TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ~~~~~  ~~~~~ LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THEO DÕI VÀ QUẢN LÝ KHÍ Y TẾ TRUNG TÂM NGUYỄN TIẾN TUYÊN CB180189 ngmanhtuyen.75@gmail.com Ngành Kỹ thuật y sinh Giảng viên hướng dẫn: Viện: TS PHẠM THÀNH CÔNG Điện tử - Viễn thông Hà Nội - 7/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THEO DÕI VÀ QUẢN LÝ KHÍ Y TẾ TRUNG TÂM NGUYỄN TIẾN TUYÊN CB180189 ngmanhtuyen.75@gmail.com Ngành Kỹ thuật y sinh Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Thành Công Viện: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI - 07/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Tiến Tuyên Đề tài luận văn: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THEO DÕI VÀ QUẢN LÝ KHÍ Y TẾ TRUNG TÂM Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh Mã số SV: CB180189 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 22 tháng năm 2020 với nội dung sau: Đã sửa chữa bảng biểu rõ ràng Đã rà sốt lại lỗi tả Ngày 28 tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Trong q trình học tập hồn thiện luận văn Thạc sỹ em nhận giúp đỡ Thầy cô bạn đồng nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc t i : Tiến sỹ Phạm Thành Công định hướng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực nghiên cứu đề tài Em xin trân trọng cảm ơn giảng dạy, hỗ trợ học tập tạo điều kiện tốt Thầy Cô giáo Bộ môn Công nghệ Điện tử Kỹ thuật Y sinh, Trung tâm Điện tử Y sinh Thầy Cô giáo Viện Điện tử - Viễn thông thời gian qua tạo điều kiện giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu thực đề tài Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn đồng nghiệp ln động viên, khích lệ đồng hành, giúp đỡ Tơi trình học tập, thực nghiên cứu đề tài Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Tiến Tuyên TÓM TẮT LUẬN VĂN Qua khảo sát thực trạng sử dụng khí y tế Trung tâm y tế, Bệnh viện đa khoa tỉnh Bắc Giang đặc biệt Bệnh viện Hữu nghị Việt – Đức có hệ thống khí y tế trung tâm chưa có hệ thống theo dõi quản lý khí y tế trung tâm phù hợp, có hiệu Từ cho thấy việc xây dựng hệ thống kiểm sốt khí y tế trung tâm cần thiết, phải có tính thực tiễn cao, phù hợp giá thành dễ lắp đặt thiết bị Luận văn “Thiết kế chế tạo hệ thống mô theo dõi quản lý khí y tế trung tâm”.gồm 04 chương: - Chương 1: Tổng quan hệ thống khí y tế trung tâm - Chương 2: Mơ hình hệ thống - Chương 3: Thiết kế hệ thống - Chương 4: Kết đo Luận văn cung cấp thơng tin hệ thống khí y tế trung tâm, thiết bị sử dụng khí y tế trung tâm, đồng thời ứng dụng việc sử dụng công nghệ thơng tin vào quản lý, vận hành hệ thống khí y tế trung tâm nói riêng tiến tới đồng hệ thống thiết bị y tế nói chung Nhằm kiểm soát lưu lượng sử dụng, đánh giá tình trạng hệ thống khí y tế trung tâm cho phép phát rị khí sớm đưa cảnh báo tới người quản lý, sử dụng từ giúp tiết kiệm chi phí vận hành hệ thống khí, giúp bệnh viện sử dụng hiệu tiết kiệm nguồn khí y tế trung tâm, dựa sở lý thuyết, nguyên lý hệ thống, em thiết kế thành cơng hệ thống kiểm sốt khí y tế quy mơ thí nghiệm Luận văn tiền đề để tiếp tục mở rộng nghiên cứu tiến tới đưa sản phẩm ứng dụng vào hệ thống