Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực kỹ thuật y sinh, việc cân lắc túi máu đóng vai trò quan trọng trong quy trình thu gom và sản xuất các chế phẩm máu. Theo báo cáo của ngành, nhu cầu sử dụng máu điều trị tại Việt Nam hiện đạt khoảng 1% dân số, thấp hơn so với mức 2% theo khuyến nghị của WHO, dẫn đến tình trạng thiếu hụt máu nghiêm trọng. Quá trình xác định thể tích máu và trộn đều dung dịch chống đông với máu trong túi là bước then chốt nhằm nâng cao chất lượng máu, kéo dài thời gian bảo quản và giảm thiểu thời gian cân trước khi đưa vào máy ly tâm.

Hiện nay, các trung tâm huyết học và truyền máu tại Việt Nam chủ yếu sử dụng các cân thô với độ chính xác thấp (ví dụ cân đĩa Biên Hòa 1kg), gây khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng máu. Trong khi đó, các thiết bị nhập khẩu có chất lượng tốt nhưng chi phí cao, khó tùy biến và bảo trì. Trước thực trạng này, luận văn tập trung nghiên cứu và phát triển máy cân lắc túi máu tự động phù hợp với điều kiện thực tế tại các trung tâm hiến máu lưu động, nhằm nâng cao độ chính xác cân, tích hợp chức năng lắc trộn đều, lưu trữ và truyền dữ liệu, đồng thời đảm bảo tính cơ động và chi phí hợp lý.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo thiết bị cân lắc túi máu có khả năng cân chính xác ±1 gam trong phạm vi 0,3-10 kg, sử dụng động cơ brushless JGB37-3525, tích hợp cảm biến Loadcell Mavin NA6, đầu đọc mã vạch barcode, màn hình cảm ứng và module truyền thông không dây. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2022-2023 tại các bệnh viện và điểm hiến máu lưu động tại Hà Nội, với ý nghĩa góp phần nâng cao hiệu quả quy trình sản xuất chế phẩm máu, giảm thiểu sai số và tăng tính tự động hóa trong ngành huyết học truyền máu Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật sau:

  • Lý thuyết cân đo và cảm biến lực (Loadcell): Loadcell Mavin NA6 sử dụng nguyên lý điện trở lực căng (strain gauge) để chuyển đổi lực tác động thành tín hiệu điện áp, với độ phân giải 24-bit qua bộ chuyển đổi ADC HX711. Đây là cơ sở để xác định khối lượng máu trong túi một cách chính xác và ổn định.

  • Mô hình cơ khí và động lực học: Thiết kế cơ cấu lắc túi máu sử dụng động cơ brushless JGB37-3525 với mô-men xoắn 32,7 Kgf.cm, vận hành ở tốc độ 22 vòng/phút, kết hợp với cơ cấu lắc 3D tròn đều giúp trộn đều máu với dung dịch chống đông, đảm bảo tính đồng nhất của chế phẩm.

  • Khái niệm về mã vạch và truyền thông dữ liệu: Sử dụng module đọc mã vạch WaveShare để nhận diện thông tin túi máu, kết hợp màn hình cảm ứng TFT 3 inch và module truyền thông không dây ESP8266-12E/F giúp lưu trữ và truyền dữ liệu qua USB hoặc wifi, hỗ trợ quản lý và truy xuất thông tin hiệu quả.

Ba khái niệm chính được vận dụng là: cân xác định khối lượng máu, cơ cấu lắc trộn máu, và hệ thống lưu trữ truyền thông dữ liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm khảo sát thực tế tại Bệnh viện Huyết học - Truyền máu Trung ương và các điểm hiến máu lưu động, thu thập số liệu về quy trình thu nhận máu, các thiết bị cân lắc hiện có trên thị trường Việt Nam và quốc tế. Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích kỹ thuật: So sánh các thiết bị cân lắc túi máu hiện hành, đánh giá ưu nhược điểm về độ chính xác, tính năng, chi phí và khả năng bảo trì.

  • Thiết kế và mô phỏng: Sử dụng phần mềm CAD để thiết kế cơ cấu lắc túi máu, tính toán mô-men xoắn, lực phân bố và lựa chọn vật liệu phù hợp.

