Nghiên cứu thiết kế, điều khiển bàn phẫu thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
-------------------------

TRẦ N THANH TRƯỜNG HÀ O

NGHIÊN CỨU THIẾ T KẾ , ĐIỀ U KHIỂ N BÀN
PHẪU THUẬT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử
Mã số ngành: 60520114

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
-------------------------

TRẦ N THANH TRƯỜNG HÀ O

NGHIÊN CỨU THIẾ T KẾ , ĐIỀ U KHIỂ N BÀN
PHẪU THUẬT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử
Mã số ngành: 60520114

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN TẤ N TIẾ N
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS, TS. Nguyễn Tấ n Tiế n
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 16 tháng 08 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

TS. Nguyễn Thanh Phương

Chủ tịch

2

TS. Võ Hoàng Duy

Phản biện 1

3

TS. Nguyễn Duy Anh

Phản biện 2

4

PGS. TS. Lê Hữu Sơn

Ủy viên

5

TS. Nguyễn Hùng

Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa
chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TS. Nguyễn Thanh Phương


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP.HCM, Ngày 12 Tháng 08 Năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trầ n Thanh Trường Hà o

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16/05/1987

Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

MSHV: 1341840010

I- Tên đề tài:
Nghiên cứu thiế t kế , điề u khiể n bàn phẫu thuật
II- Nhiệm vụ và nội dung:
-

Tìm hiểu về các vấn đề liên quan đến nghiên cứu thiết kế, điều khiển bàn phẫu
thuật.

-

Đề xuất và lựa chọn các phương án thiết kế.

-

Thiết kế bộ điều khiển hệ thống.

-

Thực nghiệm và kiểm tra kết quả

-

Kết luận và hướng phát triển

III- Ngày giao nhiệm vụ: 18/8/2014
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12/08/2015
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Tấ n Tiế n

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS. Nguyễn Tấ n Tiế n

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của PGS. TS.Nguyễn Tấ n Tiế n, các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Trầ n Thanh Trường Hà o


ii

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM đã
tận tình chỉ dạy, truyền đạt, giúp tôi trang bị những kiến thức vô cùng quý báu để tôi
có thể hoàn thành khóa học.
Tôi xin gửi đến PGS.TS. Nguyễn Tấ n Tiế n lòng tri ân sâu sắc nhất, khoảng thời
gian làm luận văn tuy không nhiều nhưng những kiến thức quý báu của thầy đã giúp
em hoàn thành luận văn Thạc Sĩ.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh lớp 13SCD11 đã cùng tôi sát cánh trong
suốt khóa học Thạc Sỹ tại trường, khoảng thời gian tuy không dài nhưng cũng để lại
nhiều kỉ niệm không thể phai mờ.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thành viên HitechMechatronicsLab đã sát
cánh cùng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Trầ n Thanh Trường Hà o


iii

TÓM TẮT
Luận văn: “Nghiên cứu thiết kế, điều khiển bàn phẫu thuật” là đề tài có mục
tiêu thiết kế một thiết bị dùng trong bệnh viện, được điều khiển để thay đổi tư thế của
bệnh nhân nhằm phục vụ quá trình phẫu thuật. Luận văn đã giải giải quyết các vấn
đề sau: là tính toán để lựa chọn vị trí đặt cơ cấu chấp hành, xây dựng giải thuật điều
khiển và bộ điều khiển có độ ổn định và các chế độ điều khiển linh hoạt. Kết cấu cơ
khí được thiết kế dựa trên tầm vóc trung bình của người Việt Nam, các cơ cấu được
bố trị gọn gàng tạo thuận lợi cho thao tác của bác sĩ. Yếu tố vệ sinh – an toàn trong

lĩnh vực y tế là yêu cầu luôn được quan tâm trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cấu
tạo, vật liệu, tính an toàn và độ cứng vững phải đảm bảo tiêu chuẩn quốc gia về bàn
mổ đa năng (TCVN 6733: 2000).


