máy xét nghiệm nước tiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG  BÀI BÁO CÁO MÁY XÉT NGHIỆM NƯỚC TIỂU GVHD: ThS Lê Cao Đăng SVTH: Nguyễn Vũ Hoàng Trạch Nguyễn Trần Duy Tín Nguyễn Đăng Khoa Trần Hữu Trí Nguyễn Công Tuấn KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu MỤC LỤC 2013 Trang I Tổng quang xét nghiệm nƣớc tiểu I.1 Giới thiệu xét nghiệm nƣớc tiểu I.2 Các thông số xét nghiệm nƣớc tiểu ý nghĩa chẩn đoán II Máy xét nghiệm nƣớc tiểu II.1.Sơ đồ khối II.1.1 Khối nguồn II.1.2 Khối hệ thống điều khiển vi xử lý II.1.2.1 Thông số PIC18F4550 II.1.2.2 Sơ đồ chân MCU PIC18F4550 II.1.3 Khối hệ thống quang học II.1.3.1 Hệ thống đo phản xạ II.1.3.2 Linh kiện thu quang II.1.4 Khối hệ thống hiển thị động II.1.4.1 Khối cảm biến 12 II.1.4.2 Động bƣớc 13 II.1.4.3 Khối điều khiển động 13 Tài liệu tham khảo 14 III 2|Page KU10VLY I Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 TỔNG QUAN VỀ XÉT NGHIỆM NƢỚC TIỂU I.1 Giới Thiệu Về Xét Nghiệm Nƣớc Tiểu Xét nghiệm nƣớc tiểu trở thành xét nghiệm thiếu nhiều chẩn đoán lâm sàn đặc biệt bệnh hệ tiết gan thận Nƣớc tiểu sản phẩm thể tiết chất độc hại với thể đƣợc lọc từ máu, máu lại khắp nơi để nuôi thể Chính nƣớc tiểu, chất mang nhiều thông tin tình trạng sức khỏe Nên xét nghiệm nƣớc tiểu giúp ích nhiều việc chẩn đoán lâm sàn, theo dõi điều trị bác sĩ I.2 Các Thông Số Xét Nghiệm Nƣớc Tiểu Và Ý Nghĩa Trong Chẩn Đoán Nƣớc tiểu dịch xuất quan trọng nhất, chứa phần lớn chất cặn bã thể Những thay đổi số hóa lý thay đổi thành phần hóa học phản ánh rối loạn chuyển hóa thể Máy phân tích nƣớc tiểu sử dụng que thử 10 11 thông số có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, có độ nhạy cao độ đặc hiệu cao, đƣợc sử dụng để xác định định tính tỷ trọng nƣớc tiểu, protein, đƣờng niệu, nitrite, bạch cầu, máu, cetonic bilirubine…Việc xác định thong số dựa nguyên tắc quang phổ kế khúc xạ, máy có khả lƣu trữ 500 kết quả, hình hiển thị tinh thể lỏng, sử dụng công nghệ sensor cảm biến màu Dƣới số thông số quang trọng : a Màu sắc nƣớc tiểu Màu sắc nƣớc tiểu có màu từ vàng nhạt đến màu hổ phách tỳ thuộc vào lƣợng nƣớc tiểu xuất độ đâm nƣớc tiểu Trong số trƣờng hợp bệnh lý, nƣớc tiểu có chất làm cho màu sắc thay đổi: bệnh lý gan, chảy máu đƣờng tiết niệu… b Tỷ trọng nƣớc tiểu Tỷ trọng nƣớc tiểu thay đổi ngày Nƣớc tiểu 24 ngƣời bình thƣờng, ngƣời lớn, chế độ ăn hỗn hợp, đo điều kiện nhiệt độ 150C, tỷ trọng từ 1,005-1,030, trung bình 1,080 ±0,22 Trong số trƣờng hợp bệnh lý nhƣ đái đƣờng tuỵ, tỷ trọng nƣớc tiểu tăng 1,030-1,040, nhƣng đái tháo nhạt tỷ trọng lại giảm c pH nƣớc tiểu Giấy thử chứa chất thị: đỏ methyl, phenolphtalein xanh bromthymol Giá trị pH thƣờng thấy ngƣời khoẻ mạnh nằm khoảng 5-6, trung bình 5,8 Độ acide nƣớc tiểu