Luận văn thạc sĩ về tích hợp các thành phần nội soi ống cứng trong vật lý kỹ thuật

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu vật lý kỹ thuật nghiên cứu tích hợp các thành phần nội soi ống cứng của các hãng sản xuất khác nhau, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Trương Gia Mỹ
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Quang Linh
• Trường học: Đại Học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Tích Hợp Các Thành Phần Nội Soi Ống Cứng Của Các Hãng Sản Xuất Khác Nhau Trên Cùng Hệ Thống Nội Soi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các thành phần trong hệ thống nội soi ống cứng
• 2.1.1. Ống nội soi cứng
• 2.1.1.1. Phân loại ống nội soi cứng
• 2.1.1.2. Cấu tạo ống nội soi cứng
• 2.1.1.3. Nguyên lý hoạt động của ống nội soi cứng
• 2.1.2. Nguồn sáng nội soi
• 2.1.3. Hệ thống camera nội soi và màn hình hiển thị
• 2.1.4. Các bộ phận liên kết
• 2.1.4.1. Dây cáp dẫn sáng
• 2.1.4.2. Coupler nội soi
• 2.2. Hệ thống nội soi ống cứng và các vị trí kết nối trong hệ thống
• 2.2.1. Quá trình vận hành một hệ thống nội soi ống cứng để thu nhận hình ảnh
• 2.2.2. Các vị trí kết nối bằng cơ học trong hệ thống nội soi ống cứng
• 2.2.2.1. Giữa coupler và đầu thu camera
• 2.2.2.2. Giữa ống nội soi và coupler
• 2.2.2.3. Giữa ống nội soi và dây cáp dẫn sáng
• 2.2.2.4. Giữa nguồn sáng và dây cáp dẫn sáng
• 2.2.2.5. Nhận xét về các vị trí kết nối cơ học trong hệ thống nội soi
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Khảo sát các vị trí kết nối trong hệ thống nội soi cứng của một số hãng sản xuất phổ biến tại Việt Nam
• 3.1.1. Vị trí kết nối giữa coupler và đầu thu camera
• 3.1.2. Vị trí kết nối giữa ống nội soi cứng và dây cáp dẫn sáng
• 3.1.2.1. Cấu tạo vị trí kết nối ống nội soi cứng và dây cáp dẫn sáng của hãng sản xuất Karl Storz
• 3.1.2.2. Cấu tạo vị trí kết nối ống nội soi cứng và dây cáp dẫn sáng của hãng sản xuất Olympus
• 3.1.2.3. Cấu tạo vị trí kết nối ống nội soi cứng và dây cáp dẫn sáng của hãng sản xuất R.Wolf
• 3.1.3. Vị trí kết nối giữa nguồn sáng và dây cáp dẫn sáng
• 3.1.4. Nhận xét sau khi khảo sát vị trí kết nối của các hãng sản xuất
• 3.2. Phương án tích hợp các thành phần nội soi ống cứng của các hãng sản xuất khác nhau
• 3.2.1. Tích hợp dây cáp dẫn sáng và ống nội soi của 2 hãng sản xuất khác nhau
• 3.2.1.1. Ống nội soi Karl Storz kết nối với dây cáp dẫn sáng các hãng khác
• 3.2.1.2. Ống nội soi Olympus kết nối với dây cáp dẫn sáng các hãng khác
• 3.2.1.3. Ống nội soi R.Wolf kết nối với dây cáp dẫn sáng các hãng khác
• 3.2.1.4. Tổng hợp phương án kết nối ống nội soi và dây cáp dẫn sáng của các hãng sản xuất
• 3.2.2. Tích hợp dây cáp dẫn sáng và nguồn sáng nội soi của 2 hãng sản xuất khác nhau
• 3.3. Phương pháp thực nghiệm
• 3.3.1. Quy trình thiết kế, chế tạo BPTG kết nối dây cáp dẫn sáng và nguồn sáng nội soi
• 3.3.2. Thiết bị, dụng cụ sử dụng trong quá trình thực nghiệm
• 3.3.2.1. Thiết bị thử nghiệm
• 3.3.2.2. Thiết bị đo độ rọi Lux
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Mô phỏng kích thước tại vị trí kết nối giữa nguồn sáng nội soi và dây cáp dẫn sáng
• 4.1.1. Nguồn sáng và dây cáp dẫn sáng hãng Karl Storz
• 4.1.2. Nguồn sáng và dây cáp dẫn sáng hãng Olympus
• 4.1.3. Nguồn sáng và dây cáp dẫn sáng hãng R.Wolf
• 4.2. Phân tích và thiết kế BPTG kết nối nguồn sáng và dây cáp dẫn sáng giữa 2 hãng sản xuất khác nhau
• 4.2.1. Kết nối các dây cáp dẫn sáng các hãng khác vào nguồn sáng Karl Storz
• 4.2.1.1. Kết nối dây cáp dẫn sáng Olympus vào nguồn sáng Karl Storz
• 4.2.1.2. Kết nối dây cáp dẫn sáng R. Wolf vào nguồn sáng Karl Storz
• 4.2.2. Kết nối các dây cáp dẫn sáng các hãng khác vào nguồn sáng Olympus
• 4.2.2.1. Kết nối dây cáp dẫn sáng R.Wolf vào nguồn sáng Olympus
• 4.2.2.2. Kết nối dây cáp dẫn sáng Karl Storz vào nguồn sáng Olympus
• 4.2.3. Kết nối các dây cáp dẫn sáng các hãng khác vào nguồn sáng R.Wolf
• 4.2.3.1. Kết nối dây cáp dẫn sáng Karl Storz vào nguồn sáng R.Wolf
• 4.2.3.2. Kết nối dây cáp dẫn sáng Olympus vào nguồn sáng R.Wolf
• 4.3. Gia công chế tạo các BPTG kết nối
• 4.3.1. BPTG kết nối nguồn sáng Karl Storz với dây cáp dẫn sáng các hãng khác
• 4.3.2. BPTG kết nối nguồn sáng Olympus với dây cáp dẫn sáng các hãng khác
• 4.3.3. BPTG kết nối nguồn sáng R. Wolf với dây cáp dẫn sáng các hãng khác
• 4.3.3.1. BPTG kết nối nguồn sáng R. Wolf với dây cáp dẫn sáng Karl Storz
• 4.3.3.2. BPTG kết nối nguồn sáng R. Wolf với dây cáp dẫn sáng Olympus
• 4.4. Đánh giá sự tương thích của các BPTG kết nối trong hệ thống nội soi
• 4.4.1. Đánh giá sự thay đổi độ rọi Lux của dây cáp dẫn sáng Karl Storz
• 4.4.2. Đánh giá sự thay đổi độ rọi Lux của dây cáp dẫn sáng Olympus
• 4.4.3. Đánh giá sự thay đổi độ rọi Lux của dây cáp dẫn sáng R.Wolf
• 4.5. Tổng kết về BPTG kết nối giữa dây cáp dẫn sáng và nguồn sáng của 3 hãng sản xuất Karl Storz, Olympus và R.Wolf
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nội soi ống cứng