iv

ABSTRACT
In this study: “Research to design, control Surgical Table”, the study is purpose
to design an equipment in hospitals, Surgical Table can be change the patient's
posture to serve surgical process. The study solved: the calculated choice actuator
placement, building control algorithms and controller stability and flexible control
mode. Structural engineering design is based on the average stature of Vietnamese,
the structures are neatly arranged to facilitate the manipulation of an operator.
Medical’s standard is concerned throughout the process to implement the project.
Components, materials, safety and rigidity to ensure national standards for Universal
operating table (TCVN 6733: 2000)


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................... ii
TÓM TẮT ......................................................................................................... iii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................1
1.1.Đặt vấn đề ....................................................................................................1
1.2. Lịch sử nghiên cứu ......................................................................................1
1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bàn phẫu thuật ...................................2
1.4. Kết luận ........................................................................................................5

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ........................................................8
2.1 Đề xuất và lựa chọn phương án khả thi phần cơ ..........................................8
2.1.1. Các phương án khả thi .............................................................................8
2.1.2. Tính toán thiết kế cơ khí ........................................................................14
2.2 Đề xuất và lựa chọn phương án khả thi phần điện .....................................21
2.2.1 Tính toán sơ bộ độ thay đổi góc của các cơ cấu ......................................23
2.2.2 Đề xuất và lựa chọn phương án khả thi ..................................................27
2.2.2.1 Nguồn cung cấp và dự phòng...............................................................28
2.2.2.3 Khối hiển thị và bàn phím điều khiển ..................................................34
2.2.2.4 Bộ điều khiển cho cơ cấu chấp hành ....................................................34
2.2.2.5 Cảm biến đo góc quay ..........................................................................36
2.2.2.6 Bộ xử lý ................................................................................................37
2.2.2.7 Giao tiếp I2C [14]. ................................................................................42
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ...................................................44


vi

3.1 Mục tiêu của bộ điều khiển .........................................................................44
3.2 Màn hình hiển thị và nhút nhấn chọn chức năng ........................................44
3.3. Sơ đồ khối bộ điều khiển ...........................................................................46
3.4. Giao tiếp giữa Master và Slave. ................................................................46
3.5. Giải thuật điều khiển .................................................................................47
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM .......................................................................57
4.1 Thực nghiệm phần cơ .................................................................................57
4.2. Thực nghiệm phần điện và điều khiển ......................................................60
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................69
5.1. Kết luận .....................................................................................................69
5.2. Hướng Phát triển .......................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................70

PHỤ LỤC .........................................................................................................70


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADC: Analog-to digital Converter
AC: Alternating current
DC: Direct Curent
UPS: Uninterruptible Power Supply
g_nd là góc nghiêng đầu.
g_nl là góc nghiêng lưng.
g_ct là góc nghiêng của chân trái.
g_cp là góc nghiêng của chân phải.
g_ngn là góc nghiêng ngang mặt bàn.
g_ngd là góc nghiêng dọc mặt bàn.
h là chiều cao của bàn phẫu thuật.
g_x là góc xoay của mặt bàn.


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của bàn phẫu thuật. .......................................................6
Bảng 2.1 Khảo sát cơ cấu nâng hạ chân bằng phần mềm SAM. ..............................15
Bảng 2.2 Khảo sát cơ cấu nâng hạ lưng bằng phần mềm SAM................................16
Bảng 2.3. Khảo sát cơ cấu nâng hạ đầu bằng phần mềm SAM. ...............................17
Bảng 2.4. Khảo sát cơ cấu nghiêng bàn phẫu thuật bằng phần mềm SAM. .............18
Bảng 2.5. Thông số của các cơ cấu nâng hạ chân, lưng và đầu ................................24
Bảng 2.6. Giá trị thay đổi chiều dài đoạn thẳng AB. ................................................25