có mặt acide tự (acid acetic, acid uric, phosphate acide lƣợng quan trọng hợp chất acid dƣới dạng muối amoni Quá trình gắn liền với vai trò thận trì lƣợng acide base d Glucose Xét nghiệm đƣờng niệu để tằm soát tiểu đƣờng, hình thành chuẩn đoán tiểu đƣờng theo dõi mức độ kiểm soát đƣờng huyết Nồng độ đƣờng máu cao mà không bị bệnh tiểu đƣờng 3|Page KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 xảy số bệnh lý ảnh hƣởng đến khả tái hấp thu ống thận nhƣ rối loạn chức tuyến giáp, tổn thƣơng hệ thần kinh trung ƣơng e Bilirubin (Bil): Dựa nguyên tắc kết hợp bilirubin với muối diazonium cho màu đỏ Ngay nƣớc tiểu cho phản ứng màu hồng nhạt phản ứng dƣơng tính, nghĩa có tình trạng bệnh lý Các thành phần khác nƣớc tiểu cho màu vàng với thuốc thử f Nitrite Giá trị bình thƣờng: vi khuẩn Xét nghiệm phƣơng pháp nhanh gián tiếp để phát vi trùng đƣờng niệu Nhiễm trùng tiểu xảy bệnh nhân triệu chứng Những vi khuẩn gram âm chứa enzim chuyển nitrat nƣớc tiểu thành nitric g Keton niệu Sự diện nhiều keton nƣớc tiểu kết hợp với tiểu đƣờng biến đổi trình chuyển hóa cacbonhydrat vài chế độ thức ăn làm lƣợng cacbonhydrat thấp giàu lƣợng mỡ protein tạo keton nƣớc tiểu Xét nghiệm keton niệu bệnh nhân tiểu đƣờng cung cấp chẩn đoán sớm hôn mê nhiễm keton acid tiểu đƣờng MÁY XÉT NGHIỆM NƢỚC TIỂU II II.1 Sơ Đồ Khối Của Máy Nƣớc Tiểu KHỐI NGUỒN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ VI XỬ LÝ KHỐI HIỂN THỊ VÀ ĐỘNG CƠ 4|Page HỆ THỐNG QUANG HỌC KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 II.1.1 Khối Nguồn Trong phần nhóm chia làm phần để cấp cho khối khác cách độc lập II.1.1.1 Khối nguồn 5V cung cấp cho hệ thống điều khiển cảm biến màu Mạch dùng IC 7805 tụ 2200uF có tác dụng làm phẳng điện áp đầu vào đẩu khỏi IC Mạch nguồn đáp ứng đƣợc nguồn từ 4.85V-5.1V II.1.1.2 Khối Nguồn Cung Cấp Cho Led Ánh sáng Led phát phải ổn định đóng vai trò quan trọng việc ủ phản chiếu anh sáng lên IC TCS3200, ảnh hƣởng đến kết xuất máy Độ xác tín hiệu phụ thuộc vào cƣờng độ phát sáng Led phát trình làm việc máy Với nguồn AC cấp vào sau qua IC 7812 điện áp 12V DC Khi tín hiệu vào làm role hoạt động, lúc 12V vào IC LM 317T (có tác dụng làm ổn định dòng), Áp sau IC LM 317T 9.9V (tính theo công thức: V0=1.25x(1+R2/R1) +IADJxR2) Thông thƣờng giá trị IADJ dƣới 100uA Suy V0 xấp xỉ 1.25x(1+R2/R1) Ta thay đổi cƣờng độ sáng Led cách thay đổi giá trị biến trở mạch II.1.1.3 Khối nguồn cung cấp cho động LM 2576-ADJ Dùng LM 2576-ADJ IC thuộc họ IC 2576 Nó tạo điện áp ngõ từ 1.23V đến 37V Điện áp cung cấp cho động khoảng 8V-10V (hoạt động ổn định) Có thể thay đổi điện áp ngõ cách thay đổi biến trở mạch Trong mạch có sử dụng thêm cuộn dây có tác dụng nhƣ tích trữ lƣợng có dòng điện qua (để tránh dòng điện