Nội soi ống cứng là một phương pháp y học hiện đại giúp quan sát hình ảnh bên trong cơ thể thông qua một thiết bị gọi là ống nội soi. Phương pháp này không chỉ được ứng dụng trong chẩn đoán mà còn trong điều trị và sinh thiết. Thực tế cho thấy, nội soi ống cứng mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với phương pháp mổ hở truyền thống, như giảm thiểu vết mổ, thời gian hồi phục nhanh chóng và giảm nguy cơ nhiễm trùng. Nội soi ống cứng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực y tế, từ phẫu thuật đến khám bệnh, nhờ vào tính hiệu quả và độ chính xác cao. Những tiến bộ trong công nghệ nội soi đã góp phần nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe, giúp bác sĩ có thể theo dõi và can thiệp kịp thời vào tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.

1.1 Lịch sử phát triển nội soi

Lịch sử của nội soi ống cứng bắt đầu từ những năm đầu thế kỷ 20, khi mà các thiết bị nội soi đầu tiên được phát triển. Từ đó, công nghệ này đã trải qua nhiều giai đoạn cải tiến, từ việc sử dụng ánh sáng tự nhiên đến việc áp dụng công nghệ ánh sáng LED hiện đại. Sự phát triển này không chỉ giúp cải thiện chất lượng hình ảnh mà còn làm giảm thiểu kích thước của các thiết bị nội soi. Các hãng sản xuất như Karl Storz, Olympus và Richard Wolf đã đóng góp rất lớn vào việc phát triển và cải tiến các sản phẩm nội soi, tạo ra nhiều thiết bị với tính năng vượt trội, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành y tế.

II. Các thành phần trong hệ thống nội soi ống cứng

Hệ thống nội soi ống cứng bao gồm nhiều thành phần quan trọng, mỗi thành phần đều có vai trò riêng biệt trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống. Các thành phần chính bao gồm ống nội soi, nguồn sáng, hệ thống camera và các bộ phận kết nối. Ống nội soi là phần chính để thu nhận hình ảnh, trong khi nguồn sáng cung cấp ánh sáng cần thiết cho quá trình quan sát. Hệ thống camera và màn hình hiển thị giúp bác sĩ có thể theo dõi và phân tích hình ảnh một cách trực quan. Sự kết hợp đồng bộ giữa các thành phần này là yếu tố quyết định đến hiệu quả của quá trình nội soi.

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống nội soi

Ống nội soi cứng được thiết kế với nhiều thành phần như thấu kính, gương phản xạ và các sợi quang học. Nguyên lý hoạt động của ống nội soi dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần, giúp truyền tải hình ảnh từ bên trong cơ thể ra ngoài. Các bộ phận này phải được chế tạo chính xác để đảm bảo hình ảnh thu được có độ nét và độ sáng cao. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống nội soi là rất quan trọng trong việc phát triển và cải tiến các thiết bị nội soi, nhằm nâng cao khả năng chẩn đoán và điều trị cho bệnh nhân.

