TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN MỔ TẠI BỆNH VIỆN
Yêu cầu lâm sàng của các bác sĩ với hệ thống đèn mổ
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào yêu cầu lâm sàng đối với phẫu thuật xâm lấn, vì quy trình và thiết bị cho phẫu thuật ít xâm lấn và có xâm lấn rất khác nhau Phẫu thuật ít xâm lấn cần các thiết bị hỗ trợ như camera nội soi và thiết bị X-quang tăng sáng truyền hình Đối với phòng mổ xâm lấn, vệ sinh và vô khuẩn là yếu tố cực kỳ quan trọng, yêu cầu các thiết bị dễ lau chùi và tháo lắp, bao gồm cả đèn mổ Ngoài ra, việc bố trí phòng mổ cần được chú trọng để tối ưu hóa diện tích, tránh gây rối trong quá trình phẫu thuật, với các quy định nghiêm ngặt về vị trí của bác sĩ và thiết bị quan sát.
Hệ thống đèn mổ cần được bố trí hợp lý để đảm bảo kết nối hiệu quả với hệ thống mê thở, màn hình quan sát và monitor, nhằm tối ưu hóa quy trình phẫu thuật.
Tiêu chuẩn phòng mổ yêu cầu hệ thống chiếu sáng phải sử dụng ánh sáng nhân tạo, bao gồm chiếu sáng tổng thể và chiếu sáng cục bộ Chiếu sáng tổng thể được cung cấp bởi đèn âm trần hoặc đèn ở góc, trong khi chiếu sáng cục bộ đến từ đèn mổ không hắt bóng, cho phép điều chỉnh dễ dàng Tổng độ rọi trong phòng mổ cần đạt khoảng 300 – 700 lux để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Đèn mổ yêu cầu thời gian hoạt động liên tục dài mà không giảm chất lượng ánh sáng hoặc ảnh hưởng đến mạch điện Trong trường hợp mất điện đột ngột, đèn cần có hệ thống tự ngắt bảo vệ để tránh chập, đảm bảo hoạt động bình thường khi có điện trở lại.
Đèn mổ cần cung cấp ánh sáng dịu, ổn định, mát, cường độ cao và trắng tinh khiết, giúp giảm bóng đổ và có chỉ số hoàn màu tốt Những yếu tố này không chỉ nâng cao chất lượng phẫu thuật mà còn giảm thiểu biến chứng do ánh sáng vàng gây ra, làm thay đổi màu sắc và giảm khả năng quan sát Hệ thống đèn mổ lý tưởng còn giúp giảm áp lực cho bác sĩ, tạo ra môi trường làm việc thoải mái và đáng tin cậy Một hệ thống đèn không gây chói lóa, dễ nhìn khi quan sát màn hình là mong muốn của mọi bác sĩ ngoại khoa.
Một số hệ thống đèn mổ hiện đang sử dụng tại Bệnh viện tim Hà nội
Từ năm 2014, Bệnh viện Tim Hà Nội cơ sở 1 đã đầu tư xây dựng 4 phòng mổ, trong đó có 3 phòng mổ tim hở đạt tiêu chuẩn với trang thiết bị hiện đại Bệnh viện còn sở hữu 1 phòng mổ Hybrid đạt tiêu chuẩn quốc tế Hệ thống đèn mổ được trang bị tại đây bao gồm các sản phẩm chất lượng cao như Dr Mach, Harmony Led và Maquet SA.
1.2.1 Hệ thống đèn mổ Dr Mach 380
Hệ thống đèn mổ treo trần Dr Mach 380 sử dụng bóng sợi đốt với công suất 216W, mang đến khả năng điều chỉnh trường chiếu tự động hoặc bán tự động, giúp nâng cao hiệu quả trong các ca phẫu thuật.
Hình 1.1 Hệ thống đèn mổ Dr Mach 380 tại phòng mổ viện Tim
Thông số của đèn mổ:
Tính năng Maquet Độ sáng tối đa 110.000 Lux Vùng chiếu sáng 15 – 25cm
Chỉ số hoàn màu CRI 95
Tỷ số nhiệt/độ sáng ( mW/m2-lx )
1.2.2 Hệ thống đèn mổ MAQUET SA
Hệ thống đèn mổ treo trần sử dụng công nghệ đèn LED với chóa đèn hình chữ X, có tuổi thọ lên tới 30.000 giờ Thiết bị này thường được áp dụng trong các phẫu thuật có vùng rộng và sâu như phẫu thuật lồng ngực, phẫu thuật chấn thương chỉnh hình và phẫu thuật tổng quát Đèn mổ được trang bị chương trình ổn định độ sáng trong suốt quá trình phẫu thuật và có khả năng điều chỉnh độ hội tụ thông qua núm xoay gắn ở trung tâm đèn.
Hình 1.2 Phòng mổ trang bị hệ thống đèn mổ Maquet
Hệ thống đèn mổ này có các thông số như sau:
Bảng 1.1 Thông số hệ thống đèn mổ Maquet tại Viện Tim Hà Nội
Tính năng Maquet Độ sáng tối đa 140.000 Lux Vùng chiếu sáng 17 – 26cm
Chỉ số hoàn màu CRI 95
Tỷ số nhiệt/độ sáng ( mW/m2-lx )
Giải pháp- Hệ thống Harmony LED
Hệ thống Harmony LED linh hoạt có thể được cấu hình để đáp ứng nhu cầu đa dạng, từ chẩn đoán đơn giản đến các trung tâm phẫu thuật ngoại trú và phòng mổ lớn tại các bệnh viện đào tạo Các tùy chọn cấu hình bao gồm một, hai hoặc ba đầu đèn trên một trụ, hoặc bốn đầu đèn trên hai trụ.
Hệ thống Harmony LED là giải pháp hiệu quả cho các phòng khám, phòng cấp cứu và phòng chăm sóc đặc biệt, giúp nâng cao chất lượng ánh sáng và hỗ trợ quá trình điều trị.
