Thiết kế chế tạo cân trẻ em tích hợp trên giường bệnh nhân

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 3
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 4
THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ TỪ VIẾT TẮT ......................................................... 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. 7
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................... 10
1.1. Nhu cầu và thực trạng sử dụng cân tích hợp vào giƣờng bệnh của bệnh nhân
trong bệnh viện Nhi Trung Ƣơng ............................................................................. 10
1.1.1. Công thức tính lƣợng dịch truyền ( Áp dụng trong điều trị bỏng ) ............. 10
1.1.2. Công thức tính thể tích máu mất khi bị xuất huyết. .................................... 12
1.1.3. Nhu cầu thực tế ............................................................................................ 14
1.2. Khảo sát thực tế và xây dựng yêu cầu thiết kế. ................................................. 18
CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ .......................................... 24
2.1. Các phƣơng pháp đo khối lƣợng ....................................................................... 24
2.1.1. Nguyên lý đo khối lƣợng ............................................................................. 24
2.1.2. Các phƣơng pháp đo khối lƣợng ................................................................. 24
2.2. Tìm hiểu chung về Loadcell. ............................................................................. 29
2.2.1. Khái niệm Loadcell. .................................................................................... 29
2.2.2. Cấu tạo. ........................................................................................................ 30
2.2.3. Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 30
2.2.4. Thông số kĩ thuật cơ bản ............................................................................. 31
2.2.5. Phân loại ...................................................................................................... 32
2.2.6. Ứng dụng của Loadcell ............................................................................... 32
2.2.7. Các loại Loadcell cơ bản ............................................................................. 33
2.2.8. Kết nối Loadcell .......................................................................................... 38
2.2.9. Chống quá tải Loadcell ............................................................................... 39
2.2.10. Cách lựa chọn Loadcell và phụ kiện ......................................................... 39
1

2.3. Hệ thống cân sử dụng loadcell và ứng dụng...................................................... 41
2.3.1. Khối cảm biến trọng lƣợng.......................................................................... 41
2.3.2. Bộ phận khuếch đại. .................................................................................... 42
2.3.3. Bộ hiển thị. .................................................................................................. 43
2.3.4. Bộ Xử Lý. .................................................................................................... 44
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................................ 47
3.1. Thiết kế cơ khí ................................................................................................... 47
3.1.1. Yêu cầu chung ............................................................................................. 47
3.1.2. Quy trình thiết kế ......................................................................................... 48
3.1.3. Bộ điều khiển............................................................................................... 51
3.1.4 Thông tin trong thiết kế ................................................................................ 54
3.2. Thiết kế điện tử .................................................................................................. 54
3.2.1. Mục tiêu đặt ra ............................................................................................. 54
3.2.2. Sơ đồ khối của cân điện tử .......................................................................... 55
3.2.3. Lựa chọn các linh kiện ................................................................................ 56
3.2.4. Thiết kê mạch nguyên lý ............................................................................. 65
3.2.5. Bản layout mạch in: ..................................................................................... 69
3.2.6. Mạch in thực tế: ........................................................................................... 71
3.3. Viết chƣơng trình cho Vi điều khiển ATmega32A ........................................... 71
3.4. Calib kết quả. ..................................................................................................... 72
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................. 75
4.1. Kết quả ............................................................................................................... 75
4.2. Phƣơng hƣớng phát triển ................................................................................... 76
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 77
Phụ lục 1: Bảng calib kết quả. ...................................................................................... 78
Phụ lục 2: Code của Atmega32A. ................................................................................ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………..100

2

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và làm Luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn
chân thành tới các thầy, cô giáo, cán bộ, nhân viên trong Ban giám hiệu, Viện Đào
tạo sau đại học, Viện Điện tử - Viễn thông, bộ môn công nghệ điện tử & Kỹ thuật điện
tử y sinh trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức
quý báu giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
Luận văn Thạc sĩ.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn
Phan Kiên, người trực tiếp chỉ bảo, tận tâm hướng dẫn, định hướng cho em trong
suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ.
Em c ng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đ ng chấm luận văn đã cho em
những đ ng g p quý báu để hoàn chỉnh luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 08 năm 2014
Học viên

Nhâm Quý Linh

3


LỜI CAM ĐOAN
Ngoài sự giúp đỡ và hƣớng dẫn của giảng viên TS. Nguyễn Phan Kiên, luận văn này
là sản phẩm của quá trình tìm tòi, nghiên cứu của tác giả về các vấn đề đƣợc đặt ra
trong luận văn. Mọi số liệu, quan điểm, kết cấu cơ khí, thiết kế mạch, phân tích, đánh
giá, kết luận của các tài liệu và các nhà nghiên cứu khác đƣợc trích dẫn theo đúng quy
định. Vì vậy, tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo cân
trẻ em tích hợp trên giƣờng bệnh nhân là công trình nghiên cứu của riêng mình.

Hà nội, tháng 08 năm 2014
Tác giả

Nhâm Quý Linh

4


THUẬT NGỮ TIẾNG ANH VÀ TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

VBL

Volume of Blood Lost

Thể tích máu mất

PBL

Percentage of Blood Loss

Phần trăm thể tích máu mất

TBV

Total Blood Volume

Tổng thể tích máu

Loadcell

Cảm biến trọng lƣợng

Load

Điện trở tải

Strain gauge

Điện trở biến dạng

ADC

Analog to Digital Converter

Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số

PLC

Programmable Logic Controller Thiết bị điều khiển lập trình đƣợc
Excitation

Điện áp kích thích

Output

Tín hiệu ra

Sense

Dây dẫn đƣợc nối trực tiếp với
Excitation

LCD

Màn hình tinh thể lỏng

Liquid Crystal Display

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Tính cho mỗi % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ nhẹ, vừa,
nặng và rất nặng (trên 50% diện tích cơ thể tính bằng 50). ............................................ 11
Bảng 1. 2. Phân loại mức độ xuất huyết. .......................................................................... 13
Bảng 2. 1. Đặc trưng vật lý của một số vật liệu áp điện. .................................................. 26
Bảng 2. 2. Bảng so sánh tính năng, hiệu suất các loại cảm biến. .................................... 29
Bảng 3. 1. Dải điện áp vào và giá trị ra của ADS1234. ................................................... 59

