Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng máy bơm nước trong mổ mật = research, manufacture and apply water pumps in biliary surgery

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG MÁY BƠM NƯỚC TRONG MỔ MẬT RESEARCH, MANUFACTURE AND APPLY WATER PUMPS IN BILIARY SURGERY PHẠM MINH CƯỜNG cuongpm1973@gmail.com Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: TS.Đặng Quang Hiếu Viện Điện tử viễn thông HÀ NỘI, 2/2020 Chữ ký GVHD Ờ C MĐ T ữ N ủ ế Phạm Minh Cường T Ờ C M ƠN Để hoàn thành đồ án đề tài nghiên cứu đồ án tốt nghiệp trước tiên tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Đặng Quang Hiếu giảng viên môn Công nghệ Điện tử, Viện Điện tử - Viễn thông người đồng hành, hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp Tôi chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Quang Nghĩa Giám đốc trung tâm ghép tạng Bệnh viện Việt Đức, bác sĩ thực nhiều ca phẫu thuật sỏi mật thấy hạn chế, bất cập bơm rửa nước muối tay phẫu thuật mổ mật Là người nêu ý tưởng, có yêu cầu đặt tiền đề để nghiên cứu, chế tạo ứng dụng máy bơm nước muối Tôi chân thành cảm ơn tập thể Bác sĩ, Phẫu thuật viên khoa Phẫu thuật Gan mật Bệnh viện Việt - Đức tập thể Nhân viên phòng mổ D, Bệnh viện Hữu nghị - Việt Đức người trực tiếp sử dụng máy bơm ca phẫu thuật mổ mật từ năm 2009 đến H Nộ 28 Phạm Minh Cường 2020 MỤC LỤC Ờ C MĐ N Ờ C M ƠN H NM Đ CHƯƠNG 1: PHẪU THUẬT SỎI MẬT NÓI CHUNG TẠI BỆNH VIỆN .10 VIỆT- ĐỨC .10 Sơ lược phẫu thuật sỏi mật 10 Hiện trạng tồn phẫu thuật mổ mật 16 hương tiện máy móc ca mổ mật nội soi BV Việt – Đức 20 Ý tưởng đề tài thiết kế chế tạo bơm dịch phục vụ cho phẫu thuật sỏi mật 25 CHƯƠNG 2: CƠ S LÝ THUYẾT, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ Đ ỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Đ ỆN MỘT CHIỀU 27 2.1 Ngun lý hoạt động, tính tốn thiết kế bơm 27 2.1.1 Tổng quan bơm sử dụng y tế .27 2.1.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động bơm nhu động 28 2.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế mạch điều khiển động bơm 31 2.2.1 Tổng quan động điện chiều 31 2.2.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển động điện chiều 33 2.2.3 Các phương pháp điều khiển động điện chiều .35 2.2.4 Các biến đổi để điều chỉnh điện áp động điện chiều 41 2.2.5 Các kĩ thuật điều khiển động điện chiều phương pháp thay đổi điện áp .45 2.2.5.1 Kĩ thuật điều chế độ rộng xung PWM .45 2.2.5.2 Kĩ thuật điều khiển động sử dụng điều khiển PID .48 CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO - THỬ NGHỆM VÀ ĐÁNH G Á H ỆU QU CỦA THIẾT BỊ TẠI BỆNH VIỆN VIỆT – ĐỨC 50 3.1 Tính tốn lựa chọn loại linh kiện, thiết bị phục vụ chế tạo 50 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 57 3.3 Lắp đặt hoàn chỉnh máy bơm .63 3.4 Vận hành chạy thử kiểm tra độ xác thiết bị .65 3.5 Đánh giá hiệu thiết bị điều trị 70 3.6 Kết luận hướng phát triển 72 3.6.1 Kết luận 72 3.6.2 Hướng phát triển .74 TÀI LIỆU THAM KH O .75 D NH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ Hình 1.1: Hình í ớc sỏi m t th c tế 10 Hình 1.2: minh họ ờng dẫn m t (1) 12 Hình 1.3: minh họa kíp mổ sỏi m t BV Vi Đ c 16 ời (2) 17 Hình 1.4: Hình nh túi m t ng m t củ S Hình 1.5: Sử dụ ổ m t BV Vi t – Đ c 18 H 1.6: P X ờng m t có c n quang BV Vi t – Đ c 18 H 1.7: Bơ ửa sỏi m t ca mổ mở BV Vi Đ c 20 Hình 1.8: Dàn máy nộ s Hình 1.9: Ống nộ s ờng m t BV Vi t – Đ c 21 ầu tán, rọ l y sỏi BV Vi t – Đ c 22 n thủy l c BV Vi t – Đ c 23 Hình 1.10: Máy tán sỏ Hình 1.11: Nộ s ờng m t, tán sỏi l y sỏ ờng hầm Kehl BV Vi t – Đ c 24 Hình 2.1: Một loạ ộng hãng Watson Marlow [3] 28 Hình 2.2: Các loạ ộng phổ biến thị Hình 2.3: C u tạo củ ờng [4] 28 ộng [5] 28 H 2.4: Sơ n i dây củ H 2.5: Đ H 2.6: Đặ í ủ ộ H 2.7: Đặ í ủ ộ H 2.8: Đặ í ủ ộ H 2.9: Sơ h truyề H 2.10: Đặ í H 2.11: Sơ h th ng CL - Đ 43 ặ í ộ ơ 33 nhiên 35 ổ n trở phụ 37 m t thông 38 ổ n áp 39 ộng F - Đ 41 h (F – Đ) 42 Hình 2.12: Ứng dụng củ PWM Hình 2.13 Nguyên lý hoạ ều khiển 45 ộng PWM 46 Hình 2.14: Ứng dụng củ PWM ều khiển 46 p Hình 2.15: Tạo xung vng bằ H 2.16: Đặ í Hình 3.1: Bơ p ps s 48 mạch PI 49 se FH6S30 – 303 50 Hình 3.2: Motor PAPST ECA 2725 51 H 3.3: Bơ sử dụng máy th n nhân tạo 52 H 3.4: Đồng hồ hiển thị áp l 53 Hình 3.5: Biến áp bo mạch máy lắp ráp 54 H 3.6: Đồng hồ n áp Motor DC 55 Hình 3.7: Thyristor KY 202H 55 Hình 3.8: IC LM324 56 H 3.8: Sơ nguyên lý mạ ộng l Hình 3.9: Mạ ều khiển 57 ều khiể 57 H 3.10: Sơ mạ ều khiể 58 H 3.11: Sơ mạch hồi tiếp âm mô totor 59 H 3.11: Sơ mạ ều khiển t ộ 60 ều khiển chia làm kh i A, B, C, D 61 Hình 3.12: Mạ Hình 3.13: Mạch nguồ ±12V i x ng cung c p cho IC LM 324 62 Hình 3.17: Bo mạch hoàn chỉnh 63 H 3.15: B ạp ó H 3.18: M H 3.19: sơ kh i củ ởm 63 c lắp hoàn chỉnh 64 ớc mu i 64 Hình 3.20: Máy chạy thử máy BV Vi t – Đ c 65 Hình 3.21: Máy chạy thử máy BV Vi t – Đ c 66 Biể 3.3.1: S s ng dịch truyền hai nhóm 71 D NH MỤC B NG Bảng 3.3.1: Quan hệ điện áp với áp lực lưu lượng máy bơm 68 Bảng 3.3.2: Đo độ xác máy bơm 69 Bảng 3.3.3: tuổi giới nhóm .70 Bảng 3.3.4: thời gian mổ nhóm 71 Bảng 3.3.5: Hiệu kinh tế tính riêng chi phí cho dung dịch rửa 72 Bảng 3.3.6: Thời gian nằm viện 72 H NM Đ ờng gặp Vi Sỏi m t b nh lý ngoạ N ù b nh lý gan m t Nguyên nhân chủ yếu b nh nhiễ ều trị gặp nhiề sinh trùng gây nên, vi ó ờng h p, s ờng m t mổ giúp l y sỏ sỏ ờng m C c thu n ti sở y tế ó c nhiề p p p ờng m t c ều trị áp dụng ều ki n trang bị máy nội soi Mộ ộ ể rửa sỏi, tạ n mổ ều ki n cho thao tác l y ò c dụng cụ ộng thủ cơng, cịn sử dụng máy nội soi vi s ờng m t ký sỏi nằm