Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt ứng dụng trong y tế Thận nhân tạo bơm máu

Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt ứng dụng trong y tế Thận nhân tạo bơm máu Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt ứng dụng trong y tế Thận nhân tạo bơm máu Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt ứng dụng trong y tế Thận nhân tạo bơm máu luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ DUY CÔNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM VUỐT ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ (Thận nhân tạo, bơm máu) Chuyên ngành: Kỹ Thuật Y Sinh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.VŨ DUY HẢI Hà Nội - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Mục đích nghiên cứu đề tài luận văn dựa khả ứng dụng khoa học kỹ thuật đại vào q trình chăm sóc sức khỏe y tế Trên sở phân tích tình hình thực tế tình trạng trang thiết bị nhu cầu cấp thiết khoa điều trị Bệnh viện Hữu nghị Việt Tiệp, tơi có ý tưởng thiết kế thiết bị với mục đích kiểm sốt lưu lượng bơm truyền dung dịch sử dụng y tế Dưới hướng dẫn bảo PGS.TS.Vũ Duy Hải - Giám đốc Trung tâm điện tử y sinh - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nghiên cứu từ lý thuyết vấn đề như: Ứng dụng bơm vuốt y tế, thiết kế mạch điều khiển tốc độ bơm vuốt phục vụ cho thiết bị bơm nhồi hóa chất để tiệt khuẩn dây, lọc máu Ưu điểm bơm vuốt kiểm sốt xác lưu lượng dung dịch bơm sử dụng theo cài đặt bác sĩ Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hồn tồn trung thực, xác chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Tác giả Lê Duy Công LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn sản phẩm em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy giáo, cô giáo Bộ môn CNĐT Kỹ thuật Y sinh, Viện Điện tử Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Đồng kính gửi lời cảm ơn tới bác sĩ, đồng nghiệp Bệnh viện Hữu nghị Việt Tiệp tạo điều kiện giúp em hoàn thiện luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Vũ Duy Hải, Giám đốc Trung tâm Điện tử y sinh - trường Đại học Bách khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn với nhiệt tình ân cần bảo, đồng thời cung cấp cho em kiến thức chuyên môn để em hồn thiện luận văn tốt nghiệp Em hy vọng sản phẩm đề tài luận văn ứng dụng rộng rãi phát triển thực tế bệnh viện góp phần nâng cao hiệu điều trị bệnh để phục vụ tốt cho nghiệp chăm sóc sức khỏe nhân dân MỤC LỤC CHƢƠNG Trang TỔNG QUAN VỀ BƠM VUỐT 1.1 Khái niệm đặc tính kỹ thuật bơm vuốt 1.1.1 Khái niệm bơm vuốt .6 1.1.2 Đặc tính kỹ thuật bơm vuốt 1.2 Phân loại ứng dụng bơm vuốt .8 1.2.1 Phân loại bơm vuốt 1.2.2 Ứng dụng thiết bị lâm sàng 10 1.3 Tầm quan trọng ứng dụng bơm vuốt y tế 11 1.4 Tổng kết chương 24 CHƢƠNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BƠM VUỐT 2.1 Điều khiển tốc độ quay động chiều 25 2.2 Điều khiển tốc độ quay động bước 32 2.3 Tổng kết chương 45 CHƢƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM VUỐT ỨNG DỤNG ĐỂ BƠM VÀ TRỘN HÓA CHẤT ĐỂ RỬA QUẢ LỌC 3.1 Thực trạng bơm trộn hóa