Luận văn thạc sĩ HCMUTE về thiết kế giường y tế thông minh

• Tác giả: Võ Quý Hoàn
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Giường Y Tế Thông Minh (Phần Cơ Khí)
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6.1. Nghiên cứu phân tích lý thuyết
• 1.6.2. Phương pháp thực nghiệm
• 1.6.3. Phương pháp chuyên gia
• 1.7. Kết cấu của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Bệnh hoại tử
• 2.1.1. Khái niệm về bệnh hoại tử
• 2.1.2. Phân loại hoại tử
• 2.1.3. Điều trị loét da tỳ đè ở người nằm lâu, liệt, ít vận động
• 2.2. Các nghiên cứu liên quan tới đề tài
• 2.2.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 2.2.2. Nghiên cứu trong nước
• 2.2.3. Yêu cầu thiết kế giường từ chuyên gia, người sử dụng
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Cấu tạo bộ xương người
• 3.1.1. Các thành phần chính của bộ xương
• 3.1.2. Cấu tạo và sự phát triển của xương
• 3.2. Kích thước và trọng lượng trung bình người Việt Nam
• 3.2.1. Chiều cao người Việt Nam
• 3.2.2. Cân nặng trung bình người Việt Nam
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM
• 4.1. Yêu cầu thiết kế giường y tế thông minh
• 4.1.1. Yêu cầu thiết kế phần đầu và lưng
• 4.1.2. Yêu cầu thiết kế phần đỡ xương chậu
• 4.1.3. Yêu cầu thiết kế phần đỡ xương đùi
• 4.1.4. Yêu cầu thiết kế phần đỡ xương cẳng chân
• 4.2. Kết cấu cơ khí của giường
• 4.2.1. Kết cấu phần đỡ đầu và lưng
• 4.2.2. Kết cấu phần đỡ xương chậu
• 4.2.3. Kết cấu phần đỡ đùi
• 4.2.4. Kết cấu phần đỡ cẳng chân
• 4.2.5. Kết cấu tổng thể của giường
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ GIƯỜNG
• 5.1. Chọn động cơ cho cơ cấu nâng hạ toàn giường
• 5.2. Chọn loại động cơ cho cơ cấu nâng hạ chân
• 5.3. Chọn loại động cơ cho cơ cấu nâng hạ phần lưng
• 5.4. Tính đường kính của trục chịu tải khi nâng toàn giường
• 5.5. Kích thước của giường
• 5.5.1. Kích thước phần đầu lưng
• 5.5.2. Kích thước phần đỡ xương chậu
• 5.5.3. Kích thước phần đỡ xương đùi
• 5.5.4. Kích thước phần đỡ cẳng chân
• 5.5.5. Kích thước tổng thể giường
• 5.6. Các cơ cấu điều khiển của giường
• 5.7. Chức năng các bộ phận
• 5.7.1. Cơ cấu đẩy phần đầu lưng
• 5.7.2. Cơ cấu đẩy phần đùi
• 5.7.3. Cơ cấu trục vít me – đai ốc
• 5.7.4. Một số cơ cấu và chi tiết điển hình
• 5.7.5. Các lắp ghép sử dụng trên giường
• 6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM
• 6.1. Phần đầu lưng
• 6.2. Phần đỡ xương chậu
• 6.3. Phần đỡ xương đùi và cẳng chân
• 6.4. Phần nâng hạ toàn bộ giường
• 6.5. Mô hình trong trạng thái bình thường
• 6.6. So sánh với giường chống hoại tử của kỹ sư Nguyễn Long Uy Bảo
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về giường y tế thông minh

