Thiết kế hệ thống rửa quả lọc cho máy thận nhân tạo

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

ĐÀO VIỆT HÙNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA QUẢ LỌC
CHO MÁY THẬN NHÂN TẠO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2011


ĐÀO VIỆT HÙNG

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

2009 - 2011


MỤC LỤC

MỤC LỤC .............................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..............................................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .........................................................................................6
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................7
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...............................................................................................10
1.1 Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 10

1.1.1 Thực trạng việc tái sử dụng quả lọc thận tại các bệnh viện trên cả nước .......... 10
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước ..................................................... 12
1.1.3 Ý tưởng về thiết bị tự động rửa quả lọc sẽ thiết kế ............................................ 13
1.2 Xác định phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của đề tài ............................................. 14
1.2.1 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 14
1.2.2 Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 14
1.3 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 15
1.3.1 Thu thập và phân tích số liệu sơ cấp, thứ cấp .................................................... 15
1.3.2 Thu thập và phân tích số liệu từ thực nghiệm .................................................... 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ....................................................................16
2.1 Nguyên lý cơ bản của thận nhân tạo ....................................................................... 16
2.1.1. Đại cương .......................................................................................................... 16
2.1.2. Thận nhân tạo .................................................................................................... 17
2.2 Các thông tin khảo sát thực tế ................................................................................. 21
2.2.1 Một số thiết bị rửa quả lọc của nước ngoài hiện đang có bán trên thị trường.... 21
2.2.2 Đặc tính lý hóa của một số quả lọc hiện đang được sử dụng ............................. 27
2.2.3 Quy trình rửa quả lọc bằng tay tại một số cơ sở y tế hiện nay ........................... 31
2.2.4 Một số hóa chất hiện đang được sử dụng để diệt trùng và bảo quản quả lọc .... 33
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CHO HỆ THỐNG ................36
3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống .......................................................................... 36
3.1.1 Sơ đồ khối .......................................................................................................... 36

1


3.1.2 Phân tích thiết kế ................................................................................................ 36
3.2 Sơ đồ khối mô đun trung tâm .................................................................................. 37
3.2.1 Sơ đồ khối .......................................................................................................... 37
3.2.2 Phân tích thiết kế ................................................................................................ 37
3.3 Sơ đồ khối mô đun rửa quả lọc ................................................................................ 39

3.3.1 Sơ đồ khối .......................................................................................................... 39
3.3.2 Phân tích thiết kế ................................................................................................ 39
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN TỬ ...............41
4.1 Thiết kế hệ thống mạch điện tử cho mô đun trung tâm - Master........................... 41
4.1.1 Khối mạch xử lý ................................................................................................. 41
4.1.2 Khối mạch công suất điều khiển các máy bơm .................................................. 42
4.1.3 Khối mạch công suất điều khiển van ................................................................. 43
4.1.4 Khối mạch công suất điều khiển đèn cực tím, đèn báo ...................................... 43
4.1.5 Khối mạch điều khiển màn hình LCD đồ họa.................................................... 43
4.1.6 Khối mạch giao tiếp bàn phím ........................................................................... 49
4.1.7 Khối mạch giao tiếp với các mô đun rửa quả lọc qua chuẩn RS-485 ................ 49
4.1.8 Khối nguồn cung cấp riêng của mô đun trung tâm ............................................ 50
4.2 Thiết kế hệ thống mạch điện tử cho các mô đun rửa quả lọc - Slave .................... 51
4.2.1 Khối mạch xử lý ................................................................................................. 51
4.2.2 Khối mạch công suất điều khiển van ................................................................. 52
4.2.3 Khối mạch điều khiển chỉ thị ............................................................................. 53
4.2.4 Khối mạch giao tiếp bàn phím ........................................................................... 53
4.2.5 Khối mạch giao tiếp với mô đun trung tâm qua chuẩn RS-485 ......................... 54
4.2.6 Khối nguồn cung cấp riêng của từng mô đun rửa quả lọc ................................. 54
CHƯƠNG 5. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN MỀM .......................55
5.1 Phân tích và lựa chọn công cụ lập trình ................................................................. 55
5.1.1 Nhiệm vụ của phần mềm điều khiển .................................................................. 55
5.1.2 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình và môi trường phát triển ...................................... 55
5.2 Thiết kế sơ đồ thuật toán cho một số nhiệm vụ chính ............................................ 56
5.2.1 Các yếu tố cần đo đạc và cảnh báo .................................................................... 56
5.2.2 Đo đạc và cảnh báo hệ thống cung cấp nước ..................................................... 56
5.2.3 Đo đạc và cảnh báo hệ thống cung cấp hóa chất tẩy rửa và diệt trùng .............. 58
5.2.4 Đo đạc và cảnh báo một số thông số về điện và điều khiển............................... 61
5.3 Thiết kế giao thức truyền thông giữa các mô đun .................................................. 62
5.3.1 Các dữ liệu cần truyền thông giữa các mô đun .................................................. 63