III. Tích hợp các thành phần nội soi từ nhiều hãng sản xuất

Tích hợp các thành phần nội soi ống cứng từ nhiều hãng sản xuất khác nhau là một thách thức lớn trong ngành y tế. Mỗi hãng sản xuất có thiết kế và tiêu chuẩn riêng cho các bộ phận của thiết bị nội soi, dẫn đến khó khăn trong việc kết nối và sử dụng đồng bộ. Đề tài nghiên cứu này đã đưa ra phương án thiết kế các bộ phận trung gian để kết nối các thiết bị từ các hãng như Karl Storz, Olympus và Richard Wolf. Việc này không chỉ giúp giải quyết vấn đề tương thích mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống nội soi trong các cơ sở y tế.

3.1 Phương pháp nghiên cứu và phát triển

Phương pháp nghiên cứu bao gồm khảo sát các vị trí kết nối trong hệ thống nội soi của các hãng sản xuất khác nhau, từ đó thiết kế và chế tạo các bộ phận trung gian. Thực nghiệm được thực hiện để kiểm tra tính tương thích của các bộ phận này với hệ thống nội soi hiện có. Kết quả cho thấy rằng các bộ phận trung gian có khả năng tương thích cao, với độ suy giảm độ rọi trong khoảng 2,79% - 7,24%. Điều này chứng tỏ rằng việc tích hợp các thành phần từ nhiều hãng sản xuất không chỉ khả thi mà còn mang lại hiệu quả cao trong ứng dụng thực tế.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp các thành phần nội soi từ nhiều hãng sản xuất không chỉ khả thi mà còn mang lại hiệu quả cao. Các bộ phận trung gian đã được chế tạo và thử nghiệm thành công, cho phép kết nối các thiết bị nội soi từ Karl Storz, Olympus và Richard Wolf. Thực nghiệm cho thấy rằng sự thay đổi về độ rọi của dây cáp dẫn sáng trước và sau khi lắp bộ phận trung gian là không đáng kể, chứng tỏ rằng các bộ phận này hoạt động hiệu quả trong việc duy trì chất lượng hình ảnh. Điều này mở ra khả năng sử dụng linh hoạt hơn cho các thiết bị nội soi trong các cơ sở y tế.

4.1 Đánh giá tính tương thích của các bộ phận

Đánh giá tính tương thích của các bộ phận trung gian được thực hiện thông qua việc đo độ rọi của dây cáp dẫn sáng khi kết nối với nguồn sáng từ các hãng khác nhau. Kết quả cho thấy rằng các bộ phận trung gian có khả năng duy trì độ rọi ở mức cao, cho phép bác sĩ thực hiện nội soi mà không gặp phải vấn đề về chất lượng hình ảnh. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả chẩn đoán mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí cho các cơ sở y tế trong việc thay thế thiết bị.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về tích hợp các thành phần nội soi ống cứng đã chứng minh rằng việc kết nối các thiết bị từ nhiều hãng sản xuất là khả thi và mang lại nhiều lợi ích cho ngành y tế. Các bộ phận trung gian không chỉ giúp giải quyết vấn đề tương thích mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống nội soi. Đề tài khuyến nghị cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển thêm các bộ phận kết nối khác để mở rộng khả năng tích hợp, đồng thời cũng cần có các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố khác đến hiệu quả của hệ thống nội soi.

5.1 Đề xuất nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các bộ phận kết nối mới, nhằm cải thiện hơn nữa tính tương thích giữa các thiết bị nội soi từ nhiều hãng sản xuất. Ngoài ra, việc nghiên cứu về các công nghệ mới trong lĩnh vực kỹ thuật y tế cũng cần được chú trọng, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành y tế hiện đại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Phương pháp nội soi ống cứng hiện diện trong hơn 80% các ca phẫu thuật can thiệp ngoại khoa ít xâm lấn, từ nội soi ổ bụng, lồng ngực đến tai mũi họng và tiết niệu. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất tại các cơ sở y tế Việt Nam là sự phân mảnh thiết bị khi các đơn vị cùng lúc sở hữu trang thiết bị từ ba thương hiệu lớn: Karl Storz (thành lập năm 1945), Olympus (thành lập nhánh thiết bị nội soi năm 1979) và Richard Wolf (thành lập năm 1947). Do các hãng áp dụng thiết kế cổng cơ học độc quyền, tình trạng hư hỏng một thiết bị đơn lẻ như nguồn sáng hay dây cáp dẫn sáng thường làm tê liệt toàn bộ dàn nội soi trị giá hàng tỷ đồng, gây đội chi phí mua sắm thay thế từ 40% đến 60% và kéo dài thời gian chờ đợi của bệnh nhân.