tắt mở liên tục) 5|Page KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 II.1.2 KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ VI XỬ LÝ Trong thiết bị với yêu cầu tốc độ xử lí, phần cứng hỗ trợ nhƣ IO,ADC,…Dòng PIC18F4550 có cấu hình đủ mạnh để thực yêu cầu đƣợc chọn làm MCU thiết bị II.1.2.1 Thông Số PIC18F4550  CPU sử dụng tập lệnh RICS có tốc độ xử lí cao tiêu hao điện  Tập lệnh có 75 lệnh  Tầm hoạt động điện áp từ 2V - 5,5V  Chế độ sleep tiết kiệm điện  Tần số dao động tối đa cho phép lên đến 40MHz với nhân tần số PLL, cho phép chọn lựa chế độ dao động (ngoại nội) Hỗ trợ dao động nội nhiều bậc từ 31 KHz đến 8MHz  Dòng vào / lớn 25mA/25mA  Trang bị Port bao gồm Port A, B, C, D, E với 33 chân IO  Trang bị định thời: bit 16 bit  Trang bị module Capture/compare/ PWM  Bộ chuyển đổi ADC 10 bit với 13 input  Hỗ trợ chuẩn giao tiếp I2C SPI chế độ Master Slave  Hỗ trợ giao tiếp chuẩn RS-485, RS-232 LIN/J2602  Bộ nhớ Program Memory Plash lớn 32Kbytes có khả ghi xóa 100.000 lần  Bộ nhớ Data Memory (SRam) lên đến 2048bytes  Các kiểu đóng gói: PDIP 40 chân, TQFN VA QFN 44 chân 6|Page KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 II.1.2.2 Sơ Đồ Chân MCU PIC18F4550: PORT A  Đây port I/O từ RA0 đến RA7 , RA0 đến RẠ hỗ trợ ngõ vào ADC từ AN0 đến AN4  RA2 RA3 đầu vào điện áp so sánh chuẩn VREF cho ADC  RA4 có chức ngõ vào clock ngoại cho Timer0  RA6 RA7 ngõ I/O dao động PORT B  Là port I/O từ RB0 đến RB7 hỗ trợ điện trở kéo lên phần mềm  Hỗ trợ ngõ vào ADC AN8 đến AN12  RB6 RB7 đồng thời PGC PGD ngõ vào data xung clock lập trình , riêng RB5 giữ chức PGM nạp PIC với chế độ điện áp thấp  RB0 đến RB2 hỗ trợ ngắt INT0 đến INT2  RB4 đến BR7 hỗ trợ ngắt thay đổi trạng thái chân RB  RB3 CCP2 CCP2 phụ đƣợc thiết kế chân RC1  RB0, RB1 đồng thời ngõ SCK, SCL, SDI, SDA hỗi trợ giao tiếp I2C PORT C  Đây PORT I/O từ RC0 đến RC7 (không có chân RC3)  Chân RC1 RC2 hỗ trợ chức CCP1 ngõ phụ CCP2  RC5 đồng thời ngõ vào TX/RX cảu chuẩn giao tiếp USART PORT D  Đây PORT I/O từ RD0 đến RD7  Từ RD0 đến RD7 đồng thời ngõ data chức parallet PSP0 đến PSP7 PORT E  Có chân I/O từ RE0 đến RE2  Chân RE0 đến RE2 đồng thời ngõ vào ADC từ AN5 đến AN7 Các chân 12, 31 chân VSS đƣợc nối với GND , chân 11,32 chân cấp nguồn cho MCU đƣợc nối với 5V Các chân ngắt RB4, RB6 để làm nút Star Stop Các chân ngắt RB5, RB7 để làm cờ sensor quang 7|Page KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 II.1.3 Khối Hệ Thống Quang Học II.1.3.1 Hệ thống đo phản xạ - Gồm nguồn sáng linh kiện thu quang - Khối hộp cách ly: Toàn hệ thống phản xạ đƣợc đặt khối hộp màu đen (200*85*55), chất liệu nhựa cách điện PVE để tránh nhiễu từ môi trƣờng - Nguồn sáng trắng: Dùng Led trắng phát đồng thời có miền phổ nhƣ sau: Phổ ánh sáng trắng dùng Led trắng phát đồng thời Ƣu điểm: Dễ thiết kế mạch, cƣờng độ phát Led tƣơng đồng Khuyết điểm: Phổ ánh sáng không trải dài mà tập trung nhiều khoảng bƣớc sóng xanh lam, xanh Nhƣng thực tế thu tín hiệu cho thấy khả quan, nên sử dụng Led trắng 3mm để làm nguồn phát sáng II.1.3.2 Linh kiện thu quang: IC cảm biến màu TCS3200 Sơ đồ chân Chức TCS3200: chuyển cƣờng độ ánh sáng thành tần số Trên bề mặt thu TCS3200 có 8x8 dãy Photodiode, 16 Photodiode có lọc màu blue thu miền ánh sáng blue, 16 Photodiode có lọc màu green thu miền 8|Page KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 ánh sáng green, 16 lọc red thu ánh sáng miền ánh sáng red 16 Photodiode không lọc Kích thƣớc Photodiode 120µm x 120µm Tần số thu đƣợc: Không lọc + lọc Red+ lọc Blue+ lọc green Sơ đồ khối TCS3200: Chức chân: Các chân điều khiển: 9|Page KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 Điều kiện hoạt động: Đặc tính hoạt động: VDD=5V, TA= 250C Quan hệ độ nhạy bƣớc sóng: - 10 | P a g e Cách bố trí linh kiện phát thu Toàn hệ thống quang học đƣợc bố trí buồng tối khối hình hộp chữ nhật với kích thƣớc (200*85*55), đảm bảo cách ly nhiễu với ánh sáng từ bên ngoài, đảm bảo cho việc bố trí que đỡ nƣớc tiểu đo đƣợc 13 thông số đặt cảm biến vị trí KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 led trắng mắc nối tiếp đặt lệch gó 1200 TCS3200 Các Led đƣợc điều chỉnh góc chiếu theo cách tính hình học hình chóp đáy tam giác Sơ đồ bố trí Led trắng TCS3200 Với AH độ cao tính từ cảm biến TCS3200 đến mẫu, cạnh BC, CD, BD khoảng cách bố trí Led mạch điện Phƣơng cạnh AB, AD, AC phƣơng chiếu led với cạnh đáy có Từ tính đƣợc góc đặt thích hợp để tập hợp ánh sáng led lại tạo nên cƣờng độ ánh sáng phù hợp để chiếu vào mẫu Ngoài led trắng 3mm đƣợc bọc vật liệu cách điện màu đen để chống tán xạ Với cách bố trí nguồn sáng hội tụ mẫu que xét nghiệm ánh sáng phản xạ đƣợc TCS3200 ghi nhận lại chuyển vị trí điều khiển xử lý Sơ đồ Layout bố trí led 11 | P a g e KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 Hình ảnh khối mắt đọc thực tế Trên hình ta thấy IC đọc màu TCS3200 đƣợc bọc lớp vỏ đen với lỗ cho ánh sáng qua diện tích nhận ánh sáng TCS3200 có nhiệm vụ chắn bớt tia tán xạ nhận ánh sáng truyền thẳng phản xạ từ mẫu II.1.4 Khối Hệ Thống Hiển Thị Và Động Cơ - - Bộ truyền động gồm có: Bộ phận đỡ que thử nƣớc tiểu đƣợc di chuyển qua mắt đọc nhờ vào cấu trƣợt vít me, vít me đƣợc truyền động nhờ vào bánh rang ăn khớp với bánh rang động bƣớc với tỉ số 3:1 Thanh đỡ que thử nƣớc tiểu máy dung ứng với que thử 12 thông số hang Human Hai khối cảm biến quang đƣợc sử dụng để xác định vị trí giới hạn quảng đƣờng di chuyển phận đỡ que thử nƣớc tiểu Động bƣớc sử dụng thay cho động DC túy ƣu