gan gan Phẫu thu t mổ mở l y sỏ s ầu ỏi nhiều công ờng ới áp l c tạo s c ép (t túi ép dịch) Trên giới hãng s n xu t m thiết bị y tế ã ó ó nhiên máy hi chế tạ ịch tạo áp l c ổ ặt Vi ớc phù h p vớ ị ờng m t Tuy ắt, v y vi c nghiên c u ều ki ớc yêu cầu c p thiết hi n ã Trong nội dung lu dịch NaCl 0,9 % rửa sỏi m t phẫu thu - Kiểm soát áp l ết kế chế tạ p ng yêu cầ ặt ra: ịch NaCl 0,9% an toàn phẫu thu t - Đ m b o tính liên tục, vơ trùng dung dịch NaCl 0,9 % - Gi m nhân l c cho vi ơ ủ công tay ồm nội Lu í s : CHƯƠNG 1: PHẪU THUẬT SỎI MẬT NÓI CHUNG Ở BỆNH VIỆN VIỆT- ĐỨC T quan quy trình phẫu thu t sỏi m t, hi n trạng tồn phẫu thu t mổ m t b nh vi n Vi t – Đ c Các máy móc thiết bị cần thiết cho ca mổ sỏi m t nội soi b nh vi n Hữu nghị Vi t – Đ c, yêu cầu kỹ thu Đ ý ớc ề tài, tìm gi i pháp khắc phục b t c p quy trình ửa sỏi m t CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU - Cơ sở lý thuyết thiết kế ều khiển - Cơ sở lý thuyết thiết kế mạ CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO - CHẠY THỬ NGHỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ TẠI BỆNH VIỆN VIỆT – ĐỨC - Sơ nguyên lý mạ ều khiển - Chọn loại linh ki n, thiết bị phục vụ vi c chế tạo - Lắp ặt hoàn chỉnh thiết bị ộ an toàn thiết bị - V n hành chạy thử kiể - Đ ết bị vào thử nghi m ca mổ phẫu thu t sỏi m t b nh vi n Vi t- Đ c th - ế ếp ề ế ết qu ề e Sơ đồ khối chức mạch điều khiển Hình 3.12: Mạch điều khiển chia làm khối A, B, C, D - Khối A: Mạch PI (Propotional Intergrated) Mạch PI sử dụng IC khuyếch ại thu p s ờng thẳng thể tùy A 741 ầu mạch PI tạo n áp triết áp VR ể ạch so ầu vào mạch PI có hai yếu t : + Th nh : Đ p ặt t triết áp VR phía mặt ngồi củ ều chỉnh d i – 12V ơ ới vi c ều chỉnh t ó n áp ộ máy t – 1000 vòng/ phút + Th hai: Hồi tiếp âm t phát t c TG có tác dụng ổ 61 ịnh t ộ máy - Khối B: Mạch khuyếch đại xung chuẩn Đầu mạch xung chuẩ hai nửa chu kỳ dòng ể s s ầu vào mạch c khuyếch ại hai transistor C n xoay chiề ạch so sánh 828 - Khối C: Mạch so sánh tạo xung chữ nhật Sử dụng IC khuyếch ại thu t tốn A 741, tín hi u xung chuẩ ầu vào cử cửa thu n mạch so sánh với tín hi c xung chữ nh o, ầu mạch thu ó ộ rộng xung tùy chỉnh Tín hi u xung chữ nh c ến mạch khuyếch ại công su t Darlington kết h p Transistor C828 ss 1; G2 chu kỳ H106 ể tín hi u qua biến áp xung T1 tạo hai tín hi ều khiển G1, ng với hai thyristor T1, T2 Hai thyristor mở lầ i x ng tạ ò n chiề t hai nửa DC Khối D mạch cấp nguồn DC ± 12V đối xứng D5 Hình 3.13: Mạch nguồn ±12V đối xứng cung cấp cho IC LM 324 Nguồ AC 12V Nguồ AC 12V ix c cung c p biến áp cách ly T i x ng sau cặp tụ 100µ – 100V theo hai chiề n áp ± 12V 62 Đ t cầ D5 c lọc - IC 7812: IC ổn áp có nhi m vụ ổn áp nguồ n +12V, qua tụ lọc 100µ – 100V ó c nguồ n + 12V ổ ịnh ờng thẳng c p