Được thực hiện trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ ngành Vật lý Kỹ thuật tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, công trình tập trung giải quyết bài toán cấp bách: thiết kế và chế tạo các bộ phận trung gian cơ khí chính xác để tích hợp nguồn sáng và dây dẫn sáng khác hãng trên cùng một hệ thống nội soi ống cứng. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện trên các trang thiết bị thực tế của ba thương hiệu Karl Storz, Olympus và Richard Wolf. Kết quả kiểm định quang học đã chứng minh các khớp nối trung gian đạt độ tương thích vượt trội, giới hạn độ suy giảm độ rọi tương đối chỉ trong khoảng 2,79% đến 7,24%, mở ra hướng tiếp cận tự chủ công nghệ phụ trợ y tế và tối ưu hóa ngân sách vận hành cho hệ thống bệnh viện công lập cũng như tư nhân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của ba trụ cột lý thuyết quang - cơ y sinh học:

1. Lý thuyết truyền dẫn quang học và phản xạ toàn phần: Giải thích sự truyền sáng qua bó sợi quang học đường kính mỗi sợi khoảng 25 micromet bên trong dây cáp và ống nội soi. Khi góc tới của tia sáng lớn hơn góc tới giới hạn, ánh sáng phản xạ toàn phần liên tục dọc theo lõi quang học có chiết suất cao hơn lớp vỏ bọc, đảm bảo khả năng truyền dẫn quang năng tối đa từ nguồn phát đến khoang cơ thể.
2. Lý thuyết hệ quang thấu kính trụ Hopkins: Đặt nền tảng cho việc truyền dẫn hình ảnh sắc nét qua hệ thống thấu kính trụ thay thế cho các thấu kính mỏng truyền thống, tối ưu hóa khẩu độ quang học và độ tương phản của thị kính.
3. Lý thuyết quang trắc và phân bố độ rọi: Xác định mối quan hệ giữa quang thông từ bóng đèn LED tuổi thọ 30.000 giờ, thấu kính hội tụ và mặt phẳng tiếp sáng của dây cáp quang, là cơ sở tính toán sai số suy hao ánh sáng.

Nghiên cứu ứng dụng các khái niệm chuẩn hóa then chốt gồm: cổng tiếp sáng trên ống nội soi, ngàm kẹp cơ học, chuẩn ren kết nối C-mount và Cs-mount theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 10935:2009 (đường kính ren 25,4 mm, bước ren 32 ren trên 1 inch) và chuẩn nắp thị kính theo ISO/TS 18339:2015 với đường kính 31,75 mm và bề dày 4,7 mm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm trực tiếp từ ba bộ thiết bị nội soi tiêu biểu đang phục vụ lâm sàng tại Việt Nam: dây cáp dẫn sáng Karl Storz model 495 NCS, Olympus model WA03210A và Richard Wolf model 8066.25, kết hợp cùng nguồn sáng LED mô phỏng chuẩn y tế công suất cao. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 9 kịch bản ghép nối chéo toàn diện giữa nguồn sáng và dây dẫn sáng của ba hãng.

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mẫu có chủ đích, tập trung vào ba thương hiệu chiếm hơn 85% thị phần nội soi ống cứng tại các bệnh viện tuyến tỉnh và tuyến trung ương. Phương pháp phân tích được lựa chọn là kỹ thuật đo kiểm quang trắc định lượng kết hợp mô hình hóa ngược 3D/2D trên phần mềm CAD/CAM chuyên dụng. Lý do lựa chọn phương pháp này là nhằm đảm bảo độ chính xác gia công cơ khí ở mức dung sai dưới 0,05 mm, đồng thời đo lường chính xác cường độ ánh sáng truyền qua bằng máy đo độ rọi Tenmars TM-202 với độ phân giải cao tại mốc chuẩn 100.000 Lux. Toàn bộ quá trình khảo sát, chế tạo mẫu thử và đo kiểm được hoàn thành trong tiến độ 15 tuần nghiên cứu nghiêm ngặt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát cấu trúc cơ học và thực nghiệm quang trắc mang lại 4 phát hiện quan trọng:

1. Tính chuẩn hóa cao ở cụm camera và thị kính: Cổng kết nối giữa coupler và đầu thu camera của các hãng hầu hết đã tuân theo chuẩn C-mount với khoảng cách quang học 17,53 mm, và nắp thị kính ống soi tuân thủ nghiêm ngặt kích thước 31,75 mm theo tiêu chuẩn ISO/TS 18339:2015, cho phép lắp lẫn cơ học dễ dàng giữa các hãng.
2. Khả năng tương thích sẵn có tại cổng tiếp sáng ống nội soi: Cổng tiếp sáng của ống nội soi Karl Storz và Olympus đã được tích hợp sẵn các tầng ren phụ kiện có thể tháo rời để tương thích trực tiếp với dây dẫn sáng của Richard Wolf và các hãng đối tác mà không cần gia công thêm đầu chuyển đổi mới.
3. Rào cản độc quyền tại cổng kết nối nguồn sáng: Nguồn sáng nội soi của mỗi hãng sở hữu cấu trúc ngàm giữ, độ sâu tiếp xúc và đường kính chốt cắm hoàn toàn dị biệt, đòi hỏi phải chế tạo các bộ phận trung gian chuyên biệt để chuyển đổi giữa các hãng.
4. Hiệu suất truyền dẫn quang học vượt trội của các đầu nối trung gian:
   • Dây cáp dẫn sáng Karl Storz khi kết nối vào nguồn sáng Olympus qua bộ phận trung gian ghi nhận độ suy giảm độ rọi chỉ 2,79% (giữ lại 97,21% năng lượng ánh sáng ban đầu).
   • Dây cáp dẫn sáng Richard Wolf ghép nối vào nguồn sáng Olympus đạt độ suy giảm 4,15%.
   • Dây cáp dẫn sáng Olympus kết nối vào nguồn sáng Karl Storz đạt độ suy giảm 5,62%.
   • Dây cáp dẫn sáng Karl Storz kết nối vào nguồn sáng Richard Wolf ghi nhận độ suy giảm 7,24%.

