CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
2.4.2. Kết quả thử nghiệm mơ hình xác định tĩnh mạch
Thiết bị đã được thử nghiệm thử nghiệm trên các tình nguyện viên nam nữ khác nhau tại phịng thí nghiệm. Trong điều kiện phịng sáng đèn huỳnh quang, kết quả cho thấy bằng mắt thường vẫn có thể phân biệt được vị trí tĩnh mạch so với vùng da xung quanh. Hình 2.4.8 minh họa một số kết quả thử nghiệm.
(A) (B) (C)
Hình 2.4.8. Kết quả thử nghiệm mơ hình thiết bị xác định tĩnh mạch:
(A) Tĩnh mạch cánh tay mẫu nữ 25 tuổi (B) Tĩnh mạch cánh tay mẫu nam 23 tuổi
(C) Tĩnh mạch cánh tay mẫu nữ 48 tuổi
Ngồi ra mơ hình cịn được thử nghiệm tại bệnh viện Hùng Vương, thời gian nghiên cứu thử nghiệm là 6 tháng từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2015, tổng số lượng nữ hộ sinh (NHS) tham gia phiếu khảo sát là 30 người.
53
Hình 2.4.9. Tỷ lệ NHS có kinh nghiệm tham gia khảo sát.
Số lượng NHS có kinh nghiệm làm việc trên ba năm ở vị trí lấy tĩnh mạch tĩnh mạch sơ sinh tham gia khảo sát thử nghiệm mơ hình TBSV ở khoa Sơ sinh với 86,67%, thể hiện đối tượng tham gia có chất lượng và nội dung phiếu khảo sát có độ tin cậy cao.
Hình 2.4.10. Ưu điểm của thiết bị soi tĩnh mạch .
Thiết bị soi tĩnh mạch (TBSV) đã giúp giảm đáng kể số lần phải tiêm lại và giúp việc phát hiện tĩnh mạch dễ dàng, và khi có TBSV đã làm giảm số lượng trẻ sơ sinh phải lấy máu vùng đầu (giảm tỷ lệ nhiễm khuẩn và có thể gây di chứng về sau khi trưởng thành). Hình 2.4.10 với tỷ lệ 76,7% người tham gia khảo sát yêu cầu sử dụng TBSV hỗ trợ trong công việc lấy tĩnh mạch trẻ sơ sinh.
54 2.4.3. Thơng số kỹ thuật TÍNH NĂNG MƠ TẢ Tên sản phẩm Kích thước Khối lượng Nguồn sáng Nguồn điện Cơng dụng Tính năng khác Tính an tồn Giá thành BK VEIN 91 x 56 x 25 mm 70g
2 LED cam 590 nm – 3 LED đỏ 635 nmm (5 LEDs – Class 2)
Pin 9V
Xác định tĩnh mạch người lớn và trẻ em Cảm biến nhận diện vật cản tiết kiệm pin Phù hợp với quy định của Bộ Y tế Giá dự kiến: 1.000.000 đồng
55
2.4.4. So sánh với thiết bị nƣớc ngồi
STT TÊN THIẾT BỊ MƠ TẢ
1 Thiết bị BK Vein
- Nguồn sản phẩm: Đề tài KHCN - Kích thước: 91 x 56 x 25 mm - Nguồn điện: 1 Pin 9V
- Nguồn sáng: 2 LED cam 590 nm – 3 LED đỏ 635 nm (5 LEDs – Class 2)
- Cảm biến nhận diện vật cản tiết kiệm pin - Giá dự kiến: 1.000.000 đồng
2 Veinlite LED® - Nguồn sản phẩm: hãng Veinlite
https://www.veinlite.com.
