Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự phát triển về kinh tế xã hội thì đời sống vật chất cũng như tinh thần của con người càng được quan tâm. Trong đó, lĩnh vực y tế có vai trò quan trọng trong nhiệm vụ chăm lo sức khỏe cộng đồng. Do đó các trang thiết bị y tế cũng đòi hỏi có sự thay đổi nhằm nâng cao chất lượng phòng bệnh, khám bệnh và điều trị bệnh. Thiết bị hỗ trợ phẫu thuật đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều trị bệnh và bàn phẫu thuật là một trong những thiết bị đó.
Năm 2000, Bộ Khoa học và Công nghệ đã ban hành Tiêu chuẩn Quốc gia về Bàn Mổ Đa Năng (TCVN 6733 : 2000). Tuy nhiên số lượng nghiên cứu về Bàn Mổ Đa Năng ở nước ta còn ít. Do đó, nghiên cứu này dựa vào Tiêu chuẩn Quốc gia về Bàn Mổ Đa Năng để xây dựng các chức năng, cấu tạo của bàn phẫu thuật nhằm tạo ra một thiết bị “Bàn phẫu thuật” để ứng dụng trong nước. Lịch sử nghiên cứu Tình hình nghiên cứu trên thế giới Hiện nay, trên thế giới đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến bàn phẫu thuật, sau đây là những nghiên cứu và sản phẩm tiêu biểu: + “The Design of A New bed Adjustability Mechanism” là nghiên cứu của tác giả Mark Adrian van Rij, University of Auckland, năm 2001.
Nghiên cứu này với mục đích để chế tạo ra giường có thể điều chỉnh được, có thể điều chỉnh dễ dàng và giá thành thấp. Nghiên cứu này đã thử nghiệm với 3 loại bộ truyền động khác nhau (Linear Actuator, Rotational Actuator, Duomat) để tìm ra bộ truyền động phù hợp nhất với thiết kế này. Nghiên cứu này đã chỉ ra ưu điểm của bộ truyền động Duomat (một loại thiết bị truyền động của hãng Dewert) sẽ giúp đơn giản hóa kết cấu và giá thành thấp hơn 2 loại cơ cấu chấp hành kia [1]. + “Evaluation and Design of a Hospital Bed to be Manufactured and Used in China” là nghiên cứu của 2 tác giả Brian Catalano, Todd Coolidge và các thành viên Huazhong University of Science and Tech, 10/2006 .Nghiên cứu với mục tiêu tạo ra giường bệnh viện hiện đại nhằm phục vụ trong nước Republic 2 of China.
Giường có thể chịu được 500 pound và nhiều mẫu mã khác nhau. Giường sử dụng 3 động cơ điện 120 V, 7A để thay đổi các tư thế nằm và có bàn điều khiển bằng nút nhấn [2]. + “The Sizing Optimization of Hospital Bed Structure for Independently Supporting Left and or Right Leg Using Generic Algorithms” là nghiên cứu của 2 tác giả: Rung Kittipichai và Atthaphon Ariyarit, 6/2011 .Nghiên cứu này sẽ tập trung vào chiếc giường bệnh viện có thể điều khiển độc lập chân trái hoặc phải. Nghiên cứu sử dụng phương pháp Algorithms (GAS) và FEA để giảm khối lượng giường và kích thước giường [3].
+ “Biomechatronics and motor control of human movement” là nghiên cứu của tác giả David A. Winter, University of Waterloo. Nghiên cứu này có chỉ ra sự phân bố trọng lượng và chiều cao trên cơ thể người [4]. + Viện dinh dưỡng quốc gia (2010).
Tổng điều tra dinh dưỡng 2009-2010. Nhà xuất bản Y học [5]. + TCVN 6733:2000, Tiêu chuẩn quốc gia về bàn mổ đa năng. Bộ tiêu chuẩn này quy định những yêu cầu cơ bản như sau: hình dáng và kích thước cơ bản, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật, phương pháp thử, ghi nhãn và đóng gói [6].