6


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Hậu quả của bỏng gây ra. ........................................................................... 10

Hình 1. 2. Một số loại cân bệnh nhân tại bệnh viện Nhi. ............................................ 14
Hình 1. 3. Một số hình ảnh trẻ em trong quá trình điều trị tại bệnh viện Nhi. ............ 15
Hình 1. 4. Giường Hill-Rom Care Assist. .................................................................... 15
Hình 1. 5. Giường h i sức KA-896E. ........................................................................... 16
Hình 1. 6. Giường Inox. ............................................................................................... 18
Hình 1. 7. Giường Việt Thái. ........................................................................................ 18
Hình 1. 8. Giường h i sức Lullaby. ............................................................................. 19
Hình 1. 9. Giường h i sức Fisher & Paykel. ............................................................... 20
Hình 1. 10. L ng ấp Ohmeda. ...................................................................................... 20
Hình 2. 2. Cách ghép các phần tử áp điện. a. Hai phần tử song song. b. Hai phần tử
nối tiếp. c. Nhiều phần tử song song. ........................................................................... 26
Hình 2. 1. Các biến dạng cơ bản. a. Theo chiều dọc. b. Theo chiều ngang. c. Cắt theo
bề dày. d.Cắt theo bề mặt. ............................................................................................ 26
Hình 2. 3. Cảm biến từ thẩm biến thiên. ...................................................................... 27
Hình 2. 5. Cảm biến áp suất sen-3391. ........................................................................ 28
Hình 2. 4. Sơ đ khối cảm biến áp suất. ...................................................................... 28
Hình 2. 6. Một số lọai Loadcell thông dụng. ............................................................... 30
Hình 2. 7. Nguyên lý hoạt động của Loadcell. ............................................................. 30
Hình 2. 8. Cấu tạo của Loadcell. ................................................................................. 30
Hình 2. 9. Mạch cầu Wheatstone. ................................................................................ 31
Hình 2. 10. Sơ đ khối của cân điện tử sử dụng Loadcell. .......................................... 41
Hình 3. 1. L ng ấp Ohmeda. ........................................................................................ 48
Hình 3. 2. Bộ phận gá, đỡ, tiếp nhận lực tác động của bệnh nhân. ............................ 49
Hình 3. 3. Mặt trên gắn với ba Loadcell. ..................................................................... 50
Hình 3. 4. Loadcell được gắn vào phần mặt dưới. ...................................................... 50
Hình 3. 5. Vị trí đặt bộ điều khiển trên l ng ấp. .......................................................... 52
Hình 3. 6. Bộ điểu khiển. .............................................................................................. 53
Hình 3. 7. Sơ đ khối của cân điện tử. ......................................................................... 55
Hình 3. 8. Loadcell dạng uốn trong thực tế. ................................................................ 56
Hình 3. 9. Sơ đ kết nối ADC với Loadcell và Vi điều khiển. ...................................... 57

Hình 3. 10. Sơ đ khối của bộ ADC 24 bits ADS1234. ................................................ 58
Hình 3. 11. Sơ đ của khối khuếch đại trong ADS1234. ............................................. 59
Hình 3. 12. Text LCD 16x2. ......................................................................................... 59
Hình 3. 13. ATmega32A dạng PDIP. ........................................................................... 60

7


Hình 3. 14. Atmega32A dạng SMD. ............................................................................. 60
Hình 3. 15. Máy in nhiệt khổ giấy 58mm. .................................................................... 62
Hình 3. 16. Chân của DS1307. .................................................................................... 63
Hình 3. 17. Chân của EEPROM AT24C04. ................................................................. 64
Hình 3. 18. Nút nhấn. ................................................................................................... 64
Hình 3. 19. IC 78M05 dạng chân dán.......................................................................... 65
Hình 3. 20. Sơ đ khối mạch cân điện tử. .................................................................... 65
Hình 3. 21. Sơ đ mạch của khối ngu n. ..................................................................... 65
Hình 3. 22. Sơ đ mạch của khối ADC. ....................................................................... 66
Hình 3. 23. Sơ đ nguyên lý của khối Vi xử lý. ............................................................ 66
Hình 3. 24. Sơ đ nguyên lý của khối hiển................................................................... 67
Hình 3. 25. Sơ đ nguyên lý của khối nút bấm. ........................................................... 68
Hình 3. 26. Sơ đ mạch của khối UART. ..................................................................... 68
Hình 3. 27. Sơ đ mạch của khối thời gian thực RTC. ................................................ 69
Hình 3. 28. Sơ đ mạch của khối EPROM. .................................................................. 69
Hình 3. 29. Layout lớp TOP. ........................................................................................ 70
Hình 3. 30. Layout lớp BOTTOM. ............................................................................... 70
Hình 3. 31. Mạch in thực tế.......................................................................................... 71
Hình 3. 32. Lưu đ thuật toán cho Atmega32A. .......................................................... 72
Hình 3. 33. Sơ đ thuật toán của quá trình calib......................................................... 73
Hình 3. 34. Đ thị cho kết quả calib. ........................................................................... 74
Hình 3. 35. Hình ảnh cân điện tử khi đã hoàn thành. .................................................. 75

Hình 3. 36. Thông số cân nặng, ngày giờ được in trên giấy nhiệt .............................. 76