  • Chế tạo và thử nghiệm: Lắp ráp thiết bị với các linh kiện chính như động cơ brushless, Loadcell Mavin NA6, module HX711, đầu đọc barcode WaveShare, màn hình cảm ứng và module wifi ESP8266. Thực hiện thử nghiệm cân đo, lắc trộn, thu thập và phân tích dữ liệu trong điều kiện thực tế.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, từ khảo sát, thiết kế, chế tạo đến thử nghiệm và hoàn thiện sản phẩm.

Cỡ mẫu thử nghiệm bao gồm 10 mẫu cân chuẩn với trọng lượng từ 0 đến 800 gam, mỗi mẫu được cân 10 lần để xác định độ chính xác và độ lặp lại của thiết bị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Độ chính xác cân khối lượng máu: Thiết bị đạt độ phân giải ±1 gam trong phạm vi cân từ 0,3 đến 10 kg, với sai số trung bình dưới 0,05%. Ví dụ, trong thử nghiệm với mẫu cân chuẩn 500 gam, giá trị ADC trung bình thu được là 374457,6, tương ứng với khối lượng cân chính xác.

  2. Hiệu quả lắc trộn máu: Cơ cấu lắc 3D tròn đều vận hành ổn định ở tốc độ 30-50 vòng/phút, đảm bảo trộn đều máu với dung dịch chống đông, giảm thiểu hiện tượng kết tủa tiểu cầu và đông máu không mong muốn.

  3. Tính năng lưu trữ và truyền dữ liệu: Thiết bị tích hợp thành công module đọc mã vạch WaveShare, màn hình cảm ứng TFT 3 inch và module wifi ESP8266, cho phép lưu trữ lịch sử cân lắc lên đến 2048 lần, truyền dữ liệu không dây và xuất dữ liệu qua USB một cách thuận tiện.

  4. Chi phí và tính cơ động: So với các thiết bị nhập khẩu như Hemomix 2 (Ý) có giá thành cao, thiết bị nghiên cứu có chi phí sản xuất hợp lý, dễ bảo trì và có thể sử dụng pin rời, phù hợp với môi trường hiến máu lưu động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thiết bị đạt được độ chính xác cao là do lựa chọn Loadcell Mavin NA6 với chuẩn OIML R60 C3, kết hợp bộ chuyển đổi tín hiệu HX711 24-bit, giúp giảm nhiễu và tăng độ ổn định tín hiệu. So sánh với cân đĩa Biên Hòa 1kg đang sử dụng phổ biến tại Việt Nam, thiết bị mới cải thiện đáng kể về độ chính xác và tính năng tự động.

Cơ cấu lắc 3D tròn đều giúp trộn máu hiệu quả hơn so với các thiết bị lắc đơn giản, đồng thời thiết kế chịu được va đập và có độ bền cao, phù hợp với điều kiện vận chuyển và sử dụng tại các điểm hiến máu lưu động.

Việc tích hợp module đọc mã vạch và truyền thông không dây hỗ trợ quản lý dữ liệu hiệu quả, giảm thiểu sai sót trong quá trình nhập liệu thủ công, đồng thời tăng tính minh bạch và truy xuất nguồn gốc máu.

Kết quả thử nghiệm có thể được trình bày qua biểu đồ mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị ADC và khối lượng cân, bảng thống kê sai số cân từng mẫu, và biểu đồ tốc độ lắc trộn so với hiệu quả trộn máu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Hoàn thiện thiết kế pin dự phòng: Thiết kế và tích hợp pin dự phòng có dung lượng cao, đảm bảo thiết bị hoạt động liên tục trong môi trường lưu động, nâng cao tính cơ động và độ tin cậy.

  2. Nâng cấp phần mềm quản lý dữ liệu: Phát triển phần mềm quản lý dữ liệu trên nền tảng di động và máy tính, hỗ trợ đồng bộ dữ liệu qua mạng wifi, bluetooth, giúp các trung tâm hiến máu dễ dàng theo dõi và phân tích.

  3. Tăng cường độ bền và khả năng chống va đập: Sử dụng vật liệu chịu lực cao hơn cho khung và cơ cấu lắc, đồng thời cải tiến thiết kế chống thấm nước, bụi bẩn để phù hợp với điều kiện vận hành ngoài trời.