nguồn + cho IC LM 324 - IC 7912: IC ổn áp có nhi m vụ ổn áp nguồ n -12V, qua tụ lọc 100µ – 100V ó n - 12V ổ c nguồ ịnh ờng thẳng c p nguồn - cho IC LM 324 Hình 3.17: Bo mạch hồn chỉnh 3.3 Lắp đặt hồn thiện máy bơm ó ầ c làm bằ ủ v t li u ta tiến hành lắp ráp hoàn I dàng cho vi c v sinh, ỏ 304 ó ộ dầy 1.2 mm sáng bóng không rỉ ồng thời dễ ế c lắp ặt chân cao su chắn n b o cho máy khơng bị rung hoạ ộng, máy có trọ Hình 3.15: Bàn đạp đóng mở máy bơm 63 ng 15.5 kg Hình 3.18: Máy bơm lắp hồn chỉnh Sơ đồ khối máy bơm Hình 3.19: sơ đồ khối máy bơm nước muối  Khối nguồn: Gồm biế p ó n áp vào 220V AC Đ n áp ra: + 24V, 48V AC: C p cho Thyristor + Nguồn ổn áp ± 12V DC C p cho IC LM324 64 + Nguồn + 12V DC c p cho triết áp, mạch tạo xung chuẩn, mạch Darlinton  Khối điều khiển: Mạ p ều khiển Thyristor bao gồm kh i + Mạch tạo xung chuẩn p + Mạch PI (Propotional Intergrated) tạ s s ó ầ p + Mạch so sách khuế  Khối chấp hành: M ờng thẳ ạch ều khiển hồi tiếp âm ều khiển Thyristor ớc hoạ ộng theo s tùy chỉnh Phẫu th t viên  Phát tốc: Đ í c gắn dồng trục vớ ề l y hồi tiếp âm ổ u t phát t p n ánh t ộ máy ịnh h th ng  Hiển thị: Đồng hồ hiển thị áp su t ISE – 40 – W1 – 22L – M, hiển thị áp l ò ửa sỏi ng m phẫu thu t viên dễ dàng quan sát l a chọ ó ặt ngõ b o v áp, ều chỉnh phù h p cho yêu cầu chuyên môn 3.4 Vận hành chạy thử kiểm tra độ xác thiết bị Hình 3.20: Máy chạy thử máy BV Việt – Đức 65 Hình 3.21: Máy chạy thử máy BV Việt – Đức Hiệu chỉnh máy ộ Tóm tắt lý thuyết cơng th c chuyể ị ều Tốc độ góc Chu kì Tần số a) Định nghĩa: T bán kính OM ị ề ộ ó ủ é ộ ể ộ ò ị T ổ 66 ộ ó ằ ủ ó ể ộ ω = Δα/Δ b) Đơn vị đo tốc độ góc Nế Δα: ằ ;Δ: c) Chu kì: Chu kì T ủ ể ộ ị C ằ ộ ò ề ộ ò ề ị ủ ω rad/s ể : T = 2πω Đơ ị ủ T giây (s) d) Tần số: Tầ s f ủ giây ể s ò f = 1/T Đơ ị ủ f vòng/s e) Công thức liên hệ tốc độ dài tốc độ góc v= ω f) Lưu lượng Q = S.v Q: ớc - S: Tiế n mặt cắt V: T ộ dịng ch y : Thơng s kỹ thu t củ Đ ờng kính Roller D = 80 mm, R = 0.04m - Đ ờng kính ng silycon d = mm = 0.008 m, r = 0.004m í T công th c thông s kỹ thu Tiết di n c : S = π = 3.14*(0.004)2 = 0.00005 m2 s ng Theo lý thuyết vớ Q = 400 ml/phút hay 0.0000067 m3/s Kết đo đạc máy chạy thử nghiệm  Kết qu chạy thử nghi ầ soi mềm CHF type P20Q hãng Olimpus – Nh t B n s n su Cột 2: VR ( ) p ặt t triế p Cột 3: Đ n áp c p cho motor mặt máy 67 ớc ng nội ửa ều khiển ển thị ồng hồ n áp ò Cột 4: Áp l ớc hiển thị Cột 5: L Đ ồng hồ ằng dụng cụ p ặ Đ p p c mặt máy ạc tiêu chuẩn Áp ò ( L H ) STT VR (V) (V) (ml/ phút) 2.3 9.5 35 - 40 300 2.35 10 45 - 50 350 2.4 10.5 55 - 60 360 2.42 11.5 70 - 75 370 2.45 12 85 - 90 380 2.48 12.5 95 - 100 390 2.51 13 100 - 108 400 2.58 14 110 – 120 410 2.65 15 120 – 145 415 10 2.73 16 145 – 170 420 11 2.78 17 170 - 200 425 Bảng 3.3.1: Quan