TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, KIỂM NGHIỆM hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH của máy CHỤP x QUANG RĂNG TOÀN CẢNH DPX – 01, KHẢO sát ẢNH HƯỞNG tốc độ XOAY của cơ cấu c ARM tới CHẤT LƯỢNG CHỤP

NGU YỄN HƯ U THỌ LUẬ N VĂN THẠ C SĨ KỸ THU ẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI 2016 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGUYỄN HỮU THỌ TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH, KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH CỦA MÁY CHỤP X- QUANG RĂNG TỒN CẢNH DPX – 01, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỐC ĐỘ XOAY CỦA CƠ CẤU C-ARM TỚI CHẤT LƯỢNG CHỤP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội, 2016 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGUYỄN HỮU THỌ TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH, KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH CỦA MÁY CHỤP X- QUANG RĂNG TOÀN CẢNH DPX – 01, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỐC ĐỘ XOAY CỦA CƠ CẤU C-ARM TỚI CHẤT LƯỢNG CHỤP Chuyên Nghành : Kỹ Thuật Cơ khí Mã Ngành: 60.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HDKH: TS TRẦN NGỌC HƯNG Hà Nội, 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác! Hà nội, tháng 12 năm 2016 Học viên Nguyễn Hữu Thọ LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, Trung tâm đào tạo sau đại học tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu trường Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Ngọc Hưng anh (chị) viện máy hướng dẫn bảo cho tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cám ơn Ban Giám hiệu Trường Cao Đẳng Giao thông vận tải, ban chủ nghiệm khoa khí thầy giáo khoa tạo điều kiện động viên q trình học tập nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc duyệt đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian tơi học tập nghiên cứu MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu m Diễn giải Mô đun Đơn vị mm P1 n Cr p [Wt] Z Lp [P]z ϕ Pz GA Cơng suất truyền Số vịng quay động Hệ số tải trọng động Bước Tải trọng riêng cho phép Số Chiều dài đai Áp lực cho phép Góc quay động Bước ren vít Khối lượng cụm đầu chụp (w)kw vg/ph mm N/mm mm Mpa rad mm kg σ τ [σ] [τ] σch Ω v d Ứng suất pháp Ứng suất tiếp Ứng suất pháp cho phép Ứng suất tiếp cho phép Giới hạn chảy vật liệu Vận tốc góc Tốc độ dịch chuyển cấu tay chữ C Khoảng cách dịch chuyển cấu tay chữ C sau vòng N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 rad/s m/s mm N Z1 b Lp Fr Ft quay động Công suất động Số cho phép nhỏ Chiều rộng đai Chiều dài đai Lực hướng tâm tác dụng lên trục Lực vòng w(kw) mm mm N N DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật động bước sử dụng cho chuyển động xoay 23 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Nha khoa phát triển rộng rãi Việt Nam nhu cầu tăng cao người dân, từ thành phố lớn đến thị trấn, từ bệnh viện tuyến trung ương đến sở nha khoa tư nhân Theo nghiên cứu thống kê tổ chức Y tế Thế giới (WTO), Việt Nam nước có tỉ lệ bệnh lý