hóa chất để rửa lọc 46 3.2 Thiết kế sơ đồ chức 47 3.3 Thiết kế khối mạch điều khiển 49 3.4 Thiết kế khối nguồn cách ly 50 3.5 Đánh giá kỹ thuật 61 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM 4.1 Kết nghiên cứu 65 4.2 Kết chạy thử Bệnh viện 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật giới phát triển mạnh mẽ Việc ứng dụng phát minh khoa học kỹ thuật, công nghệ đại mang lại thành tựu to lớn lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội Đặc biệt, phát minh khoa học kỹ thuật ứng dụng y học ngày hỗ trợ đắc lực cho bác sỹ cơng tác chẩn đốn điều trị bệnh hiểm nghèo Thiết bị y tế đóng vai trị quan trọng, nhân tố khơng thể thiếu công tác cứu chữa điều trị cho bệnh nhân Chính cần địi hỏi phải có đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ lực để quản lý,bảo dưỡng, sửa chữa hướng tới khả chế tạo trang thiết bị y tế để phục vụ tốt cho nhu cầu chăm sóc sức khỏe người Hiện giới có nhiều loại thiết bị y tế, chức công dụng chúng phân ứng dụng để điều trị bệnh riêng biệt Tại Việt Nam nói chung thiết bị y tế dần phát triển, nhiên chủ yếu trang thiết bị phải nhập nước số lượng sản xuất nước không đáng, công tác nghiên cứu chế tạo chưa thực trọng, chủ yếu công tác sửa chữa bảo dưỡng trang thiết bị nhập Trong trình làm việc thực tế bệnh viện Hữu nghị Việt Tiệp công tác số bệnh viện, em nhận thấy trang thiết bị hỏng hóc phải mua vật tư linh kiện thay nhập giá thành cao Mặt khác, chi phí mua sắm thiết bị cao nên nhiều bệnh viện tuyến khơng có khả đầu tư nhiều thiết bị phục vụ người bệnh Do em định thực luận văn :“Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển bơm vuốt ứng dụng y tế” với việc thiết kế sử dụng vật tư linh kiện có sẵn nước Ngồi mục đích bổ sung kiến thức cho thân em hy vọng luận văn ứng dụng để thiết kế cho nhiều máy móc phục vụ y tế Về nội dung, luận văn em đƣợc chia phần nhƣ sau: Chương 1: Tổng quan bơm vuốt Giới thiệu tổng quan bơm vuốt, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại, ứng dụng bơm vuốt thực tế lĩnh vực y tế Chương 2: Lý thuyết điều khiển bơm vuốt Trên sở nghiên cứu cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động bơm vuốt từ tìm hiểu nghiên cứu lý điều khiển vận hành hoạt động bơm vuốt Chương 3: Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm vuốt Từ việc nghiên cứu lý thuyết bơm vuốt để áp dụng thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt cụ thể ứng dụng y tế Chương 4: Kết thử nghiệm Trình bày kết việc thiết kế bơm vuốt, đưa bảng mạch chế tạo kết thu từ việc tiến hành chạy thử nghiệm CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ BƠM VUỐT 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA BƠM VUỐT 1.1.1 Khái niệm bơm vuốt Bơm vuốt loại bơm dịch chuyển thể tích dương, sử dụng để bơm nhiều loại chất lỏng khác Các chất lỏng chứa ống mềm gắn bên máy bơm dạng buồng chứa hình trịn Một số lăn cần gạt gắn cánh rôtor động ép chặt lên hai thành ống mềm thành đoạn Khi cánh rotor quay, phần ống chịu ép bị chèn ép kín lực ép rơtor lên thành ống, buộc chất lỏng bơm để di chuyển