8


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới – đặc biệt là các nƣớc phát triển, việc sử dụng cân tích
hợp ngay trên giƣờng bệnh nhân trong các bệnh viện đƣợc dùng khá phổ biến. Loại
giƣờng này rất thuận tiện cho các bác sĩ, điều dƣỡng trong việc lấy thông tin về cân
nặng của bệnh nhân một cách thƣờng xuyên, liên tục. Các bệnh viện lớn ở nƣớc ta
trong đó có bệnh viện Nhi Trung Ƣơng là một trong những bệnh viện có nhu cầu sử
dụng giƣờng tích hợp hệ thống cân là rất lớn. Tuy nhiên loại giƣờng này hiện nay giá
thành nhập về quá cao, bệnh viện trong nƣớc chƣa thể đáp ứng đƣợc. Một câu hỏi cần
đặt ra là với số giƣờng sẵn có hiện tại ở bệnh viện Nhi Trung Ƣơng, làm thế nào để có
thể tích hợp hệ thống cân luôn vào đó? Để trả lời cho câu hỏi trên, em đã xin ý kiến
thầy hƣớng dẫn, tập trung nghiên cứu và đƣa ra giải pháp: “Thiết kế chế tạo cân trẻ
em tích hợp trên giường bệnh nhân”. Sau khi hoàn thành, hệ thống này sẽ đƣợc tích
hợp vào lồng ấp trẻ sơ sinh tại bệnh viện Nhi Trung Ƣơng.
Do thời gian có hạn, mặc dù em đã rất cố gắng nhƣng luận văn tốt nghiệp của
em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự chỉ dẫn của thầy
giáo hƣớng dẫn cùng các thầy cô trong trƣờng để em hoàn thành luận văn và làm ra
đƣợc sản phẩm tốt nhất về hình dáng, mẫu mã và giá cả.
Qua đây, em xin đƣợc gửi lời cám ơn tới thầy giáo TS. Nguyễn Phan Kiên và
các thầy cô trong Viện Điện tử viễn thông trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng
toàn thể kĩ sƣ của công ty TNHH Công nghệ và Ứng dụng Bách Khoa BKAT cũng
nhƣ cán bộ của bệnh viện Nhi Trung Ƣơng đã tận tình hƣớng dẫn và tạo điều kiện cho
em hoàn thành luận văn này.

9

CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Nhu cầu và thực trạng sử dụng cân tích hợp vào giƣờng bệnh của bệnh nhân
trong bệnh viện Nhi Trung Ƣơng
Nhƣ chúng ta đã biết, trọng lƣợng của bệnh nhân – đặc biệt là các bệnh nhân nặng ( ví
dụ nhƣ bệnh nhân thuộc khoa hồi sức cấp cứu, khoa cấp cứu chống độc, khoa sơ sinh,
khoa thận nhân tạo...) là một trong những thông số quan trọng cho các bác sĩ trong
công tác khám bệnh và điều trị. Thông qua cân nặng của bệnh nhân bác sĩ có thể tính
toán đƣợc lƣợng máu, lƣợng dịch cần truyền, lƣợng thuốc cần tiêm, truyền cho bệnh
nhân, áp lực thông khí thở .v.v. cho phù hợp.
Dƣới đây là một số ví dụ chỉ ra yêu cầu cần thiết phải có cân trong quá trình điều trị
mà cụ thể là tính toán lƣợng dịch cần truyền trong điều trị bỏng và tính thể tích mất
máu trong điều trị xuất huyết của bệnh nhân.
1.1.1. Công thức tính lƣợng dịch truyền ( Áp dụng trong điều trị bỏng )
Có rất nhiều lý do khác nhau dẫn đến bỏng, có
thể do tác động của nhiệt, của điện, của hóa chất
và các tác nhân khác tác động một cách trực tiếp
hoặc gián tiếp lên vùng da gây ra các mức độ tổn
thƣơng khác nhau.
Qua đó cho thấy việc cấp cứu, điều trị dự phòng
và điều trị

bỏng phải đƣợc tiến hành khẩn

trƣơng, đầy đủ từ tuyến cơ sở đến bệnh viện Hình 1. 1. Hậu quả của bỏng gây ra.
chuyên khoa đặc biệt đối với những bệnh nhân bị sốc bỏng. Sau khi sơ cứu xong bác
sĩ tiến hành truyền dịch cho bênh nhân. Đây là vấn đề quan trọng nhất để bù đắp khối
lƣợng máu lƣu hành, giữ đƣợc huyết áp, chống thiểu niệu, vô niệu, chống đƣợc các rối
loạn chuyển hoá, cân bằng kiềm toan (tức là cân bằng pH máu, pC02, dự trữ kiềm,
kiềm dƣ).... Có nhiều công thức để tính lƣợng dịch truyền.

Một số công thức chính:
-

Công thức Evans:

10


o Dịch keo = 1ml x kg (cân nặng) x diện tích bỏng.
o Điện giải = 1ml x kg (cân nặng) x diện tích bỏng.
o Huyết thanh ngọt 5% = 2000ml (ngƣời lớn).
Chú ý: Diện bỏng trên 50% tính bằng 50. Ngày đầu truyền dịch không quá 10 lít: chia
8 giờ đầu truyền bằng 1/2 tổng lƣợng, 16 giờ sau truyền bằng 1/2 tổng lƣợng. Ngày
thứ 2: Dịch keo và điện giải bằng 1/2 ngày thứ nhất.
o Tính toán lƣợng dịch truyền dựa vào công thức Parkland: 24 giờ đầu
chỉ truyền Ringer lactat.
o Tổng lƣợng dịch truyền = 4ml x kg (cân nặng) x diện tích bỏng.
o 24 giờ sau dùng: huyết thanh ngọt đẳng trƣơng 2000ml (ngƣời lớn) và
huyết tƣơng hoặc dịch keo tính theo diện tích bỏng.
o Nếu diện bỏng 40 - 50% truyền 50 - 250 ml.
o Nếu diện bỏng 50 -70% truyền 500 - 800 ml.
o Nếu diện bỏng trên 70% truyền 800 - 1000 ml.
Dƣới đây là bảng tính cho mỗi % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ
nhẹ, vừa, nặng và rất nặng (trên 50% diện tích cơ thể tính bằng 50).
Bảng 1. 1. Tính cho mỗi % diện tích bỏng số ml dịch cần thiết theo mức độ nhẹ, vừa,
nặng và rất nặng (trên 50% diện tích cơ thể tính bằng 50).
Dƣới 1 tuổi

1 – 2 tuổi

3 – 6 tuổi

7 – 14 tuổi

15 – 56 tuổi

Sốc nhẹ (q/3)

15

40

40

50

60

Sốc vừa (q/3)

20

50

50

60

90

Sốc nặng và

25 -30

50 - 60

60 - 80

80 - 100

120 – 200

rất nặng (q/4)
Trong đó:
-

q: Tổng lƣợng dịch truyền.

