Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ và cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0, việc sử dụng năng lượng hiệu quả trong các cơ sở y tế trở thành vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, các bệnh viện tại Việt Nam tiêu thụ một lượng năng lượng lớn hàng năm, đặc biệt là điện năng dùng cho trang thiết bị y tế (TTBYT) hoạt động liên tục 24/24 giờ. Tình trạng sử dụng quá tải tại các bệnh viện tuyến trung ương và việc chưa khai thác hết công năng tại các bệnh viện tuyến dưới dẫn đến nhiều thiết bị bị hư hỏng, tuổi thọ giảm sút, gây lãng phí nguồn lực. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế một hệ thống theo dõi tần suất sử dụng và mức tiêu thụ năng lượng của TTBYT nhằm hỗ trợ quản lý bảo dưỡng hiệu quả, giảm thiểu chi phí và nâng cao chất lượng phục vụ y tế. Nghiên cứu tập trung vào các thiết bị sử dụng điện AC một pha trong các bệnh viện và cơ sở khám chữa bệnh tại Việt Nam, với phạm vi thời gian thực hiện trong năm 2022. Việc phát triển hệ thống này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm thiểu lãng phí và hỗ trợ công tác bảo trì, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành y tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết quản lý năng lượng và mô hình Internet vạn vật (IoT) trong giám sát thiết bị y tế. Lý thuyết quản lý năng lượng tập trung vào việc đo lường, phân tích và kiểm soát mức tiêu thụ năng lượng nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng. Mô hình IoT được áp dụng để kết nối các thiết bị đo lường với phần mềm quản lý qua mạng không dây, giúp thu thập và xử lý dữ liệu theo thời gian thực. Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: công suất điện (P), năng lượng tiêu thụ (kWh), tần suất sử dụng thiết bị, hệ thống giám sát và kiểm soát năng lượng (EMCS), và các giao thức kết nối không dây như Wi-Fi và Bluetooth. Ngoài ra, các chuẩn kỹ thuật như ISO 50001:2011 về quản lý năng lượng cũng được tham khảo để xây dựng hệ thống quản lý hiệu quả.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các phép đo thực tế tại các bệnh viện sử dụng thiết bị đo điện AC một pha với dòng điện từ 100mA đến 20A và điện áp tối đa 250V. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm nhiều thiết bị y tế vừa và nhỏ tại các cơ sở y tế ở Hà Nội. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu thuận tiện dựa trên các thiết bị phổ biến và có khả năng kết nối IoT. Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ phần mềm như SQL Server 2019 để lưu trữ và xử lý dữ liệu, kết hợp với phần mềm quản lý trên nền tảng Android để hiển thị và điều khiển thiết bị. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2022, bao gồm các giai đoạn thiết kế phần cứng, phát triển phần mềm, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đo lường chính xác mức tiêu thụ năng lượng: Thiết bị đo sử dụng IC BL0937 cho kết quả đo công suất với sai số nhỏ hơn ±0,5%, đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao trong giám sát TTBYT. So sánh với máy đo UNI-T UT230B-EU cho thấy sai số dưới 2%, đảm bảo độ tin cậy dữ liệu.

  2. Giám sát tần suất sử dụng thiết bị: Hệ thống có khả năng theo dõi thời gian hoạt động của thiết bị liên tục, ghi nhận chính xác các trạng thái bật/tắt và thời gian sử dụng trong ngày, giúp đánh giá hiệu quả khai thác thiết bị.

  3. Kết nối ổn định và linh hoạt: Thiết bị sử dụng chip ESP32 hỗ trợ kết nối Bluetooth và Wi-Fi, cho phép truyền dữ liệu ổn định đến máy chủ và ứng dụng di động. Tỷ lệ kết nối thành công trên 95% trong các thử nghiệm thực tế tại bệnh viện.

  4. Phần mềm quản lý thân thiện và hiệu quả: Ứng dụng trên nền tảng Android hiển thị biểu đồ công suất tiêu thụ theo ngày, tháng, giúp người quản lý dễ dàng theo dõi và ra quyết định bảo dưỡng. Tính năng điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa qua Wi-Fi được đánh giá cao về tính tiện dụng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả đo lường và giám sát là do việc lựa chọn linh kiện điện tử phổ biến, giá thành thấp nhưng có độ chính xác cao như IC BL0937 và vi xử lý ESP32. So với các nghiên cứu khác tập trung vào các hệ thống giám sát năng lượng công nghiệp lớn, nghiên cứu này hướng đến các thiết bị y tế vừa và nhỏ, phù hợp với thực trạng các bệnh viện Việt Nam. Việc sử dụng kết nối không dây Wi-Fi và Bluetooth giúp tăng tính linh hoạt và giảm chi phí lắp đặt hệ thống dây dẫn phức tạp. Dữ liệu thu thập được có thể trình bày qua biểu đồ thời gian hoạt động và biểu đồ công suất tiêu thụ, giúp trực quan hóa hiệu quả sử dụng thiết bị. Kết quả này góp phần nâng cao nhận thức về tiết kiệm năng lượng trong các cơ sở y tế, đồng thời hỗ trợ công tác bảo trì, giảm thiểu hư hỏng thiết bị.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống giám sát tại các bệnh viện tuyến trung ương và tuyến tỉnh: Tăng cường lắp đặt thiết bị đo và phần mềm quản lý trong vòng 12 tháng tới nhằm nâng cao hiệu quả quản lý TTBYT, giảm thiểu hư hỏng và chi phí bảo dưỡng.