thực tế hoàn thiện tương lai, giúp Bệnh viện tăng cường cơng tác quản lý, đánh giá việc sử dụng khí y tế đơn vị thời điểm, việc vận hành hệ thống an toàn i MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI i DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG KHÍ Y TẾ TRUNG TÂM .1 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Kết cấu hệ thống .3 1.2.1 Hệ thống nguồn 1.2.2 Hệ thống đường dẫn khí kiểm sốt khu vực 1.2.3 Các dạng đầu khí y tế trung tâm 1.3 Các thiết bị ngoại vi ứng dụng 11 1.4 Thực trạng hệ thống khí số sở y tế 14 1.5 Thực trạng ứng dụng CNTT truyền thông vận hành hệ thống khí y tế trung tâm 15 1.6 Kết luận chương 16 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG 17 2.1 Giới thiệu chương .17 2.2 Nguyên lý hệ thống .17 2.3 Dự kiến mơ hình hệ thống 17 2.4 Tổng quan kết nối LoRa .17 2.4.1 Khái niệm LoRa .17 2.4.2 Nguyên lý hoạt động LoRa 19 2.4.3 Các Thông số hoạt động LoRa 22 2.4.4 Các module LoRa sẵn có thị trường 24 2.5 Kết luận chương 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .26 3.1 Giới thiệu chương .26 3.2 Sơ đồ hệ thống module sử dụng 26 3.2.1 Khối cảm biến khí y tế 27 ii 3.2.2 Khối mạch xử lý .31 3.2.3 Module LoRa 32 3.2.4 Khối hiển thị 34 3.3 Thiết kế trạm đo trung tâm .35 3.4 Hệ thống phần mềm 36 3.5 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐO 38 4.1 Giới thiệu chương .38 4.2 Mô hệ thống 38 4.3 Kết thí nghiệm .39 4.3.1 Phương pháp đo 39 4.3.2 Kết thí nghiệm 40 4.4 Kết luận chương 43 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hệ thống khí y tế trung tâm tiêu biểu Hình Nguồn Ô xy .3 Hình Bộ hóa .4 Hình Hệ thống máy khí nén Hình Hệ thống máy hút khí Hình Hệ thống ống dẫn khí Hình Các loại ổ khí gắn tường Hình Trụ khí y tế 10 Hình Dây dẫn khí treo trần .10 Hình 10 Máy gây mê máy thở drager 11 Hình 11 Máy hút dẫn lưu áp lực thấp loại 03 bình model HDLT - 310 12 Hình 12 Máy hút dẫn lưu loại 03 bình HDLC – 310 12 Hình 13 Máy hút dẫn lưu loại 02 bình model: HDLT - 205 .12 Hình 14 Hệ thống hút dịch 13 Hình 15 Máy bơm CO2 phẫu thuật 13 Hình Các cấu trúc mạng truyền thông LPWAN 18 Hình 2 Radio packet LoRA .20 Hình Dự báo khả tang trưởng truyền thơng LoRa 20 Hình Mơ hình kết nối dạng LoRaWan 22 Hình Module RF433 SX1278 IPEX RA-02 24 Hình Module E32-433T20DCL .24 Hình Cấu chung hình hệ thống giám sát 26 Hình Sơ đồ khối hệ thống .26 Hình 3 Cảm biến oxy máy thở 27 Hình cảm biến SPO2 27 Hình Cảm biến lưu lượng khí dựa ngun lý nhiệt độ khơng đổi 28 Hình Cảm biến lưu lượng dựa nguyên lý thay đổi nhiệt độ 28 Hình Cảm biến lưu lượng khí dịng MF5700 29 iv Hình Sơ đồ khối cảm biến lưu lượng khí dịng MF5700 .30 Hình Module RS485 – TTL01 32 Hình 10 Module wifi ESP8266 ESP – 12F 33 Hình 11 Module lora RF433 SX1278 IPEX RA – 02 .34 Hình 12 Sơ đồ khối chức trạm kết nối trung tâm .35 Hình Hình ảnh hệ thống kiểm sốt lưu lượng khí demo 38 Hình Máy nén khí 38 Hình Ống dẫn khí 39 Hình 4 Giao diện theo dõi hệ thống tổng 40 Hình Biểu đồ lưu lượng khí hệ thống 41 Hình Biểu đồ tổng lượng khí sử dụng hệ thống .42 Hình Giao diện kết khoa hồi sức tích cực 43 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Thống kê lượng khí