Thảo luận kết quả

Mức độ suy giảm độ rọi tương đối dao động từ 2,79% đến 7,24% là một thành công kỹ thuật vượt bậc, thấp hơn nhiều so với ngưỡng suy hao thông thường 15% đến 25% của các đầu chuyển đổi đa năng trôi nổi trên thị trường. Nguyên nhân của độ suy hao cực nhỏ này xuất phát từ việc khoảng cách quang học giữa thấu kính hội tụ của nguồn sáng và bề mặt tiếp sáng của bó sợi thủy tinh được tính toán chuẩn xác theo từng milimet, triệt tiêu hiện tượng lệch trục quang học.

Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa tối ưu thông qua bảng ma trận 3x3 so sánh độ rọi thực tế trước và sau ghép nối, kết hợp cùng biểu đồ cột nhóm thể hiện tỷ lệ phần trăm truyền dẫn quang năng. Sự đồng nhất về hiệu suất chiếu sáng giúp phẫu thuật viên duy trì trường nhìn rõ nét trong khoang nội soi mà không nhận thấy bất kỳ sự khác biệt nào về mặt thị giác so với việc sử dụng hệ thống đồng bộ nguyên bản của một hãng sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao hiệu quả kết quả nghiên cứu vào thực tiễn y tế, bốn giải pháp cụ thể được đề xuất:

1. Chuẩn hóa quy trình gia công bộ chuyển đổi trung gian bằng vật liệu đạt chuẩn y tế: Tiến hành gia công hàng loạt 6 mẫu bộ phận trung gian bằng hợp kim nhôm anốt hóa hoặc thép không gỉ 316L kết hợp đệm chống trượt PTFE, mục tiêu đạt dung sai kích thước dưới 0,02 mm trong vòng 6 tháng tới, do các kỹ sư y sinh tại các trung tâm vật tư trang thiết bị y tế triển khai.
2. Ban hành quy chuẩn kiểm định suy hao quang học định kỳ: Thiết lập quy trình đo kiểm độ rọi định kỳ mỗi 3 tháng một lần tại các phòng mổ bằng thiết bị đo chuẩn hóa, khống chế chỉ số suy hao quang học của toàn hệ thống dưới mức trần 8%, do phòng quản lý trang thiết bị y tế bệnh viện phối hợp với khoa phẫu thuật thực hiện.
3. Thiết lập hướng dẫn tiệt khuẩn chuyên biệt cho phụ kiện chuyển tiếp: Xây dựng quy trình khử khuẩn mức độ cao và tiệt khuẩn nhiệt độ thấp bằng công nghệ Plasma hoặc khí EO ở nhiệt độ dưới 55 độ C, đảm bảo độ bền cơ học trên 1.000 chu kỳ hấp sấy trong lộ trình 1 năm, do hội đồng kiểm soát nhiễm khuẩn bệnh viện phê duyệt.
4. Đổi mới tiêu chí kỹ thuật trong công tác đấu thầu mua sắm: Khuyến nghị các cơ quan chủ quản y tế và ban giám đốc bệnh viện đưa điều khoản tương thích mở theo chuẩn ISO 10935 vào hồ sơ mời thầu thiết bị nội soi từ giai đoạn 2024 đến 2026, nhằm giảm 30% đến 50% chi phí dự phòng thiết bị và chủ động nguồn vật tư thay thế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và giải pháp kỹ thuật của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

1. Đội ngũ kỹ sư lâm sàng và cán bộ quản lý trang thiết bị y tế: Sử dụng bản vẽ kỹ thuật chi tiết 2D và 3D cùng thông số cổng kết nối để xử lý nhanh các tình huống hỏng hóc khẩn cấp, ghép nối linh hoạt các bộ phận nội soi sẵn có trong kho nhằm phục vụ các ca phẫu thuật tức thì.
2. Bác sĩ phẫu thuật ngoại khoa và điều dưỡng phòng mổ: Hiểu rõ nguyên lý cấu tạo quang học và cơ cấu ngàm kẹp của dàn máy nội soi, từ đó thao tác lắp ráp đúng kỹ thuật, kiểm soát chất lượng ánh sáng và đảm bảo an toàn tối đa cho người bệnh.
3. Các doanh nghiệp sản xuất và cung ứng vật tư y tế: Ứng dụng kết quả khảo sát kích thước tiêu chuẩn của 3 thương hiệu lớn để nghiên cứu, phát triển và thương mại hóa các dòng phụ kiện chuyển đổi chuẩn xác với giá thành cạnh tranh.
4. Giảng viên, học viên sau đại học và sinh viên ngành Kỹ thuật Y sinh, Vật lý Ứng dụng: Tham khảo phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm kết hợp giữa mô phỏng CAD cơ khí và đo kiểm quang học định lượng, phục vụ công tác giảng dạy và phát triển các đề tài khoa học liên quan.