qua ống từ ngõ hút ngõ đẩy Đồng thời lúc ống mềm hồi phục lại trạng thái tự nhiên ban đầu tiếp tục chu trình hút lưu chất cần bơm Nguyên lý bơm nhu động có ưu điểm khơng phá vỡ cấu trúc lưu chất cần bơm Hiện tượng giống ống chứa đầy chất lỏng với ngón tay bạn trượt phía trước ống chất lỏng di chuyển phía trước Bơm nhu động nguyên tắc đơn thay ngón tay lăn Thơng qua tính đàn hồi ống phân phối máy bơm ép quay liên tục để bơm chất lỏng Sự quay liên tục rotor tạo thành dịng chảy liên tục thơng qua ống mềm Thơng thường cánh rơtor có từ hai hay nhiều lăn cần gạt Các thành phần chất lỏng dịch chuyển tới đầu bơm Hình 1.1 Bơm vuốt hai lăn Các máy bơm vuốt lần cấp sáng chế Hoa Kỳ Eugene Allen năm 1881 Nó phổ biến bác sĩ phẫu thuật tim Tiến sĩ Michael DeBakey ông sinh viên y khoa năm 1932 [1] ( Dr Michael E DeBakey "Methodist DeBakey Heart & Vascular Center" Retrieved 2010-06-27.) 1.1.2 Đặc tính kỹ thuật bơm vuốt Bơm vuốt giải pháp bơm tuyệt vời cho ứng dụng bơm chất có độ ăn mịn, mài mịn độ nhớt cao Thiết kế bơm vuốt khơng có van, phớt làm kín nên cơng việc bảo dưỡng bơm đơn giản tốn Bộ phận cần bảo trì bơm ống bơm (hose/tube), mà phận thay thường xuyên Bơm vuốt vận hành êm nên thích hợp bơm chất dịch Một đặc điểm trội khác bơm vuốt có phận (mặt ống bơm) tiếp xúc với dịch bơm nên việc giữ vệ sinh bơm đơn giản Các ưu điểm bơm vuốt sau: 1- Thiết kế khơng cần phớt làm kín Bơm vuốt khơng có phớt làm kín, hồn tồn khơng gây rị rỉ hóa chất ăn mịn hoạt động hay q trình bảo dưỡng 2- Chi phí bảo trì thấp Bộ phận cần thay ống mềm bơm (hose/tube) Bộ phận có giá thành không cao việc thay thời gian Trong truyền dịch lọc máu phận ống mềm dùng lần 3- Bơm kiểu tự mồi bơm có khả chạy khơ Bơm vuốt khơng cần dịch bơm phải ln có ống bơm Sự co bóp ống bơm tạo phản ứng tự mồi cho phép bơm bơm dịch bơm có chứa khí xả khí 4- Bơm hoạt động êm nhẹ Bơm hoạt động êm nhẹ, gây biến dạng cho dịch bơm Do vậy, bơm vuốt thích hợp bơm chất dịch chất dễ bị biến dạng chất kết (flocculants) hay nước súp,… 5- Chiều hút cao Cơ chế phục hồi ống bơm giúp bơm đạt chiều cao hút lên đến 9.5m nước 6- Khả chống ăn mòn cao Bộ phận tiếp xúc với dịch bơm ống bơm có nhiều vật liệu khác để chống ăn mịn 7- Khả bơm dịch bơm có độ đặc cao Bơm vuốt bơm vật chất với nộng độ 80% chất rắn vô hay 15% hợp chất hữu 8- Khả chạy đảo chiều Giống số dịng bơm thể tích khác bơm trục vít, bơm vuốt chạy đào chiều (đảo đầu hút đầu xả) Chạy đảo chiều có tác dụng làm đường ống xử lý chống tắc đường ống 9- Không tổn thất bơm Bơm vuốt khơng có tượng hồi lưu dịch chất, bơm hoạt động với lưu lượng xác, khơng có tổn thất q trình bơm lăn ép toàn lên thành ống mềm tạo thành kẹp kín 10- Định lượng xác Bơm vuốt xác định lượng, lưu lượng thường xuyên dao động mức ±0,5% 11- Bơm đạt tiêu chuẩn vệ sinh tiệt khuẩn Do không tiếp xúc với dịch bơm nên đảm bảo 100% dung dịch qua hồn tồn khơng bị nhiễm khuẩn Thích hợp lĩnh vực y tế 12- Kiểm soát lưu lượng tốc độ truyền dịch Do việc cài đặt điều khiển tốc độ bơm vuốt mà lưu lượng tốc độ truyền dịch hồn tồn kiểm sốt theo y