Giường y tế thông minh là một sản phẩm công nghệ cao, được thiết kế để hỗ trợ chăm sóc bệnh nhân, đặc biệt là những người bị hạn chế khả năng vận động. Sự phát triển của công nghệ y tế đã dẫn đến việc tạo ra các thiết bị như giường y tế có khả năng tự động điều chỉnh tư thế, giúp giảm thiểu nguy cơ loét tỳ đè và cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Việc nghiên cứu và phát triển giường thông minh không chỉ mang lại lợi ích cho bệnh nhân mà còn giúp giảm bớt gánh nặng cho nhân viên y tế trong quá trình chăm sóc. Theo nghiên cứu, việc sử dụng giường bệnh thông minh có thể giảm thiểu thời gian chăm sóc và tăng hiệu quả điều trị cho bệnh nhân.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh hiện nay, nhu cầu chăm sóc sức khỏe ngày càng tăng cao, đặc biệt là đối với những bệnh nhân không thể tự vận động. Việc thiết kế và chế tạo giường y tế thông minh là cần thiết để đáp ứng nhu cầu này. Các loại giường hiện có trên thị trường thường chỉ giải quyết một trong hai vấn đề: hỗ trợ bệnh nhân hoặc hỗ trợ nhân viên y tế. Do đó, việc phát triển một sản phẩm có thể đồng thời giải quyết cả hai vấn đề là rất quan trọng. Giường thông minh không chỉ giúp bệnh nhân dễ dàng thay đổi tư thế mà còn giúp nhân viên y tế thực hiện công việc chăm sóc một cách hiệu quả hơn.

II. Cơ sở lý thuyết về thiết kế giường y tế

Thiết kế giường y tế thông minh cần dựa trên các nguyên lý cơ học và sinh học để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho người sử dụng. Các yếu tố như kích thước, trọng lượng và cấu trúc của giường cần được tính toán kỹ lưỡng để phù hợp với thể trạng của bệnh nhân Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ y tế vào thiết kế giường không chỉ giúp cải thiện tính năng mà còn nâng cao trải nghiệm của bệnh nhân. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng giường bệnh có thể giảm thiểu nguy cơ loét tỳ đè và cải thiện sự thoải mái cho bệnh nhân. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển giường thông minh là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe.

2.1. Các yêu cầu thiết kế giường y tế

Yêu cầu thiết kế giường y tế thông minh bao gồm khả năng điều chỉnh tư thế, hỗ trợ việc vệ sinh và chăm sóc bệnh nhân. Giường cần được trang bị các cơ cấu điều khiển tự động để giúp bệnh nhân dễ dàng thay đổi tư thế mà không cần sự trợ giúp của người khác. Ngoài ra, giường cũng cần có khả năng chịu lực tốt và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Việc thiết kế cần phải tính đến các yếu tố như độ bền, dễ dàng vệ sinh và bảo trì. Các chuyên gia trong lĩnh vực y tế đã đưa ra nhiều yêu cầu cụ thể về thiết kế, nhằm đảm bảo rằng giường thông minh có thể đáp ứng được nhu cầu thực tế trong các cơ sở y tế.

III. Phương pháp nghiên cứu và phát triển

Quá trình nghiên cứu và phát triển giường y tế thông minh bao gồm nhiều bước từ khảo sát thị trường, phân tích nhu cầu của người sử dụng đến thiết kế và chế tạo mô hình thử nghiệm. Việc khảo sát các loại giường bệnh hiện có giúp xác định những điểm mạnh và yếu của từng loại, từ đó đưa ra giải pháp thiết kế tối ưu. Các phương pháp nghiên cứu như phân tích lý thuyết, thực nghiệm và phỏng vấn chuyên gia được áp dụng để thu thập dữ liệu và đánh giá hiệu quả của thiết kế. Kết quả từ các thử nghiệm sẽ được sử dụng để điều chỉnh và hoàn thiện sản phẩm trước khi đưa vào ứng dụng thực tế.

3.1. Thử nghiệm và đánh giá

Sau khi hoàn thành thiết kế, mô hình thử nghiệm của giường y tế thông minh sẽ được chế tạo và tiến hành thử nghiệm. Các thử nghiệm này nhằm đánh giá tính năng, độ bền và khả năng hoạt động của giường trong điều kiện thực tế. Kết quả thử nghiệm sẽ được phân tích để xác định các vấn đề cần khắc phục và cải tiến. Việc đánh giá hiệu quả của giường thông minh không chỉ dựa trên các tiêu chí kỹ thuật mà còn dựa trên phản hồi từ người sử dụng, nhằm đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng được nhu cầu thực tế của bệnh nhân và nhân viên y tế.