  2. Đào tạo nhân viên y tế và kỹ thuật viên: Tổ chức các khóa tập huấn về sử dụng hệ thống giám sát và ý thức tiết kiệm năng lượng, nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng vận hành trong 6 tháng đầu triển khai.

  3. Phát triển phần mềm quản lý đa nền tảng: Mở rộng ứng dụng quản lý sang các hệ điều hành khác như iOS và máy tính để bàn trong vòng 18 tháng, giúp tăng khả năng tiếp cận và sử dụng cho nhiều đối tượng người dùng.

  4. Nâng cấp và mở rộng tính năng hệ thống: Tích hợp thêm các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm và cảnh báo tự động khi thiết bị hoạt động quá tải hoặc có dấu hiệu hư hỏng, dự kiến hoàn thành trong 24 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Quản lý bệnh viện và cơ sở y tế: Giúp nâng cao hiệu quả quản lý trang thiết bị y tế, giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng, đồng thời cải thiện chất lượng dịch vụ khám chữa bệnh.

  2. Kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật y sinh: Cung cấp kiến thức về thiết kế hệ thống đo lường năng lượng và ứng dụng IoT trong y tế, hỗ trợ phát triển các giải pháp công nghệ mới.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật y sinh: Là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp thiết kế phần cứng, phần mềm và phân tích dữ liệu trong lĩnh vực giám sát thiết bị y tế.

  4. Các nhà hoạch định chính sách năng lượng và y tế: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách tiết kiệm năng lượng và quản lý trang thiết bị y tế hiệu quả trong hệ thống y tế quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống này có thể áp dụng cho loại thiết bị y tế nào?
    Hệ thống phù hợp với các thiết bị y tế vừa và nhỏ sử dụng điện AC một pha, có dòng điện từ 100mA đến 20A và điện áp tối đa 250V, phổ biến trong các bệnh viện và phòng khám.

  2. Độ chính xác của thiết bị đo năng lượng như thế nào?
    Thiết bị sử dụng IC BL0937 với sai số đo công suất nhỏ hơn ±0,5%, đảm bảo độ chính xác cao so với các thiết bị đo tiêu chuẩn trên thị trường.

  3. Hệ thống có hỗ trợ điều khiển thiết bị từ xa không?
    Có, phần mềm quản lý cho phép bật/tắt thiết bị qua mạng Wi-Fi, giúp người quản lý dễ dàng kiểm soát và tiết kiệm năng lượng.

  4. Dữ liệu thu thập được lưu trữ và xử lý như thế nào?
    Dữ liệu được gửi lên máy chủ sử dụng SQL Server 2019, lưu trữ theo cấu trúc gồm các trường như ID thiết bị, dòng điện, điện áp, thời gian hoạt động, công suất tiêu thụ, trạng thái thiết bị và ngày tháng.

  5. Hệ thống có thể mở rộng và tích hợp thêm các tính năng mới không?
    Có, thiết kế dựa trên nền tảng ESP32 và phần mềm mở, dễ dàng nâng cấp để tích hợp thêm cảm biến khác hoặc mở rộng giao diện quản lý đa nền tảng.

Kết luận

  • Thiết kế thành công hệ thống theo dõi tần suất sử dụng và mức tiêu thụ năng lượng của trang thiết bị y tế sử dụng điện AC một pha với độ chính xác cao.
  • Hệ thống kết hợp phần cứng đo lường IC BL0937 và vi xử lý ESP32, cùng phần mềm quản lý trên nền tảng Android, đáp ứng yêu cầu giám sát và điều khiển từ xa.
  • Kết quả thử nghiệm thực tế tại các bệnh viện cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và tiết kiệm năng lượng.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi, đào tạo nhân viên và phát triển thêm tính năng để phù hợp với nhu cầu thực tế của các cơ sở y tế Việt Nam.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng phạm vi ứng dụng, nâng cấp phần mềm đa nền tảng và tích hợp thêm cảm biến để nâng cao chất lượng dịch vụ y tế.

Hãy bắt đầu áp dụng hệ thống này để nâng cao hiệu quả quản lý trang thiết bị y tế và tiết kiệm năng lượng trong bệnh viện của bạn ngay hôm nay!