lệnh để phù hợp với yêu cầu điều trị 1.2 Phân loại ứng dụng bơm vuốt 1.2.1 Phân loại: Trong thực tế có đa dạng nhiều loại bơm vuốt tùy thuộc vào công suất sử dụng, tính sử dụng mục đích sử dụng Có nhiều cách phân loại loại bơm vuốt, phân loại theo đặc điểm cấu tạo công suất bơm Phân loại theo đặc điểm cấu tạo: phân loại thành bơm vuốt loại đơn bơm vuốt loại đa cánh sau: - Bơm vuốt loại đơn cánh: Hình 1.2 Bơm vuốt đơn cạnh Là loại bơm vuốt gồm từ lăn hai cần gạt, ép chặt lên thành ống mềm chứa chất lỏng Loại bơm lắp đặt đường ống mềm chứa chất lỏng qua - Bơm vuốt loại đa cánh: Hình 1.3 Bơm vuốt đa cạnh Đây loại bơm vuốt sử dụng trục bơm lắp nhiều cánh vuốt ống chất lỏng nên có khả lúc bơm nhiều loại ống mềm chứa nhiều chất lỏng khác Tất lưu lượng đường dịch điều khiển đồng động Tốc độ loại động bước 0.002 to 500 mL/min Phân loại theo công suất bơm: bơm vuốt công suất nhỏ bơm vuốt công suất lớn Bơm vuốt công suất nhỏ: chủ yếu dùng phịng thí nghiệm, thiết bị y tế với lưu lượng truyền dịch vào khoảng từ cỡ 0.002 ml/min đến 2.4 l/h , áp suất 1.5 bar - Bơm vuốt công suất lớn: Sử dụng nhiều ngành công nghiệp, sử dụng để hút bùn, phế thải lỏng, v.v cần sử dụng để hút thể tích lớn cỡ hàng m3 - Lựa chọn Relay làm phần tử nối mạch để cung cấp nguồn cho tồn mạch điện phía sau ngắt mạch q dịng Chọn loại Relay có điện áp làm việc phù hợp với mức điện áp có sẵn +24V có tiếp điểm chuyển mạch 8A Chọn phần tử làm khóa chuyển mạch cho Relay Ở ta chọn tranzito có ký hiệu C945 có thông số kỹ thuật sau: VCEo = 50V UBEo = 5V ICmax = 0.1A Pmax = 0.25W Tmax = 1250C fmax = 250MHz Ở đay ta chọn loại Tiristo có ký hiệu 2P4M có thơng số kỹ thuật sau: + UAK max : 500V + UGK thông: 0,5V + IAK max : 5A + U AKthông : 0,7V Từ linh kiện lựa chọn kể ta thiết kế sơ đồ mạch điện sau: 54 +24V/14AIN +24V/14AIN R8 0.1K/2W R1 0.0003K/5W RELAY 180K IC1 D13 Q5 TH2 PC817 + C2 47MF/16V RT Hình 3.7 Sơ đồ mạch điện khối bảo vệ dòng đầu vào Trên hình sơ đồ mạch điện khối bảo vệ dòng đầu vào Nguyên tắc làm việc mạch dòng qua Rt vượt giới hạn cho phép ( 3A) làm cho tiristo TH2 làm việc cấp dịng cho relay hoạt động ngắt hồn tồn tải khỏi nguồn cung cấp đảm bảo cho nguồn đầu vào Thiết kế mạch điện cho khối nạp ắc quy Trong trình sử dụng điện áp lưới bị cần phải có lượng điện áp chiều +24V khác để trì tiếp ca điều trị ta phải thiết kế nguồn điện bình ắc quy có cơng suất phù hợp với công suất máy Mặt khác dùng lượng ắc quy hết mà ta phải thiết kế mạch nạp điện cho ắc quy Khi thiết bị dùng nguồn điện áp lưới mạch nạp ắc quy làm việc đồng thời nạp điện vào cho ắc quy, ắc quy đầy tự động ngắt dịng nạp điện áp lưới mạch tự động chuyển sang dùng nguồn điện từ ắc quy mà ko phải thiết lập lại thông số đặt Ở điện áp cung cấp cho toàn đầu vào khối nguồn DC/DC +24V/14A ta phải sử dụng bình ắc quy nối tiếp có mức điện áp bình +12V/15A/h để trì ca điều trị bị điện áp lưới Trên hình 3.19 sơ đồ mạch điện khối nạp ắc quy tự động chuyển mạch mềm cấp nguồn từ ắc quy điện áp lưới mà thiết lập lại từ đầu Trên hình vẽ ắc quy trạng thái nạp điện nguồn +24V từ khối nguồn AC/DC đưa tới cực D Q4 Q4 dẫn điện cấp dòng đưa tới ắc quy, ắc quy đầy Q4 55 ngừng cấp dòng điều khiển IC6 Khi điện áp lưới bị điện áp cực D xuống thấp làm cho D14 dẫn điện điện áp từ nguồn ắc quy cấp cho thiết bị hoạt động +24V/14AIN 0.01K Q4 D14 0.1K/1W DIODE U4 VI LM7805 GND VO IC6 0.01K D13 DIODE AC QUY 5v PC817 0.01K C30 C 0.01K DK 0.01K 0.01K D15 + C2 C-POL C30 C LED D14 0.01K 0.01K 20K LED ATTINY12 D8 Hình 3.8 Sơ đồ mạch điện khối nạp ác quy Thiết kế mạch điện khối tạo dao động nguồn Chọn mạch tạo dao động có tần số 100Khz Từ yêu cầu đặt để thỏa mãn yêu cầu như: Tần số dao động mạch nguồn cần đảm bảo ổn định, điều chỉnh tần số dễ dàng, dao động có hai kênh Do để đảm bảo yêu cầu ta chọn mạch tạo dao động dùng IC kết hợp với số linh kiện bên Trên ta xét số mạch dao động ta thấy mạch dao động khuếch đại đẩy kéo phù hợp với yêu cầu thiết kế thiết bị khối nguồn cần phải có chất lượng cao ngồi việc đảm bảo an toàn cho bệnh nhân (điện trở cách ly lớn) cần độ ổn định cao để tránh gây đột biến tác động trực tiếp tới bệnh nhân Do để đảm bảo yêu cầu thiết kế đề ta chọn khối tạo dao động dùng vi mạch TL494 phần khuếch đại cơng suất dùng mạch khuếch đại đẩy kéo hai Tranzito loại cho khối nguồn cách ly 56 Với vi mạch TL494 có thơng số kỹ thuật sau: - VCC = +12V - T° = 0°C  70°C - fmax = 1Khz  300Khz - ICmax = 250 mA - RT = 1,8K  500K - CT = 0,47nF  10.000nF Như với thông số nêu vi mạch TL494 hồn tồn đáp ứng yêu cầu nêu Tần số mạch xác định bởi: fosc  1,1 Ct.Rt Ở tần số dao động theo yêu cầu thiết kế 100 KHz nên ta chọn giá trị linh kiện mạch sau: Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật việc điều chỉnh tần số dao động mạch thay đổi giá trị Ct Rt Thông thường ta chọn phương án thay đổi Rt việc lựa chọn Ct VR cho VRmax tần số dao động mạch phải lớn tần số yêu cầu thiết kế để dễ dàng điều chỉnh tần số mong muốn ta chọn biến trở để điều chỉnh tần số có giá trị 50K? thơng thường tần số dao động 100KHz chiết áp VR vị trí Nếu chọn VR có giá trị lớn điều chỉnh bị nhọn (tần số dao động bị nhảy cóc) cịn chọn VR nhỏ tần số dao động mạch không đáp ứng yêu cầu đặt thiết kế tụ Ct ta chọn Ct =1nF Như tần số mạch trường hợp VRmax = 150K? tần số mạch Tần số mạch tính sau: fosc  1,1 1,1  4  66 KHz C xVR 10 x150 Để tần số mạch 100KHz ta điều chỉnh VR có giá trị sau: fosc  1,1 1,1  4  100 KHz C  VR 10 x  110 Như vây với việc lựa chọn Ct Rt hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đặt Ta có sơ đồ mạch điện thiết kế sau: 57 273 22K VR2 C9 100MF/50V C8 16 + R3 273 C7 10K 10 15 TL494 14 Out1 13 10K Out2 12 11 R4 +12V 10K FB VR1 Hình 3.9 Sơ đồ mạch điện khối tạo dao động Thiết kế mạch điện khối khuếch đại công suất Công suất nguồn cỡ khoảng 150W điện áp đầu vào cung cấp +24V nên lựa chọn linh kiện tầng khuếch đại cơng suất có dịng điện tương đối lớn điện áp thấp Như phải lựa chọn linh kiện đóng vai trị khóa K chịu mức dịng điện lớn có điện trở chuyển mạch nhỏ nhằm mục đích đảm bảo cơng suất đầu tổn hao nhiệt Trên thực tế có ta lựa chọn loại Tranzito trường để