cao giới, đặc biệt bệnh sâu Bên cạnh bệnh lý miệng thường gặp sống đời thường, người dân quan tâm đầu tư nhiều đến dịch vụ chăm sóc chỉnh nha, nắn hàm, thẩm mỹ,… Về đầu tư công, năm gần đây, ngành y tế Việt nam ứng dụng thiết bị đại, tiên tiến giới vào trình khám chữa bệnh nha khoa, cụ thể bệnh viện lớn trang bị máy chụp Xquang toàn cảnh, chụp cephalometric, máy chụp Xquang nội hàm, với hệ thường quy số hóa tương lai 3D Đây bước mới, đắn cần thiết cho việc áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến tiếp nha khoa Tuy nhiên, nhiều sở y tế đặc biệt sở tuyến tỉnh huyện chưa đầu tư thiết bị chuẩn đốn hình ảnh nói trên, trang bị thiết bị lạc hậu, giảm suất khám bệnh khả chuẩn đoán bệnh Bên cạnh đó, sản phẩm phải ngoại nhập từ hãng nước điều làm cho kinh tế thêm khó khăn một lượng tiền khơng nhỏ chảy nước ngồi Với tỷ lệ dân số mắc bệnh cao yêu cầu sở y tế nước cần sở nghiên cứu nước chế tạo máy chụp X quang tồn cảnh đại có độ xác cao phù hợp với điều kiện Việt Nam, giá thành hạ, dễ thao tác vận hành để trang bị cho sở y tế phục vụ cho việc khám chữa bệnh 10 Liều lượng xạ Xquang nha khoa không lớn so với liều lượng chụp Xquang phận khác thể chụp phổi, chụp sọ mặt,… nên bệnh nhân bác sỹ hoàn toàn yên tâm an toàn xạ Máy X quang toàn cảnh loại cũ thường có cường độ xạ cao, hình ảnh rõ nét, lại thời gian rửa phim Đặc biệt với X quang kỹ thuật số, hình ảnh nhận rõ nét với liều lượng xạ thấp, nhỏ từ (20 ÷ 30) lần so với máy chụp X quang thông thường Với liệu kỹ thuật số, lưu trữ hình ảnh lâu dài, tìm lại hình ảnh cũ dễ dàng để đối chiếu, so sánh với hình ảnh Nhờ bác sỹ theo dõi diễn tiến bệnh lý Máy chụp X quang tồn cảnh (DPX-01) Cơng ty cổ phần Viện máy dụng cụ công nghiệp (Viện IMI) kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy X quang toàn cảnh” mã số 2274/HĐKHCN-VDL, thuộc loại thiết bị X quang toàn cảnh kỹ thuật số (Digital Dental Panoramic Radiography) thành phần khơng thể thiếu chẩn đốn điều trị Nha Khoa Đặc biệt cấy ghép implant, chỉnh hình răng, tiểu phẫu thuật nhổ khơn,… Như biết, gồm phần: Thân nhơ lên khỏi xương hàm mà ta thấy được, phần lại chân nằm xương hàm quan sát nhờ X quang để thấy nhiều yếu tố giúp cho việc điều trị xác Theo dõi diễn tiến sâu răng, nhiễm trùng chóp gốc răng, phát lỗ sâu vùng kẽ vùng khó quan sát mắt thường, từ xem xét, đánh giá mức độ trầm trọng sâu 57 * Thực nghiệm 3: - Chế độ chụp: Nam giới; Điện áp: 70 kV; Dòng diện: 10mA - Tổng thời gian chụp: 30s - Thời gian phát tia: 26s - Tốc độ quay cấu C-arm: 2.31 vịng/ph Hình 3.21 Kết chụp thực nghiệm Nhận xét: Ta thấy ảnh chụp phantom thực nghiệm cho chất lượng hình ảnh rõ nét, dễ dàng phân biệt vùng khác đặc trưng vùng, hình ảnh chân hiển thị đầy đủ, rõ ràng: - Vùng 1: thấy rõ chân răng, thân mối hàn - Vùng 2: thấy rõ hình dạng chụp - Vùng 3: thấy rõ cửa khơng có chân 58 - Vùng 4: thấy rõ hình dạng chụp răng, màu sắc chụp khác với vùng - Vùng 5: thấy rõ chân răng, thân Tuy nhiên ta nhận thấy độ sắc nét hình ảnh khơng cao thực nghiệm 1, 2, hình ảnh nhận mờ * Thực nghiệm 