Hệ thống Harmony LED tích hợp tín hiệu hình ảnh và tín hiệu kiểm soát qua cáp điện đồng truyền thống hoặc cáp quang, với khả năng sử dụng lên đến 4 sợi cáp quang cho monitor truyền hình.
Bảng điều khiển gắn trên tường cung cấp giao diện người dùng để điều khiển đầu đèn và camera, giám sát trạng thái mô-đun LED và điều chỉnh cường độ ánh sáng Các tính năng của camera như lấy nét, xoay và thu phóng cũng có thể được kiểm soát dễ dàng Bằng cách sử dụng các nút điều khiển trên tay cầm của mỗi đèn pha, bác sĩ phẫu thuật có thể bật/tắt và điều chỉnh cường độ ánh sáng Hệ thống có lệnh một chạm để bật tất cả các đầu đèn về cài đặt trước, cung cấp ánh sáng mát và kiểm soát bóng tối Đầu đèn có thể gắn vào hệ thống treo với khả năng định vị quay 360°, có sẵn trong cả kiểu có thể điều chỉnh và cố định Kích thước kiểu chiếu sáng được điều chỉnh bằng cách xoay tay cầm, và hầu hết các hệ thống chiếu sáng phẫu thuật Harmony LED có thể được cấu hình để bao gồm một hoặc hai cánh tay hỗ trợ màn hình video.
Thông số kỹ thuật
Đầu đèn Harmony LED 585 và LED 785 được sản xuất từ vật liệu bền nhẹ, đảm bảo hiệu suất cao Hệ thống quang học của chúng bao gồm nguồn sáng đa diode phát sáng, hệ thống phản chiếu nội TIR và thấu kính song Harmony Wave Các module được lắp ráp chính xác trên vỏ nhôm, với LED 585 có 3 module và LED 785 có 6 module.
Đèn LED sử dụng diode phát sáng kết hợp với hệ thống phản chiếu nội TIR, với tổng cộng 84 đèn LED ở mỗi đầu Thiết kế xuất sắc này mang lại nguồn sáng lạnh và có tuổi thọ lên đến khoảng 30.000 giờ.
Bộ phản chiếu được phủ một lớp chất lỏng có khả năng hiệu chỉnh màu sắc và tản nhiệt hiệu quả Trên bề mặt của bộ phản chiếu, một mắt lưới các bề mặt hội tụ được đúc để tối ưu hóa khả năng phản xạ ánh sáng.
Các thấu kính sóng được làm bằng polycarbonate và che kín đầu đèn để tránh bụi xâm nhập
Tính năng kỹ thuật của hệ thống Harmony LED được chỉ ra như sau:
Bảng 1 1 Tính năng kỹ thuật của Harmony LED
Tính năng Harmony LED 585 Harmony LED 785 Độ sáng tối đa 160.000 Lux 160.000 Lux
Vùng chiếu sáng 18 – 28cm 22 – 30cm
Chỉ số hoàn màu CRI 97 97
Tỷ số nhiệt/độ sáng
Tuổi thọ đèn 30.000 giờ 30.000 giờ
Kỹ thuật thấu kính sóng (wavelens technology) cho phép điều chỉnh kích thước vùng chiếu sáng mà vẫn duy trì độ đồng đều của ánh sáng Đầu đèn sử dụng công nghệ này cung cấp ánh sáng trắng tự nhiên với chỉ số hoàn màu cao.
Đèn LED Harmony 585 và 787 có chỉ số hoàn màu lên tới 97 và nhiệt độ màu 4400 (±300) độ Kelvin, cung cấp ánh sáng trong quang phổ thấy được với ít ánh sáng cực tím và hồng ngoại Điều này giúp giảm nhiệt độ trong khu vực phẫu thuật, tăng cường an toàn cho bệnh nhân và tạo sự thoải mái cho đội ngũ phẫu thuật Độ sáng của đèn có thể điều chỉnh lên đến 160.000 lux (14.800 fc) thông qua nút nhấn trên tay cầm hoặc từ bộ kiểm soát trung tâm Mỗi đầu đèn có thể điều chỉnh độ sáng riêng biệt và có thể tắt đồng thời từ bất kỳ đầu đèn nào Phẫu thuật viên có thể thay đổi vùng chiếu sáng của đèn Harmony LED 585 với đường kính từ 178 đến 279mm và của đèn Harmony LED 787 từ 216mm đến 305mm bằng cách xoay tay cầm giữa đầu đèn Việc định vị đầu đèn cũng dễ dàng thực hiện với vòng bao không tiệt trùng xung quanh.
Hệ thống treo nhẹ được thiết kế nhằm duy trì vị trí đầu đèn một cách liên tục, không bị giới hạn và không bị trôi Ngoài ra, hệ thống này cũng cho phép định vị đầu đèn ở vị trí thấp, mang lại sự linh hoạt trong việc điều chỉnh ánh sáng.
Đầu đèn Harmony LED 585 có thể xuống thấp đến 781mm so với sàn nhà
Đầu đèn Harmony LED 785 có thể xuống thấp đến 635mm so với sàn nhà
Bộ điều khiển và cung cấp điện cung cấp nguồn điện một chiều cho từng đầu đèn, cho phép điều chỉnh độ sáng ở bảy mức khác nhau Thiết bị hoạt động với điện áp một pha từ 100-240VAC, tần số 50/60Hz và dòng điện 6-3A, đồng thời có mức dòng điện rò rỉ thấp hơn 2mA.
Yêu cầu kiểm định trang thiết bị y tế hiện nay
Trang thiết bị y tế là hàng hóa đặc biệt, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người Tuy nhiên, cơ chế quản lý chất lượng của mặt hàng này tại Việt Nam chưa được thực hiện một cách chặt chẽ Cần thiết phải hoàn thiện quy trình quản lý từ nghiên cứu, sản xuất, nhập khẩu cho đến khai thác và sử dụng thiết bị y tế.
Trang thiết bị y tế (TTBYT) đóng vai trò quan trọng trong chẩn đoán, điều trị và phòng bệnh, quyết định hiệu quả và chất lượng công tác y tế TTBYT là một trong ba yếu tố chính, cùng với đội ngũ nhân lực và thuốc, ảnh hưởng đến chất lượng chăm sóc sức khỏe Để nâng cao chất lượng khám, chữa bệnh và dự phòng, cần khẩn trương hoàn thiện ba yếu tố này Trong khi chất lượng đội ngũ nhân lực có thể được cải thiện qua đào tạo và bồi dưỡng, và quản lý chất lượng thuốc đã có quy định trong Luật Dược, thì TTBYT vẫn còn nhiều khoảng trống cần được khắc phục.
Hiện nay, quy định về quản lý chất lượng thiết bị y tế (TTBYT) vẫn chưa rõ ràng Bộ Khoa học và Công nghệ đã yêu cầu một số thiết bị đo nhóm hai trong y tế, như nhiệt kế y học, áp kế, huyết áp kế, máy điện tim và điện não, phải được kiểm định về đo lường Ngoài ra, còn có quy định về kiểm định an toàn bức xạ theo Nghị định 36/NĐ.
Nghị định 169/NĐ-CP đã sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định 36/NĐ-CP, quy định kiểm định an toàn và tính năng kỹ thuật cho thiết bị y tế loại B, C, D, được phân loại là thiết bị nhóm hai theo Luật Chất lượng sản phẩm hàng hóa Các chuyên gia nhấn mạnh rằng hoạt động kiểm định chất lượng cần tuân theo Quy chuẩn kỹ thuật tương ứng Tuy nhiên, hiện tại, Bộ Y tế vẫn chưa xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cho thiết bị y tế.
Theo Công ước quốc tế ASEAN về quản lý Trang thiết bị y tế (AMDD), việc quản lý chất lượng thiết bị y tế (TTBYT) cần được thực hiện một cách đồng bộ qua ba giai đoạn.
Giai đoạn tiền thị trường là quá trình quan trọng bao gồm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm Trong giai đoạn này, các sản phẩm thiết bị y tế được chứng nhận hợp chuẩn, thực hiện thử tiền lâm sàng và thử lâm sàng để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả Cuối cùng, công nghệ được hoàn thiện và sản phẩm thiết bị y tế chính thức được sản xuất.
- Giai đoạn thị trường (TTBYT lưu thông trên thị trường);
- Giai đoạn hậu thị trường (giai đoạn đầu tư, mua sắm, khai thác sử dụng TTBYT tại các đơn vị sử dụng)
Hiện nay, Việt Nam thực hiện quản lý chất lượng thiết bị y tế (TTBYT) ở ba giai đoạn khác nhau Trong giai đoạn tiền thị trường, chưa có đơn vị nào tổ chức thử nghiệm hoặc chứng nhận hợp chuẩn, hợp quy cho TTBYT Giai đoạn thị trường đã có sự tham gia của các cơ quan như Bộ Công thương, Tổng cục Hải quan và Bộ Y tế, nhưng hiện tại chỉ có TTBYT loại A được cấp phép nhập khẩu, trong khi các loại B-C-D chưa được kiểm tra chất lượng Đối với giai đoạn hậu thị trường, chỉ có sáu loại TTBYT trong số hơn 10 nghìn loại đang sử dụng được quy định kiểm định về đo lường và an toàn bức xạ, còn lại chưa có quy định về quản lý chất lượng.
Nghị định 36/NÐ-CP đã ban hành quy định thống nhất quản lý về thiết bị y tế (TTBYT), chia thành bốn nhóm theo mức độ rủi ro: nhóm A (rủi ro thấp), nhóm B (rủi ro trung bình - thấp), nhóm C (rủi ro trung bình - cao) và nhóm D (rủi ro cao) Mức độ quản lý sẽ tăng theo rủi ro sản phẩm, với yêu cầu các TTBYT phải chứng minh tính an toàn và đáp ứng các nguyên tắc thiết yếu Để chứng minh sự phù hợp, thiết bị y tế cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc chứng minh tính an toàn qua kiểm tra và thử nghiệm lâm sàng Đây là phần quan trọng trong quản lý chất lượng TTBYT và là cơ sở cho việc hậu kiểm Việc đánh giá chất lượng TTBYT thường do các tổ chức chuyên môn thực hiện, phối hợp với cơ quan chức năng trong đánh giá kỹ thuật và phân loại rủi ro.
Các chuyên gia trong lĩnh vực trang thiết bị y tế (TTBYT) nhấn mạnh sự cần thiết phải sớm hoàn thiện các văn bản quy phạm pháp luật nhằm nâng cao quản lý chất lượng TTBYT.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội, cần quy định rõ hoạt động quản lý chất lượng trang thiết bị y tế (TTBYT) và kiểm định kỹ thuật về an toàn và tính năng của chúng Việc ban hành danh mục TTBYT cần kiểm định ngay, cùng với xây dựng quy trình kỹ thuật kiểm định và tổ chức đào tạo nhân lực cho hệ thống là rất quan trọng Hỗ trợ Bộ Y tế trong việc đào tạo, đào tạo lại và giám sát kỹ thuật sẽ giúp nâng cao chất lượng TTBYT Phát triển hệ thống quản lý chất lượng TTBYT đa tầng và đầu tư xây dựng hệ thống phòng thí nghiệm thử nghiệm, chứng nhận, kiểm định và giám định kỹ thuật về an toàn và tính năng TTBYT là cần thiết để đảm bảo chất lượng và an toàn cho người sử dụng.