2


5.3.2 Định dạng chung của dữ liệu.............................................................................. 64
5.3.3 Định dạng gói dữ liệu truyền theo hướng từ Master đến Slave ......................... 65
5.3.4 Định dạng gói dữ liệu truyền theo hướng từ Slave đến Master ......................... 66
CHƯƠNG 6. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP DỊCH .............68
6.1 Thiết kế hệ thống van và đường ống cấp dịch ........................................................ 68
6.2 Thiết kế các quy trình rửa quả lọc ........................................................................... 69
6.2.1 Công đoạn rửa bẩn ............................................................................................. 69
6.2.2 Châm hóa chất tẩy rửa ........................................................................................ 72
6.2.3 Châm Foocmon .................................................................................................. 73
6.2.4 Công đoạn rửa sạch ............................................................................................ 73
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................75
7.1 Các kết quả khảo sát ................................................................................................. 75
7.2 Kết quả thiết kế hệ thống .......................................................................................... 76
7.2.1 Thiết kế cấu trúc tổng thể cho toàn hệ thống ..................................................... 76
7.2.2 Thiết kế mô đun trung tâm ................................................................................. 78
7.2.3 Kết quả thiết kế mô đun rửa quả lọc .................................................................. 80
7.3 Thảo luận .................................................................................................................. 83
KẾT LUẬN ..........................................................................................................................84
Kết luận chung................................................................................................................ 84
Hướng phát triển của đề tài ........................................................................................... 84
Kiến nghị và đề xuất ....................................................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................86
PHỤ LỤC.............................................................................................................................87
Phụ lục A. Một số hình ảnh kết quả thiết kế ................................................................. 87
Phụ lục B. Một số ảnh chụp tại các cơ sở y tế khi tác giả đi khảo sát ......................... 89

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Rửa quả lọc bằng tay tại bệnh viện Bạch Mai ...........................................10
Hình 1.2 Một vài bất cập khi rửa quả lọc bằng tay ...................................................11
Hình 2.1 Quả thận nhân tạo.......................................................................................18
Hình 2.2 Cấu trúc quả lọc và sợi lọc .........................................................................18
Hình 2.3 Đường lưu thông của máu và dịch .............................................................19
Hình 2.4 Loại dịch lọc thường được sử dụng tại các cơ sở y tế................................20
Hình 2.5 Máy lọc MAKY 21.1 .................................................................................21
Hình 2.6 Máy lọc Renatron II ..................................................................................24
Hình 2.7 Quả lọc Toraysulfone .................................................................................27
Hình 2.8 Quả lọc Polyflux Revaclear ......................................................................29
Hình 2.9 Một công đoạn rửa tại bệnh viện đa khoa tỉnh Yên Bái ............................31
Hình 2.10 Cơ sở hạ tầng rửa quả lọc bằng tay tại một bệnh viện tuyến Tỉnh ..........32
Hình 2.11 Chất tẩy Javen ..........................................................................................33
Hình 2.12 Chất bảo quản Foocmon ..........................................................................34
Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống .............................................................36
Hình 3.2 Sơ đồ khối mô đun trung tâm .....................................................................37
Hình 3.3 Sơ đồ khối mô đun rửa quả lọc .................................................................39
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý của mô đun trung tâm ..................................41
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển máy bơm ..............................................42
Hình 4.3 Mạch đóng cắt đèn cực tím và đèn báo ......................................................43
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc LCD DM12864A ..............................................44
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý ghép nối các LCD với bộ xử lý .......................................48
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp với bàn phím...........................................49
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp sử dụng chuẩn RS-485 ...........................49
Hình 4.8 Mạch nguồn xung cung cấp điện áp +5V ..................................................50

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý điều khiển mô đun rửa quả lọc.....................51
Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển van sử dụng IC L298 .........................52
Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ sử dụng các diode xung ...........................52
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉ thị sử dụng các thanh ghi dịch.......................53
Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp với bàn phím.........................................54
Hình 4.14 Mạch nguồn cung cấp riêng của từng mô đun rửa quả lọc ......................54
Hình 5.1 Lưu đồ thuật toán đo đạc và cảnh báo cho hệ thống cấp nước ..................57
Hình 5.2 Lưu đồ thuật toán đo và cảnh báo hết hóa chất ..........................................59
4


Hình 5.3 Lưu đồ thuật toán đo đạc và cảnh báo các thông số về điện ......................61
Hình 5.4 Quá trình hỏi đáp giữa mô đun trung tâm và các mô đun rửa quả lọc.......63
Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển quy trình tự động rửa quả lọc và dây dẫn máu ..............68
Hình 6.2 Sơ đồ điều khiển rửa thô xuôi ...................................................................69
Hình 6.3 Sơ đồ điều khiển rửa thô ngược ................................................................70
Hình 6.4 Sơ đồ điều khiển rửa tinh xuôi ..................................................................70
Hình 6.5 Sơ đồ điều khiển rửa tinh ngược ...............................................................71
Hình 6.6 Sơ đồ rửa áp lực âm xuôi ..........................................................................71
Hình 6.7 Sơ đồ rửa áp lực âm ngược .......................................................................72
Hình 6.8 Sơ đồ điều khiển châm Javen ....................................................................72
Hình 6.9 Sơ đồ điều khiển châm Foocmon ..............................................................73
Hình 6.10 Sơ đồ điều khiển rửa sạch xuôi ...............................................................74
Hình 6.11 Sơ đồ điều khiển rửa sạch ngược ............................................................74
Hình 7.1 Mạch điều khiển của mô đun trung tâm sau khi thiết kế và chế tạo ..........82
Hình 7.2 Mạch điều khiển của mô đun rửa quả lọc sau khi thiết kế và chế tạo .......83