Bảng 2.7. Thông số của các cơ cấu nghiêng dọc mặt bàn, nghiêng ngang mặt bàn. 26
Bảng 2.8. Giá trị thay đổi chiều dài đoạn thẳng AB. ................................................27
Bảng 2.9. Bảng thông số kỹ thuật của cơ cấu chấp hành. .........................................27
Bảng 2.10. Bảng thông số dòng điện tiêu thụ. ..........................................................29
Bảng 2.11. Bảng thống kê chi tiết sử dụng ở phương án 1 .......................................31
Bảng 2.12. Bảng thời gian lưu điện theo từng chế độ hoạt động (phương án 1 và 2).
...................................................................................................................................32
Bảng 2.13. Bảng thống kê chi tiết sử dụng ở phương án 2 .......................................33
Bảng 2.14. Bảng chọn mạch điều khiển động cơ......................................................35
Bảng 2.15. Số chân cần sử dụng để điều khiển các cơ cấu chấp hành .....................37
Bảng 2.16. Tính năng của một số chuẩn giao tiếp [14]. ...........................................39
Bảng 3.1. Các chức năng của chương trình điều khiển bàn phẫu thuật. ...................45
Bảng 3.2. Giá trị truyền từ master xuống slave ........................................................46
Bảng 3.3. Góc nghiêng các cơ cấu ở chế độ tự động. ...............................................56
Bảng 4.1 Thông số kiểm tra về góc quay của các cơ cấu quay và độ cao mặt bàn. .59


ix

Bảng 4.2 Thông số kiểm tra về kích thước bàn và độ cao mặt bàn. .........................59


x

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu tạo chung của bàn phẫu thuật. .............................................................3
Hình 1.2.Bàn phẫu thuật Axis 400-800 [7]. ................................................................3
Hình 1.3.Bàn phẫu thuật Arcus 601 [8]. .....................................................................4
Hình 1.4. Bàn phẫu thuật Berchtold Operon D850 [9]. ..............................................4
Hình 1.5. Bàn phẫu thuật Alvo Menuet 4-00 [10]. .....................................................4

Hình 1.6. Bàn phẫu thuật Operon D820 [11]. .............................................................5
Hình 1.7. Bàn phẫu thuật Skytron 6000 [12] ..............................................................5
Hình 1.8 Chức năng cơ bản của bàn phẫu thuật .........................................................6
Hình 2.1. Minh họa cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và
nghiêng dọc mặt bàn. ..................................................................................................8
Hình 2.2. Nguyên lý sử dụng cơ cấu tay quay con trượt. ...........................................9
Hình 2.3. Nguyên lý sử dụng cơ cấu culit lắc. ............................................................9
Hình 2.4. Khảo sát nguyên lý nâng hạ chân bằng phần mềm SAM. ..........................9
Hình 2.5. Cơ cấu dạng cột. ........................................................................................10
Hình 2.6. Cơ cấu dạng xếp. .......................................................................................11
Hình 2.7. Cơ cấu hình bình hành. .............................................................................11
Hình 2.8. Cơ cấu xoay mặt bàn .................................................................................12
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý đề xuất cho bàn phẫu thuật. ...........................................13
Hình 2.10. Một loại xi lanh thủy lực. ........................................................................13
Hình 2.11. Một loại động cơ tuyến tính. ...................................................................14
Hình 2.12 a, b. Cơ cấu nâng hạ chân khảo sát cơ cấu nâng bằng phần mềm SAM và
mô hình 3D. ...............................................................................................................15


xi

Hình 2.13a, b. Cơ cấu nâng hạ lưng bằng phần mềm SAM và mô hình 3D. ...........16
Hình 2.14a, b. Cơ cấu nâng hạ đầu bằng phần mềm SAM và mô hình 3D. .............17
Hình 2.15 a, b. Cơ cấu nghiêng ngang mặt bàn bằng phần mềm SAM và mô hình 3D.
...................................................................................................................................19
Hình 2.16 a, b Cơ cấu nghiêng dọc mặt bàn bằng phần mềm SAM và mô hình 3D 19
Hình 2.17a, b. Cơ cấu xoay mặt bàn nguyên lý và mô hình 3D. ..............................20
Hình 2.18a, b. Cơ cấu nâng hạ mặt bàn nguyên lý và mô hình 3D. .........................21
Hình 2.19. Sơ đồ tổng quát hệ thống điện.................................................................22
Hình 2.20a, b, c. Hình minh họa góc xoay của cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu. .....24

