Nghiên cứu và phát triển máy cân lắc túi máu cho các trung tâm hiến máu lưu động

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu phát triển máy cân lắc túi máu cho trung tâm hiến máu lưu động PHẠM XUÂN BẮC Bac.PX202430M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật y sinh Giảng viên hướng dẫn: TS ào Vit Hùng Ch ký ca GVHD Trường:  i n –  i n t  HÀ NỘI, 04/2023 CNG HÒA XÃ HI CH NGHA VIT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Phm Xuân Bc Đề tài luận văn: Nghiên cu phát trin máy cân lc túi máu cho trung tâm hin máu lu ng Chuyên ngành: K thut Y sinh Mã số SV : 20202430M Tác gi, Ngi hng dn khoa hc Hi ng chm lun vn xác nhn tác gi ã sa cha, b sung lun vn theo biên bn hp Hi ng ngày 27/04/2023 vi ni dung sau: ã chnh sa li t, li son tho xut hin lun v n ã chnh sa  thng nht cách xng hô lun vn ã chnh sa hình v “Hình 1.2 Quy trình sn xut máu ti vin Huyt hc Truyn máu TW” b m ã lc b hình nh cha ánh s  chng 2, trang 15 Giáo viên hướng dẫn Ngày tháng nm 2023 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Sau tt nghip chng trình k s khóa 57 ca i hc Bách Khoa Hà Ni c nhn công tác ti mt công ty lnh vc cung cp thit b, vt t y t, nhn thy kin thc cịn hn ch, tơi ã ng ký khóa cao hc ti i hc Bách Khoa Hà Ni Trong q trình hc tp, tơi trân trng cm n thy cô khoa in t, trng in – in t ã truyn t nhng kin thc quý báu cho sut thi gian va qua c bit, xin gi li cm n chân thành nht n thy giáo TS ào Vit Hùng ã to iu kin, ln ch bo nh hng tn tình hng dn  thc hin tt lun vn Tôi cng chân thành cm n Công ty C phn Medcomtech ã h tr, to iu kin làm vic sut thi gian qua Cui xin gi li cm n n gia ình, bn bè, tp th lp 20BKTYS, nhng ngi sn sàng s chia giúp  hc tp cuc sng Trong phm vi thi gian có hn, lun vn cịn nhiu iu thiu sót hn ch Tôi rt mong c thy cô hi ng góp ý ch bo  tơi có th nâng cao kin thc phát trin thêm sau Tôi xin chân thành cm n! Hc viên Phm Xuân Bc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam oan ni dung lun vn v  tài “Nghiên cu phát trin máy cân lc túi máu cho trung tâm hin máu lu ng” cơng trình nghiên cu ca thi gian qua Mi s liu, quan im, kt cu c khí, thit k mch, phân tích, ánh giá, kt lun ca tài liu nhà nghiên cu khác c trích dn theo úng quy nh Tơi xin chu hồn tồn trách nhim nu có s khơng trung thc thơng tin s dng cơng trình nghiên cu Hc viên Phm Xn Bc TĨM TẮT LUẬN VĂN Trong quy trình sn xut ch phm máu ti Vit Nam cng nh th gii, vic xác nh th tích máu trn u dung dch chng ơng vi máu q trình thu nhn t ngi hin mt nhng khâu quan trng, góp phn tng thi gian bo qun cht lng máu, gim thiu thi gian thc hin cân thng bng trc a vào máy ly tâm Hin ti, ngành Huyt hc Truyn máu ca Vit Nam nói chung vn ang ch yu s dng cân máu bng cân thơ s  xác khơng cao (cân a Biên Hòa 1kg) Nguyên nhân ch yu thit b sn xut nc cha áp ng c nhu cu thc t, gây nhiu khó khn q trình s dng Trong ó, thit b nhp khu t nc ngồi có cht lng tt nhng giá thành cao, khơng có kh nng tùy bin vi tng c s, khó khn vic sa cha, bo dng Ngoài ra, s lng máu thu nhn cho iu tr ngày tng vi vic s dng thit b cân lc túi máu th gi i ngày ph bin, iu kin tiên quyt quy trình GMP v sn xut ch phm máu y t Do ó, vic cn thit ch to mt thit b phù hp vi thc t hin  áp ng yêu cu sn xut ch phm máu quc gia mt vn  c quan tâm hàng u i vi ngành Y t Vit Nam nói chung ngành Huyt hc nói riêng  gii quyt toán trên, lun vn hng n mc tiêu thit k máy cân lc túi máu t ng ng dng hin máu lu ng Sn phm có tính nng k thut tng ng vi thit b nc tng thích vi loi túi máu ang s dng  Vit Nam, tích hp tính nng phù hp vi môi trng hin máu lu ng nh gn nh, chu c va p nh, có th s dng Pin ri, quét mã vch, lu tr d liu h tr trích xut sang USB Giá thành sn phm có th cnh tranh, m bo áp ng nhu cu thc tin quan trng cp thit Thit b c nghiên cu da vào vic tìm hiu v trình thu nhn máu ti Bnh vin, im hin lu ng, nghiên cu ánh giá thit b có th trng, sau ó thc hin thit k, ch to thit b trin khai th nghim thc t Thit b gm khi ngun, khi lc túi máu s dng ng c brushless JGB373525 c cu c khí, khi xác nh khi lng s dng Loadcell Mavin NA6 khi hin th, lu tr truyn thơng Qua q trình th nghim, thit b t c tiêu chí k thut  ra, c bn áp ng c nhu cu s d ng ca bnh vin Sn phm cng cn tip tc nâng cp tng lai nh thit k pin d phịng, tng  n nh,  hồn thin,  bn ca thành phn ASTRACT In the production process of blood products in Vietnam as well as in the world, determining blood volume and mixing the anticoagulant solution with blood during collection from donors is one of the critical steps, contributing to increasing the storage time and blood quality, reducing the time to perform balance before putting into the centrifuge Up to now, Vietnam's Hematology and Blood Transfusion industry in general is still mainly using blood scales with rudimentary scales of low accuracy (Bien Hoa scale 1kg) The main reason is that domestically produced equipment has not met actual needs, causing many difficulties in the process of use Meanwhile, equipment imported from abroad, although of good quality, has a high cost, is not able to be customized for each facility, and is difficult to repair and maintain In addition, the increasing amount of blood collected for treatment, along with the increasing use of blood bag weighing and mixing equipment in the world, is a prerequisite in the GMP process to produce blood products in healthcare Therefore, the need to manufacture a device suitable to the current reality to meet the requirements of national blood product production is a matter of top concern for the Vietnamese health sector in general and Vietnam's Hematology and Blood Transfusion in partial To solve the above problem, the thesis aims to design an automatic blood bag weighing and mixing device applied in mobile blood donation The product has technical features equivalent to foreign equipment and is compatible with all types of blood bags in use in Vietnam, integrating features suitable for the mobile blood donation environment such as compactness, impact resistance, etc , can use a removable battery, scan the barcode, store data, and support extract to USB Product prices can be competitive, ensuring to meet important and urgent practical needs This device is researched based on learning about the blood collection process at the hospital, and mobile donation point, researching and evaluating devices available on the market, then designing, manufacturing, and developing the device actual testing The device includes a power block, a blood bag shaker block using a JGB373525 brushless motor and mechanical structure, a mass determination block using a Loadcell Mavin NA6, and a display, storage, and communication block Through the testing process, the device achieved the set technical criteria, basically meeting the needs of the hospital The product also needs to continue to be upgraded in the future such as backup battery design, increased stability, completeness, and durability of components MỤC LỤC CHƯƠNG CÂN LẮC TÚI MÁU Y TẾ VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 1.2 1.3 Máu, thành phn ca máu vai trò ca máu 1.1.1 Máu gì? 1.1.2 Các thành phn nh lng ca máu 1.1.3 Nhu cu máu cho iu tr ti Vit Nam 1.1.4 Quy trình thu gom, sn xut ch phm máu y t 1.1.5 Nhu cu cân lc máu y t Kho sát mt s máy cân lc túi máu y t 1.2.1 Vai trò ca máy cân lc túi máu 1.2.2 Các thit b cân lc túi máu hin 1.2.3 So sánh, phân tích mu thit b có th trng  xut nghiên cu 11 1.3.1 Ý tng chung 11 1.3.2 Gii pháp 11 1.3.3 Mc tiêu thit k (thông s k thut) 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CÂN LẮC TÚI MÁU 14 2.1 2.2 Thit k phn lc túi máu 14 2.1.1 S  khi chc nng ca phn lc túi máu 14 2.1.2 Thit k a cha túi máu 15 2.1.3 Thit k trc quay giá  ng c 16 2.1.4 La chn khi ng c 17 2.1.5 Khi cm bin xác nh v trí 18 2.1.6 Thit k chng trình phn mm 20 Thit k phn cân xác nh khi lng máu 20 2.2.1 Tính tốn la chn cm bin khi lng 21 2.3 2.2.2 La chn module chun hóa tín hiu 27 2.2.3 Thit k phn cng 31 2.2.4 Thit k phn mm 32 2.2.5 Xây dng mi quan h giá tr cân giá tr c ADC .33 Thit k phn hình hin th, c thông tin túi máu, lu tr d liu truyn thông không dây 35 2.4 2.3.1 La chn u c mã vch  xác nh thông tin túi máu 35 2.3.2 Thit k khi hin th 37 2.3.3 Thit k khi báo ng âm .40 2.3.4 Khi van khóa ng dn ng máu 41 2.3.5 Thit k khi lu tr d liu truyn thông không dây 43 Thit k phn iu khin trung tâm 52 2.4.1 Tính tốn la chn vi iu khin trung tâm 52 2.5 Thit k mch ngun cho toàn thit b 58 2.6 Tng kt chng 60 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ 61 3.1 Sn phm ch to th nghim .61 3.2 Quy trình thc nghim .64 3.3 3.2.1 Th nghim quy trình s dng 64 3.2.2 Th nghim thi gian lc máu 67 3.2.3 Th nghim o lng phn xác nh khi lng .68 3.2.4 Th nghim trình s dng thc t 70 Tng kt chng 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 4.1 Kt lun 72 4.2 Hng phát trin 72 Hình 3.4 Giao diện hình theo dõi điều khiển Hình 3.5 Giao diện hình trang cài đặt Hình 3.6 Giao diện hình trang cài đặt đồng hồ 63 3.2 Quy trình thực nghiệm 3.2.1 Thử nghiệm quy trình sử dụng Khi bt u khi ng, a cân s t ng c quay v gia, tin hành tr bì cân liên tc, ng thi gi yêu cu trng thái th nh, wifi ti ESP8266 hình HMI (Hình 3.7) Hình 3.7 Trạng thái thiết bị khởi động Khi t túi máu lên tin hành la chn mc máu thu gom, hình hin th ch  250, 350, 450ml s hin cho ngi dùng la chn, sau ó nhn “Start”  chy (Hình 3.8) Hình 3.8 Trạng thái thiết bị bắt đầu lựa chọn chế độ 64 Màn hình hin th thơng tin mã vch qt c c thơng tin mã vch (Hình 3.9) Hình 3.9 Hiển thị thơng tin mã vạch lên hình Màn hình hin thơng tin wifi ch  qt wifi (Hình 3.10) Hình 3.10 Hiển thị thơng tin wifi chế độ scan Trong trình chy, thit b liên tc c cp nht trng thái cân, trng thái kt ni wifi hin th lên hình,  th tích cn ly, van s tin hành óng a a cha túi máu v v trí cân bng Thông báo trng thái ã lu c d liu lên hình (Hình 3.11) 65 Hình 3.11 Trạng thái thiết bị hồn thành chu trình lấy máu Th nghim lu tr d liu, d liu hình 3.12 hình 3.13 di ây nhng d liu lu li t thc t th nghim ti Bnh vin Huyt hc - Truyn máu Trung ng D liu c lu ti c s d liu trung tâm (Hình 3.12): Hình 3.12 Thơng tin liệu lưu trữ server D liu lu ti th nh c qun lý theo file excel theo ngày (Hình 3.13): Vi ln th nghim u có bt máy ch (server), nên d liu nhn c phn hi “DA LUU” vào ô Status, ln sau tt server nên ô trng thái  trng 66 Hình 3.13 Thơng tin liệu lưu trữ thẻ nhớ 3.2.2 Thử nghiệm thời gian lắc máu Hình 3.14 Q trình thử nghiệm chạy có tải Q trình th nghim chy có ti o tc  lc thc hin bng cách t vt nng 1.1 