Bàn luận chương và kết luận
Để đáp ứng yêu cầu kiểm định và kiểm chuẩn trang thiết bị y tế cho các bệnh viện, việc chuẩn bị các phương án là rất cần thiết Chi phí cho kiểm định thường cao, ảnh hưởng lớn đến ngân sách bệnh viện, do đó, cần thiết lập hệ thống kiểm tra nội bộ trước khi thuê dịch vụ kiểm định độc lập Việc theo dõi chất lượng hoạt động của trang thiết bị y tế, như hệ thống đèn mổ, là cấp bách, vì chất lượng ánh sáng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phẫu thuật Luận văn đề xuất thiết kế hệ thống đo kiểm ánh sáng để theo dõi chất lượng chiếu sáng, từ đó dự đoán và chẩn đoán sớm sự suy giảm chất lượng thiết bị, giúp xây dựng kế hoạch sửa chữa và bảo trì hiệu quả, đảm bảo chất lượng khám chữa bệnh tại bệnh viện.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG ÁNH SÁNG
Các đại lượng đo ánh sáng
Cường độ ánh sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng để đo thông số nguồn sáng, thuộc một trong bảy đơn vị cơ bản của hệ thống đo lường quốc tế Nó thể hiện mật độ năng lượng phát ra từ nguồn sáng theo một hướng cụ thể, được định nghĩa là quang thông trên một đơn vị góc khối (1cd = 1 lumen/steradian) Từ tháng 10-1979, CIE đã đưa ra định nghĩa mới cho candela (cd) là cường độ ánh sáng của nguồn sáng đơn sắc với bước sóng 555 nm và cường độ năng lượng là 1/683 w/steradian Để biểu diễn sự phân bố cường độ sáng trong không gian, người ta sử dụng hệ tọa độ cực, với gốc là nguồn sáng và đầu mút là các vectơ cường độ sáng Biểu đồ này thường được thể hiện trong mặt phẳng hoặc nửa mặt phẳng bằng cách vẽ đường cong cắt bề mặt bởi các mặt phẳng kinh tuyến xác định, và với nguồn sáng đối xứng tròn xoay, chỉ cần cắt bởi một mặt phẳng kinh tuyến Các phép đo cường độ sáng cần được thực hiện trong phòng đo chuyên biệt với thiết bị gọi là goniophotometers.
Bảng 2.1 ví dụ về cường độ sáng của một số nguồn sáng
Nguồn sáng Cường độ sáng ( cd)
Ngọn nến 0.8cd theo mọi phương Đèn sợi đốt 40w 35cd theo mọi phương Đèn halogen 14.800cd theo mọi phương
Quang thông là đại lượng trắc quang thể hiện công suất bức xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng, hay còn được định nghĩa là thông lượng ánh sáng phát ra theo mọi hướng trong một giây Đơn vị đo quang thông là lumen (lm) Để đo quang thông của nguồn sáng nhân tạo, người ta thường sử dụng thiết bị chuyên dụng gọi là Photometric hoặc Integrating sphere.
Quang thông, đo bằng lumen, là chỉ số tổng lượng ánh sáng phát ra từ một đèn điện mà không phụ thuộc vào hướng phát sáng Thông thường, giá trị quang thông được ghi trên bao bì sản phẩm đèn chiếu sáng Trong khi đó, cường độ sáng, đo bằng candela, thể hiện độ sáng của ánh sáng phát ra.
Đèn chiếu sáng phát ra ánh sáng theo một phương nhất định, thể hiện qua chùm tia sáng Nếu đèn có quang thông 1 lumen và bộ phản xạ tập trung ánh sáng trong chùm có giá trị góc khối 1 steradian, thì cường độ sáng đạt 1 candela Khi thay đổi bộ phản xạ để tập trung chùm trong 1/2 steradian, cường độ sáng tăng lên 2 candela, mặc dù quang thông vẫn giữ nguyên ở mức 1 lumen Chùm tia trở nên hẹp hơn và sáng hơn, cho thấy sự ảnh hưởng của bộ phản xạ đến cường độ sáng mà đèn phát ra.
Trong đó, Q v ( đơn vị lm.s) là tổng năng lượng sáng của một nguồn sáng v v
Trong đó I v là cường độ sáng, và d dA 2
Bảng 2.2 ví dụ về quang thông của một số nguồn sáng
Nguồn sáng Quang Thông(lm)
Bóng đèn cao áp sodium 400W 47.000 lm
2.1.3 Độ chói Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra định nghĩa độ chói là đại lượng xác định cường độ ánh sáng phát ra trên một đơn vị diện tích của một bề mặt theo một hướng cụ thể nó ước lượng ánh sáng mà mắt người có thể cảm nhận và phụ thuộc vào hướng quan sát Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác Đơn vị đo độ chói là candela/m2 (cd/m2) Độ chói của một điểm xác định của nguồn sáng theo một hướng xác định, được xác định bởi đạo hàm
Hình 2.1 Hình ảnh minh họa đo độ chói
d 2 v là quang thông(lm) rời khỏi vùng d theo bất kỳ hướng nào bên trong góc d
d là vùng (m) của nguồn chứa điểm đã chỉ định
d là vùng solid angle(sr) chứa hướng được chỉ định
là angle giữa normal đến bề mặt d và đặc điểm hướng ied
Bảng 2.3 ví dụ về độ chói của một số nguồn sáng
Nguồn sáng Độ chói (cd/m 2 )
Bề mặt mặt trời 165.107 cd/m 2
Bề mặt mặt trăng 1500cd/m 2
Giấy trắng khi độ rọi 400 lux 80 cd/m 2
2.1.4 Độ rọi – llluminance Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, biểu thị mật độ quang thông trên bề mặt có diện tích S Đơn vị đo độ rọi là Lux, một lux là mật độ quang thông của một nguồn sáng 1 lummen trên diện tích 1 m 2 (1 lux = 1 lm/m 2 ) Khi mặt được chiếu sáng không đều độ rọi được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm
Hình 2.2 Hình ảnh minh họa đo độ rội
Độ rọi không chỉ phụ thuộc vào nguồn sáng mà còn liên quan đến vị trí của bề mặt được chiếu sáng Khi xem xét một nguồn sáng điểm O với cường độ sáng I, độ rọi tại mặt nguyên tố dS cách O một khoảng R sẽ thay đổi tùy thuộc vào góc giữa pháp tuyến dS và phương R Hơn nữa, độ rọi cũng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R.