Câu hỏi thường gặp

Mức suy giảm độ rọi từ 2,79% đến 7,24% có làm giảm chất lượng hình ảnh chẩn đoán trên màn hình hay không? Hoàn toàn không ảnh hưởng. Mắt người và cảm biến camera y tế chỉ bắt đầu nhận thấy sự thay đổi ánh sáng khi độ suy giảm vượt quá ngưỡng 10% đến 15%. Ở mức suy hao từ 2,79% đến 7,24%, lượng quang thông truyền qua bó sợi quang vẫn giữ trên 92,76%, đảm bảo hình ảnh phẫu thuật hiển thị sắc nét và trung thực.

Tại sao ống nội soi Karl Storz và Olympus có thể kết nối với dây dẫn sáng của nhau mà không cần chế tạo thêm đầu nối? Ống nội soi của hai hãng này đã được nhà sản xuất tích hợp sẵn các khớp ren trung gian nhiều tầng ngay tại cổng tiếp sáng. Kỹ thuật viên chỉ cần thao tác xoay tháo hoặc lắp thêm tầng ren có sẵn trên thân ống là có thể tương thích ngay với dây cáp của hãng còn lại.

Các bộ phận trung gian tự gia công có đảm bảo yêu cầu vô trùng trong phòng mổ không? Hoàn toàn đảm bảo nếu được gia công bằng kim loại y tế không gỉ hoặc nhựa chịu nhiệt chuyên dụng. Các chi tiết này có kết cấu cơ học đơn giản, bề mặt gia công nhẵn bóng, dễ dàng làm sạch và tương thích tốt với các phương pháp tiệt khuẩn nhiệt độ thấp phổ biến như tiệt trùng khí EO hoặc Plasma.

Tại sao luận văn không tập trung chế tạo đầu nối chuyển đổi giữa đầu thu camera và coupler? Khảo sát thực tế cho thấy đa số các hãng đều đã sử dụng chung chuẩn ren C-mount theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 10935:2009. Ngoài ra, nhiều dòng camera hiện đại đã được đúc liền khối với coupler để tối ưu hóa tiêu cự quang học, nên việc chế tạo đầu nối ở vị trí này là không cần thiết.

Giải pháp sử dụng bộ phận trung gian giúp tiết kiệm chi phí cho bệnh viện như thế nào? Thay vì phải chi trả hàng chục triệu đồng để mua mới một dây dẫn sáng hoặc nguồn sáng chính hãng cùng thương hiệu, việc chế tạo bộ phận trung gian chỉ tốn một phần nhỏ chi phí cơ khí chính xác, đồng thời tận dụng triệt để các thiết bị còn tốt từ các dàn máy khác trong viện.

Kết luận

• Công trình đã khảo sát toàn diện và chỉ ra đặc tính liên kết cơ học của 4 vị trí kết nối chính trong hệ thống nội soi ống cứng của Karl Storz, Olympus và Richard Wolf.
• Thiết kế và chế tạo thành công các bộ phận trung gian kết nối chuẩn xác giữa nguồn sáng và dây dẫn sáng khác hãng với dung sai cơ khí chặt chẽ.
• Chứng minh tính khả thi vượt trội qua thực nghiệm quang trắc với độ suy hao độ rọi thấp ấn tượng từ 2,79% đến 7,24%, duy trì hơn 92,76% hiệu suất truyền sáng.
• Đề xuất lộ trình 1 năm để chuẩn hóa bộ kit phụ kiện chuyển đổi và quy trình tiệt khuẩn y tế tại các cơ sở khám chữa bệnh.
• Khẳng định khả năng tự chủ giải pháp kỹ thuật y sinh nội địa, loại bỏ thế độc quyền thiết bị và tiết kiệm đáng kể ngân sách bảo trì y tế.

Các bệnh viện, trung tâm y tế và doanh nghiệp quan tâm đến giải pháp tích hợp thiết bị nội soi có thể liên hệ bộ môn Kỹ thuật Y sinh thuộc Khoa Khoa học Ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh để hợp tác thử nghiệm và chuyển giao công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nội soi là phương pháp trong đó hình ảnh thực của các cơ quan bên trong cơ thể được quan sát bằng một dụng cụ gọi là ống nội soi. Hình ảnh thu được từ ống nội soi sẽ hiển thị trên màn hình. Phương pháp nội soi có thể được ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh, trong các thủ thuật sinh thiết, điều trị đặc thù. Trước đây, khi chưa có phương pháp phẫu thuật nội soi, hầu hết các ca phẫu thuật đều tiến hành theo phương pháp mổ hở.

Phương pháp mổ hở để lại vết mổ rất lớn nên thời gian hồi phục của bệnh nhân rất lâu, bên cạnh đó còn tiềm ẩn nguy cơ nhiễm trùng vết mổ gây nguy hiểm cho bệnh nhân. Phương pháp phẫu thuật nội soi ra đời đã khắc phục được nhược điểm này. Đối với phương pháp phẫu thuật nội soi, vết mổ có đường kính rất nhỏ nên thời gian hồi phục của bệnh nhân rất nhanh, từ đó giảm tối đa các nguy cơ nhiễm trùng vết mổ sau khi phẫu thuật. Vì thế, hiện nay phương pháp phẫu thuật nội soi đã dần thay thế phương pháp mổ hở truyền thống trong một số loại phẫu thuật.