Hình 2.21a, b. Khảo sát sơ bộ độ thay đổi góc của các cơ cấu nghiêng ngang mặt bàn,
nghiêng dọc mặt bàn. ................................................................................................26
Hình 2.22. Sơ đồ nguyên lý nguồn khi điện lưới ổn định .........................................28
Hình 2.23. Sơ đồ nguyên lý nguồn khi điện lưới không ổn định ..............................28
Hình 2.24. Sơ đồ hệ thống điện dùng trên bàn phẫu thuật ........................................29
Hình 2.25. Mạch nguồn 5V-3A . ..............................................................................31
Hình 2.26. Sơ đồ mạch điện nút nhấn và LCD .........................................................34
Hình 2.27. Sơ đồ gắn potentiometer .........................................................................36
Hình 2.28. Hình nguyên lý Potentiometer J45S-5K .................................................37
Hình 2.29. Hệ thống mạch điều khiển bàn phẫu thuật. .............................................38
Hình 2.30. Hệ thống điều khiển bàn phẫu thuật........................................................39
Hình 2.31. Các chức năng của Master. .....................................................................40
Hình 2.32. Các chức năng của Slave.........................................................................40
Hình 2.33. Các chức năng của Slave.........................................................................41
Hình 2.34. Định dạng địa chỉ 7-bit và 10-bit trong I2C. ...........................................42


xii

Hình 2.35. Hoạt động đọc và ghi trong I2C. .............................................................43
Hình 3.1. Bàn phím điều khiển và LCD hiển thị. .....................................................44
Hình 3.2. Sơ đồ khối bộ điều khiển bàn phẫu thuật. .................................................46
Hình 3.3a, b. Giải thuật chọn chế độ Auto / Manual, Giải thuật quét phím .............48
Hình 3.4. Giải thuật chọn chế độ điều khiển Manual ...............................................49
Hình 3.5. Giải thuật chọn chế độ Auto ....................................................................50
Hình 3.6a,b. Giải thuật chương trình con điều khiển nâng hạ đầu, nâng hạ lưng ....51
Hình 3.7a,b. Giải thuật chương trình con điều khiển chân phải, chân trái. .............52
Hình 3.8a,b. Giải thuật chương trình con điều khiển nghiêng ngang, ngiêng dọc mặt
bàn. ............................................................................................................................53
Hình 3.9a,b. Giải thuật chương trình con điều khiển xoay mặt bàn và nâng hạ mặt

bàn .............................................................................................................................54
Giải thuật chương trình con cho các chế độ tự động ................................................55
Hình 3.10. Giải thuật chương trình con cho các chế độ tự động. .............................55
Hình 4.1a, 4.1b. Mô hình thiết kế 3D và bàn phẫu thuật thực tế. .............................58
Hình 4.2. Sơ đồ khối thực nghiệm ............................................................................61
Hình 4.3. Mô hình thực nghiệm bộ điều khiển .........................................................61
Hình 4.4a, b, c. Hình đọc ADC ở vị trí đầu, cuối, và vị trí bất kỳ. ...........................62
Hình 4.5a. Biểu đồ góc alpha và hành trình động cơ tuyến tính nâng hạ chân ........63
Hình 4.6. Biểu đồ góc alpha và hành trình động cơ tuyến tính nâng hạ lưng...........63
Hình 4.7. Biểu đồ góc alpha và hành trình động cơ tuyến tính nâng hạ đầu ............64
Hình 4.8. Biểu đồ góc alpha và hành trình động cơ tuyến tính Nghiêng ngang mặt bàn
...................................................................................................................................64


