Thiết kế thiết bị pha dịch thẩm phân tự động ứng dụng trong điều trị thận nhân tạo

LỜI CẢM ƠN T V : V K V H N i os ụ T Ti n s Ngu n Thạc sỹ Kỹ s ữ V –T H N T V Y K c Thu n cao cấp Trịnh Ngọc Diệu ể ể X ữ ể T H N ể X K ữ H 09 2014 Học viên Trần Ngọc Quỳnh LỜI CAM ĐOAN Ngoài giúp đỡ hướng dẫn GS TS Nguyễn Đức Thuận, tác giả nhận hướng dẫn Thạc sỹ KSCC Trịnh Ngọc Diệu – Giám đốc Trung tâm Vật lý y sinh kỹ thuật môi trường thuộc Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam Luận văn sản phẩm trình tìm tòi, nghiên cứu tác giả vấn đề đặt luận văn Mọi số liệu, quan điểm, kết cấu khí, thiết kế mạch, phân tích, đánh giá, kết luận tài liệu nhà nghiên cứu khác trích dẫn theo quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thiết kế thiết bị pha dịch thẩm phân tự động ứng dụng điều trị thận nhân tạo công trình nghiên cứu H 09 2014 Học viên Trần Ngọc Quỳnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG PHẦN I: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LỌC MÁU VÀ DỊCH LỌC TRONG KỸ THUẬT THẬN NHÂN TẠO 11 1.1 Đặt vấn đề: 11 1.2 Suy thận mạn phương pháp điều trị 11 121 ĩ 11 123 13 1.3 Thận nhân tạo (Hemodialysis) - Lọc máu thận 13 1.4 Các vấn đề lọc máu 15 141 Q 15 142 M 17 1.5 Sự cần thiết có hệ pha dịch 22 1.6 Tình hình nghiên cứu chế tạo nước 23 1.6.1 Công ngh pha ch d n gi c hi n nay: 23 162 N c: 24 163 T c: 27 PHẦN II: CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, KỸ THUẬT SỬ DỤNG 28 2.1 Cách tiếp cận 28 2.2 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 28 PHẦN III: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 30 A NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THIẾT BỊ 30 3.1.Thiết kế khối lọc thẩm thấu ngược cao áp RO, khử trùng 32 3.2 Nghiên cứu thiết kế khối công tác công nghệ trung tâm 32 321 T 32 322 T 33 323T 33 3.3 Nghiên cứu thiết kế khối điều khiển công nghệ trung tâm 33 331 P ể 33 3.3.2 L ù 333 L ể ể 34 – 38 Thông số kỹ thuật máy tính nhúng Mini2440SDK cụ thể sau: 38 334 L 40 335 T ể 43 3.4 Nghiên cứu xây dựng chương trình điều khiển xử lý trung tâm để ứng dụng công nghệ pha dịch 53 3.4.1 Khảo sát chế diều khiển vận hành thủ công, phấn tích thuật toán điều khiển xây dựng thư viện hàm đo điều khiển cho ứng dụng 53 342 X ể ụ 64 3.5 Xây dựng thư viện hàm hiển thị LCD, phát triển chương trình điều khiển tích hợp, hoàn thiện giao diện người máy đơn giản 65 351 X ể ể ằ L D ể ụ 65 3.5.2 Hoàn thiện giao diện người – máy đơn giản thuận tiện, hoàn thiện đóng gói phần mềm với tài liệu đầy đủ đễ dàng cập nhật, nâng cấp 65 3.6 Thiết kế vỏ hộp khung để tích hợp cấu tử điều khiển trung tâm 77 3.7 Tiến hành gia công chế tạo, lắp ráp kỹ thuật phần tử hệ thống 77 3.8 Nghiên cứu thực nghiệm: xác định thông số kỹ thuật hệ thống, xác lập quy trình công nghệ pha chế dịch, tạo dịch sản phẩm hoàn chỉnh đạt chuẩn dịch cấp cho lọc máu điều trị thận nhân tạo 77 3.8.1 Công ngh pha ch d ch 77 3.8.2 H 383 M - ụ ụ 78 ể 80 384 X ẩ 81 385T ẩ 88 B NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM DỊCH SẢN PHẨM TẠI CƠ SỞ Y TẾ 101 3.