- Nguồn điện: Pin sạc
- Nguồn sáng: 12 LED cam kết hợp 12 LED đỏ (LED Class 2)
- Dùng cho người lớn - Giá thành: 469 US$
3 WEE SIGHT - Nguồn sản phẩm: Philips Healthcare,
http://www.healthcare.philips.com/
- Nguồn điện: 2 Pin AA
- Nguồn sáng: LED đỏ 629 nm (LED Class 2) - Dùng cho trẻ em
- Giá thành: ~ 2.000.000 đồng
Hình 2.4.11.So sánh hình ảnh tĩnh mạch sử dụng:
56
2.5. Nội dung 5: Nghiên cứu chế tạo mơ hình thiết bị chẩn đoán các bệnh lý khoang họng bằng kỹ thuật quang học đa bƣớc sóng
2.5.1. Thiết kế mơ hình thiết bị
Như một thiết bị cùng loại để tham chiếu, thiết bị VELSCOPE (hình 1.3) hoạt động dựa vào sự phát huỳnh quang khác nhau của các loại mơ khác nhaudưới sự kích thích của tia tử ngoại. Mơ hình thiết bị nghiên cứu ban đầu cũng xuất phát từ nguyên lý đó (kết quả nghiên cứu của chuyên đề 2), nhưng đã có thay đổi căn bản mang tính nâng cao: đó là việc sử dụng ánh sáng phân cực đa bước sóng. Trong phương pháp này mơ hình tận dụng cơ chế phát huỳnh quang kết hợp với khả năng khai thác khả năng các mô hiển thị khác nhau dưới các bước sóng khác nhau [40]. Do vậy, thiết bị không chỉ sử dụng để tầm sốt ung thư miệng mà cịn có thể xem xét chẩn đoán cho các loại bệnh lý khoang họng khác.
* Mơ hình thí nghiệm sử dụng phƣơng pháp phân cực đa bƣớc sóng
Hình 2.5.1. Hệ chụp ảnh phóng đại phân cực đa bước sóng.
Mơ hình thiết bị sử dụng quan sát trực quan ánh sáng phân cực từ mơ (hình 2.5.1 bao gồm các thành phần sau:
(1) Máy ảnh KTS Canon 550D, với độ phân giải thực 18 Megapixels cho phép chụp được ảnh phóng đại và chụp ảnh khi nguồn sáng yếu. Đồng thời độ mở
57
của ống kính từ 3.5-5.6 cũng cho phép máy ảnh làm việc trong điều kiện thiếu ánh sáng.
(2) Ống phóng đại là vật kính khẩu độ cao (60x /0. 7 NA) được trang bị trong ống kính để tập trung vào bề mặt hoặc thơng qua kính phẳng với độ dày 1.5 mm. Nhóm kính G2 được di chuyển về phía trước hình cầu và điều chỉnh chính xác màu sắc. Ống phóng đại sử dụng trong thử nghiệm này bao gồm ống 5x và 10x, được lấy từ kính hiển vi.
(3,4) Hệ kính phân cực: bao gồm hai kính kính phân cực, có tác dụng chống nhiễu xạ ánh sáng, đồng thời ánh sáng phân cực có khả năng xuyên sâu vào lớp biểu mô sẽ cho thấy cấu trúc bên trong. Đây chính là đặc điểm quan trọng trong ứng dụng của ánh sáng phân cực với mơ.
(5) Nguồn kích thích: sử dụng bước sóng trong vùng khả kiến từ 420 nm đến 660 nm.
Hình 2.5.2. Sơ đồ khối hệ chụp ảnh phân cực.
Theo sơ đồ khối hình 2.5.2, ánh sáng LED với bước sóng từ 420 nm đến 660 nm được chiếu qua kính phân cực thứ nhất đến vùng cần quan sát. Ánh sáng phản xạ đi qua một hệ phóng đại từ 5 đến 10 lần, tiếp tục đi qua kính phân cực thứ hai. Điều chỉnh góc quay của kính phân cực thứ hai, ta sẽ có các chế độ phân cực khác nhau và qua đó có thể chọn góc tối ưu cho ảnh tốt nhất.
Thiết kế mơ hình thiết bị chẩn đoán các bệnh lý khoang họng bằng kỹ thuật quang học đa bƣớc sóng
58
Sau khi nghiên cứu trên hệ thí nghiệm và xác định các thông số kỹ thuật tối ưu, hệ chụp ảnh phóng đại phân cực đã được thu nhỏ lại thành một thiết bị cầm tay nhỏ gọn, linh hoạt hỗ trợ chẩn đoán các bệnh lý trong vịm họng và được tích hợp với bốn phương thức chụp khác nhau trên cùng thiết bị.
