Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực y học hiện đại, khí y tế đóng vai trò thiết yếu trong điều trị bệnh nhân, phẫu thuật, cấp cứu và chẩn đoán. Theo khảo sát tại các cơ sở y tế tỉnh Bắc Giang và Bệnh viện Hữu nghị Việt – Đức, lượng khí y tế tiêu thụ hàng tháng dao động từ vài trăm đến hàng chục nghìn mét khối, cụ thể tại Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức, lượng khí sử dụng trong 4 tháng đầu năm 2020 đạt trung bình khoảng 70.000 m³ mỗi tháng. Tuy nhiên, các hệ thống khí y tế trung tâm hiện tại chưa có giải pháp theo dõi và quản lý lưu lượng khí hiệu quả, dẫn đến khó khăn trong kiểm soát rò rỉ, thất thoát khí và đảm bảo an toàn vận hành.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và chế tạo hệ thống mô phỏng theo dõi và quản lý khí y tế trung tâm, ứng dụng công nghệ truyền dẫn không dây LoRa nhằm giám sát lưu lượng khí tại các điểm sử dụng trong bệnh viện. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình hệ thống, thiết kế phần cứng và phần mềm quản lý, đồng thời thử nghiệm mô phỏng trong phòng thí nghiệm. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát thực trạng tại các bệnh viện tuyến tỉnh và trung ương, thiết kế hệ thống mô phỏng quy mô phòng thí nghiệm và đánh giá kết quả đo đạc.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả sử dụng khí y tế, giảm thiểu thất thoát, tăng cường an toàn vận hành và hỗ trợ công tác quản lý tại các cơ sở y tế. Hệ thống còn góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý thiết bị y tế, phù hợp với xu hướng phát triển y tế thông minh và cải cách hành chính trong ngành y tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

  • Hệ thống khí y tế trung tâm (MGPS): Bao gồm các nguồn khí (Oxy, CO2, khí nén, khí gây mê, khí hút), hệ thống đường ống dẫn khí chuyên dụng đạt tiêu chuẩn BS EN 13348, HTM 02-01, và các thiết bị ngoại vi như ổ khí, trụ khí, dây dẫn khí treo trần. Hệ thống đảm bảo cung cấp khí an toàn, ổn định cho các khoa phòng trong bệnh viện.

  • Công nghệ truyền dẫn không dây LoRa (Long Range Radio): Sử dụng kỹ thuật điều chế Chirp Spread Spectrum, cho phép truyền dữ liệu khoảng cách xa (vài km) với công suất thấp, tiết kiệm năng lượng. LoRa hoạt động trên băng tần 430-915 MHz, phù hợp cho các ứng dụng IoT trong môi trường bệnh viện. Các thông số quan trọng gồm Spreading Factor (SF), Bandwidth (BW), Coding Rate (CR) ảnh hưởng đến khoảng cách, tốc độ và độ tin cậy truyền dữ liệu.

  • Cảm biến lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt: Sử dụng cảm biến MF5700 của hãng SIARGO, đo lưu lượng khí dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra dòng khí. Cảm biến tích hợp mạch xử lý tín hiệu, chuyển đổi tương tự-số và vi điều khiển để xuất dữ liệu lưu lượng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế về lượng khí y tế sử dụng tại các bệnh viện tỉnh Bắc Giang và Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức trong 4 tháng đầu năm 2020. Dữ liệu đo đạc từ hệ thống mô phỏng trong phòng thí nghiệm.

  • Phương pháp phân tích: Thiết kế hệ thống mô phỏng gồm các khối cảm biến, xử lý, truyền nhận dữ liệu qua module LoRa, thu thập và hiển thị dữ liệu trên nền tảng web. Phân tích hiệu quả truyền dẫn, độ chính xác đo lưu lượng, khả năng phát hiện rò rỉ khí qua biểu đồ lưu lượng và cảnh báo.