đáp ứng yêu cầu kể Chọn loại MOS FET có ký hiệu IRF 1010 có thông số kỹ thuật sau: VDSS = 60V RDS(on) = 0,012 IDmax = 84A Pmax = 200W Tmax = 1750C f = 1MHz Từ thông số kỹ thuật nêu ta chọn loại MOS FET có ký hiệu IRF 1010 dùng vào tầng khuếch đại công suất hoàn toàn phù hợp với yêu cầu thiêt kế Sơ đồ mạch điện thiết kế sau: 58 IN1 Q1 0.01K 20K +24V Khối biến áp Q2 IN2 0.01K 20K Hình 3.10 Sơ đồ mạch điện khối khuếch đại công suất nguồn Thiết kế khối ghép cách ly dùng biến áp Mạch điện dùng để cách ly nguồn với tải có điện trở cách ly cao dòng lớn ta phải chọn phương pháp ghép biến áp Ở ta chọn biến áp để dùng cho khối cách ly tùy vào công suất nguồn mà chọn công suất biến áp Ta tính sau: Cơng suất nguồn: 150W Hiệu suất biến áp 80% Nguồn điện áp đầu vào +24V/14A Điện áp đầu +24V/5A Điện áp đầu +5V/2A Ta có: Ur1 = +24V dùng cho bơm Ir1 = 5A Do đó: Pr1 = Ur1 x Ir1 = 24V x 5A = 120W Nguồn ổn áp +5V (Ur2) dùng cho: Vi xử lý, Chuyển đổi A/D, Chuyển đổi D/A, LED thanh: Pr2 = Ur2 x Ir2 = 5V x 2A = 10W Tổng công suất P = Pra1 + Pra2= 120 + 10 = 130W Điện trở tải đầu Rt1  Ur1 24   4,8 Ir1 59 Rt  Ur   2,5 Ir 2 Chu kỳ xung nhịp T=1 = f = 10s 100 KHz Tính tốn thiết kế biến áp cách ly: Công suất biến áp 130W lấy Pt Ta có cơng suất sử dụng Psd = 1,3 x Pt = 1,3 x 130 = 169W Do chọn biến áp có cơng suất 170W, chọn biến áp có lõi Ferit có hình chữ E có tiết diện lõi 2cm2 Cảm ứng từ B0max = 0,25T Chọn biến áp: - Tính số vòng/ vol Số vòng cuộn sơ cấp Trong khối nguồn ta thiết kế mạch theo sơ đồ đẩy kéo bên sơ cấp ta sử dụng hai cuộn W1, W2 Gọi W1, W2 số vòng sơ cấp biến áp ta tính sau: W1  W2  10 4.U v f  max S Trong đó: f: tần số biến áp xung Sc: thiết diện có ích, thiết diện lõi từ Ta có W1  W2  10 4.24  4,8 vòng 10.10 4.0,25.2 Để đảm bảo ta chọn vòng Vậy số vol vòng dây quấn là: 24  4,8vol / vong Khi dòng điện chạy cuộn sơ cấp cấp là: I1max = Pt U 1.  I1max = 130  5,4 A 24 Đường kính cuộn dây sơ cấp 60 ds = 0,6 I1max = 0,6 5,4  1,38 mm Chọn dây có đường kính 1,4mm Cuộn thứ cấp  lấy điện áp sau chỉnh lưu ổn áp +24V qua vi mạch ổn áp đòi hỏi điện áp trước đưa vào ổn áp phải cao từ đến 4V ta chọn đầu  27V Ta có Ur1 = 27V Từ ta tính số vịng/vol bên sơ cấp theo cơng thức sau: 3 = 1.Ur1 Uv1 Ở ta có số vol/vịng 1,5 vol/vòng  3  27  5,6vong 4,8 Hình 3.11 Mạch nguồn cách ly đƣợc thiết kế 3.5 Đánh giá kỹ thuật: Phần em xin trình bày cách đo thông số ưu tiên thiết kế nguồn cách ly điện trở cách ly dòng dò đất nguồn đầu vào đất nguồn cách ly Cách đo thông số kỹ thuật khác khơng trình bày Điện trở cách ly dòng dò thực đo mạch hoạt động (đo nóng), thực đo 10 lần với giá trị điện áp nguồn cấp thay đổi từ 38V đến 42V Sơ đồ điểm đo chế độ đo điện trở cách ly: 61 +12V Tải +40V Nguồn cách ly ±12V -12V Tải MΩ Hình 3.12 Mơ hình đo điện trở cách ly cho mạch nguồn Sơ đồ điểm đo chế độ đo dòng dò: +12V Tải +40V Nguồn cách ly ±12V -12V Tải uA Hình 3.13 Mơ hình đo dịng rị cho mạch nguồn Hình ảnh kết đo dịng rị nguồn cách ly: Hình 3.14 Thiết bị đo dịng rò 62 Kết đo (Với điện áp đặt 500V): Lần đo Nguồn cấp (VDC) Điện