Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế xã hội hiện nay, lĩnh vực y tế ngày càng được chú trọng nhằm nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Trang thiết bị y tế, đặc biệt là bàn phẫu thuật, đóng vai trò thiết yếu trong quá trình điều trị bệnh. Theo Tiêu chuẩn Quốc gia về Bàn Mổ Đa Năng (TCVN 6733:2000), bàn phẫu thuật phải đáp ứng các yêu cầu về hình dáng, kích thước, vật liệu, kỹ thuật và an toàn. Tuy nhiên, số lượng nghiên cứu và sản phẩm bàn phẫu thuật đa năng trong nước còn hạn chế, trong khi trên thế giới đã có nhiều thiết kế tiên tiến với các cơ cấu điều khiển linh hoạt.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế và điều khiển bàn phẫu thuật đa năng, có khả năng thay đổi tư thế bệnh nhân phục vụ phẫu thuật, dựa trên tiêu chuẩn quốc gia và đặc điểm thể trạng trung bình của người Việt Nam. Mục tiêu cụ thể bao gồm lựa chọn phương án cơ khí và điện phù hợp, thiết kế bộ điều khiển ổn định với các chế độ linh hoạt, thực nghiệm và kiểm tra kết quả. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM trong khoảng thời gian từ tháng 8/2014 đến tháng 8/2015.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển thiết bị y tế nội địa, nâng cao hiệu quả phẫu thuật và đảm bảo an toàn cho bệnh nhân. Các chỉ số kỹ thuật như phạm vi hoạt động của các cơ cấu nâng hạ, nghiêng, xoay mặt bàn và tải trọng tối đa 150 kg được thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn và thực tế sử dụng tại các bệnh viện trong nước.

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 cơ điện tử, bao gồm:

  • Lý thuyết cơ cấu chuyển động: Nghiên cứu các cơ cấu tay quay con trượt và culit lắc để biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động lắc, phục vụ điều chỉnh các bộ phận bàn phẫu thuật như nâng hạ chân, lưng, đầu và nghiêng mặt bàn.
  • Mô hình điều khiển tự động và thủ công: Thiết kế giải thuật điều khiển cho phép vận hành bàn phẫu thuật ở chế độ tự động với các tư thế phẫu thuật được cài đặt sẵn, và chế độ thủ công để điều chỉnh linh hoạt theo thể trạng bệnh nhân.
  • Khái niệm về động cơ tuyến tính và hệ thống truyền động: Lựa chọn động cơ tuyến tính làm cơ cấu chấp hành chính do ưu điểm về độ chính xác, dễ điều khiển và đảm bảo vệ sinh trong môi trường y tế.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 6733:2000: Áp dụng các yêu cầu về kích thước, vật liệu, độ cứng vững và an toàn cho bàn phẫu thuật đa năng.

Các khái niệm chính bao gồm: góc nghiêng (g_nd, g_nl, g_ct, g_cp), chiều cao bàn (h), góc xoay mặt bàn (g_x), và các thông số kỹ thuật của cơ cấu chấp hành.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực tế, phân tích các sản phẩm bàn phẫu thuật hiện có trên thị trường quốc tế, tiêu chuẩn quốc gia, và các phần mềm mô phỏng cơ cấu như SAM (The Ultimate Mechanism Designer). Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các cơ cấu nâng hạ, nghiêng và xoay mặt bàn với các thông số kỹ thuật được tính toán dựa trên thể trạng trung bình của người Việt Nam (chiều cao 1581 mm, cân nặng 51 kg).

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích cơ khí: Sử dụng phần mềm SAM để khảo sát hành trình, lực tác dụng lên cơ cấu chấp hành, từ đó lựa chọn loại động cơ tuyến tính phù hợp.
  • Thiết kế hệ thống điều khiển: Xây dựng sơ đồ khối hệ thống điện, lựa chọn nguồn cung cấp, cảm biến đo góc và giải thuật điều khiển với hai chế độ tự động và thủ công.
  • Thực nghiệm: Kiểm tra các thông số góc nghiêng, hành trình động cơ và độ ổn định của hệ thống điều khiển trên mô hình thực tế.

Timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng, từ tháng 8/2014 đến tháng 8/2015, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, mô phỏng, thực nghiệm và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lựa chọn cơ cấu chuyển động: Qua khảo sát bằng phần mềm SAM, cơ cấu culit lắc có hành trình cần thiết 124 mm, nhỏ hơn nhiều so với cơ cấu tay quay con trượt (245 mm), giúp tiết kiệm không gian và thuận tiện vệ sinh. Do đó, cơ cấu culit lắc được chọn cho các chuyển động nâng hạ chân, lưng, đầu và nghiêng mặt bàn.

  2. Chọn động cơ tuyến tính làm cơ cấu chấp hành: Động cơ tuyến tính Sinokoko LM-S113A và LM-V10 được lựa chọn cho các cơ cấu nâng hạ và nghiêng do khả năng cung cấp chuyển động thẳng, tích hợp cảm biến vị trí, và đảm bảo vệ sinh. Ví dụ, lực tác dụng lớn nhất lên cơ cấu nâng hạ lưng là khoảng 1622 N, phù hợp với công suất động cơ LM-V10 (100,8 W).

  3. Thiết kế hệ thống nguồn điện: Hai phương án nguồn được đề xuất. Phương án 1 sử dụng bộ nguồn 24V và 5V với ắc quy Vision AGM VRLA 12V 65Ah, đảm bảo dòng điện an toàn 32,46 A và công suất tối thiểu 476 W. Phương án 2 sử dụng UPS 1KVA online Powerpack với thời gian chuyển mạch 0 ms, công suất 700 W, phù hợp cho môi trường y tế cần nguồn điện ổn định.

  4. Phạm vi hoạt động và thông số kỹ thuật bàn phẫu thuật: Bàn phẫu thuật có thể nâng hạ lưng từ -30° đến 90°, nghiêng dọc mặt bàn từ -30° đến 80°, nghiêng ngang ±25°, nâng hạ mặt bàn từ 750 đến 1050 mm, xoay mặt bàn 360°, và chịu tải tối đa 150 kg. Các thông số này đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6733:2000 và phù hợp với thể trạng người Việt.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát và thiết kế cho thấy việc lựa chọn cơ cấu culit lắc và động cơ tuyến tính giúp tối ưu hóa không gian, đảm bảo độ cứng vững và vệ sinh trong môi trường y tế. So với các nghiên cứu quốc tế, thiết kế này phù hợp với điều kiện và tiêu chuẩn trong nước, đồng thời giảm thiểu chi phí và phức tạp hệ thống so với sử dụng xilanh thủy lực.

Hệ thống điều khiển với hai chế độ tự động và thủ công giúp tăng tính linh hoạt, giảm thời gian thao tác cho bác sĩ, đồng thời cho phép tùy chỉnh phù hợp với từng bệnh nhân. Việc sử dụng nguồn điện dự phòng đảm bảo an toàn trong trường hợp mất điện, một yếu tố quan trọng trong phòng mổ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ góc nghiêng, hành trình động cơ tuyến tính và bảng thống kê dòng điện tiêu thụ, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và độ ổn định của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai sản xuất bàn phẫu thuật theo thiết kế đã nghiên cứu: Tập trung vào việc hoàn thiện cơ cấu culit lắc và động cơ tuyến tính, đảm bảo các thông số kỹ thuật phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia. Thời gian thực hiện dự kiến 12 tháng, do các nhà sản xuất thiết bị y tế trong nước đảm nhiệm.

  2. Phát triển phần mềm điều khiển thân thiện, dễ sử dụng: Tối ưu giao diện màn hình hiển thị và bàn phím điều khiển, tích hợp các tư thế phẫu thuật phổ biến để giảm thiểu thao tác cho bác sĩ. Thời gian phát triển khoảng 6 tháng, do nhóm kỹ sư phần mềm chuyên ngành đảm nhận.

