠心病監護室，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。對于具有喇叭口結構的針頭帽，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；而對于常規醫用針頭帽，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 名護理人員均認為具有喇叭口結構的針頭帽具有良好的使用安全性，而常規醫用針頭帽的安全性較差。由此可知，相比常規醫用針頭帽，本研究所設計的具有喇叭口結構的針頭帽能有效提升針頭回帽成功率和工作效率，降低針刺傷發生率。

圖7 兩種針頭帽的使用效果

4 結論

本文借鑒花朵的喇叭口結構，設計了一種具有喇叭口結構的防刺傷針頭帽，然后采用3D 打印技術制作了針頭帽試樣，并進行了使用效果評價。結果表明，具有喇叭口結構的針頭帽對針頭具有良好的導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，降低針刺傷發生率，并具有結構簡單且使用方便的特點。