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 101 : 101 3.1.1 312 P : 102 313 Q 32 T HD-A HD-B 103 : 105 321 105 322 ụ ằ tài: 105 3.3 Phương pháp đánh giá kết xử lý số liệu 106 331 P f 6L 106 3.4 Kết nghiên cứu 106 341 N ể 106 é : Trong số 10 bệnh nhân nghiên cứu, nữ (6 người) chiếm tỷ lệ 60% cao nam (4 người) chiếm tỷ lệ 40% Bệnh nhân độ tuổi 41 - 50 chiếm tỷ lệ cao (30%), bệnh nhân độ tuổi > 61 chiếm tỷ lệ thấp (10%) 107 3.6 Kết luận 110 PHẦN IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 111 PHẦN V: BÀN LUẬN VÀ KẾT LUẬN 112 5.1 Bàn luận 112 5.2 Kết luận 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT - STM : Suy thận mạn - STGĐC : Suy thận giai đoạn cuối - MLMCT : Mức lọc máu cầu thận - Áp lực TT : Áp lực thẩm thấu - TVL-LM : Tiền vi lọc- làm mềm - RO : Reverse Osmosic - BN : Bệnh nhân - TNT : Thận nhân tạo - URR : Uremic reduction ratio : DANH MỤC HÌNH Hình H.1: Ng H H 2: N H H 3: H H 4: H H 5: D H H 6: M 14 15 ỗ ỗ 16 16 ù 17 17 Hình H.7: Ảnh hình d ng c a kh i Reactor 24 H H 8: P u khiển h th ng ho ng công ngh 25 Hình H.9: M t c t tổng thể kh i reactor 25 H H 10: S k thu t - công ngh h pha d Loan 26 Hình H.11: Ảnh hình d ng c a h thi t b 27 Hình H.12: Mô ph ng giao thoa th y l c pha tr n d ch 30 H H 13: S H H 14: H H 15: S ể AT 128 34 Hình H.16: S ể AT 128 35 Hình H.17: công ngh h th ng pha d tài 31 ể 34 M M M Hình H.18: Hình H.19: V 2440SDK 39 2440SDK 40 UW – 20 41 H H 20: L V H H 21: H H 22: S ể 44 H H 23: I LM2576 – 45 H H 24: S LM25 46 H H 25: M H H 26: H H 27: S 41 P 100 43 5V 47 24VD -5A 47 ể A Hình H.28: S 128 48 RS232 49 Hình H.29: S ể Hình H.30 : ổ 49 24V 50 Hình H.31: J 50 Hình H.32: S 51 Hình H.33: J 51 Hình H.34: ể 52 H H 35: H ằ 54 H H 36: L ể nhúng 58 H H 37: K H H 38: L W w E N 59 ể 63 63 H H 39: G H H 40: G H H 41: G H H 42: G H H 43: G 75 Hình H.44: G 75 H H 45 G H H 46 G H H 47 G 74 RO 74 RO 75 ẩ 76 ụ 76 ẩ Hình H.48: Mô t kiểu chuyể Hình H.49: M 74 76 ng trình pha tr n 79 ể s 80 giao thoa 80 H H 50: M ể ỷ 83 Hình H.51: 87 DANH MỤC BẢNG 1: ể ( 2: P N NKF/202) 12 V 2 12 X 3: T 19 4: T A& 19 B ng 5: M AAMI – H 6: X Kỳ {*} 22 é 53 7: S 55 8: ể 9: T ụ 81 10 Q 81 11: K 12: T ẩ 82 A 84 13: Oz 14: T 15:K K 64 86 ể ẩ P ằ ụ -V z H 86 H 88 16: M A 89 17: M 90 18: M A 91 19: M 92 20 : M A 93 21: M 94 22 : M A 95 23: M 96 ể ẩ 96 24 : M A 97 25: M 98 26 : M A 99 27: M 100 28: T HD-A 103 29: T HD-B 103 30: HD-B 104 31: N 105 32: T ổ 107 33: P ổ 107 34: T ổ 108 35: Tỷ 36: - URR (%) 108 - K /V 109 10 B NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM DỊCH SẢN PHẨM TẠI CƠ SỞ Y TẾ 3.1 Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu 3.1.1 ối t ợng nghiên c u: Gồm 10 bệnh nhân suy thận mạn giai đoạn cuối điều trị TNT chu kỳ Bệnh viện Thận Hà Nội, chọn vào mẫu nghiên cứu tháng 11, 12 năm 2012 Chu kỳ điều trị buổi/tuần dịch điện giải đậm đặc pha thiết bị pha dịch tự động đề tài nghiên cứu Tổng số 10 bệnh nhân, điều trị 12 lần/ tháng với tổng 120 lượt *T ẩ : - Bệnh nhân STM giai đoạn IIIb giai đoạn IV có định điều trị TNT chu kỳ - Bệnh nhân lọc máu qua sử dụng lỗ thông động - tĩnh mạch (Artiovenous Fistula) - Thời gian lọc máu 4h/ lần x lần/ tuần - Hợp tác, tham gia nghiên cứu *T ẩ ừ: - Bệnh nhân có rối loạn huyết động nặng, suy tim nặng, rối loạn đông máu nặng suy gan nặng, suy thận bệnh lý khác giai đoạn cuối, mắc bệnh cấp tính, suy kiệt nặng không thực thủ thuật - Bệnh nhân suy thận cấp - Bệnh nhân có sốt, bạch cầu tăng, dị ứng trước tiến hành nghiên cứu - Bệnh nhân già yếu lọc máu không tiến hành bơm máu tốc độ cao ≥ 200ml/ phút - Khó khăn thực đường vào mạch máu làm ảnh hưởng đến chất lượng thận nhân tạo - Không hợp tác nghiên cứu điều trị bị tử vong chuyển sở khác điều trị 101 3.1.2 Ph ơng ph p nghiên c u: Tiến cứu cắt ngang * Các trang thiết bị sử dụng nghiên cứu: - Máy thận nhân tạo: Sử dụng máy thận nhân tạo COBE CS3 có đầy đủ chức điều khiển theo dõi tự động lưu lượng máu, báo động khí máu, báo động thoát máu, lưu lượng dịch lọc, nhiệt độ dịch lọc, áp lực xuyên màng, tốc độ siêu lọc - Máy cung cấp nước tinh khiết: Pháp Viện Vật lý Máy cung cấp nước RO tinh khiết theo tiêu chuẩn AAMI, lưu lượng dịch lọc ổn định 500 ml/ph - Hệ thiết bị rửa lọc: Hệ thống thiết bị Thái Lan Đây hệ thống có chức tẩy rửa hóa chất, có trình làm siêu lọc ngược, tẩy rửa tự động, tự động khử trùng máy sau kết thúc công việc - Dịch lọc dùng cho bệnh nhân dịch bột Bicarbonat HD - A HD – B, Bệnh viện Thận cung cấp cho đề tài pha thiết bị pha dịch tự động đề tài nghiên cứu cung cấp trở lại - Quả lọc dùng cho bệnh nhân lọc Polyflux 14L hãng Gambro với thông số: + Diện tích màng lọc 1,4 m2 + Hệ số siêu lọc (Kuf) 8,6 ml/h.mmHg + Dung tích máu tối đa 115 ml + Hệ số thải với urea 186 ml/phút, creatinin 167 ml/phút với photphat 146ml/phút - Máy xét nghiệm sinh hóa: Chỉ số urea, creatinin xét nghiệm máy sinh hoá tự động Biolis 24i Kết bình thường là: Urea máu: 2,5 - 7,5 mmol/l Creatinin máu: Nam: 62 - 120 mol/l Nữ: 53 - 100 mol/l 102 3.1.3 Qu trình pha dịch điện giải đ m đặc từ dịch bột HD-A HD-B a Thi t bị pha dịch - Là thiết bị pha dịch đơn nguyên, hoạt động tự động chương trình điều khiển lập trình cài đặt sẵn Quy trình công nghệ hiển thị hình cảm ứng với tiêu chí thông số kỹ thuật quy trình công nghệ pha b B ớc chuẩn bị: - Các can chuyên dụng đựng dịch pha vệ sinh nước RO khử trùng nước ozon - Hệ thống trung tâm cổng trộn vệ sinh nước RO khử trùng ozon - Chuẩn bị 18 gói dịch bột HD- B, gói có trọng lượng: 500g/gói - Chuần bị 20 gói dịch HD-A, gói có trọng lượng: 1407,2g/gói * Các số dịch bột giới thiệu bảng 28 29 Bảng 28: Thnh phần dịch bột HD-A TT Thành phần dịch bột Tỷ lệ (gam) NaCl 1148,4 MgCl 9,3 CaCl 37,4 KCl 28,6 CH3COONa 95,0 CH3COO 34,7 Bảng 29: Thành phần dịch bột HD-B TT Thành phần dịch bột NaHCO3 Tỷ lệ (gam) 500 103 c Cài đặt qu trình công nghệ trộn/mẻ Thông số quy trình công nghệ trộn cài đặt sẵn điều khiển thể hình giao diện vận hành, giới thiệu hình H.42,43,44,45,46,47 * Cài 30: Bảng 30: Cài đặt chu trình công nghệ cho thành phần dịch bột HD-B Máy trộn Máy trộn dich dịch B A Cấp nước RO lần 82 lít 50 Thời gian cấp nước RO lần 307 giây 187,5 Cấp nước RO lần 80 50 Thời gian cấp nước RO lần 300 giây 187,5 Trộn chiều ngang 20 20 Trộn giao thoa 10 10 Trộn bổ sung lại theo chiều ngang 5 d Ti n hành cho m trộn theo chu trình cài đặt sẵn TT Nội dung cài đặt - Chạm nhẹ vào nút Bắt đầu - Máy làm việc theo chế độ - Đồng hồ đo độ dẫn chỉ: 41 ± (ms) dịch B 296 ± ms dịch A chất lượng dịch đạt - Kết thúc trình, máy tự dừng - Nhấn chạm nhẹ vào nút lấy dịch ra, dịch tự động đưa chiết vào can e Làm hệ thống sau mẻ trộn k t thúc Sau mẻ trộn kết thúc, tiến hành vệ sinh rửa hệ thống để chuẩn bị cho mẻ trộn dịch tiếp theo, xem hình H.10 - Xả 160 lít nước RO vào bình trộn dịch B 100 lít vào bình trộn dịch A - Nhấn nhẹ nút Bắt đầu , trình rửa vệ sinh bình trộn sau: + Sục rửa : phút + Xả theo đường lấy dịch : 10 phút + Xả đáy : phút 104 3.2 Ti n hành nghiên c u: 3.2.1 Cài đặt thông số m cho qu trình lọc m u ng ời bệnh - Chế độ pha loãng dịch: Cài đặt chế độ hút dịch A, dịch B nước RO để pha loãng dịch đậm đặc tạo dung dịch thẩm phân máu máy thận nhân tạo COBE CS3 theo tỷ lệ: 1A: 1,6B: 32,4 nước RO - Chế độ nước RO: Dung dịch RO sản xuất từ hệ thống lọc nước RO tự động Bệnh viện, chất lượng nước RO kiểm tra định kỳ đạt tiêu chuẩn AAMI (Mỹ) lí hoá vi sinh - Nồng độ dịch sau pha loãng bảng 31: Bảng 31: Nồng độ dịch sau pha loãng TT Thành phần Đơn vị tính Nồng độ Na+ mmol/l 138  5,0 K+ mmol/l  0,5 Ca+2 mmol/l 3,5  0,5 Mg2+ mmol/l 1,0  0,5 Cl- mmol/l 108,5  HCO3- mmol/l 27,5  5,0 - Độ pH dịch: – 7,4 3.2.2 đề tài: nh gi k t điều trị bệnh nhân sử dụng dịch lọc thi t bị b1, Bệnh nhân lọc máu lọc