xiii

Hình 4.9. Biểu đồ góc alpha và hành trình động cơ tuyến tính Nghiêng dọc mặt bàn
...................................................................................................................................64
Hình 4.10a. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nâng hạ đầu. ..65
Hình 4.10b. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nâng hạ lưng. 65
Hình 4.10c. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nâng hạ chân trái.
...................................................................................................................................66
Hình 4.10d. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nâng hạ chân
phải. ...........................................................................................................................66
Hình 4.10e. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nghiêng ngang
mặt bàn. .....................................................................................................................67
Hình 4.10f. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nghiêng dọc mặt
bàn. ............................................................................................................................67
Hình 4.10g. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu nâng hạ mặt bàn.
...................................................................................................................................68

Hình 4.10h. Biểu đồ đáp ứng của hệ thống ở chế độ tự động cơ cấu xoay mặt bàn.68


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển về kinh tế xã hội thì đời sống vật chất cũng
như tinh thần của con người càng được quan tâm. Trong đó, lĩnh vực y tế có vai
trò quan trọng trong nhiệm vụ chăm lo sức khỏe cộng đồng. Do đó các trang
thiết bị y tế cũng đòi hỏi có sự thay đổi nhằm nâng cao chất lượng phòng bệnh,
khám bệnh và điều trị bệnh. Thiết bị hỗ trợ phẫu thuật đóng vai trò quan trọng
trong quá trình điều trị bệnh và bàn phẫu thuật là một trong những thiết bị đó.
Năm 2000, Bộ Khoa học và Công nghệ đã ban hành Tiêu chuẩn Quốc gia về
Bàn Mổ Đa Năng (TCVN 6733 : 2000). Tuy nhiên số lượng nghiên cứu về Bàn
Mổ Đa Năng ở nước ta còn ít. Do đó, nghiên cứu này dựa vào Tiêu chuẩn Quốc
gia về Bàn Mổ Đa Năng để xây dựng các chức năng, cấu tạo của bàn phẫu thuật
nhằm tạo ra một thiết bị “Bàn phẫu thuật” để ứng dụng trong nước.
1.2. Lịch sử nghiên cứu
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến bàn
phẫu thuật, sau đây là những nghiên cứu và sản phẩm tiêu biểu:
+ “The Design of A New bed Adjustability Mechanism” là nghiên cứu của
tác giả Mark Adrian van Rij, University of Auckland, năm 2001. Nghiên cứu
này với mục đích để chế tạo ra giường có thể điều chỉnh được, có thể điều chỉnh
dễ dàng và giá thành thấp. Nghiên cứu này đã thử nghiệm với 3 loại bộ truyền
động khác nhau (Linear Actuator, Rotational Actuator, Duomat) để tìm ra bộ
truyền động phù hợp nhất với thiết kế này. Nghiên cứu này đã chỉ ra ưu điểm
của bộ truyền động Duomat (một loại thiết bị truyền động của hãng Dewert) sẽ
giúp đơn giản hóa kết cấu và giá thành thấp hơn 2 loại cơ cấu chấp hành kia [1].

+ “Evaluation and Design of a Hospital Bed to be Manufactured and Used
in China” là nghiên cứu của 2 tác giả Brian Catalano, Todd Coolidge và các
thành viên Huazhong University of Science and Tech, 10/2006 .Nghiên cứu với
mục tiêu tạo ra giường bệnh viện hiện đại nhằm phục vụ trong nước Republic