  • Timeline nghiên cứu: Từ khảo sát thực trạng (tháng 1-3/2020), thiết kế mô hình và phần cứng (tháng 4-6/2020), xây dựng phần mềm và thử nghiệm mô phỏng (tháng 7-9/2020), đánh giá kết quả và hoàn thiện luận văn (tháng 10-12/2020).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thực trạng sử dụng khí y tế tại các bệnh viện: Lượng khí tiêu thụ tại Trung tâm y tế huyện Lục Ngạn dao động từ 470 đến 700 m³/tháng, trong khi tại Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức lên tới 65.000 - 76.000 m³/tháng. Các bệnh viện tuyến tỉnh có hệ thống khí y tế trung tâm nhưng chưa có hệ thống theo dõi lưu lượng và cảnh báo rò rỉ khí.

  2. Hiệu quả truyền dẫn dữ liệu qua LoRa: Mô hình hệ thống sử dụng module LoRa RF433 SX1278 IPEX RA-02 cho phép truyền dữ liệu ổn định trong phạm vi vài trăm mét đến 1 km trong môi trường phòng thí nghiệm, đáp ứng yêu cầu giám sát lưu lượng khí tại các khoa phòng.

  3. Độ chính xác đo lưu lượng khí: Cảm biến MF5700 đo lưu lượng khí dựa trên nguyên lý nhiệt cho kết quả ổn định, sai số trong khoảng cho phép, phù hợp với yêu cầu giám sát liên tục. Dữ liệu đo được cập nhật liên tục và hiển thị trên giao diện web với biểu đồ trực quan, giúp phát hiện nhanh các bất thường như rò rỉ khí.

  4. Khả năng cảnh báo và quản lý từ xa: Hệ thống phần mềm cho phép cảnh báo sớm khi phát hiện rò rỉ hoặc áp lực khí bất thường, gửi thông báo qua giao diện web và có thể mở rộng gửi cảnh báo qua điện thoại di động. Điều này giúp nâng cao an toàn vận hành và tiết kiệm chi phí vận hành khí y tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng công nghệ LoRa trong giám sát lưu lượng khí y tế trung tâm là khả thi và hiệu quả. So với các phương pháp truyền dẫn truyền thống như 3G hay WiFi, LoRa tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp và có phạm vi phủ sóng phù hợp trong môi trường bệnh viện nhiều vật cản. Việc sử dụng cảm biến lưu lượng nhiệt MF5700 đảm bảo độ chính xác và ổn định trong đo đạc, phù hợp với yêu cầu vận hành liên tục.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành y sinh và kỹ thuật y tế, hệ thống mô phỏng này đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn, đồng thời mở ra hướng phát triển ứng dụng IoT trong quản lý thiết bị y tế. Việc hiển thị dữ liệu trên nền tảng web giúp người quản lý dễ dàng theo dõi, phân tích và ra quyết định kịp thời. Các biểu đồ lưu lượng khí và tổng hợp lượng khí tiêu thụ theo thời gian là công cụ hữu ích để phát hiện rò rỉ và tối ưu hóa sử dụng khí.

Tuy nhiên, hệ thống hiện tại mới được thử nghiệm trong quy mô phòng thí nghiệm, cần tiếp tục mở rộng quy mô và thử nghiệm thực tế tại các bệnh viện để đánh giá toàn diện về độ tin cậy, khả năng mở rộng và tích hợp với hệ thống quản lý bệnh viện hiện có.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống giám sát lưu lượng khí y tế trung tâm tại các bệnh viện tuyến tỉnh và trung ương: Áp dụng công nghệ LoRa và cảm biến lưu lượng nhiệt để theo dõi liên tục, giảm thiểu thất thoát khí và nâng cao an toàn vận hành. Thời gian thực hiện trong 12 tháng, chủ thể là phòng kỹ thuật và quản lý thiết bị y tế.

  2. Phát triển phần mềm quản lý tích hợp cảnh báo đa kênh: Mở rộng phần mềm hiện có để gửi cảnh báo qua SMS, email và ứng dụng di động, giúp người quản lý phản ứng nhanh với sự cố rò rỉ khí. Thời gian phát triển 6 tháng, chủ thể là nhóm phát triển phần mềm và IT bệnh viện.