sử dụng tháng năm 2020 Trung tâm y tế huyện Lục Ngạn 14 Bảng Thống kê lượng khí sử dụng tháng năm 2020 Bệnh viện tỉnh Bắc Giang .14 Bảng Thống kê lượng khí sử dụng tháng năm 2020 Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức .15 Bảng Tỷ lệ tăng liệu tương ứng với CR 23 Bảng 2 Bảng liệu sử dụng tương ứng với ứng dụng 23 Bảng Thông số kỹ thuật họ cảm biến 5700 31 Bảng Bảng chuẩn wifi 802.11 33 Bảng Kết thu hệ thống 10 phút .41 vi Bảng Thông số kỹ thuật họ cảm biến 5700 3.2.2 Khối mạch xử lý Khối mạch xử lý bao gồm hệ thống mạch đệm, mạch xử lý tín hiệu, mạch chuyển đổi A/D (analog to digital) vi điều khiển (MCU) Các khối tích hợp bên cảm biến lưu lượng khí MF5700 Khối mạch đệm, xử lý tín hiệu đầu vào gọi chung khối mạch điều khiển tín hiệu Tại tín hiệu gửi từ cảm biến xử lý khuếch đại, lọc nhiễu, xử lý lại trước đưa sang khối chuyển đổi tương tự số Mạch chuyển đổi A/D chuyển tín hiệu tương tự sau xử lý từ khối điều khiển tín hiệu sang tín hiệu số vi điều khiển hiểu xử lý Sau gửi tín hiệu số hóa sang cho MCU xử lý Vi điều khiển, phần trung tâm khối xử lý Nó máy tính tích hợp chip tạo qua VLSI Vi điều khiển bao gồm: xử lý trung tâm (CPU), nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), nhớ đọc (ROM), cổng vào/ra, đếm thời gian đếm Vi điều khiển sau nhận liệu từ khối A/D xử lý đọc xuất giá trị lưu lượng dịng khí hiển thị lên hình Đồng thời giá trị gửi mạch phát LoRa để truyền hệ thống trung tâm 31 3.2.3 Module LoRa Module LoRa phần không quan trọng hệ thống Để đảm bảo truyền dẫn tín hiệu xa qua tòa nhà, chịu nhiều vật cản mà lại không tốn nhiều lượng, hoạt động với công suất thấp độ ổn định cao LoRa lựa chọn hàng đầu Trong công nghiệp, người ta áp dụng khả truyền dẫn tín hiệu RF với khoảng cách lên tới hàng Km với nguồn lượng không lớn nhờ module LoRa Trong hệ thống này, khoảng cách tịa nhà mối bận tâm khó khăn gây cản trở lớn việc truyền dẫn Khoảng cách khơng xa có nhiều cản trở tường bê tơng, cửa kính, … Chính giải pháp đưa sử dụng module LoRa vừa đảm bảo việc truyền dẫn, vừa lúc nhiều thiết bị giao tiếp với Khối LoRa phát: Trong quy mơ phịng thí nghiệm, em sử dụng hệ thống module LoRa phát gồm hai module nhỏ: module RS485 – TTL01 module wifi ESP8266 ESP – 12F - Module RS485 – TTL01 đảm nhận vai trị module nhận tín hiệu từ vi điều khiển bên cảm biến MF5700 chuyển đổi từ giao tiếp TTL vi điều khiển sang Hình Module RS485 – TTL01 chuẩn RS485 Với khả chống nhiễu, chống sét, module cho tin cậy lớn áp dụng ngồi mơi trường thực tế Thơng số kỹ thuật module RS485 – TTL01: o Điện áp hoạt động: 3.3 – 5V o Khoảng cách truyền dẫn: khoảng 800m o Phạm vi nhiệt độ làm việc: -40oC đến + 85oC - Module wifi ESP8266 ESP – 12F đảm nhận vai trị module phát sóng RF truyền liệu thu đặt trung tâm điều khiển Thông số kỹ thuật module wifi ESP8266 ESP – 12F: 32 o Sử dụng chip ESP8266, tích hợp MCU 32 bit o ADC 10 bit o Tần số wifi: 2.4 GHz o Hỗ trợ: bảo mật WPA/WPA2, giao thức TCP/IP o Bộ nhớ flash: 4MB Hình 10 Module wifi ESP8266 ESP – 12F o Điện áp hoạt động: 3.3 – 5V Module sử dụng chuẩn wifi 802.11 b với khả truyền phát lên tới khoảng 30m với điều kiện nhà khoảng 135m điều