Một số sản phẩm có trên thị trường Trên thế giới đã có nhiều hãng sản xuất các loại bàn phẫu thuật khác nhau như: Maquet, Steris, Trumpf, Berchtold, Schmitz, Schaerer, Medivaara, Alvo, Mediland, Inpromed, Sordina… Nghiên cứu những sản phẩm hiện có trên thị trường sẽ giúp chúng ta tìm được những ưu, nhược điểm và đây sẽ là nền tảng để thiết kế bàn phẫu thuật 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bàn phẫu thuật Bàn phẫu thuật gồm có 3 bộ phận chính: + Mặt bàn: là phần mà bệnh nhân nằm lên, có thể thay đổi tư thế cho phù hợp với từng tư thế phẫu thuật khác nhau. Bộ phận này thường gồm 4 cơ cấu tương ứng với 4 vị trị trên cơ thể người: đầu, lưng, đùi và chân. + Thân bàn: là phần thay đổi chiều cao, góc nghiêng của bàn.
3 + Chân bàn: là phần giữ cho mặt bàn và thân bàn được thăng bằng. Bộ phần này có thể tách rời với bàn hoặc gắn bánh xe để tiện di chuyển. Khâu đỡ mặt bàn. Chân bàn Hình 1.
Cấu tạo chung của bàn phẫu thuật. Trong đa số các loại bàn phẫu thuật thì các cơ cấu đỡ đầu, đùi và chân được thiết kế theo từng bộ phận rời và có thể tháo lắp thay đổi vị trí cho nhau, tùy theo các loại ca phẫu thuật. Góc nghiêng cơ cấu đỡ chân và đầu được điều chỉnh bằng tay hoặc không điều chỉnh được, góc nghiêng của cơ cấu còn lại, chiều cao của bàn phẫu thuật điều khiển được. Kiểu không nâng hạ, không trượt được Hình 1.Bàn phẫu thuật Axis 400-800 [7].
Với loại kết cấu kiểu này thì nhược điểm là chiều cao không thay đổi được. Kiểu nâng hạ được, không trượt được 4 Hình 1.Bàn phẫu thuật Arcus 601 [8]. Bàn phẫu thuật Berchtold Operon D850 [9]. Bàn phẫu thuật Alvo Menuet 4-00 [10].
Với kiểu cơ cấu này thì ngoài việc có thể thay đổi linh hoạt các tư thế của chân, đầu, lưng thì chiều cao của bàn phẫu thuật cũng có thể thay đổi được. Kiểu nâng hạ và trượt được 5 Hình 1. Bàn phẫu thuật Operon D820 [11]. Kiểu cơ cấu này mặt giường có thể điều chỉnh độ cao, góc nghiêng các khâu dễ dàng và có thể di chuyển ngang được để phục vụ việc chụp cắt lớp.
Kiểu có thể xoay được Hình 1. Bàn phẫu thuật Skytron 6000 [12]. Bàn phẫu thuật Skytron 6000 là loại giường có khả năng xoay mặt giường quanh bệ đỡ thuận tiện cho việc điều chỉnh vị trí của bệnh nhân trong phòng mổ. Kết luận Trên đây là những phân tích của những sàn phẩm và nghiên cứu hiện có.
Kết hợp những phân tích này và Tiêu chuẩn Quốc gia về Bàn Mổ Đa Năng (TCVN 6733 : 2000), luận văn này nghiên cứu thiết kế, điều khiển bàn phẫu thuật với cấu tạo và chức năng như sau: 6 a) Nâng hạ lưng. b) Nâng hạ đầu. c) Nâng hạ chân. d) Nghiêng dọc mặt bàn.
e) Nâng hạ toàn mặt bàn. f) Dang hai chân. 360° g) Nghiêng ngang mặt bàn h. Xoay mặt bàn 360˚ Hình 1.8 Chức năng cơ bản của bàn phẫu thuật Bảng 1.