kg lên a cân tin hành quay liên tc vòng 24h o nhiu ln thi gian thc hin 10 ln lc ca thit b Vì giá tr thay i nên ch lit kê ln o, giá tr theo dõi o c c thng kê di Bng 3.1 sau: 67 Bảng 3.1 Giá trị đo thời gian thực 10 lần lắc Thi im(h) Ln Ln Ln Trung bình Bt u 23’13 22’87 23’18 23’06 Sau 1h 23’04 23’45 23’68 23’39 Sau 2h 22’85 23’61 23’12 23’20 Sau 5h 24’15 23’05 23’36 23’52 Sau 20h 24’27 24’87 24’53 24’57 Sau 24h 24’86 23’57 24’09 24’17 Trung bình 23’65 Giá tr trung bình lc ca 10 chu kì là: 2365 (giây) Tc  lc trung bình ca thit b là: ଵ଴ × 60 = 25 ‫ݒ‬ò݊ ݃ /‫ ݄݌‬ú‫ݐ‬  ଶଷᇱ଺ହ Nhn xét: Da vào bng 3.1 có th thy, sau thi gian chy liên tc dài, thi gian chy ln lc có thay i tng lên nhng khơng áng k, có th kt cu c khí chy liên tc lâu dài dn n dây dai dãn n, thi gian dng o chiu ca ng c tng, sai s không nh hng n nhiu n tc  lc nm phm vi cho phép 3.2.3 Thử nghiệm đo lượng phần xác định khối lượng Sau ã hoàn thin sn phm thit b ca mình, tơi ã tin hành o thc nghim ti Trung tâm k thut o lng tiêu chun cht lng 1, vi mu cân chun F1 Vi kch bn  a cân ng yên  v trí gia Kt qu o thc nghim c th hin bng 3.2 sau: 68 Bảng 3.2 Giá trị kết đo thực nghiệm Số cân (g) Lần Lần Lần Lần Lần Sai số tuyệt đối lớn Khoảng chênh lệch giá trị đo (max -min) 1 1 1 5 5 1 10 10 11 11 10 10 1 20 20 21 21 20 21 1 50 49 51 50 50 49 100 100 100 100 100 100 0 500 500 499 499 500 500 1 1000 1000 1001 1001 1000 1000 1 1500 1500 1501 1499 1500 1501 2000 2001 2000 2002 2000 2000 2 3000 3000 3001 3000 3001 3000 1 Nhn xét: Da vào kt qu o  bng 3.2 ta thy, sai s tuyt i ln nht ca phép o 1-2 gam, khong chnh lch giá tr o ln nht gam Ta có th nhn thy giá tr cân t ngng cân ti a 2000, 3000 gam giá tr  chênh lch tng lên Vic gây sai s kt cu c khí, vic kt cu c khí có u dây iu khin ng c i t bàn cân sang mch iu khin làm nh hng n u t ca c cu dn n nh hng giá tr cân Bên cnh ó cịn vic tính tốn giá tr o ca phn mm iu khin, la chn làm tròn phép tính n n v nguyên b qua giá tr thp phân cng nh q trình tuyn tính kt qu o cịn  di thp, cha kim sốt c toàn thang o cn ci tin thi gian ti Nhng giá tr sai s vn t c mc tiêu thit k  sai s 2-3 gam  ánh giá c sai s ca thit b mt trình phc tp, cn thi gian th nghim ánh giá s dng phng pháp o kim chun theo tng tiêu chun phù hp Nên phm vi lun vn này, tơi cha trình bày vic ánh giá sai s ca thit b Vic ánh giá sai s ch ánh giá khách quan theo kt qu o thc 69 nghim bng 3.2, ó cng vn  t thi gian sp ti  hoàn thin thit b 3.2.4 Thử nghiệm trình sử dụng thực tế V thc t s dng, thit b ã c tin hành chy th nghim ti vin Bnh vin Huyt hc - Truyn máu Trung ng Bnh vin Vit - c (i im ly máu ti th trn Vn in) Ln 1: Ti Bnh vin Huyt hc - Truyn máu Trung ng, chy th nghim chu trình ly máu 350ml hồn thin, c ánh giá góp ý v ngoi hình, góc nghiêng hình v trí t van kích thc a cha túi máu, quy trình thc hin chnh sa barcode wifi Ln 2: i Bác s Bnh vin Vit - c ti im hin máu th trn Vn in, chy th nghim vòng 30 phút, barcode chy tt, th nh lu d liu xác, hồn thành chu trình chy n nh xác c góp ý ci tin v quy trình thc hin cho s ln tng tác nht cn có pin  d dàng s dng Ln 3: Là th nghim phiên bn hoàn thin ca thit b ti Vin Huyt hc Truyn máu Trung ng c ánh giá tt v tính nng k thut cng nh cách vn hành s dng áp ng c nhu cu ca Vin 70 Hình 3.15 Hình ảnh thiết bị thực thu gom máu Bệnh viện Huyết học - Truyền máu Trung ương 3.3 Tổng kết chương Chng ã trình bày kt qu t c ca trình thit k, ch to thit b, kch bn th nghim chu trình hot ng, th nghim v tc  lc túi máu th nghim o lng ca thit b ánh giá v sai