kiện ngồi trời khơng vật cản Bảng Bảng chuẩn wifi 802.11 33 Khối LoRa thu: Sử dụng phạm vi nhỏ phịng thí nghiệm, với mơ hình hệ thống giả định thu nhỏ, em chọn module thu gồm module lora RF433 SX1278 IPEX RA – 02 Module RF433 SX1278 IPEX RA – 02 sử dụng chip SX1278 nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA tiết kiệm lượng truyền dẫn xa Trong hệ thống module RF433 SX1278 IPEX RA – 02 đảm nhận vai trị Hình 11 Module lora RF433 SX1278 IPEX RA – 02 module lora nhận tín hiệu từ module lora phát đặt nhánh hệ thống khí y tế trung tâm Thông số kỹ thuật module RF433 SX1278 IPEX RA – 02: - IC chính: SX1278 từ SEMTECH - Dải tần: 420 – 450 MHz Cổng giao tiếp: SPI/GPIO Dải điện áp hoạt động: 1.8 – 3.7V Dải nhiệt độ hoạt động: -40oC đến +85oC Truyền thông lan truyền LoRaTM + 20dBm - 10mW Ổn áp RF ổn định điện áp vào thay đổi Giao tiếp SPI half-duplex Tốc độ bit lập trình đạt đến 300kbps Hỗ trợ chế độ FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRaTM OOK Modulation Mode - Dải sóng RSSI 127dB 3.2.4 Khối hiển thị Khối hiển thị gồm loại thiết bị ngoại vi có kết nối internet máy tính trung tâm, máy tính cá nhân, điện thoại di động có kết nối internet Với thiết kế ứng dụng module LoRa, ta thu thập liệu cho phép truyền tới server hiển thị kết web Nhờ vào hiệu việc hiển thị kết web, người quản lý dễ dàng theo dõi tình trạng hệ thống khí, lượng nạp vào, lượng tiêu thụ nhánh cách nhanh gọn, dễ dàng Thêm vào với thiết kế web cho phép so sánh, lập 34 biểu đồ tiêu thụ nhánh hệ thống, cho phép phát rò rỉ khí, thất khí giúp nhà quản lý nhanh chóng lên kế hoạch sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống 3.3 Thiết kế trạm đo trung tâm Trạm trung tâm nơi chuyển phát liệu từ trạm server lưu trữ (sẵn có bệnh viện, cloud thuê riêng) Sơ đồ khối chức trạm trung tâm hình sau Mô-đun thu-phát không dây Kết nối Internet Bộ xử lý liệu trung tâm Internet Khối nguồn Hình 12 Sơ đồ khối chức trạm kết nối trung tâm Cũng tương tự mạch thu phát LoRa trình bày trên, trạm trung tâm có 01 thu phát LoRa tương tự Các liệu thu từ mô đun thu phát truyền tới xử lý liệu trung tâm Tại đây, liệu nhận từ mô đun giải mã liệu, phân chia theo ID trạm Sau xác nhận ID thông tin, trạm gửi tin xác nhận nhận liệu thành công đến trạm Sau kết nối mạng để gửi thơng tin bên ngồi mà cụ thể gửi liệu đến server lưu trữ (định địa IP) Có thể gửi lệnh điều khiển đến trạm để thực lệnh theo yêu cầu từ người dùng Có thể có nhiều Trạm trung tâm cho hệ thống đo này, nhằm mở rộng phạm vi đo đến số nơi bệnh viện mà trạm trung tâm không đáp ứng Các trạm trung tâm hoạt động độc lập, chia kênh khác không gây nhiễu không gây trùng lặp liệu (dữ liệu trùng) Như thấy, xử lý trung tâm làm việc 01 máy tính cá nhân Do đó, để đảm bảo tốc độ xử lý độ ổn định khả mở rộng hệ thống, xử lý trung tâm chọn Raspberry Pi Model B+ Raspberry Pi Model B+ sản phẩm gia đình Raspberry Pi, bật với chip nhân 64-bit có tốc độ 1.4GHz – nhanh từ trước đến nay! Phiên hỗ trợ Wifi Dual-band 2.4GHz 5GHz, Bluetooth 4.2/Bluetooth Low Energy, cổng Ethernet tốc độ cao (300Mbps) Power over Ethernet (PoE) thông qua PoE HAT 35 Bên cạnh thay đổi đó, kích thước