IV. Kết luận và kiến nghị

Việc thiết kế và chế tạo giường y tế thông minh là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. Sản phẩm không chỉ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân mà còn giảm bớt gánh nặng cho nhân viên y tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng giường thông minh có thể đáp ứng được nhu cầu thực tế và mang lại nhiều lợi ích cho cả bệnh nhân và nhân viên y tế. Để sản phẩm được ứng dụng rộng rãi, cần có sự hỗ trợ từ các cơ sở y tế và các nhà đầu tư trong việc phát triển và sản xuất. Kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện sản phẩm để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

4.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Để nâng cao hiệu quả của giường y tế thông minh, cần tiếp tục nghiên cứu các công nghệ mới trong lĩnh vực công nghệ y tế. Việc tích hợp các cảm biến và hệ thống điều khiển thông minh có thể giúp giường tự động điều chỉnh theo tình trạng sức khỏe của bệnh nhân. Ngoài ra, cần nghiên cứu thêm về các vật liệu mới để cải thiện độ bền và tính năng của giường. Các nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe.

Tổng quan nghiên cứu

Theo ước tính, tỷ lệ người bị hạn chế khả năng vận động và nằm bất động kéo dài tại Việt Nam ngày càng gia tăng do các bệnh lý như hoại tử, tai biến và chấn thương. Tình trạng này dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng như loét tỳ đè, đau nhức xương khớp và giảm chất lượng cuộc sống. Việc chăm sóc người bệnh gặp nhiều khó khăn, đặc biệt trong việc thay drap giường, thường đòi hỏi ít nhất hai người hỗ trợ và có thể gây đau đớn cho bệnh nhân. Mục tiêu của luận văn là thiết kế và chế tạo giường y tế thông minh phần cơ khí, nhằm giải quyết đồng thời hai vấn đề: giúp bệnh nhân thay đổi tư thế linh hoạt và hỗ trợ người chăm sóc dễ dàng thay drap mà không cần di chuyển bệnh nhân. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi thể trạng trung bình của người Việt Nam, với dữ liệu thu thập từ năm 2014 đến 2016 tại các bệnh viện và cơ sở y tế tại TP. Hồ Chí Minh. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả chăm sóc, giảm thiểu tổn thương cho bệnh nhân và giảm sức lao động cho nhân viên y tế, góp phần cải thiện chất lượng dịch vụ y tế và giảm chi phí điều trị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về cấu tạo bộ xương người và nhân trắc học để thiết kế giường y tế phù hợp với kích thước và trọng lượng trung bình của người Việt Nam. Cấu tạo bộ xương gồm ba phần chính: xương đầu, xương thân và xương chi, với tổng cộng 206 chiếc xương người trưởng thành. Các loại xương được phân loại thành xương dài, xương ngắn và xương dẹt, mỗi loại có đặc điểm cấu tạo và chức năng riêng biệt. Khớp xương được chia thành khớp động, khớp bán động và khớp bất động, ảnh hưởng đến thiết kế các phần giường tương ứng với các khớp vận động của bệnh nhân. Ngoài ra, lý thuyết về loét tỳ đè và các cấp độ hoại tử được áp dụng để xác định các yêu cầu về tư thế và chuyển động nhằm phòng tránh tổn thương cho người bệnh. Các mô hình cơ khí như cơ cấu vít me – đai ốc, piston – xy lanh và các cơ cấu nâng hạ được nghiên cứu để thiết kế phần cơ khí của giường y tế thông minh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu nhân trắc học của người Việt Nam năm 2014, khảo sát thực tế tại các bệnh viện lớn ở TP. Hồ Chí Minh, và các tài liệu khoa học trong và ngoài nước liên quan đến giường y tế thông minh. Phương pháp phân tích bao gồm nghiên cứu phân tích lý thuyết, mô phỏng kết cấu giường bằng phần mềm chuyên dụng, và thực nghiệm chế tạo mô hình giường y tế. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm các mô hình giường được thiết kế dựa trên kích thước trung bình của người Việt Nam, với các phép đo và thử nghiệm nâng hạ từng phần giường. Phương pháp chọn mẫu là chọn đại diện kích thước trung bình để đảm bảo tính ứng dụng rộng rãi. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2014 đến tháng 7/2016, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm. Ý kiến chuyên gia từ các bác sĩ và điều dưỡng tại các bệnh viện uy tín được thu thập để hoàn thiện yêu cầu thiết kế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế giường phù hợp với thể trạng người Việt Nam: Chiều cao trung bình nam là 164 cm, nữ là 153 cm, cân nặng trung bình nam 51,09 kg, nữ 48,01 kg. Giường được thiết kế với kích thước tổng thể phù hợp, đảm bảo nâng đỡ các phần xương chính như đầu lưng, xương chậu, đùi và cẳng chân tương ứng với các khớp vận động.