-

q/3: Chia 3 phần: Keo - điện giải - ngọt.

-

q/4: Chia 4 phần: Máu, huyết tƣơng - keo - điện giải - ngọt.

11


1.1.2. Công thức tính thể tích máu mất khi bị xuất huyết.

Xuất huyết là tình trạng máu, bao gồm đủ 2 thành phần: huyết tƣơng và thành phần
hữu hình thoát ra khỏi hệ thống tuần hoàn. Bình thƣờng máu tuần hoàn trong cơ thể ở
trong lòng các mạch máu. Khi máu (chủ yếu là hồng cầu) thoát ra khỏi thành mạch do
mạch máu bị tổn thƣơng (vỡ, đứt hoặc do tăng tính thấm thành mạch) sẽ gây nên xuất
huyết. Xuất huyết là một hội chứng gặp ở nhiều chuyên khoa nhƣ: Xuất huyết dƣới da
hay gặp ở nội khoa, truyền nhiễm; xuất huyết dạ dày gặp ở khoa tiêu hoá; chảy máu
cam: khoa tai -mũi - họng; chảy máu răng lợi: khoa răng- hàm - mặt...
Các nguyên nhân gây xuất huyết bao gồm:
-

Do chấn thƣơng:Chấn thƣơng làm đứt các mạch máu gây chẩy máu ra khỏi
mạch máu, thƣờng là số lƣợng lớn. Hoặc chấn thƣơng do va chạm mạnh gây
máu tụ đọng lại ở một chỗ trong cơ thể dẫn đến sƣng, phù nề,bầm tím.

-

Do bệnh lý:Xuất huyết là triệu chứng của rất nhiều bệnh khác nhƣ: Xuất huyết
dạ dày, sốt xuất huyết, bệnh ƣa chảy máu, xuất huyết dƣới da, xuất huyết não ...

Các ảnh hƣởng do xuất huyết gây ra bao gồm:
-

Đối với chấn thƣơng: gây đau đầu, mệt mỏi, thay đổi tâm tính, gây mất trí nhớ
( chấn thƣơng sọ não), gây yếu chân tay ( chấn thƣơng ở chân tay)... Trong
trƣờng hợp bị mất máu cấp tính nếu không đƣợc truyền máu kịp thời thì khả
năng tử vong là rất cao.

-

Đối với xuất huyết do bệnh lý: gây đau đầu, mệt mỏi, hoa mắt, chóng mặt, nôn

mửa, thƣờng đau dữ dội ở vùng bị xuất huyết ( dạ dày, đầu, thực quản, ruột...).
Mức độ mất máu đối với xuất huyết do bệnh lý có thể từ nhẹ tới vừa, thậm chí
nhiều trƣờng hợp chảy máu nặng gây mất máu nghiêm trọng đe dọa tới tính
mạng bệnh nhân do vậy cần phải điều trị càng sớm càng tốt để ngăn ngừa
những hậu quả khó lƣờng.

Trong xuất huyết, ngoài việc giải quyết nguyên nhân gây xuất huyết, bù lƣợng máu
mất là khâu quan trọng trong việc hồi phục sức khỏe cho bệnh nhân. Thông thƣờng
việc tính toán thể tích máu mất đƣợc tính tuần tự theo 3 bƣớc:

12


-

Tổng cộng thể tích máu (total blood volume – TBV) của bệnh nhân. Ở ngƣời
Mỹ( nam giới), TBV là 66 mL/kg và ở ngƣời Mỹ (nữ giới) 60 mL/kg. Ở những
bệnh nhân béo phì và bệnh nhân lớn tuổi thì giảm các trị số này 10%. Ở Việt
Nam, chỉ cần áp dụng các trị số thực tế, nhƣng cách tính thì vẫn không thay
đổi.

-

Phần trăm thể tích máu mất (Percentage of blood loss - PBL) của bệnh nhân.
Biến số này đƣợc ƣớc tính dựa trên các triệu chứng lâm sàng (Bảng 1.1).

-

Thể tích máu mất (Volume of blood lost – VBL) đƣợc tính bằng công thức sau
đây:

VBL(mL) = TBV x PBL = 66(mL/kg) x PBL (đối với nam)
= 60(mL/kg) x PBL (đối với nữ)
VBL (Volume of Blood Lost): Thể tích máu mất.
PBL (Percentage of Blood Loss): Phần trăm thể tích máu mất.

TBV (Total Blood Volume): Tổng thể tích máu.
Bảng 1. 2. Phân loại mức độ xuất huyết.
Thông số
30-40%
>120
Giảm
5-15
Lẫn lộn
(confused)

Cấp 1
30-40%
>120
Giảm
5-15
Lẫn lộn
(confused)

Cấp 2
30-40%
>120
Giảm
5-15
Lẫn lộn
(confused)

Cấp 3
30-40%
>120
Giảm
5-15
Lẫn lộn
(confused)

Cấp 4
>40%
>140
Giảm
<5
Lừ đừ
(lethargic)

Từ những công thức trên cho thấy cân nặng có mối quan hệ mật thiết với quá trình
điều trị bệnh. Đây là thông số rất quan trọng đòi hỏi phải cập nhật thƣờng xuyên. Một
câu hỏi cần đặt ra ở đây là làm thế nào để lấy đƣợc thông số cân nặng của bệnh nhân
đang nằm trên giƣờng bệnh một cách dễ dàng mà không ảnh hƣởng đến quá trình điều
trị. Câu trả lời cho câu hỏi này chỉ có thể là thiết kế chế tạo cân tích hợp vào giƣờng
bệnh của bệnh nhân.

13


1.1.3. Nhu cầu thực tế
Qua quá trình khảo sát thực tế tại bệnh viện Nhi Trung Ƣơng cho thấy số lƣợng
giƣờng và lồng ấp trẻ sơ sinh trong các khoa rất lớn tuy nhiên không có bất kì chiếc

giƣờng hay lồng ấp nào có cân tích hợp sẵn vì thế dẫn tới các hệ luỵ:

Hình 1. 2. Một số loại cân bệnh nhân tại bệnh viện Nhi.
-

Thao tác chăm sóc trẻ mất nhiều công đoạn nhƣ tháo dỡ thiết bị y tế trên cơ
thể: máy thở, máy tiêm, máy truyền dịch, ống xông, ống nội khí quản ...; sau đó
đƣa bệnh nhân đến vị trí cân và lại gắn các thiết bị đó lên cơ thể bệnh nhân.

-

Quá trình tháo dỡ thiết bị y tế rồi lại lắp lại cho bệnh nhân nhiều lần có thể dẫn
đến tổn thƣơng và gây đau đớn thêm cho các bệnh nhân: chẳng hạn nhƣ khi dỡ
máy thở có thể gây thiếu ôxy đột ngột dẫn đến tím tái, ngừng thở hay nghiêm
trọng hơn có thể nguy hiểm đến tính mạng của bệnh nhân.

-

Quá trình di chuyển bệnh nhân từ giƣờng tới vị trí cân có thể làm bệnh nhân bị
nhiễm thêm bệnh khác do cơ thể yếu, sức đề kháng kém hoặc môi trƣờng
không đảm bảo sạch vi khuẩn.
14


Y tá chăm sóc trẻ mất nhiều công sức.

-

Hình 1. 3. Một số hình ảnh trẻ em trong quá trình điều trị tại bệnh viện Nhi.
Từ thực trạng đó cho thấy nhu cầu sử dụng cân tích hợp ngay trên giƣờng bệnh là rất

cao. Bệnh nhân cần thở oxy, bệnh nhân cần tiêm,truyền hay bệnh nhân trong quá trình
điều trị khác tất cả đều
cần cân. Nếu việc lấy
thông số cân nặng tiếp
diễn theo chu trình
nằm, bế ra khỏi giƣờng
bệnh hoặc lồng ấp sau
đó là cân thì khả năng
lây chéo, nhiễm trùng,
nhiễm khuẩn và virus
vì

môi

trƣờng

Hình 1. 4. Giƣờng Hill-Rom Care Assist.

bên

ngoài thƣờng không
đảm bảo nên dễ ảnh
hƣởng xấu đến bệnh
nhân.

15


Hiện nay bệnh viện Nhi
Trung Ƣơng chƣa có bất kì

chiếc giƣờng tích hợp cân
nào mà chỉ có những chiếc
cân riêng để cân bệnh
nhân do đó nhu cầu cần
tích hợp cân vào giƣờng
sẵn có tại bệnh viện càng
cấp thiết hơn. Dƣới đây là
một số hình ảnh cân trẻ sơ

Hình 1. 5. Giƣờng hồi sức KA-896E.

sinh đƣợc sử dụng tại bệnh
viện Nhi Trung Ƣơng.
Hiện nay, tại khoa sơ sinh có tới vài chục lồng ấp và giƣờng bệnh trong đó chỉ có 5
đến 7 chiếc cân nhƣ trên. Công tác lấy đƣợc thông số cân nặng của mỗi bệnh nhân là
một việc khá phức tạp thậm chí có thể gây ảnh hƣởng không nhỏ đến sức khỏe của
bệnh nhân trong quá trình tháo gỡ thiết bị y tế trên cơ thể và di chuyển. Qua đó cho
thấy, những chiếc cân điện tử hiện tại trong bệnh viện Nhi chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu
lấy thông tin về cân nặng một cách thƣờng xuyên của bệnh nhân cho bác sĩ trong quá
trình khám, theo dõi và điều trị bệnh.
Trên thực tế đã có một số loại giƣờng kèm cân nhƣng các loại giƣờng này dùng cho
ngƣời lớn là chủ yếu và tất cả đều nhập từ nƣớc ngoài với giá thành rất cao (khoảng
14.000 USD/chiếc ). Một số loại giƣờng tích hợp cân đã có hiện nay:
Một số đặc điểm của loại giƣờng này:
-

Sử dụng cho khoa hồi sức cấp cứu, khoa cấp cứu chống độc.

-

Điều khiển bằng điện, cho phép điều khiển cao/thấp, điều khiển khớp gối, dốc
ngƣợc/xuôi, điều khiển phần lƣng, tạo thành các tƣ thế ghế..

-

Có chức năng nâng hạ đồng thời khớp gối và phần lƣng để chống trƣợt cho
bệnh nhân, giƣờng còn đƣợc thiết kế với các nút bấm để đƣa sàn giƣờng về vị

16


trí phẳng tại mọi độ cao nhƣng không thay đổi góc nghiêng của giƣờng hay tạo
thành tƣ thế ghế và có hệ thống khóa trung tâm các bánh xe.
-

Có hệ thống cảnh báo bệnh nhân gồm 3 chế độ cảnh báo khi bệnh nhân ngồi
dậy, để chân xuống đất, ra khỏi giƣờng.

-

Tích hợp hệ thống cân với trọng lƣợng tối đa 181 kg.

Một số đặc điểm của loại giƣờng này:
-

Chế độ điều khiển linh hoạt không nhầm lẫn với các vật dụng khác trên giƣờng
bệnh.

-

Nâng lƣng, nâng gối, cao-thấp hoàn toàn bằng điện.

-

Nâng chân - nâng đầu.

-

Điều khiển tại bảng điều khiển ở phía cuối giƣờng cho điều dƣỡng hoặc bộ
điều khiển cầm tay (cho bệnh nhân).

-

Hạ lƣng tức thời chỉ bằng một nút nhấn, dành cho trƣờng hợp khẩn cấp.

-

Có cân tích hợp vào giƣờng.

Những chiếc giƣờng nhƣ trên rất thuận tiện cho việc lấy thông số cân nặng bệnh nhân
tuy nhiên hiện tại giá thành rất cao nên chỉ có tại một vài bệnh viện ở Việt Nam (hiện
có tại bệnh viện bạch Mai và một số bệnh viện tỉnh thành khác) với số lƣợng quá ít
không thể đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng của bệnh viện dẫn đến cần phải giải quyết hai
bài toán nhu cầu và kinh tế cùng một lúc. Do đó cần thiết để nghiên cứu về phƣơng
pháp cân và chế tạo thiết bị có thể cân đƣợc trọng lƣợng bệnh nhân và tích hợp ngay
trên chính chiếc giƣờng đang có tại phần lớn các bệnh viện trong nƣớc trong đó có
bệnh viện Nhi Trung Ƣơng.
Thông số cân nặng không chỉ liên quan mật thiết đến quá trình điều trị mà còn rất
quan trọng trong quá trình theo dõi tình trạng sức khỏe của bệnh nhân. Nếu một chiếc
giƣờng hoặc lồng ấp có tích hợp cân thì rất dễ dàng và tiện lợi cho bác sĩ trong quá

trình điều trị. Với tính năng lấy đƣợc thông tin về cân nặng của bệnh nhân một cách
chính xác và thƣờng xuyên các yêu cầu thiết kế ban đầu cho hệ thống cân đã đƣợc đƣa
ra.

17


1.2. Khảo sát thực tế và xây dựng yêu cầu thiết kế.
Trong bệnh viện Nhi Trung Ƣng hiện
nay có rất nhiều loại giƣờng cần tích hợp
cân. Mỗi loại có một kết cấu cơ khí khác
nhau nhƣ hình dƣới đây:
-

Chiều dài: 121 cm

-

Chiều rộng: 65 cm

-

Chiều cao: 47 cm

-

Giá : 7 000 000 đồng

Nhƣ trong hình 1.6. Đây là loại giƣờng
inox khá thông dụng trong viện Nhi và

Hình 1. 6. Giƣờng Inox.

các cơ sở chăm sóc bệnh nhi khác.
-

Ƣu điểm của lọai giƣờng này là
giá rẻ, dễ sử dụng, dễ dàng vệ sinh.

-

Nhƣợc điểm: chỉ có chức năng cho
bệnh nhân nằm điều trị, thiếu
nhiều chức năng cần thiết khác.

Hiện tại loại giƣờng này có số lƣợng
nhiều nhất tại bệnh viện Nhi và thƣờng
Hình 1. 7. Giƣờng Việt Thái.

dành cho các bệnh nhân từ 2 – 10 tuổi

mắc các bệnh từ nhẹ cho đến nặng trong hầu hết tất cả các khoa. Với những bệnh nhân
nặng không có khả năng di chuyển đƣợc thì việc sử dụng giƣờng tích hợp cân là cần
thiết. Với những bệnh nhân có khả năng đi lại đƣợc thì có thể sử dụng cân riêng của
bệnh viện. Tuy nhiên số lƣợng cân thì có hạn, mỗi phòng có một cân hoặc một số
phòng phải dùng chung một cân do đó công tác lấy đƣợc thông số cân nặng của bệnh
nhân là khá phức tạp, các bác sĩ phải tốn nhiều công sức để ghi chép thông tin về cân
nặng của bệnh nhân dẫn đến có thể thông tin cân nặng của bệnh nhân không đƣợc cập
nhật một cách thƣờng xuyên nên cũng ảnh hƣởng đến công tác điều trị của bác sĩ. Vì

18


vậy đối với loại giƣờng này dù bệnh nhân nặng hay nhẹ sử dụng đều cần cân tích hợp
vào giƣờng.
-

Chiều dài: 191,5 cm.

-

Chiều rộng: 86 cm.

-

Chiều cao: 35,5 cm.

-

Giá: 15 000 000 đồng.

Hình 1.7 là giƣờng do công ty Việt Thái thiết
kế chế tạo.
-

Ƣu điểm của lọai giƣờng này là: giá vừa
phải, dễ sử dụng, dễ dàng vệ sinh, có
chức năng nâng, hạ chân và đầu, có bánh
xe có thể giúp di chuyển bệnh nhân dễ
dàng tới vị trí mong muốn.

-

Nhƣợc điểm: đây chƣa phải là loại
giƣờng đa năng, nhiều tính năng cần bổ
sung cho loại giƣờng này nhƣ: cân trực
tiếp bệnh nhân đang nằm tại giƣờng, các
cảnh báo cần thiết trong y tế: quá tải, còi Hình 1. 8. Giƣờng hồi sức Lullaby.
báo cho bác sĩ trong trƣờng hợp khẩn
cấp...

Loại giƣờng này thƣờng dùng cho các bé từ 2 –hơn 10 tuổi trong một số khoa nhƣ:
khoa hồi sức cấp cứu, cấp cứu chống độc, khoa thận và lọc máu...Bệnh nhân trong các
khoa này thƣờng khó khăn trong việc đi lại và thƣờng xuyên đƣợc tiêm, truyền dịch,
truyền máu, thở ôxy...Thông số cân nặng đối với các bệnh nhân nằm trên các giƣờng
này bác sĩ cũng phải cập nhật liên tục để phục vụ cho công tác điều trị. Thao tác lấy
đƣợc thông số bệnh nhân cũng khó khăn và phức tạp nhƣ đối với bệnh nhân nằm trên
giƣờng inox vì vậy việc sử dụng cân cho giƣờng Việt Thái là điều vô cùng cần thiết.
-

Chiều dài: 63, 5 cm

-

Chiều rộng: 45,5 cm

19


-

Chiều cao: 15,5 cm

-

Giá: 196 738 500 đồng

Một số tính năng của loại Giƣờng này:
-

Có hệ thống sƣởi ấm.

-

Có hệ thống theo dõi thân nhiệt,
cảnh báo khi nhiệt độ quá cao
hoặc dƣới mức cho phép.

-

Có giá đỡ bình khí, giá để máy
theo dõi vv

-

Có ngăn kéo đựng đồ, bảng chăm

Hình 1. 9. Giƣờng hồi sức Fisher & Paykel.

sóc vv

Trong bệnh viện Nhi Trung Ƣơng loại
giƣờng này thƣờng sử dụng trong khoa Sơ
sinh và một số khoa khác với đối tƣợng
bệnh nhân viêm phổi, nhiễm trùng huyết...
Các bệnh nhân này thƣờng rất nặng và phải
thở ôxy, thở máy trong suốt quá trình điều
trị. Việc tháo dỡ ống thở để đƣa bệnh nhân
ra cân ở phía ngoài có thể dẫn đến tím tái,

Hình 1. 10. Lồng ấp Ohmeda.

ngừng thở gây ảnh hƣởng nghiêm trọng
đến tính mạng của bệnh nhân. Do đó việc sử dụng cân tích hợp là rất cần thiết và cấp
bách.
-

Chiều dài: 64 cm.

-

Chiều rộng: 64 cm.

-

Chiều cao: 16,5 cm.

-

Giá: 81 810 000 đồng.

Giƣờng này có tính năng giống giƣờng Lullaby.Có thêm đèn chiếu điều tri vàng da.
Cũng tƣơng tự nhƣ giƣờng Lullaby loại giƣờng này đƣợc sử dụng trong khoa Sơ sinh
với đối tƣợng bệnh nhân viêm phổi, vàng da bệnh lý, nhiễm trùng huyết...Bệnh nhân

20


nằm trên giƣờng này thƣờng xuyên đƣợc trang bị với máy tiêm, máy truyền dịch,
truyền máu, máy thở... Việc tháo dỡ các thiết bị này trên cơ thể bệnh nhân để cân ở vị
trí ngoài giƣờng là phức tạp nhƣ đã phân tích ở trên. Do cân nặng của các bệnh nhân
cần đƣợc theo dõi thƣờng xuyên trong quá trình điều trị nên không thể liên tục tháo dỡ
các thiết bị y tế trên cơ thể bệnh nhân đƣợc vì vậy loại giƣờng này cũng rất cần cân
tích hợp.
-

Chiều dài: 77 cm

-

Chiều rộng: 48 cm

-

Chiều cao h1: 35 cm

-

Chiều cao h2: 43 cm

-

Cạnh vát: 16 cm

-

Giá: 120 349 000 đồng

Một số tính năng của lồng ấp loại này:
-

Có hệ thống xử lý nhiệt độ trong lồng cao và an toàn.

-

Có hệ thống tạo độ ẩm nhằm tạo môi trƣờng tốt nhất cho bệnh nhân.

-

Hệ thống báo động nhiệt độ, độ ẩm cài đặt hoàn chỉnh.

-

Nắp đậy trong suốt cho phép nhìn thấy bệnh nhân ở mọi góc độ trong khi vẫn
cách ly bệnh nhân khỏi môi trƣờng. Giƣờng có thể điều chỉnh cao đầu hoặc
cao chân.

-

Với 6 cửa sổ và một cửa chính rất thuận tiện cho việc điều tri và chăm sóc.

-

Tủ lƣu trữ tiện lợi, có thể để hồ sơ bệnh án, đựng khăn giấy và vật dụng cần
thiết khác.

-

Có thể cấp ôxy hoặc khí trời vào lồng qua một bộ lọc khí đầu vào

-

Lồng ấp này phải luôn đảm bảo nhiêt độ, độ âm và vô trùng cao cho bệnh nhân.

Lồng ấp này đƣợc sử dụng chủ yếu cho trẻ sinh non trong khoa Sơ Sinh. Các bệnh
nhân sinh non thƣờng rất bé, cân nặng chỉ dao động từ 9 lạng đến 2,5 kg vì thế công
tác chăm sóc cho bệnh nhân càng phải thận trọng và kĩ lƣỡng hơn. Đặc điểm của bệnh
nhân sinh non nằm trong lồng ấp là:

21


-

Hệ thống máy thở, tiêm điện, truyền dich, và hệ thống monitor theo dõi… đƣợc
trang bị đầy đủ để điều trị tốt nhât cho bệnh nhân.

-

Một ống sond ăn cung cấp sữa mẹ hoặc sữa công thức đƣợc nối trực tiếp vào
dạ dày bệnh nhân.

-

Do khi sinh không đủ tháng hoặc mắc một số bệnh bẩm sinh,sặc, ngạt.. dẫn đến
suy hô hấp là một lý do phổ biến để bệnh nhân phải đƣợc nuôi trong lồng ấp.

-

Bệnh nhân phải đƣợc đặt nội khí quản để thở máy nhẹ thì thở bằng mask ôxy.

-

Nhiệt độ để giữ ấm cho bệnh nhân cần đƣợc duy trì liên tục để bệnh nhân
không bị hạ thân nhiêt gây ảnh hƣởng đến tinh mạng và phƣơng pháp điều trị.