bề ngồi phần mềm Raspberry Pi Model B+ giữ ngun, ta hồn tồn sử dụng lại phụ kiện cũ vỏ, thẻ nhớ, adapter (nguồn điện) phần mềm chạy Raspbian/Ubuntu Tuy nhiên, hệ điều hành sử dụng để hỗ trợ bo mạch Thông số kỹ thuật - Vi xử lý: Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC @1.4GHz - RAM: 1GB LPDDR2 SDRAM - Kết nối: 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps) - Hỗ trợ: 40-pin GPIO, cổng USB2.0 - Video âm thanh: cổng full-sized HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output composite video chân - Multimedia: H.264, MPEG-4 decode (1080p30), H.264 encode (1080p30); OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics - Lưu trữ: MicroSD - Điện áp hoạt động: 5V/2.5A DC cổng microUSB, 5V DC chân GPIO, Power over Ethernet (PoE) (yêu cầu thêm PoE HAT) 3.4 Hệ thống phần mềm Với mong muốn khơng theo dõi mà cịn lập biểu đồ so sánh, đánh giá hiệu hệ thống Đồng thời đưa cảnh báo rị khí, cố khí hệ thống khí y tế trung tâm Một phần mềm chạy PC chí tảng điện thoại di động phát triển Hệ thống phần mềm đáp ứng yêu cầu độ nhanh nhạy cập nhật thông tin, cập nhật liên tục trạng thái hệ thống cho người dùng, nhà quản lý theo dõi sát hệ thống Ngồi phần mềm tự động lập biểu đồ cập nhật liên tục kết theo thời gian biểu đồ giúp người quản lý so sánh, kiểm tra lượng khí sử dụng khoa phòng Chức cảnh báo phát triển phầm mềm, qua đảm bảo tính an tồn cho hệ thống cho người làm việc trực tiếp với hệ thống hay chí bệnh nhân Cảnh báo có mức cảnh báo riêng cho trường hợp rò rỉ khí hay vỡ, hở đường ống hay cố khác Cảnh báo đưa thông báo điện thoại tạo cảnh báo âm trực tiếp hệ thống phòng điều khiển Trước mắt, để tiện cho việc truyền liệu theo dõi liệu, em sử dụng cloud server IBM làm máy chủ ảo Với việc sử dụng máy chủ ảo, ta kết nối tài 36 nguyên từ nhiều máy chủ vật lý nguồn tài nguyên máy chủ ảo gần vô hạn Mỗi máy chủ ảo xử dụng hệ điều hành riêng, phần cứng riêng biệt với đầy đủ chức quản lý cao sử dụng cấu hình riêng biệt Cloud Server máy chủ ảo phát triển dựa tảng điện toán đám mây Nó có đầy đủ chức máy chủ ảo sử dụng nguồn tài nguyên từ việc kết nối nhiều máy chủ vật lý với Lý chọn Cloud Server ưu điểm bật so với hệ thống server có thị trường Cloud Server ngồi tính máy chủ ảo nói trên, cịn đáp ứng tính khác độ ổn định cao, tài nguyên sẵn, tốc độ truy cập server cao, dễ dàng nâng cấp nguồn tài nguyên dư thừa, dễ dàng quản trị Kết đo hiển thị trang web, truy cập kiểm tra kết thiết bị thông minh kết nối internet nào: http://medicaloxygensystem.mybluemix.net/ui/ 3.5 Kết luận chương Kết thúc chương 3, em trình bày thiết kế hệ thống cụ thể, kết cấu hệ thống thiết bị phần cứng cần thiết để thiết lập hệ thống Với trình bày chương này, việc xếp, xây dựng hệ thống giả định mô quy mơ phịng thí nghiệm khả thi Hệ thống mơ thực tế xây dựng chương sau 37 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐO 4.1 Giới thiệu chương Từ ý tưởng thiết kế, lựa chọn linh kiện, thiết bị để lên kế hoạch lắp đặt chạy thử cho hệ thống mô đo đạc đưa thơng số cần thiết Trong q trình đo lường, đích đến cuối đạt kết đo đạc mong muốn Kết đạt phải đáp ứng tiêu chí đánh giá kết để chứng