2. Cơ cấu nâng hạ linh hoạt: Giường có khả năng nâng hạ phần đầu lưng với góc từ 75° đến 85°, phần đùi từ 40° đến 50°, đáp ứng yêu cầu của các chuyên gia y tế. Thời gian nâng hạ được kiểm soát để tránh rung lắc, đảm bảo an toàn và thoải mái cho bệnh nhân.

3. Khả năng thay drap mà không cần di chuyển bệnh nhân: Thiết kế cơ khí cho phép thay thế drap dễ dàng, giảm sức lao động cho nhân viên y tế và hạn chế đau đớn cho người bệnh. So sánh với giường chống hoại tử hiện có, giường thông minh này cải thiện đáng kể tính tiện dụng và hiệu quả chăm sóc.

4. Độ bền và hiệu quả hoạt động: Thử nghiệm thực tế cho thấy cơ cấu vít me – đai ốc và piston – xy lanh hoạt động ổn định, chịu tải trọng phù hợp với cân nặng trung bình của bệnh nhân Việt Nam. Các phép đo lực và moment uốn trên trục đỡ được mô phỏng và kiểm nghiệm, đảm bảo độ bền cơ khí của giường.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng lý thuyết nhân trắc học và cơ cấu cơ khí hiện đại giúp thiết kế giường y tế thông minh phù hợp với nhu cầu thực tế tại Việt Nam. So với các nghiên cứu trước đây, giường này khắc phục được nhược điểm của các loại giường sử dụng tay quay hoặc chỉ có chức năng nâng hạ đơn giản. Việc kiểm soát tốc độ nâng hạ và khả năng thay drap không di chuyển bệnh nhân là điểm nổi bật, góp phần giảm thiểu nguy cơ loét tỳ đè và hoại tử. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lực tác dụng lên trục đỡ và bảng so sánh hiệu quả với các loại giường hiện có, minh họa rõ ràng ưu điểm về cơ khí và tiện ích. Kết quả cũng phù hợp với yêu cầu của các bác sĩ và điều dưỡng, khẳng định tính khả thi và ứng dụng thực tiễn của sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai sản xuất giường y tế thông minh: Đẩy mạnh sản xuất đại trà trong vòng 12 tháng tới, tập trung vào các bệnh viện và cơ sở y tế lớn tại TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh thành khác. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp cơ khí y tế phối hợp với trường đại học.

2. Đào tạo nhân viên y tế sử dụng giường: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật vận hành và bảo trì giường cho nhân viên y tế trong 6 tháng đầu sau khi triển khai. Mục tiêu nâng cao hiệu quả chăm sóc và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

3. Nâng cấp và tích hợp công nghệ điều khiển tự động: Nghiên cứu phát triển phần điều khiển điện tử và cảm biến để giường có thể tự động điều chỉnh tư thế theo nhu cầu bệnh nhân trong vòng 18 tháng tiếp theo. Chủ thể thực hiện là nhóm nghiên cứu trường đại học phối hợp với công ty công nghệ.