trở cách ly (G ) Dòng dò (n) ~37 9.0 59.7 ~38 8.4 62.3 ~39 9.8 55.8 ~40 12.5 46.2 ~41 9.6 54.3 ~42 12.2 47.7 ~43 11.7 49.1 ~44 10.0 54.2 ~45 13.3 43.2 10 ~46 12.9 43.5 10.9 51.6 Trung bình Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật mạch nguồn cách ly ±12V Thông số (Vin = 40V) Giá trị trung bình Đơn vị Điện áp đầu nguồn dương +12.02 V Điện áp đầu nguồn âm -11.98 V Cơng suất tối đa 72 W Dịng tối đa A Hiệu suất 89 % Điện áp gợn 20 mVpp Điện trở cách ly 10.9 GΩ Dòng dò 51.6 nA 63 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM 4.1 Kết nghiên cứu Sau thời gian thực nghiên cứu em hoàn thành việc thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm trộn hóa chất để rửa lọc theo mục tiêu đề Mạch lắp ráp hoàn chỉnh đặt tên BK-PUMP Kết chạy thử nghiệm phịng thí nghiệm ổn định, xác, khơng có lỗi xuất Sau thời gian thử nghiệm phịng thí nghiệm, mạch chạy thử nghiệm Khoa Thận nhân tạo, Bệnh viện Việt Tiệp Hải Phòng để lấy ý kiến nhận xét cán sử dụng Sau thời gian này, thiết bị hiệu chỉnh, hoàn thiện đưa vào gian đoạn triển khai rộng rãi thực tế Các modul sau thiết kế chạy thử nghiệm riêng để kiểm tra lỗi, đồng thời ghép nối toàn hệ thống thiết bị để kiểm tra lỗi chéo phát sinh 64 Hình 4.1 Lắp ráp phận bên thiết bị Hình 4.2 Lắp ráp phận bên thiết bị 65 Hình 4.4 Thiết bị đƣợc lắp ráp hoàn chỉnh chạy thử nghiệm 4.2 Kết chạy thử Bệnh viện Sau cho thiết bị vào chạy thử khoa Thận nhân tạo bênh viện Hữu Nghị Việt Tiệp từ ngày 16/03/2019 đến ngày 28/03/2019 thực 500 lần chạy tương ứng với tiệt khuẩn cho 500 dây lọc cán kỹ thuật làm việc trực tiếp khoa đánh giá thiết bị hoạt động tốt ,ổn định gọn gàng đáp ứng tiêu trí đặt ra, cải thiện thực trạng tồn Khoa có đề xuất làm nhân rộng thay cho hết máy sử dụng khoa máy sử dụng máy tận dụng từ máy chạy thận hỏng lên diện tích, khó sử dụng hay hỏng vặt 66 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Hiện nay, nhu cầu nâng cao chất lượng điều trị bệnh ngày đòi hỏi vấn đề thiết, đơi với đòi hỏi phát triển khoa học kỹ thuật áp dụng vào lĩnh vực y tế Vấn đề đặt địi hỏi phải ln có nguồn kinh phí lớn để đầu tư lĩnh vực nghiên cứu phát triển lĩnh vực trang thiết bị y tế phục vụ nhu cầu khám chữa bệnh Đây thực thách thức bệnh viện nguồn kinh phí cịn hạn hẹp thiết bị nhập từ nước ngồi chi phí cao, việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị y tế nước thiết Điều góp phần làm giảm phụ thuộc cơng nghệ vào nước ngoài, chủ động việc đầu tư đặc biệt tiết kiệm chi phí lớn cho bệnh viện Kết đạt đƣợc đề tài:  Khái quát chức cấu tạo bơm vuốt, từ nêu ưu điểm bơm vuốt, khả ứng dụng lĩnh vực y tế  Thiết kế module điều khiển tốc độ bơm vuốt  Lập trình chương trình điều khiển cho vi xử lý trung tâm điều khiển tốc độ động  Thiết kế mơ hình khối mạch điều khiển bơm vuốt, từ xây dựng thiết kế chi tiết khối chức mạch điều khiển chế tạo thành công mạch điều khiển bơm vuốt  Mạch điều khiển ứng dụng chạy ổn định thực tế Đạt yêu cầu bác sĩ điều trị Hƣớng phát triển đề tài:  Mở rộng xây dựng thêm giao diện khối phát bọt khí, phận cảm biến để