minh độ tin cậy kết Vì chương này, em trình bày cách mơ hệ thống, lắp đặt mơ hình hệ thống mơ phỏng, đo đạc kết quy mơ phịng thí nghiệm đánh giá kết đo 4.2 Mô hệ thống Hình Hình ảnh hệ thống kiểm sốt lưu lượng khí demo Dựa vào thiết kế hệ thống trình bày chương 3, em xây dựng thành cơng hệ thống kiểm sốt lưu lượng khí y tế mơ phịng thí nghiệm Hệ thống gồm phần: - Nguồn khí giả định: Nguồn khí giả định máy nén khí với khả cung cấp khí liên tục tạo lưu lượng chảy - Hệ thống dây dẫn khí giả định loại ống đồng tương tự hệ thống Hình Máy nén khí 38 ống đồng sử dụng hệ thống khí y tế trung tâm - Hệ thống cảm biến: Các cảm biến sử dụng dòng cảm biến MF5700 cụ thể model MF5712 sử dụng làm cảm biến lưu lượng khí mơ hình - Hệ thống van vịi giả định khóa giả định trường hợp hở khí, rị khí… Hình Ống dẫn khí Hệ thống thực nghiệm: Theo đó, hệ thống mơ xây dựng với nguồn khí kết nối với cảm biến qua dây dẫn khí van khí đóng vai trị van điều áp hệ thống Ngồi van khí lắp đặt làm giả định tình rị khí hở đường ống Cách thức hệ thống vận hành sau: máy nén khí hoạt động, máy nén khí đóng vai trị nguồn khí liên tục, liên tục cấp lưu lượng khí khơng đổi chạy vào đường ống Luồng khí Hình 4 Cảm biến khí y tế MF5712 sau chạy vào đường ống bắt đầu qua cảm biến lưu lượng khí đóng vai trị thiết bị kiểm sốt lưu lượng phía nguồn cấp Sau luồng khí chạy qua cảm biến kiểm sốt đầu nguồn chia nhánh Tại nhánh có cảm biến lưu lượng đảm nhiệm chức vụ đo đưa thông số lưu lượng nhánh hệ thống Các van bố trí đường ống để tạo trường hợp giả định rị khí đóng vai trị van điều áp đóng mở đường khí 4.3 Kết thí nghiệm Nhờ việc xây dựng thành cơng hệ thống mơ phỏng, em tiến hành đo đạc thử nghiệm hệ thống bước đầu đạt kết bản, đánh dấu việc vận hành ứng dụng vào thực tiễn 4.3.1 Phương pháp đo Trong hệ thống đo đạc, việc xây dựng phương pháp đo đóng vai trị vơ quan trọng mang tính khẩn cấp Hệ thống đo lưu lượng khí y tế trung tâm ngoại lệ Để hệ thống phát huy hiệu cao nhất, việc xây dựng phương pháp đo phù hợp vô cần thiết Phương pháp đo cho hệ thống khí y tế 39 trung tâm mà em chọn lựa phương pháp đo dựa nguyên lý cảm biến lưu lượng nhiệt Theo nguyên lý này, việc đo đạc lưu lượng khí y tế dựa mối quan hệ chênh lệch nhiệt độ tốc độ lưu lượng dịng khí Cụ thể để đo lưu lượng khí chảy qua cảm biến ta đem so sánh nhiệt độ hai cảm biến đặt đầu vào dịng khí đầu dịng khí Cảm biến nhiệt độ đặt đầu vào đo nhiệt độ dịng khí trước qua vùng gia nhiệt Cảm biến cịn lại đặt đầu dịng khí đo nhiệt độ dịng khí sau gia nhiệt Đem so sánh hai số liệu cho chênh lệch nhiệt độ dịng khí qua vùng gia nhiệt Nếu dịng khí chảy chậm (vận tốc chậm) kéo theo lưu lượng khí nhỏ nhiệt độ dịng khí cao trường hợp dịng khí chảy nhanh lưu lượng lớn Sở dĩ có chênh lệch dịng khí chảy với vận tốc chậm nhiều thời gian để qua vùng gia nhiệt nên nhận nhiều nhiệt 4.3.2 Kết thí nghiệm Các kết đo đạc truyền hệ thống đưa lên web, kết chung hiển thị theo dõi mục tổng hợp khoa Trong mục tổng hợp khoa, thông số hiển thị cách chung tổng lượng khí sử dụng khoa, biểu đồ tổng lượng khí sử dụng để người quản lý tiện so sánh lượng khí tiêu hao khoa với với đường ống tổng