4. Mở rộng phạm vi nghiên cứu: Khảo sát thêm các nhóm bệnh nhân khác nhau và điều chỉnh thiết kế giường phù hợp với từng đối tượng trong vòng 2 năm tới. Điều này giúp tăng tính đa dụng và ứng dụng rộng rãi của sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà sản xuất thiết bị y tế: Có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm giường y tế thông minh phù hợp với thị trường Việt Nam, nâng cao tính cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu thực tế.

2. Bệnh viện và cơ sở chăm sóc sức khỏe: Sử dụng giường y tế thông minh để cải thiện chất lượng chăm sóc bệnh nhân nằm lâu, giảm thiểu biến chứng loét tỳ đè và tăng hiệu quả công việc của nhân viên y tế.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tham khảo phương pháp thiết kế, mô phỏng và chế tạo cơ khí trong lĩnh vực y tế, từ đó phát triển các nghiên cứu tiếp theo hoặc ứng dụng vào các thiết bị y tế khác.

4. Chính sách y tế và quản lý: Căn cứ vào kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách hỗ trợ ứng dụng công nghệ trong chăm sóc sức khỏe, đồng thời định hướng đầu tư phát triển thiết bị y tế thông minh tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Giường y tế thông minh có thể thay thế drap mà không cần di chuyển bệnh nhân như thế nào?
   Giường được thiết kế với cơ cấu nâng hạ phần xương chậu và đùi độc lập, cho phép nâng phần thân giữa lên để thay drap dễ dàng mà không cần di chuyển bệnh nhân, giảm đau và nguy cơ tổn thương.

2. Tốc độ nâng hạ của giường có ảnh hưởng đến bệnh nhân không?
   Tốc độ được kiểm soát vừa phải, tránh rung lắc và thay đổi tư thế đột ngột, giúp bệnh nhân cảm thấy thoải mái và an toàn, đồng thời giảm nguy cơ chấn thương.

3. Giường có phù hợp với nhiều kích thước cơ thể khác nhau không?
   Giường được thiết kế dựa trên số liệu nhân trắc học trung bình của người Việt Nam, có thể điều chỉnh chiều cao và góc nâng hạ để phù hợp với nhiều đối tượng bệnh nhân.

4. Phần cơ khí của giường có dễ bảo trì và sửa chữa không?
   Cơ cấu sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn như vít me, piston và động cơ điện dễ dàng bảo trì, sửa chữa và thay thế, giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

5. Giường y tế thông minh có thể ứng dụng ở đâu ngoài bệnh viện?
   Ngoài bệnh viện, giường còn phù hợp cho các cơ sở chăm sóc dài hạn, trung tâm phục hồi chức năng và gia đình có người bệnh nằm lâu, giúp nâng cao chất lượng chăm sóc tại nhà.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công phần cơ khí giường y tế thông minh phù hợp với thể trạng người Việt Nam, đáp ứng các yêu cầu nâng hạ linh hoạt và thay drap không di chuyển bệnh nhân.
• Kết cấu giường được kiểm nghiệm qua mô phỏng và thực nghiệm, đảm bảo độ bền và hiệu quả hoạt động trong điều kiện sử dụng thực tế.
• Giường y tế thông minh góp phần giảm thiểu nguy cơ loét tỳ đè, nâng cao chất lượng chăm sóc và giảm sức lao động cho nhân viên y tế.
• Đề xuất triển khai sản xuất, đào tạo và nâng cấp công nghệ để mở rộng ứng dụng trong hệ thống y tế Việt Nam.
• Khuyến khích các nhà sản xuất, bệnh viện và nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển và ứng dụng sản phẩm nhằm cải thiện chăm sóc sức khỏe cộng đồng.

Hành động tiếp theo là phối hợp với các đơn vị sản xuất để đưa giường y tế thông minh vào sử dụng thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao tính năng và mở rộng phạm vi ứng dụng.