4: - Chế độ chụp: Nam giới; Điện áp: 70 kV; Dòng diện: 10mA - Tổng thời gian chụp: 29s - Thời gian phát tia: 25s - Tốc độ quay cấu C-arm: 2.4 vịng/ph Hình 3.22 Kết chụp thực nghiệm 59 Nhận xét: Ta thấy ảnh chụp phantom thực nghiệm cho chất lượng hình ảnh tốt, dễ dàng phân biệt vùng khác đặc trưng vùng, hình ảnh chân hiển thị tương đối rõ ràng: - Vùng 1: thấy rõ chân răng, thân mối hàn - Vùng 2: thấy rõ hình dạng chụp - Vùng 3: thấy rõ khơng có chân - Vùng 4: thấy rõ hình dạng chụp răng, màu sắc chụp khác với vùng - Vùng 5: thấy rõ thân răng, phần chân bắt đầu bị nhòe mờ, nhiên nhìn phân biệt tương đối rõ ràng Tuy nhiên ta nhận thấy độ sắc nét hình ảnh khơng cao thực nghiệm 1, 2, hình ảnh nhận mờ so với thực nghiệm Chất lượng hình ảnh nằm mức chấp nhận để đưa vào chẩn đoán điều trị 60 * Thực nghiệm 5: - Chế độ chụp: Nam giới; Điện áp: 70 kV; Dòng diện: 10mA - Tổng thời gian chụp: 28s - Thời gian phát tia: 24s - Tốc độ quay cấu C-arm: 2.5 vịng/ph Hình 3.23 Kết chụp thực nghiệm Nhận xét: Ta thấy ảnh chụp phantom thực nghiệm cho chất lượng hình ảnh tốt, dễ dàng phân biệt vùng khác đặc trưng vùng, hình ảnh chân hiển thị tương đối rõ ràng: - Vùng 1: thấy chân răng, thân mối hàn răng, nhiên hình ảnh cấu tạo răng, tủy khơng cịn nhìn rõ ràng - Vùng 2: thấy hình dạng chụp 61 - Vùng 3: thấy khơng có chân - Vùng 4: thấy hình dạng chụp răng, màu sắc chụp khác với vùng - Vùng 5: thấy thân răng, phần chân bị nhòe mờ, nhiên nhìn phân biệt tương đối rõ ràng Tuy nhiên ta nhận thấy độ sắc nét hình ảnh khơng cao thực nghiệm 1, 2, hình ảnh nhận mờ so với thực nghiệm 3,4 Chất lượng hình ảnh nằm mức chấp nhận để đưa vào chẩn đoán điều trị * Thực nghiệm 6: - Chế độ chụp: Nam giới; Điện áp: 70 kV; Dòng diện: 10mA - Tổng thời gian chụp: 27s - Thời gian phát tia: 23s - Tốc độ quay cấu C-arm: 2.61 vịng/ph Hình 3.24 Kết chụp thực nghiệm 62 Nhận xét: Ta thấy ảnh với tốc độ chụp này, ảnh chụp cho chất lượng kém, hình ảnh bị mờ, không sắc nét tốc độ chụp nhanh, thiết bị thu nhận tia X không nhận đủ lượng tín hiệu cần thiết nên hình ảnh bị mờ, phân biệt vùng, số đặc trưng phantom chất lượng hình ảnh thấp, khơng thể đưa vào làm sở chẩn đốn Khi thực nghiệm với mức tốc độ quay cấu truyền chuyển động xoay lớn hơn, hình ảnh thu có chất lượng kém, bị mờ, nét, hiển thị * Thực nghiệm 7: - Chế độ chụp: Nam giới; Điện áp: 70 kV; Dòng diện: 10mA - Tổng thời gian chụp: 22s - Thời gian phát tia: 18s - Tốc độ quay cấu C-arm: 3.33 vịng/ph Hình 3.25 Kết chụp thực nghiệm 63 Nhận xét: Ta thấy ảnh chụp phantom thực nghiệm cấu tạo phantom: vùng 2, thấy hình dạng loại chụp răng, phân biệt khác vật liệu làm chụp răng, vùng 1, hình ảnh mờ, bị nhiều phần hình ảnh chi tiết chân Kết chụp khơng có giá trị tham khảo chẩn đoán, điều trị 3.2.3.4 Biện luận kết thực nghiệm - Với dải tốc độ chụp từ 2.14 vòng/ph đến 2.5 vòng/ph, tương ứng với thời gian phát tia từ 28s đến 24s kết chụp cho hình ảnh rõ nét, nhìn rõ đặc điểm cấu tạo sai khác răng, sử dụng làm sở để chẩn đoán, chữa trị - Từ mức tốc độ chụp 2.6 vịng/ph trở