Ngoài mục cịn có biểu đồ lưu lượng tổng hợp khoa cho nhìn trực quan lưu lượng thời điểm khoa giúp việc quản lý thuận tiện Hình 4 Giao diện theo dõi hệ thống tổng Với hệ thống demo xây dựng thành công, em tiến hành ghi nhận kết đo hệ thống thời gian thực Hệ thống giả định bao gồm cảm biến đường 40 khí tổng giúp kiểm sốt lưu lượng khí vào hệ thống hai cảm biến hai nhánh giả định cảm biến vào khoa Bảng kết thu khoảng 10 phút sau: Thời gian Lưu lượng khoa hồi sức tích cực (SLPM) Lưu lượng khoa tim mạch – lồng ngực (SLPM) Lưu lượng đường khí tổng (SLPM) 16h04 21.84 17.72 44.04 16h05 21.77 17.42 38.83 16h06 21.62 17.37 38.60 16h07 21.48 17.26 38.03 16h08 29.78 24.43 51.44 16h09 26.52 21.81 47.30 16h10 25.25 21.01 46.07 16h11 25.29 20.58 45.39 16h12 36.49 29.98 64.01 Bảng Kết thu hệ thống 10 phút Bảng 4.1 cho ta thấy kết đo hệ thống 10 phút, dựa vào bảng kết ta đánh giá tình trạng hệ thống đưa cảnh báo nghi ngờ hệ thống bị rị khí Có thể dễ dàng nhận thấy tổng lưu lượng khí khoa tim mạch hồi sức thường nhỏ so với kết đo đường Hình Biểu đồ lưu lượng khí hệ thống khí tổng Lý giải cho chênh lệch lưu lượng khí đo cảm biến đặt đường ống tổng hiển thị kết lưu lượng thời điểm ghi kết Điều tương tự xảy cảm biến khoa, lưu lượng đường tổng khơng phải lưu lượng tức 41 khoa mà có độ trễ định kết Trễ thay đổi phụ thuộc vào chiều dài đường ống Dựa vào hình 4.4 ta thấy biểu đồ lưu lượng khí hệ thống Nhờ biểu đồ ta theo dõi biến thiên lưu lượng khí chạy hệ thống cách trực quan Ngồi biểu đồ cịn cho tình trạng hoạt động hệ thống khí y tế trung tâm có ổn định hay khơng Hình Biểu đồ tổng lượng khí sử dụng hệ thống Hình 4.5 biểu đồ tổng lượng khí dùng hệ thống Với biểu đồ này, ta quan sát tổng lượng khí sử dụng bệnh viện Việc theo dõi tổng lượng khí sử dụng có ý nghĩa quản lý hệ thống khí y tế trung tâm dựa vào tổng lượng khí sử dụng ta so sánh lượng khí sử dụng khoa với nhau, từ đưa định đầu tư thêm điều chỉnh lượng thiết bị sử dụng hệ thống khoa Ngoài việc so sánh tổng lượng khí sử dụng, ta biết việc thất khí xảy khoa có tượng rị rỉ khí giúp phát hiện, khắc phục sớm nhằm nâng cao hiệu dụng khí tiết kiệm chi phí vận hành hệ thống Kết đo khoa hiển thị trang riêng ví dụ khoa hồi sức tích cực Tại trang thể kết khoa có thơng số biểu thị bảng biểu đồ lưu lượng, nhiệt độ, tổng lượng khí Việc theo dõi riêng khoa cho kết cụ thể khoa Ta thấy nhiệt độ dịng khí chạy đến khoa đó, từ đảm bảo an tồn cho hệ thống khí, việc theo dõi lưu lượng tổng lượng cách riêng lẻ cụ thể hóa số liệu đo giúp hỗ trợ quản lý hệ thống khí y tế trung tâm hiệu 42 Hình Giao diện kết khoa hồi sức tích cực 4.4 Kết luận chương Qua việc xây dựng hệ thống mô hệ thống đo lưu lượng khí y tế trung tâm, ta thu kết ban đầu cho thấy việc theo dõi khí y tế khả thi kết cho phép biết đầu vào đầu có tương ứng hay khơng, nhờ đánh giá hiệu hoạt động hệ thống Ngồi nhờ việc kiểm sốt lưu lượng khí vào, hệ thống mà ta biết hệ thống có bị rị khí hay khơng, từ lên phương án thay thế, sửa chữa hệ thống, đảm bảo chống thất thoát khí, đảm bảo vận hành hệ thống tiết kiệm chi phí phát sinh cho bệnh viện 43 KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài, em