Polyflux 14L (Gambro) dùng lần, chu kỳ lần/tuần x tuần Ký hiệu theo thứ tự bệnh nhân từ BN1 – BN10 b2, Các bệnh nhân lọc máu với lưu lượng bơm máu 200 - 250 ml/phút, chống đông máu heparin với liều trung bình 20 - 25 UI/kg cân nặng/giờ b3, Các dấu hiệu lâm sàng theo dõi trước, sau buổi lọc máu là: - Đo mạch, nhiệt độ, huyết áp trước, (1 giờ/ lần), sau TNT - Cân nặng trước sau TNT 105 - Các biến chứng xảy trình TNT: sốt gai rét, rét run, ngứa, đau rát vùng cầu nối, chảy máu b4, Các xét nghiệm cận lâm sàng theo dõi: - Trước sau buổi lọc: xét nghiệm urea, creatinin Phương pháp lấy mẫu xét nghiệm để đo nồng độ urea, creatinin trước sau lọc 6: + Lấy máu trước TNT: lấy 2ml máu đường máu qua kim fistule trước kết hợp máy + Lấy máu sau TNT: giảm lưu lượng máu xuống 80-100ml/phút vòng 10 phút Lấy 2ml máu đường máu 3.3 Phƣơng pháp đánh giá kết xử lý số liệu 3.3.1 nh gi hiệu suất lọc m u lọc Pol flux 6L - Tỉ lệ giảm Ure (URR - Uremic reduction ratio): [16] URR Ure tr-íc TNT - Ure sau TNT x 100% Ure tr-íc TNT Mục tiêu cần đạt từ 65% - 70% cho lần TNT - Chỉ số lọc ure (Kt/V): Kt/V = - ln (R- 0,008 * t) + ( - 3,5 * R) x UF/W R ure sau TNT/ ure trước TNT (mmol/lít) T: thời gian chu kỳ TNT (giờ) UF tổng lượng siêu lọc (lít) W cân nặng sau TNT (kg) Mục tiêu cần đạt 1,2 - 1,4 3.4 Kết nghiên cứu 3.4.1 ặc điểm nhóm bệnh nhân nghiên c u 106 Bảng 32: Tuổi giới tính Độ tuổi Giới Tổng cộng (n) Tỷ lệ (%) 20 1 20 41 - 50 30 51 - 60 1 20 1 10 10 100,00 Nam Nữ 18 - 30 31 - 40 > 61 Cộng N é : Trong số 10 bệnh nhân nghiên cứu, nữ (6 người) chiếm tỷ lệ 60% cao nam (4 người) chiếm tỷ lệ 40% Bệnh nhân độ tuổi 41 - 50 chiếm tỷ lệ cao (30%), bệnh nhân độ tuổi > 61 chiếm tỷ lệ thấp (10%) Bảng 33: Phân bổ bệnh nhân theo giai đoạn su th n Giai đoan suy thận N Bệnh nhân Tỷ lệ (n) (%) IIIb 20 IV 80 Cộng 10 100 é : Bệnh nhân suy thận giai đoạn IV chiếm chủ yếu (80%), bệnh nhân suy thận giai đoạn IIIb hơn, có 02 người, chiếm tỷ lệ 20 107 Bảng 34: Tha đổi nồng độ urea m u tr ớc sau lọc Bệnh nhân Số lần LM BN1 BN2 BN3 BN4 BN5 BN6 BN7 BN8 BN9 BN10 Cộng 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 120 Nồng độ urea trung bình (mmol/l) Trƣớc lọc X  Sd 26,22  5,65 27,34  4,68 27,02  5,57 26,51  6,24 27,75  5,29 26,47  5,16 25,58  4,98 25,34  5,45 28,09  3,12 27,74  5,27 26,95  5,32 Sau lọc X  Sd 6,01  1,22 8,47  1,67 8,99  1,86 9,31  1,78 9,22  1,64 8,31  2,01 8,52  2,68 8,27  1,66 9,03  1,47 9,38  1,82 8,67  1,8 P < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 é : Nồng độ urea máu trung bình trước lọc bệnh nhân 26,95  5,32 mmol/l sau lọc 8,67  1,8 mmol/l Nồng độ urea máu trung bình sau lọc bệnh nhân giảm so với trước lọc có ý nghĩa thống kê với P