Chính vì những lợi ích và những tiềm năng to lớn của phương pháp nội soi mang lại trong lĩnh vực y học, nên có rất nhiều đơn vị, doanh nghiệp đầu tư vào lĩnh vực này, từ đó cho ra đời rất nhiều thương hiệu lớn chuyên sản xuất các trang thiết bị, dụng cụ nội soi. Để có thể tiến hành một quá trình nội soi, ta cần sử dụng một hệ thống nội soi bao gồm nhiều thiết bị, dụng cụ như nguồn sáng, ống nội soi, camera, màn hình hiển thị, … Chúng được sử dụng kết hợp với nhau một cách đồng bộ và được kết nối với nhau thông qua các cổng kết nối nằm ngay trên thiết bị, dụng cụ nội soi. Điều đặc biệt là đối với từng hãng sản xuất khác nhau, thông số kỹ thuật về cấu tạo và kích thước của các cổng kết nối này hoàn toàn khác biệt; hay nói cách khác, với cùng một loại thiết bị, dụng cụ thì các thiết bị, dụng cụ nội soi của hãng sản xuất này không thể kết nối vào một hệ thống nội soi của hãng sản xuất khác. Khi xem xét thực trạng tại Việt Nam, đa số các đơn vị khám chữa bệnh có sử dụng phương pháp nội soi trong chẩn đoán hình ảnh hoặc điều trị thường trang bị các 2 thiết bị, dụng cụ nội soi của nhiều hãng sản xuất khác nhau.

Điều này có thể do đơn vị khám chữa bệnh mua sắm trang thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau ở những thời điểm khác nhau hoặc do một số nguyên nhân khác. Từ đây, có một vấn đề được đặt ra như sau: Khi đơn vị khám chữa bệnh bất chợt xảy ra hư hỏng một thiết bị, dụng cụ nào đó trong hệ thống nội soi và tại đơn vị hiện giờ chỉ đang có sẵn thiết bị, dụng cụ cùng loại, nhưng là của một hãng sản xuất khác. Vì hầu hết các hãng sản xuất thiết kế các cổng kết nối hoàn toàn khác biệt nên việc tích hợp thiết bị, dụng cụ khác vào để sử dụng chung trong hệ thống rất khó khăn. Trong trường hợp này, đa số các đơn vị phải mua sắm mới trang thiết bị, dụng cụ của cùng hãng sản xuất với hệ thống nội soi đang gặp sự cố, điều này gây ra sự lãng phí về thời gian và chi phí không đáng có, và phương án này là không hiệu quả đối với các trường hợp khẩn cấp.

Trong tình huống này, cần thiết có một giải pháp hiệu quả hơn, để có thể nhanh chóng tích hợp các thiết bị, dụng cụ có sẵn tại đơn vị khám chữa bệnh để lập tức thay thế các bộ phận bị hư hỏng trong hệ thống nội soi. Giải pháp này sẽ được nghiên cứu và trình bày chi tiết trong đề tài luận văn này. Ý tưởng ban đầu của giải pháp là sẽ tạo ra một bộ phận trung gian để giúp các thiết bị, dụng cụ của các hãng sản xuất khác nhau có thể kết nối được với nhau. Ngoài giải quyết vấn đề trên, giải pháp này còn giúp cho các đơn vị có nhiều lựa chọn hơn khi họ muốn mua sắm trang thiết bị, dụng cụ nào đó trong hệ thống nội soi vì họ không nhất thiết phải chọn trang thiết bị, dụng cụ của cùng một hãng sản xuất, mà họ có thể lựa chọn trang thiết bị với nhiều tiêu chí hơn, sao cho phù hợp với điều kiện của đơn vị mình.

Với tính cấp thiết trên, mục tiêu của đề tài luận văn là đưa ra một giải pháp để có thể tích hợp các thiết bị, dụng cụ của các hãng sản xuất khác nhau trên cùng một hệ thống nội soi. Để có thể hoàn thành mục tiêu nghiên cứu trên, đề tài đã đề ra các nhiệm vụ nghiên cứu chính sau: - Khảo sát, nghiên cứu hệ thống nội soi của một số hãng sản xuất. 3 - Thiết kế một bộ phận trung gian để có thể kết nối các thiết bị, dụng cụ nội soi của các hãng sản xuất khác nhau. - Thử nghiệm đánh giá tính khả thi và hiệu quả khi kết nối thiết bị, dụng cụ nội soi của các hãng sản xuất khác nhau.

Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài luận văn này là vị trí kết nối giữa các thành phần trong một hệ thống nội soi cứng (Rigid endoscopy), bao gồm: Vị trí kết nối giữa nguồn sáng nội soi và dây cáp dẫn sáng; Vị trí kết nối giữa ống nội soi cứng và dây cáp dẫn sáng; Vị trị kết nối giữa ống nội soi cứng và coupler nội soi; Vị trí kết nối giữa coupler nội soi và camera nội soi. Tại các vị trí này các thông số như cơ cấu kết nối, cấu tạo và kích thước cổng kết nối sẽ được khảo sát để nghiên cứu chế tạo ra bộ phận trung gian kết nối trang thiết bị nội soi của các hãng sản xuất khác nhau. Trong một hệ thống nội soi có rất nhiều loại kết nối khác nhau, trong đề tài luận văn này chỉ tập trung vào các loại kết nối cơ học, không đề cập đến các loại kết nối bằng tín hiệu điện. Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất trang thiết bị nội soi, tuy nhiên đề tài luận văn này chỉ khảo sát và nghiên cứu các hãng sản xuất trang thiết bị nội soi đang được sử dụng phổ biến tại các cơ sở y tế ở Việt Nam.

4 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các thành phần trong hệ thống nội soi ống cứng 2.1 Ống nội soi cứng Phương pháp nội soi sử dụng ống nội soi cứng được ứng dụng trong phần lớn các ca phẫu thuật nội soi, để có thể quan sát được bề mặt của các cơ quan, những mạch máu xung quanh và những sự thay đổi về bệnh lý bên trong cơ thể [1]. Phương pháp nội soi ống cứng có thể được thực hiện trên nhiều vị trí khác nhau trên cơ thể, gồm có: nội soi tai mũi họng, nội soi ổ bụng, nội soi lồng ngực, nội soi sọ não, nội soi khớp, nội soi tiết niệu [2]… 2.1 Phân loại ống nội soi cứng Ống nội soi cứng có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy theo đặc tính riêng của ống nội soi. ➢ Phân loại theo góc nhìn của ống nội soi cứng: Ống nội soi cứng được thiết kế với nhiều loại góc nhìn khác nhau, trong đó các góc nhìn được sử dụng chủ yếu là: 0o, 30o, 45o, 70o, 90o.1 Một số loại góc nhìn của ống nội soi [3] Ống nội soi với góc nhìn 0o là ống nội soi với góc nhìn trực diện cùng phương với trục của ống nội soi. Các ống nội soi với các góc nhìn khác sẽ 5 quan sát theo phương lệch với trục ống nội soi một góc bằng với góc nhìn của ống nội soi.

Mục đích thiết kế các ống nội soi với góc nhìn rộng hơn nhằm quan sát được cấu trúc không gian của các cơ quan, tại các vị trí khuất mà ống nội soi góc nhìn 0o không thể quan sát được [3]. ➢ Phân loại theo đường kính của ống nội soi cứng: Ống nội soi có nhiều loại đường kính khác nhau để phù hợp với từng vị trí thực hiện phương pháp nội soi. Đường kính của ống nội soi có sự khác biệt nhỏ đối với các nhà sản xuất khác nhau, nằm trong khoảng 2 mm đến 10 mm, trong đó có một số loại đường kính được sử dụng phổ biến là: 2,7 mm, 4 mm, 10 mm, … 2.2 Cấu tạo ống nội soi cứng: Hình 2.2 Cấu tạo ống nội soi cứng [4] Cấu tạo của một ống nội soi cứng cơ bản được mô phỏng như trên hình 2. Ống nội soi cứng bao gồm 2 kênh: kênh dẫn hình ảnh và kênh dẫn ánh sáng.

Kênh dẫn hình ảnh bao gồm hệ thống các thấu kính để dẫn truyền hình ảnh đưa đến cảm biến hình ảnh. Kênh dẫn ánh sáng bao gồm bó sợi quang học bọc xung quanh hệ thống các thấu kính, ngay bên trong lớp vỏ kim loại ngoài cùng [5].3 Nguyên lý hoạt động của ống nội soi cứng Nguyên lý hoạt động của ống nội soi cứng chủ yếu dựa trên hoạt động của 2 thành phần cấu tạo chính của ống nội soi: bó sợi quang học và hệ thống các thấu kính. 6 Bó sợi quang học đưa ánh sáng từ nguồn sáng vào bên trong cơ thể và các hình ảnh bên trong cơ thể sẽ được phản xạ đến hệ thống các thấu kính của ống nội soi và hình ảnh này được dẫn truyền đưa đến cảm biến hình ảnh. ➢ Bó sợi quang học: Bó sợi quang học bao gồm rất nhiều các sợi quang học có đường kính vài chục µm phân bố xuyên suốt chiều dài của thân ống nội soi.

Vai trò của bó sợi quang học là dẫn truyền ánh sáng từ nguồn sáng đi vào bên trong cơ thể dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần bên trong lòng của sợi quang học.3 Hiện tượng phản xạ toàn phần bên trong sợi quang học [6] Sợi quang học có cấu tạo gồm lớp lõi bên trong với chiết suất n1 và lớp phủ bên ngoài có chiết suất n2 (n1 > n2). Vì vậy, khi ánh sáng chiếu tới với một góc lớn hơn góc tới giới hạn sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Từ đó, ánh sáng từ nguồn sáng sẽ phản xạ xuyên suốt chiều dài của bó sợi quang học bên trong ống nội soi để đi vào bên trong cơ thể. ➢ Hệ thống các thấu kính: Hệ thống các thấu kính nằm ở trung tâm của ống nội soi cứng, các thấu kính này được phân bố dọc theo chiều dài thân ống nội soi như trên hình 2.