2

of China. Giường có thể chịu được 500 pound và nhiều mẫu mã khác nhau.
Giường sử dụng 3 động cơ điện 120 V, 7A để thay đổi các tư thế nằm và có bàn
điều khiển bằng nút nhấn [2].
+ “The Sizing Optimization of Hospital Bed Structure for Independently
Supporting Left and or Right Leg Using Generic Algorithms” là nghiên cứu của
2 tác giả: Rung Kittipichai và Atthaphon Ariyarit, 6/2011 .Nghiên cứu này sẽ
tập trung vào chiếc giường bệnh viện có thể điều khiển độc lập chân trái hoặc
phải. Nghiên cứu sử dụng phương pháp Algorithms (GAS) và FEA để giảm khối
lượng giường và kích thước giường [3].
+ “Biomechatronics and motor control of human movement” là nghiên cứu
của tác giả David A. Winter, University of Waterloo. Nghiên cứu này có chỉ ra
sự phân bố trọng lượng và chiều cao trên cơ thể người [4].
+ Viện dinh dưỡng quốc gia (2010). Tổng điều tra dinh dưỡng 2009-2010.
Nhà xuất bản Y học [5].
+ TCVN 6733:2000, Tiêu chuẩn quốc gia về bàn mổ đa năng. Bộ tiêu
chuẩn này quy định những yêu cầu cơ bản như sau: hình dáng và kích thước
cơ bản, vật liệu, yêu cầu kỹ thuật, phương pháp thử, ghi nhãn và đóng gói [6].
Một số sản phẩm có trên thị trường
Trên thế giới đã có nhiều hãng sản xuất các loại bàn phẫu thuật khác nhau
như: Maquet, Steris, Trumpf, Berchtold, Schmitz, Schaerer, Medivaara, Alvo,
Mediland, Inpromed, Sordina… Nghiên cứu những sản phẩm hiện có trên thị
trường sẽ giúp chúng ta tìm được những ưu, nhược điểm và đây sẽ là nền tảng

để thiết kế bàn phẫu thuật
1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bàn phẫu thuật
Bàn phẫu thuật gồm có 3 bộ phận chính:
+ Mặt bàn: là phần mà bệnh nhân nằm lên, có thể thay đổi tư thế cho phù
hợp với từng tư thế phẫu thuật khác nhau. Bộ phận này thường gồm 4 cơ cấu
tương ứng với 4 vị trị trên cơ thể người: đầu, lưng, đùi và chân.
+ Thân bàn: là phần thay đổi chiều cao, góc nghiêng của bàn.


3

+ Chân bàn: là phần giữ cho mặt bàn và thân bàn được thăng bằng. Bộ
phần này có thể tách rời với bàn hoặc gắn bánh xe để tiện di chuyển.
1

2

3

4

Mặt 1. Khâu đỡ đầu.
bàn 2. Khâu đỡ lưng.
Thân 3. Khâu đỡ đùi.
bàn 4. Khâu đỡ chân.
5. Khâu đỡ mặt bàn.
Chân
bàn

5

Hình 1.1. Cấu tạo chung của bàn phẫu thuật.
Trong đa số các loại bàn phẫu thuật thì các cơ cấu đỡ đầu, đùi và chân được
thiết kế theo từng bộ phận rời và có thể tháo lắp thay đổi vị trí cho nhau, tùy
theo các loại ca phẫu thuật. Góc nghiêng cơ cấu đỡ chân và đầu được điều chỉnh
bằng tay hoặc không điều chỉnh được, góc nghiêng của cơ cấu còn lại, chiều cao
của bàn phẫu thuật điều khiển được.

Kiểu không nâng hạ, không trượt được

Hình 1.2.Bàn phẫu thuật Axis 400-800 [7].
Với loại kết cấu kiểu này thì nhược điểm là chiều cao không thay đổi được.

Kiểu nâng hạ được, không trượt được


4

Hình 1.3.Bàn phẫu thuật Arcus 601 [8].

Hình 1.4. Bàn phẫu thuật Berchtold Operon D850 [9].