  4. Mở rộng phạm vi ứng dụng: Nghiên cứu phát triển các phiên bản thiết bị phù hợp với các loại túi máu có dung tích và kích thước khác nhau, đáp ứng đa dạng nhu cầu của các cơ sở y tế trên toàn quốc.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 12-18 tháng tiếp theo, phối hợp giữa các đơn vị nghiên cứu, bệnh viện và doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các trung tâm huyết học và truyền máu: Giúp nâng cao hiệu quả quy trình thu nhận và xử lý máu, đảm bảo chất lượng chế phẩm máu, giảm thiểu sai sót trong cân đo và trộn máu.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế: Cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để phát triển các sản phẩm cân lắc túi máu phù hợp với thị trường Việt Nam, giảm chi phí nhập khẩu.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật y sinh: Là tài liệu tham khảo về thiết kế cơ khí, điện tử và phần mềm điều khiển trong lĩnh vực thiết bị y tế, đặc biệt là cân lắc túi máu.

  4. Cơ quan quản lý y tế và chính sách: Hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm định thiết bị cân lắc túi máu, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ y tế quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy cân lắc túi máu tự động có ưu điểm gì so với cân thô truyền thống?
Máy tự động cung cấp độ chính xác cao hơn (±1 gam), tích hợp chức năng lắc trộn đều máu với dung dịch chống đông, giảm thời gian thao tác và sai số do con người, đồng thời lưu trữ và truyền dữ liệu tự động, giúp nâng cao chất lượng chế phẩm máu.

2. Thiết bị có thể sử dụng ở những môi trường nào?
Thiết bị được thiết kế nhỏ gọn, có thể sử dụng pin rời, chịu va đập tốt nên phù hợp với cả môi trường bệnh viện cố định và các điểm hiến máu lưu động ngoài trời.

3. Làm thế nào để thiết bị xác định chính xác khối lượng máu trong túi?
Thiết bị sử dụng cảm biến Loadcell Mavin NA6 với độ phân giải cao, kết hợp bộ chuyển đổi tín hiệu HX711 24-bit, cho phép đo khối lượng chính xác và ổn định trong phạm vi 0,3-10 kg.

4. Thiết bị có hỗ trợ quản lý dữ liệu không?
Có, thiết bị tích hợp module đọc mã vạch để nhận diện thông tin túi máu, màn hình cảm ứng hiển thị dữ liệu, bộ nhớ lưu trữ lịch sử cân lắc và module truyền thông không dây giúp xuất dữ liệu qua USB hoặc wifi.

5. Chi phí sản xuất thiết bị có cạnh tranh so với thiết bị nhập khẩu?
Theo ước tính, thiết bị có chi phí sản xuất hợp lý, thấp hơn nhiều so với các thiết bị nhập khẩu như Hemomix 2 của Ý, đồng thời dễ dàng bảo trì và tùy biến theo yêu cầu thực tế của các trung tâm hiến máu trong nước.

Kết luận

  • Thiết bị cân lắc túi máu tự động đạt độ chính xác cao, tích hợp chức năng lắc trộn và quản lý dữ liệu hiệu quả.
  • Sử dụng cảm biến Loadcell Mavin NA6 và động cơ brushless JGB37-3525 giúp đảm bảo độ bền và ổn định trong vận hành.
  • Thiết bị phù hợp với môi trường hiến máu lưu động nhờ thiết kế nhỏ gọn, pin rời và khả năng chống va đập.
  • Kết quả thử nghiệm chứng minh tính khả thi và hiệu quả của thiết bị trong thực tế.
  • Đề xuất tiếp tục nâng cấp pin dự phòng, phần mềm quản lý và mở rộng phạm vi ứng dụng trong 12-18 tháng tới.

Luận văn mở ra hướng phát triển thiết bị y tế nội địa chất lượng cao, góp phần nâng cao hiệu quả ngành huyết học truyền máu Việt Nam. Độc giả và các đơn vị quan tâm được khuyến khích nghiên cứu, ứng dụng và phát triển tiếp theo nhằm hoàn thiện sản phẩm.