điểm trội việc điều khiển xác II.1.4.1 Khối Cảm Biến Khối có chức nhận biết vị trí que thử để bắt đầu hoạt động Cấu tạo khối gồm sensor: - có chức biết vị trí bắt đầu chạy test-crip có chức stop cho máy dừng hoạt động Khi đặt que thử vào phận đỡ que thử nƣớc tiểu, test-crip hoạt động,đƣa tín hiệu khối xử lý,khối xử lý hoạt động cấp điện vào motor Khi motor quay đến giới hạn sensor stop hoạt động, đƣa tín hiệu vi xử lý để động dừng hoạt động 12 | P a g e KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 II.1.4.2 Động Cơ Bƣớc Động bƣớc thiết bị điện chuyển đổu xung điện thành chuyển động rời rạc Trục động bƣớc quay rời rạc xung điện điều khiển đƣợc áp đến theo trình tự hợp lí Tốc động quay động phụ thuộc vào tần số xung, chiều dài xung phụ thuộc vào số lƣợng xung áp vào Chiều quay động phụ thuộc vào trình tự xung áp vào Động mà máy sử dụng động có số hiệu NPM FT35T-48L4 II.1.4.3 Khối Điều Khiển Động Cơ Bộ phận dung để điều khiển động IC L297.Nguyên lý hoạt động L297 thực chất chuyển tín hiệu điều khiển logic đơn giản thành chuỗi tín hiệu điều khiển phase động phù hợp L297 có tích hợp mạch chopper PWM giúp ổn định dòng tải cuộn dây động IC L297 tạo loại chuỗi xung điều khiển tùy theo tín hiệu chân HALF/FULL.Nhà sản xuất gọi chế độ bình thƣờng, sóng chế độ nửa bƣớc.Hai ngõ cấm thƣờng đƣợc nối trực tiếp với chân enable L298 để xả dòng ngƣợc cuộn dây Khi dung L297 điều khiển động lƣỡng cực, hai tín hiệu tác động lên phase điều khiển Chân control để điều chỉnh hai chế độ copper.khi chopper phase, phase không tích cực đƣợc tích cực Mạch dao động nội chip kích mạch chopper Nó tạo xung để set flip-flop FF1 FF2.Khi dòng tải cuộn dây dòng qui định, rơi áp điện trở cảm ứng dòng với VREH mạch so sánh reset flip-flop ngắt dòng tải để chờ xung dao động tiếp theo.Dòng tải đỉnh cuộn dây đƣợc đặt thông qua điện áp chân VREF 13 | P a g e KU10VLY III 14 | P a g e Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hồ Khởi, Đỗ Văn Nghĩa (2013) Thiết kế chế tạo mô hình máy xét nghiệm nước tiểu Luận văn tốt nghiệp, Đại học Bách Khoa TP HCM Bayer Corporation, The CLINITEK 100 Urine Chemistry Analyzer operation manual ...KU10VLY Máy xét nghiệm nước tiểu MỤC LỤC 2013 Trang I Tổng quang xét nghiệm nƣớc tiểu I.1 Giới thiệu xét nghiệm nƣớc tiểu I.2 Các thông số xét nghiệm nƣớc tiểu ý nghĩa chẩn đoán II Máy xét. .. 14 III 2|Page KU10VLY I Máy xét nghiệm nước tiểu 2013 TỔNG QUAN VỀ XÉT NGHIỆM NƢỚC TIỂU I.1 Giới Thiệu Về Xét Nghiệm Nƣớc Tiểu Xét nghiệm nƣớc tiểu trở thành xét nghiệm thiếu nhiều chẩn đoán... tạo keton nƣớc tiểu Xét nghiệm keton niệu bệnh nhân tiểu đƣờng cung cấp chẩn đoán sớm hôn mê nhiễm keton acid tiểu đƣờng MÁY XÉT NGHIỆM NƢỚC TIỂU II II.1 Sơ Đồ Khối Của Máy Nƣớc Tiểu KHỐI NGUỒN