Bảng 2.4 ví dụ về độ rọi của một số nguồn sáng
Nguồn sáng Độ rọi ( lux)
Ngoài trời giữa trưa nắng 100.000 lux
Ngoài trời giữa trưa nhiều mây 10.000 lux
Phòng làm việc 300 ~ 500 lux Đường phố ban đêm 20~50 lux
2.1.5 Nhiệt độ màu – Correlated Color Temperature(CCT)
Nhiệt độ màu của nguồn sáng được đo bằng thang Kelvin (K), phản ánh màu sắc ánh sáng phát ra Ví dụ, một thanh sắt nguội có màu đen, khi nung nóng sẽ chuyển sang màu da cam, rồi vàng, và cuối cùng là "nóng trắng" Trong suốt quá trình nung, nhiệt độ của thanh thép có thể được đo bằng độ Kelvin (0°C tương ứng với 273,15K) và gán giá trị cho màu sắc tương ứng Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ của nó, trong khi đối với đèn huỳnh quang và các loại đèn không dùng sợi đốt, nhiệt độ màu chỉ là biểu thị so với nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi bị nung nóng.
14 cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát” Nói chung, nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại
Bảng 2.5 ví dụ về nhiệt độ màu của một số nguồn sáng
Nguồn sáng Nhiệt độ màu Đèn huỳnh quang 3000K~6200K Đèn cao áp tại đường cao tốc 4100K Đèn sợi đốt 2500K
2.1.6 Chỉ số hoàn màu – Color Render Index CRI(Ra)
Chỉ số hoàn màu (CRI) là thước đo khả năng của nguồn sáng nhân tạo so với ánh sáng lý tưởng hoặc tự nhiên, phản ánh độ trung thực màu sắc của vật thể được chiếu sáng Các nguồn sáng có CRI cao rất quan trọng trong những ứng dụng liên quan đến màu sắc như bàn trang điểm, cửa hàng thời trang, chăm sóc trẻ sơ sinh và phục hồi nghệ thuật Do đó, việc sử dụng nguồn sáng với CRI càng cao càng tốt là điều cần thiết để đảm bảo độ chính xác về màu sắc.
Chỉ số hoàn màu được ký hiệu là CRI (hoặc Ra), giá trị CRI cao nhất bằng
Chỉ số hoàn màu CRI0 là thước đo độ tương đồng của nguồn sáng với ánh sáng ban ngày, với giá trị tối đa là 100 Các nguồn sáng như bóng đèn sợi đốt Halogen đạt CRI gần 100, trong khi bóng đèn huỳnh quang có CRI khoảng 50 và bóng đèn LED thường có CRI trên 70 CRI được giới thiệu từ năm 1964, dựa trên sự so sánh màu sắc của tám mảng màu khi chiếu sáng bởi nguồn sáng với nguồn ánh sáng tiêu chuẩn Tuy nhiên, phương pháp này chưa tính đến độ bão hòa màu, dẫn đến việc CRI có thể không phản ánh chính xác khả năng tái tạo màu sắc Để khắc phục điều này, năm 2005, CIE đã giới thiệu Chỉ số chất lượng màu CQS (Color Quality Scale), với thang đo từ 0 đến 100, không có giá trị âm, giúp đánh giá chính xác hơn khả năng của nguồn sáng trong việc tái tạo màu sắc, đặc biệt là khi một hoặc hai màu hiển thị kém.
15 màu khác đều được hiển thị tốt, và như vậy cho điểm 0 cho các nguồn sáng không có màu (ví dụ như đèn sodium áp suất thấp)
Quang hiệu, hay hiệu suất phát quang, thể hiện khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành quang năng của nguồn sáng Nó được tính bằng tỷ số giữa quang thông phát ra và công suất điện tiêu thụ, cho biết 1W điện tạo ra được bao nhiêu lumen Đơn vị đo lường quang hiệu là lm/w.
Trong thực tế, nguồn sáng thường không hoạt động độc lập mà cần đi kèm với bộ đèn và các thiết bị điện khác Một bộ đèn được thiết kế cho yêu cầu chiếu sáng cụ thể sẽ gặp phải tổn hao quang thông do cấu trúc buồng quang học và vấn đề tản nhiệt Do đó, cần phân biệt rõ giữa quang hiệu của nguồn sáng và quang hiệu của cả bộ đèn Các nhà sản xuất nguồn sáng thường chỉ công bố quang hiệu trong điều kiện tiêu chuẩn mà không tính đến tổn hao từ thiết bị đi kèm, trong khi các nhà sản xuất bộ đèn có thể công bố hiệu suất phát quang của nguồn sáng, hiệu suất của cả bộ đèn, hoặc cả hai.
Các cách đo thường được sử dụng
Đo quang là quá trình đo lường ánh sáng nhìn thấy, phản ánh độ sáng mà con người cảm nhận Có nhiều phương pháp để đo ánh sáng, trong đó hai phương pháp phổ biến nhất là đo lux và foot-candles Bài viết này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu cách đo sáng bằng lux, giới thiệu hai loại đo lux thường được sử dụng.
Trước khi phát triển các yếu tố nhạy cảm với ánh sáng điện tử, phép đo quang được thực hiện bằng cách ước lượng bằng mắt, so sánh quang thông tương đối của nguồn với nguồn tiêu chuẩn Quang kế được điều chỉnh để độ rọi từ nguồn khảo sát bằng với nguồn chuẩn, vì mắt người có khả năng đánh giá độ rọi tương đương Quang thông tương đối sau đó được tính toán dựa trên độ rọi giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách Một ví dụ điển hình là máy đo quang sử dụng giấy có vết dầu, giúp tăng độ trong suốt, cho phép đánh giá độ rọi khi không nhìn thấy điểm ở hai bên.