  3. Nâng cao hệ thống nguồn điện dự phòng: Ưu tiên sử dụng UPS công nghệ online với thời gian chuyển mạch 0 ms để đảm bảo nguồn điện liên tục trong phòng mổ. Khuyến nghị kiểm tra định kỳ và bảo trì hệ thống nguồn điện mỗi 6 tháng.

  4. Đào tạo và hướng dẫn sử dụng cho nhân viên y tế: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành bàn phẫu thuật và bảo trì thiết bị, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng và kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Thời gian đào tạo mỗi khóa từ 1-2 tuần, do các chuyên gia kỹ thuật phối hợp với bệnh viện thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất thiết bị y tế trong nước: Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm bàn phẫu thuật đa năng phù hợp với thị trường Việt Nam, giảm chi phí nhập khẩu và nâng cao năng lực công nghệ nội địa.

  2. Bệnh viện và cơ sở y tế: Tham khảo thiết kế và tính năng bàn phẫu thuật để lựa chọn thiết bị phù hợp, nâng cao hiệu quả phẫu thuật và đảm bảo an toàn cho bệnh nhân.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ điện tử, y sinh: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo về thiết kế cơ cấu chuyển động, điều khiển tự động và ứng dụng trong lĩnh vực y tế.

  4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ y tế: Tham khảo phương pháp thiết kế, phân tích cơ cấu và giải thuật điều khiển để phát triển các thiết bị y tế thông minh, nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bàn phẫu thuật này có thể chịu tải tối đa bao nhiêu?
    Bàn phẫu thuật được thiết kế chịu tải tối đa 150 kg, phù hợp với thể trạng trung bình của người Việt Nam và tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6733:2000.

  2. Phương án truyền động nào được sử dụng cho các cơ cấu nâng hạ?
    Động cơ tuyến tính được lựa chọn làm cơ cấu chấp hành chính do khả năng cung cấp chuyển động thẳng, tích hợp cảm biến vị trí và đảm bảo vệ sinh trong môi trường y tế.

  3. Hệ thống điều khiển có những chế độ nào?
    Hệ thống có hai chế độ: tự động với các tư thế phẫu thuật được cài đặt sẵn giúp thao tác nhanh chóng, và thủ công cho phép điều chỉnh từng bộ phận theo nhu cầu cụ thể của bệnh nhân.

  4. Nguồn điện dự phòng được thiết kế như thế nào?
    Hai phương án được đề xuất: sử dụng ắc quy Vision AGM VRLA 12V 65Ah với bộ nguồn 24V và 5V, hoặc sử dụng UPS 1KVA online Powerpack với thời gian chuyển mạch 0 ms để đảm bảo nguồn điện liên tục trong phòng mổ.

  5. Làm thế nào để đảm bảo vệ sinh và an toàn cho bàn phẫu thuật?
    Thiết kế sử dụng động cơ tuyến tính không dùng chất lỏng như xilanh thủy lực, kết cấu gọn nhẹ, dễ vệ sinh và vật liệu đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia về bàn mổ đa năng, đảm bảo an toàn cho bệnh nhân và nhân viên y tế.

Kết luận

  • Đã thiết kế thành công bàn phẫu thuật đa năng với 8 chức năng cơ bản, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6733:2000 và phù hợp thể trạng người Việt Nam.
  • Lựa chọn cơ cấu culit lắc và động cơ tuyến tính giúp tối ưu không gian, đảm bảo độ cứng vững và vệ sinh trong môi trường y tế.
  • Hệ thống điều khiển linh hoạt với hai chế độ tự động và thủ công, giúp thao tác nhanh chóng và chính xác.
  • Hai phương án nguồn điện dự phòng được đề xuất nhằm đảm bảo an toàn và liên tục trong quá trình phẫu thuật.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai sản xuất, phát triển phần mềm điều khiển, nâng cao hệ thống nguồn và đào tạo nhân viên y tế trong 6-12 tháng tới.

Luận văn mở ra hướng phát triển thiết bị y tế nội địa, góp phần nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe. Các nhà sản xuất, bệnh viện và nhà nghiên cứu được khuyến khích ứng dụng và phát triển tiếp theo.