  3. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì hệ thống: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành hệ thống khí y tế thông minh, sử dụng phần mềm giám sát và xử lý sự cố. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, chủ thể là phòng nhân sự và kỹ thuật bệnh viện.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng IoT trong quản lý thiết bị y tế khác: Tiếp tục nghiên cứu tích hợp các thiết bị y tế khác vào hệ thống IoT, tạo thành mạng lưới quản lý thiết bị y tế thông minh toàn diện. Thời gian nghiên cứu 18-24 tháng, chủ thể là viện nghiên cứu và các đối tác công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật y sinh: Nghiên cứu, thiết kế và phát triển hệ thống giám sát khí y tế trung tâm, ứng dụng công nghệ truyền dẫn không dây và cảm biến lưu lượng.

  2. Quản lý bệnh viện và phòng kỹ thuật: Áp dụng hệ thống giám sát để nâng cao hiệu quả quản lý khí y tế, giảm thiểu thất thoát và đảm bảo an toàn vận hành.

  3. Nhà nghiên cứu công nghệ thông tin y tế: Tham khảo mô hình tích hợp IoT trong quản lý thiết bị y tế, phát triển phần mềm giám sát và cảnh báo thông minh.

  4. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật y sinh, điện tử viễn thông: Học tập về thiết kế hệ thống đo lường, truyền dẫn dữ liệu không dây và ứng dụng công nghệ mới trong y tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống mô phỏng khí y tế trung tâm có thể áp dụng cho quy mô bệnh viện lớn không?
    Hệ thống được thiết kế với khả năng mở rộng, sử dụng công nghệ LoRa cho phép kết nối nhiều trạm đo trong phạm vi vài km, phù hợp với quy mô bệnh viện lớn. Việc triển khai thực tế cần điều chỉnh số lượng trạm và cấu hình mạng phù hợp.

  2. LoRa có ưu điểm gì so với các công nghệ truyền dẫn khác trong giám sát khí y tế?
    LoRa tiêu thụ năng lượng thấp, truyền dữ liệu xa (vài km), chi phí đầu tư và vận hành thấp, khả năng chống nhiễu tốt, phù hợp với môi trường bệnh viện nhiều vật cản và yêu cầu giám sát liên tục.

  3. Cảm biến lưu lượng khí MF5700 hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
    Cảm biến MF5700 sử dụng nguyên lý nhiệt độ không đổi, đo lưu lượng khí dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra dòng khí, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong đo đạc.

  4. Hệ thống có khả năng phát hiện rò rỉ khí như thế nào?
    Hệ thống liên tục giám sát lưu lượng khí tại các nhánh, khi phát hiện lưu lượng bất thường hoặc giảm áp suất đột ngột, phần mềm sẽ cảnh báo sớm qua giao diện web và có thể mở rộng gửi thông báo qua điện thoại.

  5. Phần mềm quản lý có thể truy cập từ thiết bị nào?
    Phần mềm được thiết kế trên nền tảng web, có thể truy cập từ máy tính, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng có kết nối internet, giúp người quản lý theo dõi hệ thống mọi lúc mọi nơi.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống mô phỏng theo dõi và quản lý khí y tế trung tâm quy mô phòng thí nghiệm, ứng dụng công nghệ LoRa và cảm biến lưu lượng nhiệt MF5700.
  • Hệ thống đáp ứng yêu cầu truyền dẫn dữ liệu ổn định, đo lưu lượng chính xác và cảnh báo sớm các sự cố rò rỉ khí.
  • Kết quả khảo sát thực tế tại các bệnh viện cho thấy nhu cầu cấp thiết về hệ thống giám sát và quản lý khí y tế trung tâm hiện đại.
  • Hệ thống phần mềm quản lý trên nền tảng web giúp người quản lý dễ dàng theo dõi, phân tích và ra quyết định kịp thời.
  • Đề xuất triển khai thực tế, phát triển phần mềm cảnh báo đa kênh và mở rộng ứng dụng IoT trong quản lý thiết bị y tế là hướng nghiên cứu tiếp theo.

Hành động tiếp theo: Liên hệ phòng kỹ thuật bệnh viện hoặc viện nghiên cứu để phối hợp triển khai thử nghiệm thực tế, đồng thời phát triển phần mềm quản lý nâng cao nhằm hoàn thiện hệ thống giám sát khí y tế trung tâm.