Một số photometer (quang kế) đo ánh sáng bằng cách đếm từng photon riêng lẻ thay vì đo thông lượng ánh sáng Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị này tương tự nhau, nhưng kết quả được biểu thị theo đơn vị photon/cm² hoặc photon.cm⁻².sr⁻¹, khác với các đơn vị W/cm² hoặc W.cm⁻².sr⁻¹.
Do tính chất đếm photon riêng lẻ, các dụng cụ này chỉ có thể quan sát trong môi trường bức xạ thấp Độ phân giải thời gian của thiết bị điện tử đọc đầu dò quyết định mức độ bức xạ, hiện tại nằm trong khoảng megahertz Ngoài ra, bức xạ tối đa còn bị giới hạn bởi thông lượng và độ lợi của máy dò.
Phần tử cảm nhận ánh sáng trong các thiết bị đếm photon ở bước sóng NIR, khả kiến và tia cực tím đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ nhạy cần thiết.
Trong viễn thám không gian, các bộ đếm photon được sử dụng để đo bức xạ trong các vùng phổ điện từ từ tia X đến tia cực tím xa, do cường độ bức xạ thấp hơn và khó khăn trong việc đo ánh sáng ở năng lượng cao Ngược lại, máy đo bức xạ thường được áp dụng cho dải tần số vô tuyến, có thể nhìn thấy và hồng ngoại Một số máy đo quang có khả năng đếm các photon riêng lẻ thay vì đo thông lượng, với kết quả được tính theo đơn vị photon/cm2 hoặc photon.cm-2.sr-1, khác với các đơn vị W/cm2 hoặc W.cm-2.sr-1.
Các dụng cụ đếm photon riêng lẻ chỉ có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường bức xạ thấp do bản chất của chúng Độ phân giải thời gian của thiết bị điện tử đọc đầu dò ảnh hưởng đến khả năng quan sát, hiện tại nằm trong khoảng megahertz Ngoài ra, bức xạ tối đa cũng bị hạn chế bởi thông lượng và độ lợi của máy dò.
Phần tử cảm nhận ánh sáng trong thiết bị đếm photon ở bước sóng NIR, khả kiến và tia cực tím là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ nhạy tối ưu.
Trong viễn thám không gian, các bộ đếm photon được sử dụng để đo bức xạ trong các vùng của phổ điện từ từ tia X đến tia cực tím xa Việc này thường xảy ra do cường độ bức xạ thấp hơn của các đối tượng cần đo và khó khăn trong việc đo ánh sáng có năng lượng cao hơn, bởi bản chất giống như hạt của nó so với bản chất sóng ở tần số thấp hơn Ngược lại, máy đo bức xạ thường được sử dụng để viễn thám trong dải tần số vô tuyến, có thể nhìn thấy và hồng ngoại.
Photometer là dụng cụ dùng để đo độ rọi hoặc bức xạ, thường được ứng dụng trong công nghiệp Thuật ngữ "photometer" chỉ chung cho các thiết bị phát hiện Hầu hết các photometer hoạt động dựa trên điện trở quang hoặc điốt quang, cho phép nhận diện sự thay đổi các đặc tính điện khi tiếp xúc với ánh sáng thông qua dòng điện tử thích hợp.
Photometer là thiết bị quang học dùng để đo sự hấp thụ ánh sáng của các chất màu trong dung dịch, từ đó xác định nồng độ chất màu theo định luật Bia Với ứng dụng rộng rãi và độ tin cậy cao, quang kế đã trở thành công cụ quan trọng trong hóa sinh và hóa học phân tích Máy đo quang hấp thụ hoạt động hiệu quả trong dung dịch nước, với dải bước sóng từ 240 nm đến 750 nm, bao gồm cả vùng tử ngoại và khả kiến.
Nguyên tắc hoạt động của photometer dựa trên việc ánh sáng đơn sắc đi qua một ô chứa dung dịch có cửa sổ quang học phẳng Ánh sáng sau đó được đo bởi một máy dò, so sánh cường độ với một ô tương tự chứa cùng dung môi nhưng không có chất tạo màu Từ tỉ lệ giữa các cường độ ánh sáng, có thể xác định khả năng hấp thụ ánh sáng của chất màu, từ đó tính toán nồng độ của chất đó theo định luật Bia.
Có hai loại photometer phổ biến: quang phổ kế (spectrophotometer) và quang kế bộ lọc (filter photometer) Quang phổ kế sử dụng bộ đơn sắc để tạo ra ánh sáng đơn sắc với bước sóng xác định, cho phép đo độ hấp thụ ở nhiều bước sóng khác nhau và quét quang phổ của chất hấp thụ, mang lại độ tinh khiết quang học cao hơn Ngược lại, quang kế bộ lọc sử dụng bộ lọc quang học, rẻ hơn và dễ sử dụng, thích hợp cho phân tích thông thường Quang kế cho tấm microtiter là một ví dụ điển hình của quang kế bộ lọc.
Luxmeter là thiết bị đo lượng ánh sáng, thường được sử dụng trong nhiếp ảnh để xác định độ phơi sáng phù hợp cho bức ảnh Thiết bị này bao gồm một máy tính kỹ thuật giúp người dùng điều chỉnh ánh sáng một cách chính xác.
Máy đo độ phơi sáng, bao gồm 18 số hoặc máy tính tương tự, hiển thị tốc độ cửa trập và số f chính xác để đạt độ phơi sáng tối ưu trong các điều kiện ánh sáng và tốc độ phim nhất định Thiết bị này cũng được ứng dụng trong quay phim và thiết kế cảnh quan nhằm xác định mức ánh sáng lý tưởng cho từng cảnh.
Kết luận chương
Máy đo ánh sáng là thiết bị quan trọng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như văn phòng, nhà máy, trường học, bệnh viện và nông nghiệp để kiểm soát độ chiếu sáng Bài viết này sẽ giới thiệu về một thiết bị được thiết kế đặc biệt để đo độ sáng của đèn mổ, nhằm đảm bảo rằng hệ thống đèn mổ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ sáng cần thiết.