Hình dạng thiết bịđược thiết kế 3D trên phần mềm Solidworkvới hình dạng tổng thể như hình 2.5.3 bao gồm các thành phần sau:
(1) Nguồn kích thích sử dụng LED cơng suất có vùng phát quang lớn, trường chiếu rộng ở bốn bước sóng khác nhau: ánh sáng trắng, màu tím (380 nm), màu xanh dương (420 nm), màu xanh lá (530 nm) và màu đỏ (650 nm).
(2,3) Hệ kính phân cực chống nhiễu xạ và tạo ánh sáng phân cực có khả năng xuyên sâu vào trong biểu mô để thấy rõ được cấu trúc bên trong.
(4) Thấu kính hội tụđược sử dụng phóng đại ảnh thu được để mắt thường có thể nhìn thấy tốt hơn. Để phù hợp với thiết bị cầm tay trong việc hỗ trợ chẩn đoán và cấu tạo của vịm họng thấu kính có độ phóng đại khoảng 2 lần nhóm đã được sử dụng .
(5) Cơng tắc điều khiển có thể chuyển chế độ màu sắc khác nhau cũng như tắt mở nguồn.
(6) Nguồn điện: sử dụng pin sạc 3.7 V cấp điện cho LED hoạt động.
59
Sản phẩm mơ hình sử dụng chất liệu nhựa ABS với hai màu đen và trắng dùng cho máy in 3D có chất lượng tốt, khả năng chịu nhiệt lên trên 100 độ C. Tổng khối lượng vào khoảng 110g (hình 2.5.4).
Hình 2.5.4. Mơ hình cầm tay thiết bị chẩn đốn khoang họng.
2.5.2. Kết quả thử nghiệm mơ hình thiết bị chẩn đốn khoang họng
Thiết bị mơ hình đã được gửi đến thử nghiệm tại một số bệnh viện và phòng khám trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh. Tổng số bác sĩ tham gia thử nghiệm đánh giá là 09 người (biên bản đánh giá đính kèm trong phụ lục).
Bảng 2.5.1: Danh sách BS tham gia thử nghiệm thiết bị soi khoang họng
STT Họ và tên Địa chỉ
1 BS Dương Văn Thọ
Trưởng khoa liên chuyên khoa
Bệnh viện quận 6 TP HCM
2 TS. BS Đặng Văn Khanh Khoa Răng Hàm Mặt
Bệnh viện Quân Y 7A
3 BS Lê văn Điền Khoa Răng Hàm Mặt
Bệnh viện Quân Y 7A
4 BS Giao Tuấn Cường Khoa Răng Hàm Mặt
60
STT Họ và tên Địa chỉ
5 BS Đào Thị Thu Hà Khoa Tai Mũi Họng
Bệnh viện Quân Y 7A
6 BS Lê Văn Chinh Khoa Tai Mũi Họng
Bệnh viện Quân Y 7A
7 BS Nguyễn Trung Dũng Khoa Tai Mũi Họng
Bệnh viện Quân Y 7A
8 BS Mai Văn Thu
BV Chỉnh hình và PHCN TP.HCM
1A Lý Thường Kiệt Q 10. TP HCM
9 BS Lê Thanh Cao 100/4 An Dương Vương. Q 5 TP HCM
Theo đánh giá của các bác sĩ tham gia khảo sát (hình 2.5.5):
- Thiết bị giúp tăng khả năng quan sát bề mặt các mơ vịm họng (8/9)
- Hệ phân cực ánh sáng giúp hạn chế hiện tượng chói phản xạ do nước gây ra tại bề mặt, nâng cao khả năng tương phản giữa các mơ khi sử dụng các bước sóng khác nhau (7/9).
- Sử dụng thiết bị soi vòm họng hỗ trợ chẩn đoán tốt hơn các bệnh lý về vịm họng. (8/9)
- Trong q trình khảo sát thường xuyên sử dụng thiết bị soi trong chẩn đốn các bệnh lý vịm họng (9/9).