Thông số kỹ thuật của bàn phẫu thuật. Tên chức năng Phạm vi hoạt động Phương Pháp Điều Khiển Nâng hạ lưng -30° ÷ 90° Điều khiển điện Nghiêng dọc mặt bàn -30° ÷ 80° Điều khiển điện Nghiêng ngang mặt bàn ±25° Điều khiển điện Nâng hạ mặt bàn 750 ÷ 1050 mm Điều khiển điện Xoay mặt bàn 360° Điều khiển điện Nâng hạ chân trái, phải -80° ÷ 30 Điều khiển điện Nâng hạ đầu ±30° Điều khiển điện Dang rộng 2 chân 0 ÷ 30° Điều khiển cơ Tải trọng tối đa 150 kg 7 Chiều rộng mặt bàn 500 mm Chiều dài mặt bàn 2000 mm 8 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Đề xuất và lựa chọn phương án khả thi phần cơ Bàn phẫu thuật được sử dụng trong lĩnh vực y tế nên đòi hỏi độ an toàn cao nên các phương án đề xuất phải đảm bảo độ cứng vững của kết cấu. Bàn phẫu thuật thiết kế cũng cần phải đảm bảo bố trí các cơ cấu một cách gọn gàng, thuận tiện cho bác sĩ thao tác trong suốt quá trình phẫu thuật. Từ 8 chức năng cơ bản của bàn phẫu thuật, nhận thấy 5 chức năng: nâng hạ lưng, nâng hạ đầu, nâng hạ chân, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn có thể sử dụng chung cùng một phương án.
Về phần cơ khí ta sẽ thiết kế 3 phương án như sau: + Nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn. + Nâng hạ mặt bàn + Xoay mặt bàn 2. Các phương án khả thi Phương án thiết kế cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn Cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn là để thay đổi tư thể các bộ phận tương ứng của bệnh nhân cho phù hợp với từng loại phẫu thuật khác nhau. Góc nghiêng Khâu đặt lực Hình 2.
Minh họa cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn. Chuyển động của cơ cấu là chuyển động lắc quanh một tâm vì vậy có thể xét các cơ cấu: 9 Cơ cấu tay quay con trượt Hình 2. Nguyên lý sử dụng cơ cấu tay quay con trượt. Trong cơ cấu này, con trượt đóng vai trò dẫn động biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động lắc của cơ cấu.
Đối với loại nguyên lý này thì con trượt chuyển động tịnh tiến dọc theo cơ cấu giá vì vậy tốn khá nhiều không gian. Cơ cấu culit lắc Hình 2. Nguyên lý sử dụng cơ cấu culit lắc. Ở cơ cấu culit lắc, con trượt chuyển động cùng với cần lắc nên rõ ràng vùng không gian sẽ chiếm ít hơn.
Để lấy cơ sở chọn lựa cơ cấu phù hợp, ta khảo sát 2 loại nguyên lý bằng phần mềm SAM trên tiêu chí là hành trình của con trượt là ngắn nhất (tiết kiệm không gian) khi cơ cấu chuyển động. Cơ cấu culit lắc b. Cơ cấu tay quay con trượt Hình 2. Khảo sát nguyên lý nâng hạ chân bằng phần mềm SAM.
10 Để cơ cấu nghiêng góc -30° ÷ 30° thì: cơ cấu culit lắc có hành trình cần thiết là 124 mm (Hình a) và cơ cấu tay quay con trượt có hành trình cần thiết là 245 mm (Hình b). Do cơ cấu culit lắc có hành trình cần thiết nhỏ và kết cấu bàn phẫu thuật cần sự gọn nhẹ và dễ vệ sinh nên chọn cơ cấu culit lắc làm cơ cấu chuyển động trong bàn phẫu thuật. Phương án nâng hạ mặt bàn Chức năng của cơ cấu là để thay đổi chiều cao của bàn phẫu thuật cho phù hợp với loại phẫu thuật, thuận tiện cho thao tác của bác sĩ. Để thực hiện được chức năng đó đề xuất ba phương án: sử dụng cơ cấu dạng cột, cơ cấu hình bình hành, cơ cấu dạng xếp.
Cơ cấu dạng cột Mặt bàn Hình 2. Cơ cấu dạng cột. Cơ cấu này được sử dụng ở bàn phẫu thuật: Arcus 601, Berchtold Operon D850, Operon D820, Skytron 6000. Cơ cấu này có ưu điểm là chiều cao của mặt thay đổi theo phương thẳng vì vậy tiết kiệm không gian, kết cấu đơn giản.
Tuy nhiên cơ cấu này có nhược điểm là độ cứng vững không cao do kết cấu kiểu console (nhất là khi ổ vị trí cao nhất). 11 Cơ cấu dạng xếp Mặt bàn Hình 2. Cơ cấu dạng xếp.