Với những đặc điểm trên cho thấy trẻ sinh non cần đƣợc duy trì trong môi trƣờng lồng
ấp liên tục nhiều ngày để đảm bảo sức khỏe cho trẻ cũng nhƣ đảm bảo cho quá trình
theo dõi điều trị của bác sĩ. Vì quá thiếu cân nên việc cần thiết là tăng trọng lƣợng để
nâng cao sức đề kháng cho các trẻ do đó thông số cân nặng của các trẻ đƣợc các bác sĩ
rất quan tâm và theo dõi liên tục. Việc lấy thông số cân nặng của bé một cách thƣờng
xuyên bằng cách sử dụng cân riêng của bệnh viện là không thích hợp vì môi trƣờng
ngoài không đảm bảo vô trùng và nhiệt độ không phù hợp cho các trẻ gây ảnh hƣởng
xấu trong quá trình phục hồi của trẻ. Đồng thời công tác tháo gỡ và gắn các trang thiết
bị y tế lên cơ thể trẻ là việc rất khó khăn cho bác sĩ và cũng ảnh hƣởng không nhỏ tới
sức khỏe của trẻ. Vì thế việc sử dụng cân tích hợp lên loại lồng ấp này là điều rất cần
thiết.
Tất cả các loại giƣờng và lồng ấp tại bệnh viện Nhi đều cần tích hợp cân, tuy nhiên
nhu cầu cấp bách hiện tại là thiết kế hệ thống cân tích hợp cho lồng ấp Ohmeda nhƣ
hình 1.10 phía trên. Với chiếc lồng ấp này, các yêu cầu thiết kế ban đầu đƣợc đƣa ra
cho hệ thống cân điện tử nhƣ sau:

-

Cân hoạt động trong dải từ 0 đến 20 kg.

-

Độ sai lệch nhỏ hơn 1% vì cân chuẩn hiện nay có sai số là 1% nên cần thiết kế
mạch có sai số nhỏ hơn hoặc bằng sai số của cân chuẩn.

-

Có chế độ đƣa cân nặng về mốc 0 trƣớc khi cân.

-

Hiển thị giá trị rõ ràng.

22


-

In ra đƣợc thông số cân nặng và ngày, giờ sau khi cân.

-

Dễ sử dụng.

-

Tuổi thọ cao.

-

Hệ thống cân nhỏ gọn.

-

Thiết kế vững chắc, sử dụng các nguyên liệu không gây ảnh hƣớng tới sức
khỏe bệnh nhân trong khi điều trị.

-

Hạn chế thay đổi cấu trúc hiện tại của lồng ấp.Tiết kiệm chi phí.

23


CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ
Đối với một hệ thống cân điện tử, cảm biến đo khối lƣợng có nhiệm vụ thu nhận tín
hiệu đầu vào. Có nhiều loại cảm biến khối lƣợng khác nhau với các phƣơng pháp đo
khác nhau.
2.1. Các phƣơng pháp đo khối lƣợng
2.1.1. Nguyên lý đo khối lƣợng
Trong vật lý cơ học, mối quan hệ giữa lực và khối lƣợng đƣợc xác định bằng định luật
II Newton, theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lƣợng m sẽ bằng tích số khối
lƣợng và gia tốc của nó, tức là:
F = m.a
Trọng lực là một trƣờng hợp của công thức này. Dƣới tác dụng của sức hút Trái Đất,
vật có khối lƣợng m sẽ chịu tác dụng của trọng lực:

P = m.g
Với g(m/s²) là gia tốc trọng trƣờng là một số cố định ở từng khu vực. Tất cả các
phƣơng pháp đo khối lƣợng đều dựa vào quan hệ này.
Khi hai lực cân bằng cùng tác dụng lên vật theo hai hƣớng ngƣợc nhau thì làm cho vật
thể cân bằng, không tạo nên gia tốc làm cho vật chuyển động.
2.1.2. Các phƣơng pháp đo khối lƣợng
2.1.2.1.Cảm biến điện trở lực căng
Sức căng ε đƣợc xác định bằng sự thay đổi chiều dài ∆L của thanh đàn hồi L so với
một đơn vị chiều dài:
ε = ∆L/L.
Do tác động của lực vào thanh L, làm xuất hiện sức căng, tƣơng ứng cũng làm thay
đổi giá trị điện trở của thanh. Cảm biến sức căng hoạt động dựa trên nguyên tắc này,
cho phép biến đổi giá trị ε nhỏ thành sự thay đổi tƣơng ứng giá trị điện trở của thanh.
Có hai loại cảm biến sức căng:

24


-

Loại gắn trực tiếp trên cần đàn hồi của bộ đo lực, ở vị trí cần đo sức căng. Khi
lực tác động làm căng hoặc cong cần đàn hồi thì lực cũng trực tiếp làm căng
cảm biến.

-

Loại gián tiếp đƣợc liên kết cơ học với yếu tố đàn hồi, thƣờng sử dụng để đo
những độ lệch tổng cộng của yếu tố đàn hồi

Thừa số cảm biến sức căng G đƣợc quy định là tỷ số của sự biến đổi đơn vị của điện

trở so với sức căng:
G = (∆R/R) / (∆L/L)
Trong đó:
R

∆R = sự thay đổi của điện trở (Ω)
= điện trở của cảm biến sức căng

∆L = sự thay đổi chiều dài (m)
L

= chiều dài của cảm biến (m)

Khi tác dụng một lực f lên tiết diện cắt ngang A, ứng suất S = f/A (N/m²). Ở thanh đàn
hồi tỉ số của ứng suất S trên sức căng ε là hằng số và đƣợc gọi là module đàn hồi:
E = S / ε = const.
Đối với thanh đàn hồi có chiều dày là h và chiều rộng là b, có cảm biến sức căng gắn
trực tiếp trên bề mặt ở vị trí cách điểm lực tác động là L, ứng suất đƣợc xác định theo
biểu thức:
S = 6f.L / bh².
Từ các biểu thức trên suy ra :
∆R/R = (6G.L / bh².E) / f.
Từ biểu thức ta thấy rõ ràng có mối quan hệ tuyến tính giữa lực tác động và sự thay
đổi giá trị điện trở đơn vị của cảm biến. Bằng phép đo ∆R ta có thể xác định độ lớn
lực tác dụng. Đó chính là nguyên tắc hoạt động của cảm biến sức căng.
Cảm biến sức căng cho phép sử dụng để đo lực tác động do trọng lực của vật trong
các bài toán cân.
2.1.2.2. Cảm biến áp điện
Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điện.

25