hệ điện áp với áp lực lưu lượng máy bơm Kết qu c sau 11 lầ p ầu c p cho motor, áp l c dòng t t c giá trị b ng p quan h giữ khiển t triết áp vớ ò ề n , xét c tiến hành chạy thử ta rút nh n xét m i ều khiển t triết áp với áp l c dòng ch ng dòng ch y hàm phi tuyế lu n bá sĩ p ẫu thu t dễ ị n áp iều khiển VR giá trị ều khiể ớc theo yêu cầu chun mơn 68 ể ó p ều ồng biến Kết c áp l ũ  Đ ộ xác củ ế ể tích dung dịch 10 : lầ Đ STT p ặ Đ p Áp ò ( L H ) VR (V) (V) (ml/ phút) 2.51 13 100 - 108 400 2.51 13 100 - 108 402 2.51 13 100 - 108 401 2.51 13 100 - 108 401 2.51 13 100 - 108 398 2.51 13 100 - 108 401 2.51 13 100 - 108 399 2.51 13 100 - 108 399 2.51 13 100 - 108 401 10 2.51 13 100 - 108 400 Bảng 3.3.2: Đo độ xác máy bơm c 10 lầ Kết qu p trị H hoạ thu t sai s ò ớc ổ c giá ịnh 100 – 108 m b o an tồn q trình sử dụng thỏa mãn í ề Đ ều khiể ớc 398 – 402 ml t kết qu chạy thử ta th y ộ  p ổi 13 vol, áp l ng xác củ ó ù ầu thiết kế máy í ổ ịnh củ e ộng liên tục vớ c su t trình ổ p ều khiể VR = 2.51V ịnh 400 ± ml p ép b nh nhân 69 p ng máy ng ng ± 0.5% Trong phẫu c yêu cầu s an toàn cho 3.5 Đánh giá hiệu thiết bị điều trị Đ : p ổ sỏ ( ổ ở) V Đ chia làm nhóm P -N ó 1: -N ó 2: ó sử ụ sử ụ ơ p p: ( ( 07/2009 ế 09/2009) 07/2009 ế 09/2009) Đ ụng củ ớc: - Hồi c u hồ sơ nhóm b nh nhân sử dụ p p p ủ công (bằng tay) nhóm sử dụng máy -P vi í ột s tiêu: lâm sàng, phẫu thu t, thời gian nằm ng dịch truyền, hi u qu kinh tế nhóm Xử lý s li u: phân mềm th ng kê SPSS 15.0 KẾT QU ủ tiêu chuẩ Có 51 b - N ó 1: ớc tay gồm 22 b nh nhân - N ó 2: ớc máy gồm 29 b nh nhân Chỉ tiêu Tuổi Giới c chia làm nhóm Trung bình Không dùng máy Dùng máy 47,09 50,72 Chung p 49,15 0,441 Độ l ch 16,81 16,31 16,46 Nam 45,5% 31% 37,3% 0,223 Nữ 55,5% 69% 62,7% Bảng 3.3.3: tuổi giới nhóm Nhận xét: khơng có s khác bi t tuổi giới nhóm có sử dụng máy không sử dụng máy với p > 0,05 70 Chỉ tiêu Thời gian Không dùng máy Dùng máy Trung bình 126,36 Chung 102,06 p 115,15 0,041 Độ l ch 47,4 35,7 16,46 Bảng 3.3.4: thời gian mổ nhóm Nh n xét: thời gian mổ nhóm có sử dụ nhóm khơng sử dụng máy 126,36 phút với s khác bi 102 p ú ngắ óý ĩ ng kê (p=0,041) Biểu đồ 1: L ng dịch truyền mổ ể rử ờng m t nhóm 16 14 12 10 NaCl rửa NaCl truyền TỔNG SỐ DÙNG MÁY KHÔNG DÙNG Biểu đồ 3.3.1: So sánh lượng dịch truyền hai nhóm Nhận xét: nhóm dùng máy dùng dung dịch NaCl 0,9% rửa bình ò i vớ chiếm 48% Cầ ó ù ý ềs ng NaCl 0,9% dạng huyết ng dịch rửa nhóm gi dung dịch NaCl 0,9% rửa có giá thành 1/2 dạng huyết 71 Chỉ tiêu Không dùng máy Dùng máy Chung Giá thành Trung bình 113.63 78,79 90,15 ( ồng)/bn p 0,023 Độ l ch 46.8 56,7 16,46 Bảng 3.3.5: Hiệu kinh tế tính riêng chi phí cho dung dịch rửa Nh n xét: chi phí cho dung dịch rửa nhóm ù ó ù 78.790 ồng rẻ 113.630 ồng, s khác bi óý ĩ ng kê (p