5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của thiết bị rửa quả lọc MAKY 21.1 .....................21
Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của thiết bị rửa quả lọc RenatronII 100 .................24
Bảng 2.3 Tổng hợp thông số kỹ thuật của quả lọc Toraysulfone .............................28
Bảng 2.4 Tổng hợp thông số kỹ thuật của quả lọc Polyflux Revaclear ....................29
Bảng 4.1 Chức năng các chân của Graphic LCD DM12864A .................................45
Bảng 4.2 Các lệnh điều khiển LCD DM12864A ......................................................46
Bảng 4.3 Chức năng các chân của LCD 2 dòng 16 cột ............................................47
Bảng 4.4 Các lệnh điều khiển LCD 2 dòng 16 cột ...................................................47
Bảng 5.1 Định dạng chung của các bản tin ...............................................................64
Bảng 7.1 Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống thiết kế ................................77
Bảng 7.2 Tổng hợp các thông số về điện của mô đun trung tâm sau thiết kế...........80
Bảng 7.3 Tổng hợp các thông số về điện của mô đun rửa quả lọc sau thiết kế ........81

6


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Dạng viết tắt

Dạng đầy đủ

BN

Bệnh nhân

IHD

Intermittent Hemodialysis – Thận nhân tạo

HSCC & CĐ

Hồi sức cấp cứu và chống độc

CBP

Continuous Blood Purification – Lọc máu liên tục

CRRT

Continuous Renal Replacement Therapy – Liệu pháp thay thế
thận liên tục

ĐM, TM

Động mạch, tĩnh mạch

MOFS

Multiorgan Failure Syndrome – Suy đa phủ tạng

ARDS

Suy hô hấp cấp tiến triển

CSMT

Continuous Supportive Multiorgan Therapy – Liệu pháp hỗ

trợ đa tạng liên tục

SPM

Semi-Permeable Membrane – Màng bán thấm

DL

Dual-Lumen – Ống thông hai nòng

LCD

Liquid Crystal Display – Màn chỉ thị tinh thể lỏng

GLCD

Graphic Liquid Crystal Display – Màn hình LCD đồ họa

LED

Light Emitting Diode – Điốt phát quang

RThX

Rửa thô xuôi

RThN

Rửa thô ngược

RTX

Rửa tinh xuôi

RTN

Rửa tinh ngược

RALAX

Rửa áp lực âm xuôi

RALAN

Rửa áp lực âm ngược

RSX

Rửa sạch xuôi

RSN

Rửa sạch ngược

7


MỞ ĐẦU

Hiện nay, tại Việt Nam, số lượng bệnh nhân phải chạy thận nhân tạo ngày

càng tăng. Theo kết quả nghiên cứu của GS. Thầy thuốc nhân dân Nguyễn Nguyên
Khôi, nguyên trưởng khoa Thận nhân tạo, Bệnh viện Bạch Mai: “Hiện nay cả nước
ta có khoảng trên 5.000.000 bệnh nhân mắc bệnh niệu thận, trên 700.000 bệnh nhân
mắc bệnh suy thận, trên 300.000 bệnh nhân mắc bệnh suy thận độ I, trên 200.000
bệnh nhân mắc bệnh suy thận độ II, trên 100.000 bệnh nhân mắc bệnh suy thận độ
III và trên 70.000 bệnh nhân mắc bệnh suy thận giai đoạn cuối - đây là những bệnh
nhân cần được điều trị thường xuyên và liên tục. Hàng năm sẽ có thêm khoảng
800.000 bệnh nhân suy thận mới. Đặc biệt, chúng ta mới đáp ứng khả năng điều trị
cho 10% số bệnh nhân suy thận giai đoạn cuối, còn lại 90% bệnh nhân sẽ tử vong”
[1, 2]. Với số liệu thống kê ở trên, ta thấy hàng năm Nhà nước phải chi 1 khoản
kinh phí khá lớn để điều trị cho những bệnh nhân suy thận và hiện nay ngành bảo
hiểm đang không thể gánh nổi do chi phí điều trị quá lớn.
Theo Quy định của Bộ Y tế, số lần tái sử dụng tối đa cho mỗi quả lọc hiện
nay là 15 lần [3]. Tuy nhiên hiện tại các bệnh viện đều do nhân viên y tế thực hiện
rửa bằng tay nên hiệu quả sử dụng chỉ từ 5 – 6 lần. Bên cạnh đó, hiệu quả rửa không
cao, tốn nhiều thời gian và tiền bạc do không tối ưu được quy trình rửa, chất lượng
rửa không đồng đều và không đúng yêu cầu. Ngoài ra sẽ không an toàn cho nhân
viên y tế do phải tiếp xúc trực tiếp với quả lọc và dây dẫn máu có dính máu bệnh
nhân nên rất dễ bị mắc bệnh nghề nghiệp [2].
Một số hệ thống thiết bị nhập ngoại có giá thành và chi phí cho việc rửa quả
lọc còn khá cao, chưa phù hợp với điều kiện kinh tế của các nước đang phát triển
như Việt Nam, đặc biệt một số tính năng không phù hợp như quy trình vận hành
phức tạp, không rửa được dây dẫn máu, khả năng thay đổi quy mô của hệ thống để
phù hợp với từng bệnh viện khó, chưa tối ưu được quy trình rửa quả lọc để giảm
thời gian lọc, giảm chi phí vận hành.
8


Do vậy, việc nghiên cứu, thiết kế ra hệ thống thiết bị rửa quả lọc và dây dẫn
máu thông minh để tái sử dụng trong điều trị bệnh suy thận bằng phương pháp chạy

thận nhân tạo với chi phí thấp, hiệu quả rửa cao, tối ưu hóa quá trình điều khiển, dễ
dàng vận hành, an toàn cho người sử dụng hiện nay ở nước ta là hết sức cần thiết để
giảm chi phí cho các bệnh nhân cũng như gánh nặng của ngành bảo hiểm y tế. Tăng
tỷ lệ bệnh nhân nghèo được điều trị. Đây cũng là việc nghiên cứu góp phần vào việc
triển khai chính sách Quốc gia về trang thiết bị y tế của Chính Phủ [4].

9


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài
1.1.1 Thực trạng việc tái sử dụng quả lọc thận tại các bệnh viện trên cả nước
Theo số liệu thống kê của Bộ Y tế, hàng năm các cơ sở y tế trên cả nước phải
điều trị cho khoảng 10.000 bệnh nhân bị suy thận gian đoạn cuối, trong đó, hầu hết
số lượng bệnh nhân này là do ngành Bảo hiểm y tế chi trả. Do vậy, tổng cộng một
năm các bệnh viện phải điều trị cho khoảng 1.440.000 lần (10.000 bệnh nhân × 12
tháng/năm × 4 tuần/tháng × 3 lần/tuần), tương ứng với việc sử dụng khoảng
1.440.000 bộ quả lọc. Mỗi lần điều trị hiện nay, bệnh nhân phải trả từ 400 - 500
nghìn đồng. Với tần suất 3 lần/tuần, trung bình mỗi tháng bệnh nhân phải trả 4 - 5
triệu đồng [5].

Hình 1.1 Rửa quả lọc bằng tay tại bệnh viện Bạch Mai

10


Để giảm giá thành điều trị, hiện tại ở nước ta, giải pháp tăng số lần tái sử
dụng quả lọc và dây dẫn máu đang là lựa chọn tối ưu của các cơ sở y tế [2]. Tuy
nhiên, do chưa có đơn vị nào nghiên cứu sử dụng khoa học kỹ thuật để hỗ trợ công

việc này nên hầu hết các cơ sở y tế đều thực hiện rửa bằng tay. Việc rửa quả lọc
bằng tay theo đó được thực hiện theo kinh nghiệm và thói quen của nhân viên
phòng rửa mà không được quy chuẩn và kiểm soát nghiêm ngặt nên không đánh giá
được chất lượng của quả lọc sau rửa. Điều này làm giảm hiệu suất tái sử dụng quả
lọc. Bên cạnh đó, việc rửa bằng tay không đảm bảo được chất lượng quả lọc sau rửa
nên thường gây ra các tác dụng phụ cho bệnh nhân khi thực hiện tái sử dụng.

Hình 1.2 Một vài bất cập khi rửa quả lọc bằng tay
Qua việc khảo sát thực tế tại một số cơ sở y tế đang thực hiện điều trị thận
nhân tạo: Khoa thận nhân tạo Bệnh viện Bạch Mai; Bệnh viện Bộ Nông Nghiệp Hà
Nội; Trung tâm Thận nhân tạo Bệnh viện Đa khoa Tỉnh Yên Bái cho thấy: Tất cả
các đơn vị này đều thực hiện rửa quả lọc và dây dẫn máu bằng biện pháp hoàn toàn
thủ công, do kỹ thuật viên thao tác trực tiếp bằng tay. Quả lọc và dây dẫn máu sau

11


khi điều trị cho bệnh nhân sẽ được chuyển xuống phòng rửa. Kỹ thuật viên sẽ gắn
quả lọc và dây dẫn máu này lên vòi nước, sử dụng những chiếc búa nhỏ để gõ vào
quả lọc để các cục máu đông bong ra. Sau đó sử dụng hóa chất chất tẩy trắng Javen,
chất bảo quản Foocmon để ngâm tiệt trùng cho đến lần sử dụng tiếp theo.
Nhận xét:
− Với việc rửa quả lọc và dây dẫn máu được thực hiện thủ công theo kết quả
khảo sát đã phần nào giảm chi phí điều trị cho bệnh nhân. Tuy nhiên, với các
quy trình này, việc rửa quả lọc và dây dẫn máu vẫn mang tính chất định tính,
chưa đánh giá được chất lượng của quả lọc sau rửa nên chất lượng rửa không
cao, số lần tái sử dụng ít.
− Trong quá trình rửa, có sử dụng hóa chất là Javen và Foocmon, đây là những
chất độc, do vậy có thể gây nguy hiểm cho kỹ thuật viên. Hơn nữa, việc rửa
hoàn toàn bằng tay này dễ lây nhiễm một số bệnh truyền nhiễm cho người

thực hiện.
− Hầu hết các cơ sở đều phải điều trị cho bệnh nhân 3 ca/ngày, trung bình mỗi
cơ sở phải điều trị cho gần 200 lượt bệnh nhân. Điều đó cũng có nghĩa các kỹ
thuật viên phải rửa 200 bộ quả lọc và dây dẫn máu/ngày. Do đó, khối lượng
công việc dành cho những kỹ thuật viên này là hết sức nặng nhọc.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước
Hiện nay, trên thế giới, việc tái sử dụng quả lọc thận không phải là phổ biến
mà chỉ được áp dụng tại một số quốc gia. Tại các quốc gia phát triển, quả lọc thận
hầu hết chỉ được sử dụng một lần. Vì vậy, vấn đề tái sử dụng quả lọc vẫn còn là một
vấn đề tương đối mới mẻ và chưa có nhiều công trình nghiên cứu chuyên sâu.
Một số ít hãng sản xuất trên thế giới đã nghiên cứu, chế tạo và đưa vào ứng
dụng thành công một số loại máy rửa quả lọc thận. Tuy nhiên, các máy rửa quả lọc
này thường chỉ rửa và tái sử dụng quả lọc mà không rửa hệ thống các dây dẫn máu
đi kèm. Phương pháp rửa này tuy dễ dàng và nhanh chóng nhưng chưa thực sự hiệu

12


quả do hệ thống dây dẫn máu vẫn còn chiếm một tỉ lệ khá cao trong chi phí vật tư
của một ca chạy thận thông thường. Bên cạnh đó, các máy rửa quả lọc hiện đang
bán trên thị trường thường chỉ có khả năng rửa từng quả lọc một. Đây là đặc điểm
không thực sự phù hợp với nhu cầu rửa số lượng lớn tại các cơ sở y tế vốn có tần
suất ca chạy thận nhân tạo rất cao.
Tại Việt Nam, theo kết quả khảo sát, một số cá nhân và tổ chức đã và đang
nghiên cứu để chế tạo thử nghiệm một số loại máy rửa quả lọc thận. Tuy nhiên, vẫn
chưa có một công bố chính thức về một loại máy rửa quả lọc đảm bảo tiêu chuẩn và
có khả năng ứng dụng cao tại các cơ sở y tế.
1.1.3 Ý tưởng về thiết bị tự động rửa quả lọc sẽ thiết kế
Mô hình hệ thống rửa quả lọc sẽ thiết kế được xây dựng sau quá trình khảo
sát thực tế và nghiên cứu các nhu cầu đặt ra tại các cơ sở y tế ở Việt Nam. Theo đó

hệ thống rửa quả lọc được thiết kế có khả năng rửa đồng thời nhiều quả lọc. Mỗi
quả lọc có thể được rửa theo những chu trình khác nhau (tại cùng một thời điểm).
Để đảm bảo điều này, hệ thống được xây dựng theo từng mô đun, mỗi mô đun có
thể rửa một quả lọc và hoạt động hoàn toàn độc lập. Các mô đun rửa được kết nối
tới một mô đun trung tâm để quản lý và điều phối hoạt động.
Để rửa sạch quả lọc sau mỗi ca chạy thận, hệ thống có khả năng rửa quả lọc
theo nhiều chu trình khác nhau. Các chu trình này làm sạch quả lọc từng bước một
và được gọi chung là các chu trình rửa bẩn (rửa quả lọc đang bẩn) theo cơ chế:
− Dùng dòng nước chảy liên tục ở tốc độ cao.
− Tạo ra sự chênh lệch áp lực giữa bên trong và bên ngoài màng lọc.
− Thay đổi chiều dòng nước, chiều chênh áp liên tục.
− Sử dụng các hóa chất tẩy rửa (trong y tế) nếu cần thiết.
Hệ thống không chỉ có khả năng rửa sạch quả lọc mà còn có khả năng rửa
sạch để tái sử dụng hệ thống các dây dẫn máu giúp giảm chi phí đáng kể cho mỗi ca

13


chạy thận. Theo kết quả khảo sát, chức năng này chưa được tìm thấy tại các máy
rửa đang chào bán trên thị trường.
Sau khi rửa, các quả lọc và hệ thống dây dẫn máu sẽ tự động được bơm đầy
các hóa chất chuyên dùng trong y tế để bảo quản cho đến những ca chạy thận tiếp
theo. Trước khi đem sử dụng lại, quả lọc và hệ thống dây dẫn máu được rửa sạch
hóa chất bằng những chu trình rửa đặc biệt khác gọi chung là các chu trình rửa sạch
(rửa quả lọc đã sạch).

1.2 Xác định phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của đề tài
1.2.1 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Việc xác định phạm vi nghiên cứu của đề tài không chỉ ảnh hưởng tới quá
trình thiết kế mà còn ảnh hưởng tới việc khảo sát thực tế, xây dựng mô hình và lựa

chọn giải pháp thực hiện. Theo đó, đề tài hướng tới việc nghiên cứu để tạo ra thiết
bị từng bước thay thế con người trong hoạt động rửa quả lọc, tiến tới tự động hóa
hoàn toàn. Chất lượng quả lọc sau rửa bước đầu được đánh giá thông qua khả năng
chấp nhận quả lọc của các máy thận nhân tạo. Việc xây dựng một quy trình đánh
giá chuẩn, độc lập đòi hỏi việc nghiên cứu chuyên sâu và đo đạc thực tế nhiều hơn
nữa có thể coi là một hướng phát triển của đề tài.
1.2.2 Mục tiêu của đề tài
Quá trình khảo sát, nghiên cứu và thiết kế sản phẩm rửa quả lọc cần đạt các
mục tiêu sau:
− Khảo sát, nghiên cứu và làm chủ các vấn đề liên quan đến quả lọc thận, khả
năng tái sử dụng của quả lọc và tiêu chuẩn đánh giá.
− Thiết kế được mô hình tổng quát của hệ thống đảm bảo tính tối ưu và linh
hoạt khi triển khai thực tế.
− Thiết kế được quy trình rửa quả lọc đảm bảo các tiêu chuẩn y tế.

14


− Hệ thống mạch điện tử sau thiết kế phải đảm bảo hoạt động chính xác, ổn
định và tin cậy.
− Thiết kế được hệ thống cung cấp nước RO và các hệ thống cung cấp hóa chất
tẩy rửa, hóa chất diệt trùng đảm bảo các tiêu chuẩn y tế.
− Chế tạo và thử nghiệm thiết bị là một mục tiêu mở.

1.3 Phương pháp nghiên cứu
1.3.1 Thu thập và phân tích số liệu sơ cấp, thứ cấp
Thu thập các tài liệu kỹ thuật liên quan tới một số thiết bị rửa quả lọc của
nước ngoài hiện đang chào bán trên thị trường. Phân tích chức năng và những tính
năng kỹ thuật để phục vụ cho việc nghiên cứu thiết kế hệ thống. Các thiết bị rửa quả
lọc đã khảo sát gồm: Thiết bị rửa quả lọc MAKY 21.1 do hãng HDC Medical Inc.,

Mỹ sản xuất; Thiết bị Renatron II 100 Series do hãng Minntech, Đức sản xuất.
Thu thập và khảo sát những đặc tính lý hóa của màng lọc trong các quả thận
nhân tạo hiện đang được sử dụng phổ biến tại các cơ sở y tế điều trị thận nhân tạo.
Các loại màng lọc đã được khảo sát gồm: Quả lọc Toraysulfone của Toray – Nhật
Bản và Quả lọc Polyflux Revaclear của Gambro - Mỹ. Đây là 2 loại màng lọc hiện
đang được sử dụng chủ yếu tại các bệnh viện.
1.3.2 Thu thập và phân tích số liệu từ thực nghiệm
Tiến hành khảo sát thực tế tại một số cơ sở y tế hiện đang điều trị thận nhân
tạo, tổng hợp quy trình rửa quả lọc và dây dẫn máu được thực hiện bằng tay. Các cơ
sở đã xuống khảo sát bao gồm: Khoa thận nhân tạo Bệnh viện Bạch Mai; Khoa thận
nhân tạo Bệnh viện Bộ Nông nghiệp và khoa thận nhân tạo Bệnh viện Đa khoa tỉnh
Yên Bái. Thu thập, khảo sát một số loại hóa chất hiện đang được sử dụng để diệt
trùng và bảo quản quả lọc tại các cơ sở thận nhân tạo để ứng dụng trong hệ thống
thiết kế cho phù hợp. Các loại hóa chất đã khảo sát gồm: Focmoon và Javen.

15


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

2.1 Nguyên lý cơ bản của thận nhân tạo
2.1.1. Đại cương
Thẩm tách máu ngắt quãng truyền thống (Intermittent Hemodialysis - IHD:
thận nhân tạo) thường gây nên rối loạn huyết động cho những bệnh nhân (BN) đang
bị bệnh nặng trong hồi sức cấp cứu và chống độc (HSCC & CĐ). Hơn nữa biện
pháp này cũng không giúp lọc bỏ khỏi máu một cách hiệu quả một số “chất độc”
gắn với Protein hoặc có trọng lượng phân tử trung bình và lớn [1].
Lọc máu liên tục CBP (Continuous Blood Purification) hay còn gọi là liệu
pháp thay thế thận liên tục CRRT (Continuous Renal Replacement Therapy) lần đầu
tiên được Kramer mô tả vào năm 1977 nhằm cố gắng cung cấp sự giúp đỡ nhân tạo