Hình 1.5. Bàn phẫu thuật Alvo Menuet 4-00 [10].
Với kiểu cơ cấu này thì ngoài việc có thể thay đổi linh hoạt các tư thế của
chân, đầu, lưng thì chiều cao của bàn phẫu thuật cũng có thể thay đổi được.
Kiểu nâng hạ và trượt được


5

Hình 1.6. Bàn phẫu thuật Operon D820 [11].
Kiểu cơ cấu này mặt giường có thể điều chỉnh độ cao, góc nghiêng các khâu
dễ dàng và có thể di chuyển ngang được để phục vụ việc chụp cắt lớp.
Kiểu có thể xoay được

Hình 1.7. Bàn phẫu thuật Skytron 6000 [12].
Bàn phẫu thuật Skytron 6000 là loại giường có khả năng xoay mặt giường
quanh bệ đỡ thuận tiện cho việc điều chỉnh vị trí của bệnh nhân trong phòng mổ.
1.4. Kết luận
Trên đây là những phân tích của những sàn phẩm và nghiên cứu hiện có. Kết
hợp những phân tích này và Tiêu chuẩn Quốc gia về Bàn Mổ Đa Năng (TCVN
6733 : 2000), luận văn này nghiên cứu thiết kế, điều khiển bàn phẫu thuật với
cấu tạo và chức năng như sau:


6

b) Nâng hạ đầu.

a) Nâng hạ lưng.

c) Nâng hạ chân.

d) Nghiêng dọc mặt bàn.

e) Nâng hạ toàn mặt bàn.

f) Dang hai chân.

360°

h. Xoay mặt bàn 360˚

g) Nghiêng ngang mặt bàn

Hình 1.8 Chức năng cơ bản của bàn phẫu thuật
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của bàn phẫu thuật.
Tên chức năng

Phạm vi hoạt động

Nâng hạ lưng

-30° ÷ 90°

Điều khiển điện

Nghiêng dọc mặt bàn

-30° ÷ 80°

Điều khiển điện

±25°

Điều khiển điện

750 ÷ 1050 mm

Điều khiển điện

360°

Điều khiển điện

-80° ÷ 30

Điều khiển điện

±30°

Điều khiển điện

Nghiêng ngang mặt bàn
Nâng hạ mặt bàn
Xoay mặt bàn
Nâng hạ chân trái, phải
Nâng hạ đầu
Dang rộng 2 chân

0 ÷ 30°

Tải trọng tối đa

150 kg

Phương Pháp Điều Khiển

Điều khiển cơ

7

Chiều rộng mặt bàn

500 mm

Chiều dài mặt bàn

2000 mm


8

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1 Đề xuất và lựa chọn phương án khả thi phần cơ
Bàn phẫu thuật được sử dụng trong lĩnh vực y tế nên đòi hỏi độ an toàn cao
nên các phương án đề xuất phải đảm bảo độ cứng vững của kết cấu. Bàn phẫu
thuật thiết kế cũng cần phải đảm bảo bố trí các cơ cấu một cách gọn gàng, thuận
tiện cho bác sĩ thao tác trong suốt quá trình phẫu thuật.
Từ 8 chức năng cơ bản của bàn phẫu thuật, nhận thấy 5 chức năng: nâng hạ lưng,
nâng hạ đầu, nâng hạ chân, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn có
thể sử dụng chung cùng một phương án. Về phần cơ khí ta sẽ thiết kế 3 phương
án như sau:
+ Nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt bàn.
+ Nâng hạ mặt bàn
+ Xoay mặt bàn
2.1.1. Các phương án khả thi
Phương án thiết kế cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt
bàn và nghiêng dọc mặt bàn

Cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và nghiêng dọc mặt
bàn là để thay đổi tư thể các bộ phận tương ứng của bệnh nhân cho phù hợp với
từng loại phẫu thuật khác nhau.

Góc nghiêng
Khâu đặt lực

Hình 2.1. Minh họa cơ cấu nâng hạ chân, lưng, đầu, nghiêng ngang mặt bàn và
nghiêng dọc mặt bàn.
Chuyển động của cơ cấu là chuyển động lắc quanh một tâm vì vậy có thể xét
các cơ cấu: