Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển bơm vuốt ứng dụng trong y tế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------

TRẦN VIỆT ANH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
BƠM VUỐT ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Y Sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. VŨ DUY HẢI

Hà Nội, tháng 8 năm 2014


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

LỜI CAM ĐOAN
Mục đích nghiên cứu của đề tài luận văn này dựa trên khả năng ứng dụng các
khoa học kỹ thuật hiện đại vào quá trình chăm sóc sức khỏe y tế. Trên cơ sở phân
tích tình hình thực tế về tình trạng trang thiết bị và nhu cầu cấp thiết tại các khoa
điều trị tại Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức, tôi đã có ý tƣởng thiết kế một thiết bị với
mục đích kiểm soát lƣu lƣợng bơm truyền của các dung dịch đƣợc sử dụng trong y
tế. Dƣới sự hƣớng dẫn chỉ bảo của TS. Vũ Duy Hải - Giám đốc Trung tâm điện tử y
sinh - Trƣờn Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi đã nghiên cứu từ lý thuyết về các vấn
đề nhƣ: Ứng dụng bơm vuốt trong y tế, thiết kế một mạch điều khiển tốc độ bơm
vuốt phục vụ cho các thiết bị chẩn đoán và điều trị bệnh. Ƣu điểm của bơm vuốt là
kiểm soát chính xác lƣu lƣợng dung dịch bơm đƣợc sử dụng theo cài đặt của bác sĩ.

Tôi xin cam đoan những nội dung của luận văn này là hoàn toàn trung thực, chính
xác và chƣa đƣợc ai công bố trong các công trình khoa học nào khác.
TÁC GIẢ

TRẦN VIỆT ANH


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn cùng sản phẩm này em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả
các thầy giáo, cô giáo tại Bộ môn Điện tử y sinh - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà
Nội, đồng kính gửi lời cảm ơn tới các bác sĩ, các đồng nghiệp tại Bệnh viện Hữu
nghị Việt Đức đã tạo điều kiện giúp em hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này. Em xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Vũ Duy Hải - Giám đốc Trung tâm Điện Tử Y
sinh - Đại học Bách khoa Hà Nội đã trực tiếp hƣớng dẫn em hoàn thành luận văn
này với sự nhiệt tình và ân cần chỉ bảo, đồng thời cung cấp cho em những kiến thức
chuyên môn để em có thể hoàn thiện luận văn tốt nghiệp này.
Em hy vọng rằng sản phẩm trong đề tài luận văn này sẽ đƣợc ứng dụng rộng
rãi và phát triển hơn nữa ngoài thực tế tại các bệnh viện góp phần nâng cao hiệu quả
điều trị bệnh để phục vụ tốt hơn nữa cho sự nghiệp chăm sóc sức khỏe nhân dân.


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM VUỐT .......................................................... 3
1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA BƠM VUỐT .....................3
1.1.1 Khái niệm về bơm vuốt. ............................................................................3

1.1.2 Đặc tính kỹ thuật của bơm vuốt................................................................4
1.2 Phân loại và các ứng dụng của bơm vuốt. ........................................................5
1.3 Tầm quan trọng và ứng dụng của bơm vuốt trong y tế. ....................................9
1.3.1 Ứng dụng trong các thiết bị cận lâm sàng. ................................................9
1.3.2 Ứng dụng trong các thiết bị lâm sàng ......................................................13
1.3.2.1 Bơm truyền dịch....................................................................................13
1.3.2.2 Thiết bị thận - lọc máu..........................................................................16
1.3.3 Ứng dụng trong các thiết bị y tế khác......................................................19
1.4 Tổng kết chƣơng I ...........................................................................................21
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BƠM VUỐT ........................................22
2.1 Khái quát động cơ bƣớc. .................................................................................22
2.1.1 Khái niệm động cơ bƣớc. ........................................................................23
2.1.2 Cấu tạo động cơ bƣớc. .............................................................................23
2.1.3 Phân loại động cơ bƣớc. ..........................................................................24
2.1.3.1. Động cơ nam châm vĩnh cửu ...............................................................25
2.1.3.2 Động cơ bước biến trở từ .....................................................................29
2.1.3.3 Động cơ bước lai (động cơ bước hỗn hợp) ..........................................30
2.2 Nguyên lý hoạt động .......................................................................................32
2.3 Điều khiển tốc độ quay của động cơ bƣớc......................................................34
2.4 Tổng kết chƣơng II .........................................................................................37
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM VUỐT ......38
3.1. Mục đích thiết kế ...........................................................................................38
3.2 Xây dựng bộ thông số hệ thống. .....................................................................38


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
3.3 Xây dựng sơ đồ khối chức năng. ....................................................................38
3.4 Xây dựng lƣu đồ thuật toán tổng quan ..........................................................40
3.5 Thiết kế chi tiết và lựa chọn linh kiện ............................................................41
3.5.1 Thiết kế chi tiết. .......................................................................................41

3.5.1.1 Khối nguồn. ..........................................................................................41
3.5.1.2 Khối điều khiển tốc độ động cơ............................................................43
3.5.1.3 Khối vi xử lý trung tâm. ........................................................................48
b) Sơ đồ mạch nguyên lý...................................................................................52
3.5.1.4 Khối hiển thị LCD. ...............................................................................52
3.5.2 Lựa chọn linh kiện ...................................................................................53
3.5.2.1 Điện trở .................................................................................................53
3.5.2.2 Biến trở, triết áp : .................................................................................54
3.5.3 Tụ điện .....................................................................................................55
3.5.4 Diode .......................................................................................................57
3.6 Tổng kết chƣơng III. .......................................................................................60
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỬ NGHIỆM..........................................................61
4.1 Kết quả thiết kế ...............................................................................................61
4.1.1 Khối nguồn. .............................................................................................61
4.1.2. Khối điều khiển động cơ bƣớc ...............................................................61
4.1.3 Khối xử lý trung tâm. ..............................................................................62
4.1.4 Khối hiển thị. ...........................................................................................62
4.2 Đánh giá thử nghiệm. .....................................................................................63
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................65


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1 Bơm vuốt hai con lăn. ................................................................................3
Hình 1.2 Bơm vuốt đơn cạnh. ...................................................................................6
Hình 1.3 Bơm vuốt đa cạnh. .....................................................................................6
Hình 1.4 Bơm vuốt công suất lớn. ............................................................................7
Hình 1.5 Máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động .......................................................9

Hình 1.6 Bơm vuốt đƣợc gắn trên một máy sinh hóa bán tự động .........................10
Hình 1.7 Sơ đồ một đƣợc dịch của máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động. ...........11
Hình 1.8 Máy xét nghiệm sinh hóa tự động với nhiều bơm vuốt thực hiện quy trình
hút mẫu, pha mẫu và đo mẫu tự động. ....................................................................12
Hình 1.9. Sơ đồ đƣờng dịch của thiết bị xét nghiệm sinh hóa tự động. .................12
Hình 1.10 Bơm truyền dịch cơ bản. ........................................................................14
Hình 1.11 Bơm truyền dịch.....................................................................................15
Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý của một bơm truyền dịch. ...........................................15
Hình 1.13 Chạy thận nhân tạo.................................................................................16
Hình 1.14 Bơm vuốt trên máy thận nhân tạo. .........................................................17
Hình 1.15.Hệ thống đƣờng máu (Bên ngoài)..........................................................17
Hình 1.16 .Hệ thống đƣờng máu (bên trong) ..........................................................18
Hình 1.17 Sơ đồ dòng chảy máu .............................................................................19
Hình 1.18 Dao siêu âm phẫu thuật u não Sonopet. .................................................20
Hình 1.19 Mô tả cách lắp đặt tay dao siêu âm. .......................................................21
Hình 2.1 Hình dạng một loại động cơ bƣớc............................................................23
Hình 2.2 Mô hình số hóa động cơ bƣớc..................................................................24
Hình 2.3 Cách đấu nối động cơ bƣớc kiểu đơn cực ................................................25
Hình 2.4 Hình minh họa cấp xung điều khiển ........................................................27
Hình 2.5 Cách đấu nối động cơ bƣớc kiểu lƣỡng cực. ...........................................28
Hình 2.6 các pha và cách nối dây của động cơ bƣớc 5 pha thành 5 đầu ra ............28
Hình 2.7 Động cơ bƣớc biến trở từ. ........................................................................29


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Hình 2.8 Động cơ bƣớc lai (động cơ bƣớc hỗn hợp) ..............................................31
Hình 2.9 Động cơ bơm vuốt T-S107&JY15-12 ODM hãng Long Pump .............31
Hình 2.10 Xung điện áp cấp cho cuộn dây stato(xung 1 cực và xung 2 cực) ........32
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý động cơ bƣớc m pha với rôto 2 cực ............................32
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho 1 pha cuộn dây .......................................35

Hình 2.13 Điều khiển bằng cấp xung chế độ full-stepper 1 pha của động cơ. ......35
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H điều khiển động cơ bƣớc. .......................36
Hình 2.15 Sơ đồ chi tiết mạch cầu H ......................................................................37
Hình 3.1 Sơ đồ khối chức năng mạch điều khiển động cơ bƣớc. ...........................38
Hình 3.2 Lƣu đồ thuật toán tổng quan. ...................................................................40
Hình 3.3 Sử dụng nguồn .........................................................................................41
Hình 3. 4 Sơ đồ khối LM2576 ................................................................................42
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi nguồn 12V sang nguồn 5V ...............43
Hình 3.6 IC DRV8825 chuyên dụng điều khiển động cơ bƣớc 2 pha. ..................43
Bảng 3.7 Các MODE chọn chế độ dịch bƣớc của động cơ. ...................................43
Hình 3.8 Sơ đồ các khối chức năng của IC .............................................................44
Hình 3.9 Sơ đồ điều khiển động cơ bằng DRV8825 ..............................................46
Hình 3.10 IC tạo xung dao động NE555.................................................................47
Hình 3.11 Cấu tạo bên trong IC 555 .......................................................................47
Hình 3.12 Khối xuất xung PWM cho chân Step để điều khiển tốc độ bơm. .........48
Hình 3.13a Các chân chức năng của MSP430F5638 ..............................................49
Hình 3.13b Vi xử lý MSP430F5638 ......................................................................49
Hình 3.14 Sơ đồ mạch nguyên lý ............................................................................52
Hình 3.15 Khối hiển thị gồm 01 màn hình LCD các vị trí kết nối nguồn nuôi 5V và
kết nối với bộ điều khiển trung tâm. .......................................................................52
Hình 3.16 Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử. .......................................53
Hình 3.17 Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý......................................53
Hình 3.18 Các điện trở : 2W – 1W – 0,5W – 0,25W..............................................54
Hình 3.19 Điện trở sứ hay trở nhiệt ........................................................................54


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Hình 3.20 Hình dạng biến trở ký hiệu trên sơ đồ ...................................................54
Hình 3.21 Cấu tạo của biến trở ..............................................................................54
Hình 3.22 Hình dạng triết áp, cấu tạo trong triết áp ...............................................55

Hình 3.23 Cấu tạo tụ gốm, cấu tạo tụ hoá ...............................................................55
Hình 3.24 Hình dạng của tụ gốm. ...........................................................................56
Hình 3.25 Tụ gốm – là tụ không phân cực. ............................................................57
Hình 3.26 Tụ hoá – Là tụ có phân cực âm dƣơng. .................................................57
Hình 3.27 Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode . .........................................58
Hình 3.28 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. .............................................58
Hình 3.29 Diode cầu trong mạch chỉnh lƣu điện xoay chiều. ................................58
Hình 3.30 Hình dáng Diode Zener ( Dz ) không đổi. ............................................59
Hình 3.31 Ký hiệu của Diode xung ........................................................................60
Hình 3.32 Diode nắn điện 5A .................................................................................60
Hình 4.1 Mạch nguồn với đầu ra 5V và 3,3V .........................................................61
Hình 4.2 Khối điều khiển tốc độ động cơ bƣớc ......................................................61
Hình 4.3 Khối xử lý trung tâm MSP430 .................................................................62
Hình 4.4 Khối hiển thị ............................................................................................62


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển rất
mạnh mẽ. Việc ứng dụng các phát minh khoa học kỹ thuật, công nghệ hiện đại đã
mang lại những thành tựu to lớn ở mọi lĩnh vực của đời sống kinh tế xã hội. Đặc
biệt, các phát minh về khoa học kỹ thuật ứng dụng trong y học ngày nay đã hỗ trợ
rất đắc lực cho các bác sỹ trong công tác chẩn đoán và điều trị các căn bệnh hiểm
nghèo. Thiết bị y tế đóng vai trò quan trọng, là nhân tố không thể thiếu trong công
tác cứu chữa và điều trị cho bệnh nhân. Chính vì thế cần đòi hỏi phải có một đội ngũ
cán bộ kỹ thuật có trình độ năng lực để quản lý,bảo dƣỡng, sửa chữa và hƣớng tới
khả năng chế tạo các trang thiết bị y tế để phục vụ tốt hơn cho nhu cầu chăm sóc sức
khỏe con ngƣời.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều các loại thiết bị y tế, chức năng và công

dụng của chúng đều đƣợc phân ra và ứng dụng để điều trị các bệnh riêng biệt. Tại
Việt Nam hiện nay thì nói chung các thiết bị y tế dần phát triển, tuy nhiên chủ yếu
là các trang thiết bị phải nhập khẩu ở nƣớc ngoài và số lƣợng sản xuất trong nƣớc
không đáng, công tác nghiên cứu chế tạo chƣa thực sự đƣợc chú trọng, chủ yếu là
công tác sửa chữa bảo dƣỡng các trang thiết bị nhập khẩu. Trong quá trình làm việc
thực tế tại bệnh viện Hữu nghị Việt Đức và công tác tại một số các bệnh viện, em
nhận thấy các trang thiết bị hỏng hóc phải mua vật tƣ linh kiện thay thế nhập khẩu
giá thành rất cao. Mặt khác, chi phí mua sắm thiết bị cao nên nhiều bệnh viện tuyến
dƣới không có khả năng đầu tƣ nhiều thiết bị phục vụ ngƣời bệnh. Do đó em đã
quyết định thực hiện luận văn :“Nghiên cứu chế tạo mạch điều khiển bơm vuốt
ứng dụng trong y tế” với việc thiết kế và sử dụng các vật tƣ linh kiện có sẵn trong
nƣớc. Ngoài mục đích bổ sung kiến thức cho bản thân em cũng hy vọng rằng luận
văn của mình sẽ đƣợc ứng dụng để thiết kế cho nhiều máy móc phục vụ trong y tế.
Luận văn của em đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Vũ Duy Hải, Phó
chủ nhiệm Bộ Môn Điện Tử Y Sinh thuộc Viện Điện tử Viễn thông. Về nội dung,
luận văn của em đƣợc chia ra các phần nhƣ sau:
Chương 1: Tổng quan về bơm vuốt
Giới thiệu tổng quan về bơm vuốt, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại,
các ứng dụng của bơm vuốt trong thực tế và trong lĩnh vực y tế.

1


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Chương 2: Lý thuyết điều khiển bơm vuốt.
Trên cơ sở nghiên cứu về cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động của bơm
vuốt từ đó tìm hiểu nghiên cứu lý điều khiển vận hành hoạt động của bơm vuốt.
Chương 3: Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển bơm vuốt.
Từ việc nghiên cứu các lý thuyết về bơm vuốt để áp dụng thiết kế một mạch
điều khiển bơm vuốt cụ thể ứng dụng trong y tế.

Chương 4: Kết quả và thử nghiệm
Trình bày kết quả của việc thiết kế bơm vuốt, đưa ra các bảng mạch đã được
chế tạo và kết quả thu được từ việc tiến hành chạy thử nghiệm.
Qua đề tài tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo
bộ môn Điện tử Y sinh thuộc Viện Điện tử Viễn thông trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Duy Hải đã tạo điều kiện, giúp
đỡ, chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành luận văn này.
Hà nội ngày 25 tháng 8 năm 2014
Học viên thực hiện

TRẦN VIỆT ANH

2


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ BƠM VUỐT
1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA BƠM VUỐT
1.1.1 Khái niệm về bơm vuốt.
Bơm vuốt là một loại bơm dịch chuyển thể tích dƣơng, đƣợc sử dụng để bơm
nhiều loại chất lỏng khác nhau. Các chất lỏng đƣợc chứa trong một ống mềm gắn
bên trong một máy bơm dạng buồng chứa hình tròn . Một số con lăn hoặc cần gạt
đƣợc gắn trên cánh của một rôtor của một động cơ và ép chặt lên hai thành ống
mềm thành từng đoạn. Khi cánh rotor quay, một phần của ống chịu ép bị chèn ép
kín do lực ép của rôtor lên thành ống, do đó buộc chất lỏng đƣợc bơm để di chuyển
qua ống từ ngõ hút ra ngõ đẩy. Đồng thời lúc này ống mềm hồi phục lại trạng thái
tự nhiên nhƣ ban đầu và tiếp tục chu trình hút lƣu chất cần bơm. Nguyên lý bơm
nhu động có ƣu điểm là không phá vỡ cấu trúc của lƣu chất cần bơm. Hiện tƣợng
này giống nhƣ một ống chứa đầy chất lỏng với ngón tay của bạn trƣợt về phía trƣớc

ống chất lỏng di chuyển về phía trƣớc. Bơm nhu động là nguyên tắc chỉ đơn thuần
là thay thế bằng một ngón tay lăn. Thông qua tính đàn hồi của ống phân phối máy
bơm ép và quay liên tục để bơm chất lỏng. Sự quay liên tục của rotor tạo thành một
dòng chảy liên tục thông qua ống mềm. Thông thƣờng trên cánh của rôtor sẽ có từ
hai hay nhiều con lăn hoặc cần gạt. Các thành phần của chất lỏng đƣợc dịch chuyển
đi tới đầu ra của bơm.

Hình 1.1 Bơm vuốt hai con lăn.

3


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Các máy bơm vuốt lần đầu tiên đƣợc cấp bằng sáng chế tại Hoa Kỳ bởi
Eugene Allen năm 1881. Nó đƣợc phổ biến bởi bác sĩ phẫu thuật tim Tiến sĩ
Michael DeBakey trong khi ông là một sinh viên y khoa năm 1932 [1]. ( Dr.
Michael E. DeBakey. "Methodist DeBakey Heart & Vascular Center". Retrieved
2010-06-27.)
1.1.2 Đặc tính kỹ thuật của bơm vuốt
Bơm vuốt là giải pháp bơm tuyệt vời cho các ứng dụng bơm các chất có độ
ăn mòn, mài mòn và độ nhớt cao. Thiết kế của bơm vuốt không có các van, phớt
làm kín nên công việc bảo dƣỡng bơm hết sức đơn giản và ít tốn kém. Bộ phận duy
nhất cần bảo trì của bơm là ống bơm (hose/tube), mà bộ phận này có thể đƣợc thay
thế thƣờng xuyên. Bơm vuốt vận hành rất êm nên thích hợp bơm các chất dịch. Một
đặc điểm nổi trội khác của bơm vuốt là chỉ có một bộ phận duy nhất (mặt trong của
ống bơm) tiếp xúc với dịch bơm nên việc giữ sạch và vệ sinh bơm rất đơn giản. Các
ƣu điểm của bơm vuốt nhƣ sau:
1- Thiết kế không cần phớt làm kín
Bơm vuốt không có phớt làm kín, do vậy hoàn toàn không gây rò rỉ các hóa
chất ăn mòn khi hoạt động hay trong quá trình bảo dƣỡng.

2- Chi phí bảo trì thấp
Bộ phận duy nhất cần thay thế là ống mềm của bơm (hose/tube). Bộ phận này
có giá thành không cao và việc thay thế mất rất ít thời gian. Trong truyền dịch và
lọc máu thì bộ phận ống mềm này đƣợc dùng một lần.
3- Bơm kiểu tự mồi và bơm có khả năng chạy khô
Bơm vuốt không cần dịch bơm phải luôn có trong ống bơm. Sự co bóp của ống
bơm tạo ra phản ứng tự mồi và cho phép bơm bơm đƣợc dịch bơm có chứa khí hoặc
xả khí ra.
4- Bơm hoạt động êm nhẹ
Bơm hoạt động êm nhẹ, ít gây biến dạng cho dịch bơm. Do vậy, bơm vuốt
thích hợp bơm các chất dịch hoặc các chất dễ bị biến dạng nhƣ các chất kết bông
(flocculants) hay nƣớc súp,…

4


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
5- Chiều hút cao
Cơ chế phục hồi của ống bơm giúp bơm đạt chiều cao hút lên đến 9.5m nƣớc.
6- Khả năng chống ăn mòn cao
Bộ phận tiếp xúc với dịch bơm là ống bơm có nhiều vật liệu khác nhau để
chống ăn mòn.
7- Khả năng bơm dịch bơm có độ cô đặc cao
Bơm vuốt có thể bơm các vật chất với nộng độ 80% chất rắn vô cơ hay 15%
hợp chất hữu cơ.
8- Khả năng chạy đảo chiều
Giống một số dòng bơm thể tích khác nhƣ bơm trục vít, bơm vuốt có thể chạy
đào chiều (đảo giữa đầu hút và đầu xả). Chạy đảo chiều có tác dụng làm sạch đƣờng
ống và xử lý chống tắc trong đƣờng ống.
9 - Không tổn thất bơm

Bơm vuốt không có hiện tƣợng hồi lƣu dịch chất, bơm hoạt động với lƣu
lƣợng chính xác, không có tổn thất trong quá trình bơm do con lăn ép toàn bộ lên
thành ống mềm tạo thành một sự kẹp kín.
10- Định lượng chính xác
Bơm vuốt khá chính xác về định lƣợng, lƣu lƣợng thƣờng xuyên dao động ở
mức ±0,5 %.
11- Bơm đạt tiêu chuẩn vệ sinh tiệt khuẩn
Do không tiếp xúc với dịch bơm nên đảm bảo 100% các dung dịch đi qua là
hoàn toàn không bị nhiễm khuẩn. Thích hợp trong lĩnh vực y tế.
12 - Kiểm soát lưu lượng và tốc độ truyền dịch
Do việc cài đặt điều khiển đƣợc tốc độ của bơm vuốt mà lƣu lƣợng và tốc độ
truyền dịch hoàn toàn đƣợc kiểm soát theo y lệnh để phù hợp với yêu cầu điều trị.
1.2 Phân loại và các ứng dụng của bơm vuốt.
Trong thực tế có đa dạng rất nhiều loại bơm vuốt tùy thuộc vào công suất sử
dụng, tính năng sử dụng và mục đích sử dụng. Có nhiều cách phân loại các loại
bơm vuốt, có thể phân loại theo đặc điểm cấu tạo và công suất bơm.

5


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Phân loại theo đặc điểm cấu tạo: phân loại thành bơm vuốt loại đơn và bơm
vuốt loại đa cánh nhƣ sau:
- Bơm vuốt cơ bản loại đơn cánh:

Hình 1.2 Bơm vuốt đơn cạnh.
Là loại bơm vuốt gồm từ 2 con lăn hoặc hai cần gạt, ép chặt lên thành của ống
mềm chứa chất lỏng. Loại bơm này chỉ có thể lắp đặt một đƣờng ống mềm chứa
chất lỏng đi qua.
- Bơm vuốt loại đa cánh:

Hình 1.3 Bơm vuốt đa cạnh.
Đây là loại bơm vuốt sử dụng một trục bơm nhƣng đƣợc lắp nhiều cánh vuốt
ống chất lỏng nên có khả năng cùng lúc bơm nhiều loại ống mềm chứa nhiều chất

6


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
lỏng khác nhau. Tất cả các lƣu lƣợng đƣờng dịch đều đƣợc điều khiển đồng bộ bởi
một động cơ. Tốc độ của các loại động cơ bƣớc 0.002 to 500 mL/min.
Phân loại theo công suất bơm: là bơm vuốt công suất nhỏ và bơm vuốt công
suất lớn.
- Bơm vuốt công suất nhỏ: chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm, thiết bị y tế
với lƣu lƣợng truyền dịch vào khoảng từ cỡ 0.002 ml/min đến 2.4 l/h , áp suất trên
dƣới 1.5 bar.
- Bơm vuốt công suất lớn: Sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, sử dụng
để hút bùn, phế thải lỏng, v.v... cần sử dụng để hút những thể tích lớn cỡ hàng m3.

Hình 1.4 Bơm vuốt công suất lớn.
1.2.2 Các ứng dụng tiêu biểu bơm vuốt trong thực tế.
Bơm vuốt thƣờng ứng dụng để bơm lƣu chất có đặc tính:
- Chứa chất rắn ( độ cứng lên tới 80%)
- Chất lỏng có độ nhớt cao ( dầu mỡ)
- Chất lỏng có tính ăn mòn cao và dễ vón cục nhƣ Vôi..
- Dung môi có tính bay hơi cao.
Một số lĩnh vực tiêu biểu mà bơm vuốt đƣợc sử dụng nhƣ là một giải pháp
an toàn và hữu hiệu nhất nhƣ:
- Hầm mỏ:
+ Mỏ khai thác đồng: bơm vuốt đƣợc sử dụng để bơm bùn đặc

+ Mỏ khai thác Chì, kẽm ,Bạc : dùng để lấy mẩu
+ Mỏ khai thác Vàng: bơm dung dịch hydrochloric acid

7


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
+ Mỏ khai thác than: dùng để bơm thoát nƣớc
- Xử lý nƣớc đô thị:
+ Xử lý bùn
+ Định lƣợng hoá chất (bơm vôi, ferric chlorite)
+ Than hoạt tính
+ Định lƣợng Sodium silicate
+ Định lƣợng Sodium hypochlorite
+ Định lƣợng Sodium bisulphite
- Chất tẩy rửa/ hoá chất:
+ Hydrochloric acid (<38%), Sodium hydroxide
+ Potassium hydroxide
+ Sơn gốc nƣớc, mủ cao su, Axit Sulphuric,
+ Chất kết dính,
+ Đinh lƣợng nƣớc hoa để sản xuất xà phòng.
+ Kem đánh răng, dầu gội, xà phòng.
- Vật liệu xây dựng:
+ Xi măng, vữa, bê tông, thạch cao
+ Bùn đất sét, Kaolin
- Giấy và bột giấy:
+ Bột giấy,mực, vàng mã
+ Vôi , keo
- Trang thiết bị y tế:
+ Các máy truyền dịch, máy chạy thận nhân tạo, các thiết bị lọc máy

liên tục
+ Các máy xét nghiệm sinh hóa, xét nghiệm huyết học v.v...
+ Các máy bơm nƣớc trong hệ thống dao siêu âm, thiết bị tán sỏi
đƣờng mật, nội soi khớp gối, v.v...
- Cơ sở giết mổ gia cầm;
- Pha chế đồ uống (nhà máy bia,rƣợu);
- Chế biến cá và thức ăn chăn nuôi, v.v...

8


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
1.3 Tầm quan trọng và ứng dụng của bơm vuốt trong y tế.
Do đặc tính ƣu việt có nhiều ƣu điểm của bơm vuốt mà ngày nay bơm vuốt
đƣợc sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật chế tạo máy nói chung và chế
tạo trang thiết bị y tế nói riêng. Đặc biệt trong lĩnh vực y tế, do yêu cầu về tính
chính xác về liều lƣợng, khả năng đảm bảo không xâm lấn đối với dịch bơm, cũng
nhƣ không tổn thất dịch bơm. Vì thế chúng đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi và
thay đổi cả về kết cấu lẫn kiểu dáng nhƣng nguyên lý bơm thì không thay đổi.
1.3.1 Ứng dụng trong các thiết bị cận lâm sàng.
Các thiết bị cận lâm sàng là các thiết bị có chẩn đoán thăm dò chức năng ,
khám bệnh để đƣa ra những thông số sinh học của cơ thể ngƣời bệnh. Từ đó những
kết quả thu đƣợc từ việc thăm khám bác sĩ mới có thể đƣa ra các chỉ định để điều
trị. Chúng ta phải kể đến đầu tiên là các hệ thống máy xét nghiệm máu nhƣ : xét
nghiệm sinh hóa, xét nghiệm huyết học, xét nghiệm miễn dịch v.v...Để đảm bảo
tính chính xác của các xét nghiệm thì bắt buộc các thiết bị phải thực hiện trong một
quy trình khép kín từ lúc lấy mẫu bệnh phẩm (máu, huyết thanh của bệnh nhân
v.v...) đến khi trả kết quả.

Hình 1.5 Máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động

Phân tích xét nghiệm sinh hoá là một trong các phƣơng pháp khám bệnh chủ
yếu nhằm để thu nhận một số các phân tích y tế đƣợc hệ thống hoá cho phép phát
hiện bệnh lý, xu hƣớng phát triển bệnh lý, giám sát diễn biến của quá trình bệnh lý
và hồi phục.

9


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Nhiệm vụ chủ yếu của phân tích sinh hóa là thu nhận thông tin chẩn đoán tin
cậy về hoạt động chức năng của các hệ thống khác nhau trong cơ thể tạo cơ sở cho
việc quyết định điều trị.
Đối tƣợng phân tích xét nghiệm là các vật liệu sinh học lấy từ môi trƣờng
bên trong của bệnh nhân nhƣ: máu, nƣớc tiểu, bạch huyết, tủy sống, dịch vị, môi
trƣờng mô sinh và các chất do cơ thể tạo ra trong quá trình hoạt động sống của
nó.v.v…
Đặc điểm cơ bản của phân tích sinh hóa là tính chất của mẫu thử sinh học
không bị ảnh hƣởng bởi các quá trình xảy ra trong cơ thể sau khi lấy mẫu, vì vậy
các mẫu thử chỉ có ý nghĩa đến khi nào chúng còn mang “dấu ấn” của cơ thể đƣợc
khảo sát. Nhƣ vậy, mẫu thử là “bức ảnh” tức thời của trạng thái cơ thể, vì thế mọi
yếu tố ảnh hƣởng đến mẫu thử đều làm sai lệch giá trị của kết quả xét nghiệm.
Nguyên lý hoạt động của các thiết bị xét nghiệm phân tích sinh hóa tự động
là pha chế các loại thuốc thử (thuốc tạo phản ứng R1, R2) với nhau và với mẫu bệnh
phẩm. Sau khi các chất này tạo phản ứng với nhau sẽ biểu thị nồng độ chất cần tìm
trong mẫu bệnh phẩm bằng cách chiếu phản ứng tới một bộ cảm biến ánh sáng
(detector). Cảm biến này có chức năng thu nhận thông tin bệnh phẩm và chuyển
chúng thành những giá trị đã quy ƣớc. Quá trình này đòi hỏi phải thực hiện theo
một quy trình khép kín. Toàn bộ sự dịch chuyển của mẫu bệnh phẩm và thuốc thử
đều đƣợc dẫn lƣu bằng bơm vuốt và pha chúng với nhau tại buồng phản ứng. Do
các mẫu thử và bệnh phẩm yêu cầu tuyệt đối không bị pha tạp của bất kỳ dung dịch

nào và thƣờng đƣợc lấy với giá trị rất ít ( dƣới 1ml dịch) nên bơm vuốt với những
đặc tính mới có khả năng đáp ứng đƣợc mọi yêu cầu trên.

Hình 1.6 Bơm vuốt đƣợc gắn trên một máy sinh hóa bán tự động

10


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

1

2
Bơm vuốt

Chất thải

Hình 1.7 Sơ đồ một đƣợc dịch của máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động.
(1): Mẫu phản ứng gồm bệnh phẩm và thuốc thử
(2): Buồng đo phản ứng.
Sơ đồ đƣờng dịch trên thể hiện quy trình đo mẫu bệnh phẩm của một thiết bị
phân tích xét nghiệm. Toàn bộ hoạt động hút mẫu lấy kết quả của hệ thống đƣợc
điều khiển bởi một bơm vuốt đƣợc gắn bên trong máy. Bơm vuốt sẽ thực hiện hai
quá trình bao gồm:
+ Quá trình thứ nhất là quá trình bơm vuốt sẽ hút mẫu phản ứng bên trong
một ống nghiệm vào buồng đo phản ứng. Mẫu này là sự pha trộn có tỉ lệ của bệnh
phẩm và thuốc thử tạo phản ứng thể hiện nồng độ của yếu tố cần thăm dò trong cơ
thể (Glucose, Ure, Axit uric...). Tại đây mẫu sẽ đƣợc giữ lại khoảng vài giây đến vài
phút để máy đọc kết quả.
+ Quá trình thứ hai là quá trình bơm vuốt sẽ hút toàn bộ mẫu phản ứng từ bên

trong buồng phản ứng ra ngoài tới bộ đựng chất thải của máy.
Toàn bộ quá trình hoạt động của bơm vuốt không gây ảnh hƣởng đến chất
lƣợng của mẫu.
Trong thiết bị xét nghiệm sinh hóa bán tự động trên do cấu tạo đơn giản, bơm
vuốt chỉ tham gia vào quá trình hút mẫu phân tích để đo và thải mẫu ra ngoài. Đối
với các thiết bị phân tích tự động nhƣ máy xét nghiệm sinh hóa tự động hay các
máy xét nghiệm huyết học thì toàn bộ quá trình từ pha mẫu bệnh phẩm, pha dung
dịch thuốc thử đều đƣợc thực hiện bởi các bơm vuốt. Do không sử dụng phớt bơm
và không tiếp xúc trực tiếp với các dung dịch nhƣ các loại bơm khác nên sẽ không
làm hao tổn dịch bơm, hệ thống bơm kín nên đảm bảo độ chính xác cỡ µl.

11


Lun vn cao hc: Hc viờn Trn Vit Anh

Hỡnh 1.8 Mỏy xột nghim sinh húa t ng vi nhiu bm vut thc hin quy
trỡnh hỳt mu, pha mu v o mu t ng.

Chất xúc rửa

Chất xúc rửa

N-ớc cất

Lỗ tràn khay
đựng bình dung dịch

Photometer

Van 1

Kim xúc rửa
Kim hút mẫu

Van 4

Mô tơ
bơm n-ớc cất

Van 3
Kim hút hoá chất

Mô tơ
bơm chất xúc rửa
Các lỗ tràn
khay đựng mẫu

Van 2

Các pitong
định liều

ốn

gc
hứ
ac

hấ

t

t hả
i

Mô tơ
hút chất thải

Hỡnh 1.9. S ng dch ca thit b xột nghim sinh húa t ng.

12


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
1.3.2 Ứng dụng trong các thiết bị lâm sàng
Các thiết bị lâm sàng là những thiết bị đƣợc sử dụng trực tiếp vào quá trình
điều trị ngƣời bệnh. Thông thƣờng đối với các thiết bị có chức năng bơm thuốc vào
ngƣời bệnh với một số lƣợng lớn, trong thời gian dài cần kiểm soát hoặc các thiết bị
lọc máu ngắt quãng hay liên tục đều phải sử dụng bơm vuốt do tính ổn định và
những ƣu điểm của nó. Trong đề tài luận văn này sẽ giới thiệu hai ứng dụng của
bơm vuốt trong bơm truyền dịch và thiết bị thận - lọc máu.
1.3.2.1 Bơm truyền dịch
Dịch truyền là những dung dịch thuốc vô khuẩn dùng để tiêm truyền nhỏ giọt
vào tĩnh mạch với khối lƣợng lớn. Dịch truyền có nhiều loại với các thành phần
hoạt chất ở những nồng độ khác nhau.
Truyền dịch có vai trò rất quan trọng trong y học, tuy nhiên vẫn sảy ra các tai
biến trong khi truyền dịch làm cho bệnh nhân bị sốc. Khi sử dụng dịch truyền để
truyền cho bệnh nhân trong bất cứ trƣờng hợp nào cũng cần phải lƣu ý nguy
cơ bệnh nhân có thể bị sốc. Sốc có thể xảy ra tức thì hoặc trong, hoặc ngay sau khi
tiêm. Biểu hiện là bệnh nhân bắt đầu thấy rét run đột ngột, sốt, nhiệt độ cơ thể có

thể lên 39 – 40oC hoặc cao hơn, mạch nhanh, vã mồ hôi, chân tay lạnh, huyết áp tụt,
khó thở, nhịp thở nhanh và nông, bệnh nhân lo lắng bồn chồn, vật vã... Nếu không
xử trí kịp thời bệnh nhân có thể sẽ bị tử vong. Nguyên nhân gây sốc có thể do chất
lƣợng thuốc hoặc do dụng cụ tiêm truyền không đảm bảo vô trùng, tốc độ truyền
quá nhanh, đôi khi do cơ địa bệnh nhân mẫn cảm hoặc dị ứng thuốc, có bọt khí
trong dịch truyền.
Để giảm thiểu các nguy cơ dẫn đến sốc cho bệnh nhân, ngày nay tại các bệnh
viện ngƣời ta đã sử dụng các thiết bị công nghệ hỗ trợ, kiểm soát việc truyền dịch
vào cơ thể bệnh nhân, đó là các máy bơm truyền dịch.
Các chức năng của thiết bị truyền dịch bao gồm: Bơm, kiểm soát tốc độ
truyền dịch vào cơ thể; Làm ấm và kiểm soát nhiệt độ dịch truyền; Phát hiện và
cảnh báo bọt khí khi có dịch truyền.

13


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Để đƣa dịch truyền vào cơ thể, mạch sử dụng một bơm vuốt, lƣu lƣợng đƣa
và cơ thể tỉ lệ với tốc độ quay của bơm. Thiết bị cho phép điều chỉnh tốc độ bằng
núm xoay biến trở hoặc cài đặt bằng các phím trên máy.
Các bơm truyền dịch có nhiều chức năng kiểm soát và theo dõi quá trình
truyền dịch vào bệnh nhân nhƣ:
+ Kiểm soát đƣợc lƣu lƣợng dịch truyền, tốc độ truyền dịch.
+ Kiểm soát nhiệt độ dịch truyền (thƣờng đặt khoảng 37 oC bằng nhiệt độ bên
trong cơ thể.
+ Cài đặt thiết lập chƣơng trình cho từng loại thuốc, dịch truyền vào cơ thể
theo khuyến cáo của nhà sản xuất thuốc.
Ngoài ra một số các thiết bị truyền dịch công nghệ cao hơn còn thiết lập các
chức năng phát hiện bọt khí trong dịch truyền và xử lý chúng.

Hình 1.10 Bơm truyền dịch cơ bản.
Trên hình 1.10 giới thiệu một loại bơm truyền dịch cơ bản sử dụng bơm vuốt
để điều khiển tốc độ bơm dịch bằng nút điều chỉnh tốc độ bơm. Tốc độ bơm sẽ đƣợc
hiển thị trên màn hình LED và đƣợc tính bằng đơn vị rpm (vòng/phút). Tùy theo tốc
độ đƣợc cài đặt mà lƣu lƣợng dịch đƣợc truyền qua tƣơng ứng khoảng 0,07 - 1140
ml/phút. Hạn chế của bơm truyền dịch trên là không hiển thị trực tiếp lƣu lƣợng
dịch truyền bằng đơn vị ml/phút, không có chức kiểm soát nhiệt độ tuy nhiên có bộ
phận đảo chiều quay của bơm nên có thể ứng dụng vào nhiều mục đích điều trị hơn.

14


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh

Hình 1.11 Bơm truyền dịch
Trên hình 1.11 thể hiện một loại bơm truyền dịch với một bộ phát hiện bọt
khí trên đƣờng truyền và bộ cài đặt tốc độ truyền dịch với đơn vị ml/h hoặc có thể
cài đặt thời gian truyền và thể tích dịch truyền từ đó máy sẽ tự động truyền một thể
tích hợp lý.

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý của một bơm truyền dịch.

15


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
1.3.2.2 Thiết bị thận - lọc máu.
Chạy thận nhân tạo là phƣơng pháp lọc máu ngoài cơ thể, bằng cách tạo một
vòng tuần hoàn ngoài cơ thể, dẫn máu ra bộ lọc để lọc các sản phẩm cặn chuyển hóa
và nƣớc dƣ thừa, rồi máu đƣợc dẫn trở lại cơ thể. Chạy thận nhân tạo là cách phổ

biến nhất để điều trị suy thận vĩnh viễn tiên tiến. Việc này có thể giúp thực hiện một
cuộc sống năng động mặc dù thận không đủ sức khỏe. Chạy thận nhân tạo đòi hỏi
phải theo một lịch trình điều trị nghiêm ngặt, dùng thuốc thƣờng xuyên, và thƣờng
xuyên thực hiện các thay đổi trong chế độ ăn uống.
Chạy thận nhân tạo thƣờng là cần thiết khi có chỉ 10-15% chức năng thận.
Có thể có hoặc có thể không có dấu hiệu và triệu trứng của suy thận (ure huyết),
chẳng hạn nhƣ buồn nôn, nôn, sƣng tấy hoặc mệt mỏi. Chạy thận nhân tạo có thể
giúp công việc của thận bằng cách kiểm soát huyết áp và duy trì sự cân bằng thích
hợp của chất lỏng và các hóa chất khác nhau - chẳng hạn nhƣ kali và natri trong cơ
thể. Nó cũng có thể giúp cơ thể duy trì sự cân bằng acid-base thích hợp.

Hình 1.13 Chạy thận nhân tạo.
Máy thận nhân tạo gồm 4 bộ phận cơ bản: hệ thống vòng tuần hoàn ngoài cơ
thể; hệ thống pha trộn và dẫn dịch lọc; hệ thống kiểm soát siêu lọc tự động; hệ
thống riêng của các thế hệ máy. Trong hệ thống tuần hoàn ngoài cơ thể có dây dẫn
máu, bộ lọc, bơm máu, bơm heparin, các bộ phận thông báo các thông số nhƣ áp lực
dòng máu động mạch, dòng máu tĩnh mạch, tốc độ bơm heparin, báo động có khí
trong dòng máu.

16


Luận văn cao học: Học viên Trần Việt Anh
Nhƣ trên hình 1.14 thể hiện rõ sơ đồ đƣờng dịch cũng là sơ đồ nguyên lý của
một thiết bị chạy thận nhân tạo. Đối với bất kỳ một hệ thống thận nhân tạo nào thì
bơm máu luôn đóng vai trò chủ đạo, nó nằm trên hệ thống đƣờng máu. Việc cài đặt
tốc độ bơm máu là việc kiểm soát toàn bộ quá trình lọc máu.

Hình 1.14 Bơm vuốt trên máy thận nhân tạo.
Hệ thống đƣờng máu thực hiện chức năng điều khiển và giám sát dòng máu

quả lọc, và ở tại vị trí thích hợp thêm chất heparin vào máu trƣớc khi thực hiện lọc.
Nguyên lý hoạt động và các thành phần của hệ thống đƣợc miêu tả dƣới đây :

Hình 1.15.Hệ thống đƣờng máu (Bên ngoài)
1.Operators panel (Bàn điều khiển)
2.Air detector (Bộ phát hiện bọt khí)
3.Venous pressure transducer (Bộ cảm biến áp lực tĩnh mạch)
4.Arterial pressure transducer (Bộ cảm biến áp lực động mạch)

17