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐO ÁNH SÁNG VÀ THỬ NGHIỆM ĐO VỚI ĐÈN MỔ CHUYÊN TIM TẠI BỆNH VIỆN TIM
Thiết bị đo sáng hoạt động như một photometer, bao gồm nhiều cảm biến thu sáng được sắp xếp thành ma trận vuông, nhằm tối ưu hóa việc đo sáng cho vùng chiếu sáng của đèn mổ.
Mô ta sở bộ y tưởng thiết kế
Thiết bị bên ngoài hoạt động như một phiên bản thu nhỏ của đèn đọc phim X-Quang, với các cảm biến được đặt dưới một tấm mica nhằm tối ưu hóa khả năng thu nhận ánh sáng từ đèn Thiết bị này bao gồm nhiều thành phần quan trọng.
Phần cảm biến: thu nhận tín hiệu, cụ thể là ánh sáng từ đèn mổ
Phần xử lý: xử lý tính toán để đưa ra độ sáng của đèn mổ
Phần vỏ: sử dụng nhôm và mica, được thiết kế là hình hộp chữ nhật
Thiết kế chi tiết thiết bị đo sáng
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống đo
Sơ đồ khối các khối chức năng chính của thiết bị đo ánh sáng được chỉ ra trong hình 3.1
Với số đồ khối này, các khối chức năng được thiết kế tích hợp như sau:
- Khối cảm biến: có chức năng chính là thu nhận ánh sáng gửi dữ liệu về
có chức năng truyền nhiều tín hiệu ở đầu vào trên một đầu ra,
Điều khiển bộ ghép kệnh lựa chọn tín hiệu
Xử lý, tính toán số liệu nhận được
Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho mạch và các thành phần tích hợp trên thiết bị Nó có khả năng nhận nguồn đầu vào từ điện lưới 220V thông qua adapter 5V.
Cảm biến ánh sáng có nhiệm vụ thu nhận ánh sáng từ đèn mổ và truyền tín hiệu về vi xử lý Các cảm biến này có thể được lựa chọn dưới dạng digital hoặc analog để đo ánh sáng hiệu quả.
Cảm biến BH1750 được thiết kế để đo cường độ ánh sáng với đơn vị lux, cung cấp giá trị chính xác mà không cần qua xử lý hay tính toán Với ADC nội và bộ tiền xử lý, cảm biến này truyền dữ liệu trực tiếp qua giao tiếp I2C.
Cảm biến BH1750 có thông số kỹ thuật:
Hình 3.2 Cảm biến đo sáng BH1750
Cảm biến ánh sáng TEMT6000 là loại cảm biến analog với độ nhạy tối đa 570nm và góc nhạy rộng ±60 độ Mặc dù thiết bị này rất nhạy cảm với ánh sáng xung quanh, nhưng nó cũng có khả năng ức chế phổ ánh sáng không mong muốn.
23 hồng ngoại (IR), có thể cung cấp phản ứng phổ nhìn thấy cao hơn tương tự của
Cảm biến có các tính năng
Độ nhạy tối da 570nm
Có khả năng phản hồi quang phổ có thể nhìn thấy cao hơn hoặc tương tự như mắt người
Kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt
Chất lượng tối, hiệu suất ổn định và độ bền cao
Cả loại cảm biến digital và analog đều có những ưu nhược điểm riêng Cảm biến digital phổ biến trên thị trường nhưng không đáp ứng được cường độ sáng cao của đèn mổ, trong khi cảm biến analog có dải đo rộng từ 130.000 - 160.000 lux, tuy nhiên thường không phổ biến và dễ bị nhiễu Để đảm bảo độ chính xác và đáp ứng dải đo, cảm biến ánh sáng Opt101 là sự lựa chọn tối ưu, có khả năng đo phổ ánh sáng trong dải cận hồng ngoại Ngõ ra analog của Opt101 dễ dàng kết nối với vi điều khiển Cảm biến này tích hợp module photodiode và bộ khuếch đại trở kháng (TIA), mang lại độ chính xác cao và khả năng loại bỏ nhiễu hiệu quả.
Opt101 đã được sử dụng trong các ứng dụng như phát hiện khói trong môi trường, đo anh sáng đặc biệt là đo nồng độ oxy trong máu,…
Thông số kỹ thuật của Opt101
Hệ thống đèn mổ tại bệnh viện Tim cho phép điều chỉnh vùng sáng trên bàn mổ, với kích thước tối đa của vùng sáng đạt khoảng 18 x 18 cm khi thiết lập ở mức hội tụ cao nhất.
Nghiên cứu sẽ tiến hành thử nghiệm với 25 cảm biến Opt101 được sắp xếp thành ma trận vuông 5x5, bao gồm 5 hàng và 5 cột, với khoảng cách 4 cm giữa các cảm biến tính từ tâm của mỗi cảm biến.
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 3.2.3 Khối xử lý
Khối xử lý nhận tín hiệu từ cảm biến và tính toán độ sáng của đèn mổ Arduino Uno được lựa chọn cho nhiệm vụ này nhờ vào ưu điểm lập trình dễ dàng, phản hồi nhanh, thiết kế phần cứng thuận tiện, giá cả hợp lý và tính sẵn có trên thị trường.
Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển do Arduino.cc phát triển, dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P Nền tảng này hỗ trợ xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác thông qua phần mềm và phần cứng.
Trước khi Arduino ra đời, việc thực hiện các dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình và biên dịch đòi hỏi sự hỗ trợ từ các thiết bị biên dịch khác Chẳng hạn, khi sử dụng vi điều khiển PIC hoặc IC vi điều khiển họ 8051, người dùng cần thiết kế chân nạp onboard hoặc mua các thiết bị hỗ trợ như mạch nạp 8051 và mạch nạp PIC.
Arduino hiện nay đã trở nên phổ biến tại Việt Nam, thu hút sự quan tâm từ học sinh trung học, sinh viên đến người đi làm Nhiều dự án nhỏ và lớn được thực hiện nhanh chóng, với mã nguồn mở được chia sẻ rộng rãi trên các diễn đàn trong và ngoài nước Điều này hỗ trợ đáng kể cho những ai đam mê nghiên cứu và chế tạo các sản phẩm có ích cho xã hội.
Trong những năm qua, Arduino đã trở thành nền tảng quan trọng cho hàng ngàn dự án điện tử, từ các sản phẩm ứng dụng đơn giản trong đời sống hàng ngày đến những nghiên cứu khoa học phức tạp.
Thư viện mã nguồn mở ngày càng phong phú, hỗ trợ người mới làm quen với Arduino cũng như các lập trình viên nhúng và chuyên gia trong việc tham khảo và phát triển dự án.
Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị sử dụng cảm biến ánh sáng, cùng với việc đo nồng độ hóa chất và khí ga thông qua cảm biến nồng độ và cảm biến khí, mang đến giải pháp hiệu quả cho nhu cầu của bạn.
Bạn có thể quản lý và điều khiển thiết bị điện trong nhà, motor, nhận dạng ID, hoặc phát triển các dự án phức tạp như máy CNC, máy in 3D mini, và máy bay không người lái (Flycam) thông qua ngôn ngữ lập trình Arduino Bằng cách sử dụng phần mềm Arduino IDE, bạn có thể thiết kế hệ thống của mình dựa trên sơ đồ và gửi các yêu cầu đến bộ phận xử lý trung tâm (Arduino) để thực hiện các chức năng như thu thập dữ liệu qua GSM, xử lý ảnh và điều khiển vạn vật qua internet thông qua điện thoại thông minh.
Lắp đặt và chạy thử
Mạch in hình 3.12 được làm thủ công bằng phíp đồng có sẵn trên thị trường
Hình 3.12 Mạch sau khi hoàn thiện
3.3.2 Chạy thử tại phòng mổ của bệnh viện tim
Sau khi hoàn thành, thiết bị đã được thử nghiệm tại phòng mổ của Bệnh viện Tim Hà Nội cơ sở 1 Thiết bị này được sử dụng để đo ánh sáng của hệ thống đèn mổ Harmony LED hai nhánh.
Thiết bị đo được đặt trên bàn mổ với đèn mổ được điều chỉnh cố định, chiếu sáng lên thiết bị theo phương thẳng đứng và cách thiết bị một mét Ánh sáng của đèn được thiết lập ở mức cao nhất để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã đo độ sáng của đèn mổ khi có tay người làm vật cản Bàn tay được kiểm tra ở hai trạng thái: nắm lại và duỗi thẳng, với khoảng cách từ tay đến thiết bị đo lần lượt là 30cm, 20cm, 10cm và 5cm.
Thí nghiệm được thực hiện tại phòng mổ hiện đại nhất của Bệnh viện Tim Hà Nội, sử dụng hệ thống đèn mổ Harmony LED Thiết bị thí nghiệm bao gồm một máy đo độ sáng và một máy tính để lưu trữ dữ liệu đo được Các hình ảnh dưới đây minh họa cho quá trình đo.
Hình 3.13 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 30 cm
Hình 3.14 Hai bàn tay nắm thẳng cách mặt thiết bị đo 30 cm
Hình 3.15 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 20 cm
Hình 3.16 Hai bàn tay nắm cách mặt thiết bị đo 20 cm
Hình 3.17 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 10 cm
Hình 3.18 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 5 cm
Hình 3.19 Hai bàn tay nắm cách mặt thiết bị đo 5 cm
Bàn luận kết quả và dự kiến các hướng phát triển của luận văn
3.4.1 Kết quả thu được sau khi đo Để kiểm tra độ sáng của đèn mổ, chia mặt đo thành các vùng nhỏ cụ thể ở nghiên cứu này là ma trận 5x5, mỗi vùng nhỏ tương ứng với một cảm biến thì thu được kết quả như các bảng dưới đây
Bảng 3.1 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 30 cm
Bảng 3.2 Hai bàn tay nắm cách mạch thiết bị 30 cm
Bảng 3.3 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mạch thiết bị 20 cm
Bảng 3.4 Hai bàn tay nắm cách mặt thiết bị 20 cm
Bảng 3.5 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 10 cm
Bảng 3.6 Hai bàn tay nắm cách mặt thiết bị đo 10 cm
Bảng 3.7 Hai bàn tay duỗi thẳng cách mặt thiết bị đo 5 cm
Bảng 3.8 Hai bàn tay nắm cách mặt thiết bị đo 5 cm
Kết quả đo đạc cho thấy rằng khi bàn tay cách mặt phẳng đo 20 đến 30 cm, vùng tối ít xuất hiện và cường độ sáng của đèn chiếu lên bàn mổ gần như không thay đổi.
Với trường hợp bàn tay cách mặt phẳng đô 5 10cm, trên mặt phẳng đo xuất hiện bóng mờ, cường độ sáng của đèn mổ giảm mạnh
Cường độ ánh sáng trên bề mặt ổn định khi tay cách mặt phẳng đo 20, 30 cm
Cường độ ánh sáng trên bền mặt giảm mạnh khi tay cách mặt phẳn đo 5, 10 cm Trong trường hợp này, trên bề mặt xuất hiện bóng
3.4.3 Đánh giá quá trình thực hiện đề tài
Đã thiết kế và hoàn thiện thành công thiết bị đo sáng áp dụng đo hệ thống đèn mổ
Thiết bị có kích thước nhỏ gọn dễ thao tác
Thiết bị đo dư liệu liên tục và dự liệu này được hiển thị lên máy tính
Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu và thiết kế, sản phẩm đã được chế tạo và đánh giá chất lượng tại phòng mổ bệnh viện Tim Hà Nội cơ sở 1, cho thấy thiết kế của sản phẩm đạt yêu cầu với dải đo rộng, phù hợp cho việc đo cường độ sáng của đèn mổ Tuy nhiên, sản phẩm vẫn cần thêm thời gian để hoàn thiện và cải tiến.