hồn thành hệ thống theo dõi quản lý khí y tế trung tâm đáp ứng yêu cầu đặt thực tiễn Đồng thời nêu sở lý thuyết, nguyên lý hệ thống Việc xây dựng thành cơng hệ thống quy mơ phịng thí nghiệm tiền đề để đưa hệ thống mở rộng ứng dụng vào thực tế bệnh viện tương lai Đồng thời đề tài “Thiết kế chế tạo hệ thống mơ theo dõi quản lý khí y tế trung tâm” sở, tài liệu nghiên cứu cho đề tài nghiên cứu liên quan tới hệ thống khí y tế trung tâm sau Sắp tới em hy vọng nhận phê duyệt ủng hộ, giúp đỡ từ phía bệnh viện, nhà trường quan chức lĩnh vực khoa học công nghệ, để em tiếp tục nhóm nghiên cứu mở rộng quy mơ, phát triển hồn thiện hệ thống để ứng dụng, lắp đặt thực tiễn bệnh viện Với hệ thống này, em hy vọng giúp bệnh viện kiểm sốt chi phí vận hành vận hành hiệu hệ thống khí y tế trung tâm Để hồn thành đề tài “Thiết kế chế tạo hệ thống mô theo dõi quản lý khí y tế trung tâm” này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô Viện Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt Ts Phạm Thành Cơng tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đề tài này! 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Brent D Kenney, David J.Howell, Bill Lamb, Doug Pursley, Patricia L Carroll, the principles of Vacuum and clinical application in the hospital environment third edition, Ohio: Medica Corporation, 2014 [2] Alliance, LoRa, LoRaWAN, LoRa Alliance Technical Marketing Workgroup, 2015 [3] Dr Mohammad Zakirul KARIM, Dr Le Thi Thu Thao, Ms Nguyen Thi Ngoc Hanh, Nguyen Quang Dung, Nguyen Thuc Anh, Dr Kazi Rafiqul Alam, Medical Gas Safety Management: Evidence based Risk Intervention Study of HMA Gold Award Project at Vietnamese Hospital, International Journal of Science and Research, 2018 [4] Godse, Nitin, Gas Handling Systems for Pharmaceutical Industry, 2014 [5] Guillaume Ferré, Audrey Giremus, LoRa Physical Layer Principle and Performance Analysis, 2019 [6] Konstantin Mikhaylov, Juha Petäjäjärvi, Tuomo Hänninen, Analysis of the Capacity and Scalability of the LoRa Wide Area Network Technology, Oulu, Finland: Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, 2016 [7] Sabyasachi Das, Subhrajyoti Chattopadhyay, Payel Bose, The Anaesthesia Gas Supply System, Indian Journal of Anaesthesia, 2013 [8] Scotland, National Services, Scottish Health Technical Memorandum 02-0: Medical gas pipeline systems, Health facilites Scotland, 2012 [9] Shawn Becker C, Kahkashan Zaidi, Paul D Curry Jr, USP Initiatives for the Safe Use of Medical Gases, Pharmaceutical Technology, 2005 45 ... Việt – Đức có hệ thống khí y tế trung tâm chưa có hệ thống theo dõi quản lý khí y tế trung tâm phù hợp, có hiệu Từ cho th? ?y việc x? ?y dựng hệ thống kiểm sốt khí y tế trung tâm cần thiết, phải có... b? ?y cách tổng quát hệ thống khí y tế trung tâm loại thiết bị y tế kết nối với Ta th? ?y phát triển hệ thống khí y tế trung tâm giúp phát triển hệ thống thiết bị trì sống m? ?y thở, m? ?y mê, hệ thống. .. đồng y tế Tại vị trí điều trị có ổ cấp khí, cần khí nhân viên y tế cần cắm đầu d? ?y cấp vào có khí Khí y tế trung tâm ví trái tim trung tâm y tế Hình 1 Hệ thống khí y tế trung tâm tiêu biểu Ngày