- Giá thành sản phẩm thiết bị soi vòm họng là phù hợp (9/9)
- Sản phẩm có khả năng ứng dụng tốt (trong đó 5/9 bác sĩ có ý kiến sẽ sử dụng và 4/9 BS có thể sử dụng sau khi xem xét sản phẩm thực tế)
61
.Hình 2.5.5. Ưu điểm của thiết bị soi vịm họng
2.5.3. Thơng số kỹ thuật TÍNH NĂNG MƠ TẢ TÍNH NĂNG MƠ TẢ Tên sản phẩm Kích thước Khối lượng Nguồn sáng Nguồn điện Cơng dụng Tính năng khác Tính an tồn Giá thành BK ORAL 170 x 75 x 95 mm 120g LED (380, 420, 530, 630 nm, trắng - Class 2) Pin 9V
Chẩn đoán các bệnh lý khoang họng người lớn và trẻ em Hệ kính phóng đại 3X
Có thể kết nối máy ảnh, smartphone để chụp ảnh
Phù hợp với quy định của Bộ Y tế Giá dự kiến: 2.000.000 đồng
62
Bản vẽ kỹ thuật:
2.5.4. So sánh với thiết bị nƣớc ngoài
STT TÊN THIẾT BỊ MÔ TẢ
1 Thiết bị BK Oral - Nguồn sản phẩm: Đề tài KHCN - 170 x 75 x 95 mm - Nguồn sáng: LED (380, 420, 530, 630 nm, trắng - Class 2)
- Nguồn điện: Pin 9V
- Chẩn đoán các bệnh lý tổng quát khoang họng người lớn và trẻ em
- Hệ kính phóng đại 3X
63
- Giá dự kiến: 2.000.000 đồng
2 VELSCOPE®
VX
- Nguồn sản phẩm: VELSCOPE Co., https://www.velscope.com.
- Kích thước: 220 x 90 x 60 mm
- Nguồn sáng: LED 400 – 460 nm (~1W)
- Nguồn điện: 5A, 12 Volt DC
- Chẩn đoán các bệnh lý ung thư, u viêm khoang họng người lớn và trẻ em
- Có thể kết nối máy ảnh, smartphone để chụp ảnh
- Giá dự kiến: ~3000 US$
2.6. Nội dung 6: Nghiên cứu chế tạo mơ hình thiết bị chẩn đốn các bệnh lý về da bằng kỹ thuật quang học đa bƣớc sóng
2.6.1. Thiết kế mơ hình thiết bị
Như một thiết bị cùng loại để tham chiếu, thiết bị DERMLITE (hình 1.2) hoạt động dựa vào sự phân cực của ánh sáng LED trắng. Mơ hình thiết bị nghiên cứu ban đầu xuất phát từ nguyên lý phát huỳnh quang (kết quả nghiên cứu của chuyên đề 2), nhưng đã thay đổi căn bản mang tính nâng cao theo 2 phương án: ánh sáng trắng phân cực và đa bước sóng phân cực. Trong phương pháp này mơ hình tận dụng cơ chế phân cực ánh sáng với khả năng khai thác khả năng các mô hiển thị khác nhau dưới các bước sóng khác nhau [40]. Do vậy, thiết bị có tiềm năng sử dụng để xem xét chẩn đoán hiệu quả cho các loại bệnh lý về da khác nhau.
* Mơ hình chụp ảnh phân cực đa bƣớc sóng
Do tính chất tán xạ ánh sáng của các mơ sinh học, góc phân cực bị thay đổi do tán xạ ở các lớp sâu hơn khác so với ánh sáng phản xạ trên bề mặt. Hiện tượng này có thể giúp bác sĩ chuyên khoa phát hiện các tổn thương khác biệt ở các lớp da khác nhau và thơng qua đó có cái nhìn chi tiết về các thơng tin cấu trúc sâu của da [47-52]. Nguyên tắc của một thiết bị phân cực chéo được hiển thị trong hình 2.6.1.
64
Hình 2.6.1. Ngun tắc của mơ hình thiết bị phân cực chéo.
Sau khi nghiên cứu trên hệ thí nghiệm (đã mô tả trong mục 2.5.1) và xác định các thông số kỹ thuật tối ưu, hệ chụp ảnh phóng đại phân cực đã được thu nhỏ lại thành một thiết bị cầm tay nhỏ gọn, linh hoạt hỗ trợ chẩn đoán các bệnh lý da liễu.