lên, hình ảnh có tượng nhiễu, đặc điểm rõ ràng, tốc độ đẩy lên cao gây tượng chụp chi tiết, đoạn dễ gây nhầm lẫn chẩn đoán, kiểm tra dẫn đến việc chẩn đốn, chữa trị khơng hiệu - So sánh kết chụp máy DPX-01 với máy SIRONA-XG3 cho thấy với điều kiện dòng điện, liều lượng tia X, thời gian chụp nhanh hơn, DPX-01 cho chất lượng hình ảnh chụp rõ nét với độ xác cao tương đương với máy SIRONA-XG3 - Từ kết thực nghiệm cho thấy có khả nâng cao tốc độ chụp máy mà đảm bảo chất lượng độ xác hình ảnh chụp Điều không giúp giảm thời gian chụp, làm giảm thời gian tiếp xúc với tia X người bệnh, tránh tác hại khơng đáng có người bệnh phải phơi nhiễm với tia X nhiều 64 3.3 Kết luận chương Qua tìm hiểu thực nhiều thực nghiệm với vật mẫu, kết thực nghiệm cho thấy chất lượng hình ảnh chụp DPX-01 đạt chất lượng tương đương so với thiết bị có thị trường Việt Nam Ngoài ra, kết thực nghiệm cho thấy DPX-01 có khả cải thiện thơng số để tăng chất lượng chụp tăng hiệu kinh tế Cụ thể thơng số tốc độ vịng quay cấu xoay C-arm chụp tăng từ 2.14 vòng/ph lên 2.5 vòng/ph, đồng thời giảm thời gian phát tia từ 28s xuống 24s Do thời gian làm luận văn có hạn nên thơng số thực nghiệm kiểm chứng với đối tượng vật mẫu phantom, cần phải có thử nghiệm lâm sàng cụ thể với người bệnh quan có lực thẩm quyền khẳng định kết với trường hợp đối tượng chụp người 65 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Ở nhiều nước giới hệ thống mạng thông tin bệnh viện phát triển mạnh nên việc sử dụng phổ biến nhờ ưu điểm ảnh X quang số phóng to, thu nhỏ, xử lý nhiễu ảnh Ảnh X quang số cịn dễ dàng lưu trữ, truyền in phim để thuận tiện cho bệnh nhân bác sĩ chuẩn đoán Tại Việt Nam, ứng dụng X quang số biết đến mođul tích hợp máy CT Với việc bệnh viện ứng dụng công nghệ thơng tin y học nhu cầu để chuyển đổi từ máy X quang thông thường sang máy X quang số lớn, điều làm giảm chi phí lắp đặt hệ thống máy X quang số mà tận dụng loại máy X quang thường quy sẵn có bệnh viện Trong tương lại gần máy X quang số dần thay máy X quang thường quy nên việc cập nhật kiến thức việc sử dụng vận hành cần thiết đội ngũ kĩ sư kĩ thuật viên Các bác sĩ chẩn đốn phải ln hỗ trợ tiêu chuẩn ảnh, phần mềm để chẩn đốn bệnh cách xác Phương hướng phát triển Tính tốn kiểm tra đầy đủ thông số thiết kế máy cách sử dụng phần mềm mơ để hồn thiện kết cấu khí máy DPX-01 Mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng thông số tốc độ động xoay cấu C-arm tới chất lượng hình ảnh chụp với chế độ khác (trẻ em, phụ nữ) Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số khác tới chất lượng hình ảnh chụp như: ảnh hưởng thông số độ dãn đai răng, độ mịn đai, tới chất lượng hình ảnh chụp 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]-Báo cáo kết đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy X-quang răng(chụp toàn cảnh)“mã số 2274/HĐKHCN-VDL [2]-Thiết kế chi tiết máy - Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lâm - NXB Giáo dục Việt Nam - 2010 [3]- Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy tập 1, - Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt - NXB Khoa học Kỹ thuật - 2010 [4]-Chi tiết máy tập 1, 2-Nguyễn Trọng Hiệp-NXB Giáo dục Việt Nam2009 [5]-Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập 1,2) –Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – NXB Giáo Dục Việt Nam,2010 [6]-Sức bền vật liệu (tập 1, 2) - Lê Quang Minh, Nguyễn Văn Vượng NXB Giáo dục Việt Nam - 2000 [7]-Đại học Bách khoa Hà Nội, Bài giảng lý thuyết điều khiển tự động [8]-Tài liệu số hãng sản xuất máy X quang toàn cảnh [9]-Quy định việc kiểm tra thiết bị X-quang chẩn đoán y tế - Số 32/2007/QĐ-BKHCN [10]-TCVN 6561:1999 – An tồn xạ ion hóa sở X-quang Y tế - Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng – Bộ KHCN 67 [11]-TCVN 6866:2001 – Giới hạn liều nhân viên xạ dân chúng - Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng – Bộ KHCN [12]-TCVN 7303-2-7:2006 – Thiết bị điện y tế Yêu cầu riêng an toàn nguồn cao áp dùng cho máy X quang chẩn đoán - Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng – Bộ KHCN Tiếng Anh [13]- 16bit Language Tools Libraries - Microchip Technology Inc Công cụ 16bit Ngôn ngữ Thư viện - Microchip Technology Inc [14]- dsPIC Language Tools Getting Started - Microchip Technology Inc - dsPIC ngôn ngữ Bắt đầu - Microchip Technology Inc [15]- MPLAB C30 - C Compiler User Guide - Microchip Technology Inc - MPLAB C30 - Hướng dẫn sử dụng C Compiler - Microchip Technology Inc [16]-dsPIC30F6014 Data sheet High- Performance Digital Signal Controllers - Microchip Technology Inc dsPIC30F6014 liệu điều khiển cao vào hiệu suất tín hiệu kỹ thuật số - Microchip Technology Inc [17]-dsPIC30F Family Reference Manual - Microchip Technology Inc Hướng dẫn sử dụng dsPIC30F Family Reference - Microchip Technology Inc 68 [18]- Protel Design Explorer DXP - Altium Limited- Protel Thiết kế Explorer DXP - Altium Limited [19]-Sigurd Angenent, Eric Pichon, Allen Tannenbaum, American Mathemetical Society - S 0273-0979(XX)0000-0, Mathemetical methods in medical image processing -Sigurd Angenent, Eric Pichon, Allen Tannenbaum, American Mathematical Society - S0273-0979 (XX) 0000-0, phương pháp toán học xử lý ảnh y tế [20]- Hanan Saleh S Ahmed and Md Jan Nordin, Journal of Computer Science (12): 1831-1838 -2011.(Improving Diagnostic Viewing of Medical Images using Enhancement Algorithms - Chẩn đoán hình ảnh y tế sử dụng thuật tốn) ... Qu? ?c, để th? ?c đề tài ? ?Tính tốn, phân tích, kiểm nghiệm hệ thống truyền động máy chụp X quang toàn c? ??nh DPX- 01, khảo sát ảnh hưởng t? ?c độ xoay c? ??u C- arm tới chất lượng chụp? ?? c? ??n nghiên c? ??u sơ c? ??u. .. 3.2.3 Nghiên c? ??u ảnh hưởng thông số t? ?c độ động xoay c? ??u Carm tới kết chụp 3.2.3.1 Nguyên lý hoạt động máy chụp X- quang toàn c? ??nh DPX- 01 Nguyên lý hoạt động máy X quang toàn c? ??nh DPX- 01 thể hình... Nghiên c? ??u hệ thống truyền chuyển động cho chuyển động xoay Chuyển động xoay chuyển động tịnh tiến phần chụp chuyển động sử dụng động bư? ?c để đảm bảo tính x? ?c chụp Với chuyển động xoay tròn: t? ?c giả