điều khiển bơm vuốt, khối hiển thị LCD, khối kiểm soát áp lực  Mở rộng xây dựng thêm giao diện kiểm kiểm soát nhiệt độ để áp dụng bảng mạch cho truyền dịch loại dung dịch yêu cầu nhiệt độ trước truyền vào thể  Xây dựng khả giao tiếp điều khiển điện thoại ứng dụng công nghệ không dây 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Thuận, Vũ Duy Hải, Nguyễn Phan Kiên Mạch xử lý tín hiệu y sinh Nhà xuất Bách Khoa 2016 Nguyễn Đức Thuận, Bùi Xuân Vinh, Vũ Duy Hải Thiết bị điện tử y tế Đại học Bách Khoa Hà Nội 2006 James Moore, George Zouridakis, Biomedical Technology and Devices Handbook, CRC Press LLC, 2004 Nguyễn Nguyên Khôi, Trần Văn Chất, Võ Phụng: Nghiên cứu chế chạy thận chu kỳ Việt Nam, 6/1972 Duong H Lieu, Truong V Dung (2006) Health Management Ministry of Health, Vietnam - WHO Hanoi Medical Publisher Vũ Duy Hải, Lại Hữu Phương Trung, Đào Quang Huân, Phạm Mạnh Hùng, Nguyễn Minh Đức Thiết kế hệ thống pha dịch lọc đậm đặc tự động dùng điều trị thận nhân tạo Kỷ yếu Hội thảo quốc gia Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin, ECIT2014, Nha Trang, 18-19/9/2014, pp: 317-322 Vu Duy Hai, Nguyen Duc Thuan, Nguyen Minh Duc, Le Van Quyen, Dao Viet Hung, Pham Phuc Ngoc Design of Automated Dialyzer and Bloodline Washing System and Quality Assessment of Dialyzer after Reprocessing for Reusing in Hemodialysis Proceedings of the 4rd International Conference on Communications and Electronics (ICCE), 1-3th Aug 2012, Hue, Vietnam, pp: 647-651 Vũ Duy Hải, Nguyễn Đức Thuận, Đào Việt Hùng, Đào Quang Huân, Phạm Mạnh Hùng, Nguyễn Cao Luận, Nguyễn Hữu Dũng Xây dựng quy trình tự động rửa lọc dây dẫn máu để tái sử dụng điều trị thận nhân tạo Việt Nam Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường ĐH kỹ thuật, số 80, 1/2011 pp: 16-21 Nguyễn Đức Thuận, Vũ Duy Hải, Phạm Mạnh Hùng, Đào Quang Huân, Nguyễn Nguyên Khôi, Nguyễn Cao Luận, Nguyễn Hữu Dũng Thiết kế thiết bị lọc màng bụng tự động ứng dụng điều trị thận nhân tạo Việt Nam Kỷ yếu hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ V, Hà Nội, 20-21/05/2010, pp: 874-879 10 Hai D Vu, Thuan D Nguyen, Ngoc P Pham, Huy Q Hoang and Thanh V Pham A Design of Renal Dataflow Control and Patient Record Management System for Renal Department Environment in Vietnam Proceedings of the 3rd International Conference on the Development of BME in Vietnam, 11-14th Jan 2010, Ho Chi Minh, Vietnam pp: 97-100 68 ... nguyên lý hoạt động bơm vuốt từ tìm hiểu nghiên cứu lý điều khiển vận hành hoạt động bơm vuốt Chương 3: Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm vuốt Từ việc nghiên cứu lý thuyết bơm vuốt để áp dụng. .. Hà Nội, nghiên cứu từ lý thuyết vấn đề như: Ứng dụng bơm vuốt y tế, thiết kế mạch điều khiển tốc độ bơm vuốt phục vụ cho thiết bị bơm nhồi hóa chất để tiệt khuẩn d? ?y, lọc máu Ưu điểm bơm vuốt kiểm... để áp dụng thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt cụ thể ứng dụng y tế Chương 4: Kết thử nghiệm Trình b? ?y kết việc thiết kế bơm vuốt, đưa bảng mạch chế tạo kết thu từ việc tiến hành ch? ?y thử nghiệm