Các đặc điểm chính của mơ hình có thể kể đến như sau:
- Mơ hình thiết bị soi da bằng phương pháp quang học bao gồm các bộ phận: hệ kính phân cực, hệ phóng đại, phần vỏ hộp thiết bị, nguồn sáng LED cơng suất đa bước sóng (hình 2.6.2) . Trịng kính quan sát gắn ở hệ phóng đại là dịng kính chất lượng cao với độ phóng đại 10x, tăng khả năng quan sát các chi tiết nhỏ, hệ kính được hiệu chỉnh màu và hiệu chỉnh phẳng, loại trừ hiện tượng quang sai và sắc sai.
- Mơ hình thiết bị soi da có 2 phiên bản: LED trắng và LED đa bước sóng gồm các cặp đèn LED trên vịng trịn được bố trí đối xứng nhau qua tâm hệ kính phóng đại để đảm bảo trường chiếu đồng nhất.
- Tích hợp hệ quang học phân cực ánh sáng, được bố trí gồm hai kính phân cực bắt chéo, một đặt ngay sau nguồn sát LED và một đặt sau hệ kính phóng đại nhằm loại bỏ ánh sáng chói ngay bề mặt tổn thương và bóng mờ từ trường nhìn, cho phép quan sát các tế bào và các mô nằm trong các lớp bên dưới bề mặt tổn thương.
65
Hình 2.6.2. Mơ hình thiết bị soi da: 1- Kính phân cực 1; 2-Hệ phóng đại 10x; 3-
Phần vỏ hộp thiết bị;4- Công tắc; 5- Khu vực chứa nguồn (Pin 9V); 6- Vị trí đặt kính phân cực 2; 7- Cụm LED chiếu sáng; 8- Kính phân cực 2; 9- Nắp nguồn
2.6.2. Kết quả thử nghiệm mơ hình thiết bị chẩn đốn da a) Thử nghiệm xử lý ảnh đa bƣớc sóng a) Thử nghiệm xử lý ảnh đa bƣớc sóng
Sau khi hồn thiện mơ hình nghiên cứu, thiết bị được thử nghiệm với những dấu hiệu bệnh chứng khác nhau. Các ảnh đa bước sóngđược xử lý bằng thuật tốn tùy thuộc vào dạng tổn thương theo tài liệu của Tanaka [53].
*Tổn thƣơng khơng melanocytic
Các thuật tốn được áp dụng là tăng tương phản melanin, tăng tương phản máu. Để tăng tương phản melanin ảnh chụp với ánh sáng đỏ 630 nm tạm gọi là Red được sử dụng. Sử dụng xử lý ảnh số theo công thức:
Ảnh Red màu được chuyển đổi thành một hình ảnh cường độ 8-bit màu xám. Kết quả là các cấu trúc sắc tố xuất hiện với độ tương phản tăng. Hình 2.6.3 và 2.6.4 minh họa cho kỹ thuật trên.
66
A B C
Hình 2.6.3. Ảnh chụp vết tàn nhang bằng ánh sáng thường (A) và ánh sáng đỏ (B),
hình ảnh tương phản melanin (C).
A B
Hình 2.6.4. Ảnh chụp nốt ruổi bằng ánh sáng đỏ (A), ảnh tương phản melanin (B).
Để tăng tương ph ản của hemoglobin, thuật toán lồng ghép 2 ảnh, 1 ảnh chụp với ánh sáng xanh 550nm (Green) và 1 ảnh chụp với ánh sáng đỏ 630nm (Red) được sử dụng theo công thức sau:
67
C D
Hình 2.6.5.Ảnh Red (A), ảnh Green (B), tăng tương phản melanin từ hình A (C),
ảnh tăng tương phản máu (D).
Hình 2.6.5 cho thấy sự khác nhau đáng kể sau khi xử lý tương phản melanin và tương phản máu.
*Tổn thƣơng melanocytic
Các thuật toán được áp dụng là tăng độ tương phản melanin, tăng độ tương phản melanin bề mặt.Thuật toán tăng độ tương phản melanin bề mặt được xử lý theo công thức sau:
Hình 2.6.6. Ảnh vết sắc tố chụp bằng ánh sáng thường (A), ánh sáng thường phóng
68
Hình 2.6.6minh họa trường hợp làm rõ sắc tố da bẳng phương pháp tăng tương phản melanin bề mặt.
Các kết quả thử nghiệm cho những kết luận hồn tồn tương thích với kết quả của