s tc  lc ca thit b Thc hin th nghim hot ng thc t ca thit b, ghi nhn ánh giá ca ngi dùng V ánh giá tng quan thit b hot ng n nh áp ng nhu cu thc tin, kt ni th nh, wifi nhanh chóng, xác nh thơng tin mã vch, lu tr truyn d liu v máy ch (server) xác  có th ánh giá chi tit c th v thit b h n na, cn thi gian  th nghim hn na v  bn cng nh li có th xy q trình hot ng 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Vi  tài “Nghiên cu phát trin máy cân lc túi máu cho trung tâm hin máu lu ng”, ã thit k ch to hồn thin mt thit b vi thơng s k thut t c nh sau: • Thit k nh gn vi kích thc: Dài 260mm, Rng 200mm, Cao 220mm • V hp s dng nha PLA thân thin vi mơi trng • S dng ng c brushless JGB37-3525 • Màn hình cm ng hin th thơng tin trng thái tng tác trc quan tin li • ng h thi gian thc van khóa ng ng dn máu xác • V phn cân xác nh khi lng: - Di o:  2000 gam - Bo v ti trng lng: 3000 gam -  phân gii: ± 1gam • V phn lc túi máu - Góc quay : chuyn ng 3D trịn u 360° - Tc  lc 20 ln/phút • Có module barcode xác nh mã vch túi máu • Có kt ni wifi, lu d liu vào th nh gi d liu v máy ch (server) • Cha có pin d phịng 4.2 Hướng phát triển Mt s công vic cn thc hin hng phát trin tip theo : • Tính tốn thit k la chn Pin d phịng phù hp, áp ng chy liên tc t 5-6 ting • Th nghim hot ng nhiu hn  kch bn khác  kim tra  bn kt cu c khí ca c cu lc,  bn c khí v hp 72 • Hồn thin b trí kt cu v trí phn thit b, mch dây dn gn gàng hn, m bo an toàn  n nh • Th nghim thêm thi gian  m bo  n nh xác ca phn cân xác nh khi lng • Thay th phn c khí chu lc bng vt liu tt hn nha  tng  bn • Thay th vic lu tr, trích xut d liu tng thit b qua tng th nh khác bng cách s dng lu tr d liu vào b nh (th nh) trong, trích xut d liu bng USB hoc th nh ngoài, ngi dùng ch cn s dng USB/SD cm vào ln lt tng máy trích xut d liu tin li • Xây dng la chn phng án sn xut vi s lng nhiu 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Máu” Wikipedia ting Vit 5-Jun-2019 [2] “Nhu cu máu  Vit Nam” [Online] Available: http://infographic24h.com/infographic-nhu-cau-thuc-su-mau-o-viet-nam.html [3] “ Thit k ch to máy lc máu kèm cân ng dng ý t” Cù Tin Dng Pic1.1 Page13 [4] Datasheet “Brushless DC Gear Motor Model NFP-JGB37-3525” [Online] Available: https://www.nfpmotor.com/brushless-dc-gear-motor-model-nfpjgb37-3525 [5] “Loadcell gì” [Online] Available: http://loadcell.com.vn/tin-tuc/loadcell-lagi.html [6] Datasheet “ Mavin NA6 Loadcell” [Online] Available: https://www.mavin.cn/low-profile-single-point-bending-beam-load-cellna6_p19.html [7] Datasheet “24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales” [Online] Available: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdf [8] User manual “ Barcode Scanner Module” [Online] Available: https://www.waveshare.com/w/upload/3/3c/Barcode_Scanner_Module_User_ Manual_EN.pdf [9] “HMI Nextion Solution”[Online] Available: https://www.itead.cc/wiki/Nextion_HMI_Solution [10] Datasheet “ AMS1117-3.3V”[Online] Available: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/205691/ADMOS/AMS11173.3.html 74 [11] Datasheet “STM32F103x8-STM32F103xB” [Online] Available: http:/alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/534650/STMICROELECTRONICS/STM32F1038.html [12] Datasheet “ LM2596-3.0 A, Step-Down Switching Regulator ” [Online] Available: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/LM2596 -D.PDF 75 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN THÔNG 76 PHỤ LỤC B: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 77