cho chức năng thận bị suy yếu của một BN không thể làm IHD được do tụt huyết
áp. Các dạng CRRT đầu tiên được thực hiện bằng cách lấy máu từ động mạch (ĐM)
và sử dụng chính huyết áp ĐM trung bình của BN để đẩy máu qua quả lọc. Kỹ thuật
này hiếm khi thành công do hầu hết các BN nặng thường có huyết động không ổn
định, hơn nữa các biến chứng do đặt ống thông vào động mạch đã làm hạn chế rất
nhiều hiệu quả của liệu pháp này.
Đã hơn 20 năm, CRRT đã trải qua những bước ngoặt đáng kể về kỹ thuật và
quan niệm, ngày nay hầu hết các trường hợp CRRT đều thực hiện bằng cách lấy
máu từ tĩnh mạch (TM) và sử dụng hệ thống bơm máu nhằm duy trì dòng máu thỏa
đáng đi qua quả lọc. Việc nghiên cứu và sử dụng các loại màng lọc - quả lọc mới có
cấu trúc đặc biệt, cùng với những hiểu biết mới về cơ chế bệnh sinh lý đã làm thay
đổi một cách sâu sắc về vai trò của CRRT trong y học, nhất là trong lĩnh vực HSCC
& CĐ. CRRT không chỉ còn dành riêng để điều trị suy thận cấp trên những BN có
huyết động không ổn định mà đã được mở rộng không ngừng về chỉ định điều trị
cho cả nhóm BN không bị suy thận. CRRT thực sự đã được coi như một cuộc cách
16


mạng trong HSCC & CĐ, nó đã góp phần đáng kể làm thay đổi tiên lượng của
nhiều loại bệnh vốn là những thách thức của nhân loại như những BN suy đa phủ
tạng (Multiorgan Failure Syndrome - MOFS), suy hô hấp cấp tiến triển (ARDS),
sốc nhiễm khuẩn, suy gan cấp, suy tim phù kháng trị, suy hô hấp trong nhược cơ
hay trong hội chứng Guillain-Barre, viêm tụy cấp, đặc biệt các BN bị ngộ độc
(Intoxication) nặng… đã có thêm cơ hội được sống [1].
2.1.2. Thận nhân tạo
2.1.2.1. Lọc máu liên tục là gì
Tập hợp các phương thức điều trị nhằm lọc bỏ ra khỏi máu (làm sạch) một
cách liên tục và chậm rãi các chất độc (nội sinh hoặc ngoại sinh), dịch và điện giải,
dành cho các BN có huyết động không ổn định, có hoặc không có suy thận. Khái
niệm và tên gọi của liệu pháp lọc máu liên tục đã có những thay đổi đáng kể, phần

lớn các tài liệu xuất bản trên thế giới đều dùng thuật ngữ “liệu pháp thay thế thận
liên tục - CRRT” do lúc đầu biện pháp điều trị này chỉ dành để thay thế cho chức
năng bài tiết của thận bị suy giảm trên những BN có huyết động không ổn định.
Những năm gần đây nhờ những tiến bộ về kỹ thuật chế tạo màng lọc và máy lọc
máu cũng như những nghiên cứu và hiểu biết mới cơ chế bệnh sinh của suy thận
cấp, suy đa tạng và đặc biệt về vai trò của các chất trung gian hóa học (Mediator),
nên chỉ định của CRRT đã được mở rộng sang nhóm BN suy đa tạng, bệnh lý tự
miễn, tim mạch, thần kinh, nhiễm độc nặng, tức là kể cả những BN hoàn toàn
không có suy thận. Chính vì thế liệu pháp lọc máu liên tục - CRRT còn được gọi là
“liệu pháp hỗ trợ đa tạng liên tục - Continuous Supportive Multiorgan Therapy CSMT” [6].
2.1.2.2. Nguyên lý cơ bản
Máu của BN được lấy ra từ TM lớn (thường là TM cảnh trong, TM dưới đòn
hoặc TM bẹn) qua một nòng của ống thông TM (Catheter) cỡ lớn (11.5 - 13.5
French), rồi được dẫn trong một hệ thống gọi là tuần hoàn ngoài cơ thể bao gồm

17


dây dẫn và quả lọc (Filter), được lọc bỏ các phân tử “độc chất” bằng màng bán thấm
(Semi-Permeable Membrane - SPM), sau đó được đưa trả lại cho BN qua nòng khác
của ống thông đó gọi là ống thông hai nòng (Dual-Lumen - DL) [6].
2.1.2.3. Màng lọc và quả lọc
Màng lọc là một màng bán
thấm, có một vai trò quyết định
trong tất cả các phương thức lọc
máu. Nó cho phép nước và một số
chất hòa tan lọt qua màng, trong
khi các thành phần tế bào và một
số chất hòa tan khác vẫn bị giữ lại
ở phía bên kia. Nước huyết tương

Hình 2.1 Quả thận nhân tạo

và một số chất hòa tan lọt qua
màng được gọi là dịch siêu lọc
(Ultrafiltrate). Màng lọc trong lọc
máu gồm nhiều bó sợi rỗng cho
máu đi qua và được bao bọc trong
một khung cố định gọi là quả lọc
(Filter). Cấu trúc, hình dạng và
diện tích của màng lọc có ảnh
hưởng rất lớn đến quá trình lọc.
Màng lọc có thể phân loại theo
nhiều cách khác nhau dựa vào
thành phần hóa học, cấu trúc, độ
xốp…. Tuy nhiên có thể được chia
làm 2 nhóm chính: màng có bản
chất Cellulose và màng tổng hợp.
Trong

đó

màng

tổng

Hình 2.2 Cấu trúc quả lọc và sợi lọc

hợp

18


(Polysulfone, Polyamide, Polyacrylonitrile Polymethylmethacrylate) sử dụng trong
lọc máu liên tục. Màng có bản chất là Cellulose (gồm Cuprophan, Hemophan,
Cellulose Acetate) thường sử dụng trong thẩm tách máu ngắt quãng (IHD). Quả lọc
thường sẽ được thay mới khi bị hỏng, bị tắc và theo thời gian sử dụng (tùy thuộc
vào quy định của từng bệnh viện có đơn vị lọc máu). Với các kỹ thuật chống đông,
quả lọc có thể sử dụng kéo dài hơn mà vẫn đảm bảo an toàn, tuy nhiên thường
không nên sử dụng quá 36 giờ do khả năng hấp phụ các phân tử “độc chất” không
còn.
2.1.2.4. Dịch sử dụng trong CRRT
a) Dịch thẩm tách (Dialysate):
Trong lọc máu sử dụng cơ
chế khuếch tán - thẩm tách, loại
dịch được đặt đối diện với máu
phía bên kia màng lọc là dịch
thẩm tách. Dòng chảy của dịch
thẩm tách được thiết kế ngược
chiều với dòng chảy của máu
trong quả lọc giúp cho quá trình
khuếch tán qua màng mạnh hơn.

Hình 2.3 Đường lưu thông của máu và dịch

Dịch thẩm tách là một loại dịch tinh thể (Crystalloid) chứa nhiều điện giải, Glucose,
chất đệm và một số chất hòa tan khác. Nồng độ của các chất hòa tan đó thường
giống với nồng độ của huyết tương bình thường và sẽ được pha chế dựa theo nhu
cầu của BN [1].
b) Dịch thay thế (Replacement Fluids):

Dịch thay thế cũng là các loại dịch tinh thể, được cung cấp với một tốc độ
nhanh vào lúc ngay trước hoặc ngay sau dòng máu chảy vào quả lọc nhằm mục đích
làm gia tăng lượng chất hòa tan sẽ được lấy bỏ qua cơ chế đối lưu trong lọc máu

19


liên tục. Điều rất quan trọng cần hiểu rõ là mặc dù được dùng với tên gọi là “dịch
thay thế” nhưng thực chất nó không thay thế cái gì. Một số người mới tiếp cận với
lọc máu liên tục đã nhầm lẫn khi tin rằng khi dịch thay thế được thêm vào trong liệu
pháp sẽ làm giảm tốc độ lấy bỏ dịch trong cơ thể hay nói một cách khác là “dịch
thay thế” là để thay thế lượng dịch bị lấy bỏ.
Khi tiến hành CRRT,
tốc độ dịch thay thế được
tính toán độc lập với tốc độ
lấy bỏ dịch. Dịch thay thế
thường dùng nhất là dịch
muối sinh lý (0.9%), các
loại dịch tinh thể khác như
Ringer-Lactat
Bicacbonat

hoặc
cũng

thường

được dùng làm dịch thay thế
tùy thuộc vào mục đích cần

Hình 2.4 Loại dịch lọc thường được sử dụng tại các
cơ sở y tế

đạt thêm vào là sửa chữa rối
loạn cân bằng điện giải hay kiềm toan. Lúc đó chỉ cần tính toán thêm vào túi dịch
thay thế các chất cần thiết. Cần chú ý khi sử dụng chất chống đông Citrate, nếu dịch
thay thế có chứa Canxi sẽ trung hòa bớt Citrate và có thể gây đông máu tại màng
lọc. Tốc độ dịch thay thế thường dùng là 1000 - 2000 ml/giờ. Nếu thấp hơn sẽ
không có hiệu quả lấy bỏ chất hòa tan bằng cơ chế đối lưu. Khi sử dụng tốc độ dịch
thay thế lớn trên 3000 ml/giờ (High Volume) có thể làm gia tăng đáng kể khả năng
lấy bỏ chất hòa tan nhưng cũng gây tăng đáng kể lượng dịch thay thế cần dùng [1].

20


2.2 Các thông tin khảo sát thực tế
2.2.1 Một số thiết bị rửa quả lọc của nước ngoài hiện đang có bán trên thị trường
2.2.1.1 Máy rửa quả lọc MAKY 21.1
Hệ thống rửa quả lọc MAKY 21.1 do
hãng HDC Medical Inc., Mỹ thiết kế chế tạo.
Hệ thống đã đạt tiêu chuẩn rửa sạch của
FDA cấp tháng 9/2003. Là hệ thống rửa quả
lọc tự động phù hợp với hầu hết các khoa
thận nhân tạo tại bệnh viện (tuy nhiên chỉ có
khả năng rửa từng quả lọc một). Với kỹ thuật
làm sạch bằng dòng nước tốc độ cao nên
đem lại hiệu suất rửa cao. Hệ thống có 9
chương trình rửa tự động hoặc bán tự động,
3 chương trình rửa tự chọn các các nhân viên
y tế. Các thông số kỹ thuật của thiết bị được

Hình 2.5 Máy lọc MAKY 21.1

tổng kết như bảng 2.1.
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của thiết bị rửa quả lọc MAKY 21.1
Tên thông số

Giá trị

Công nghệ rửa

Áp lực dòng chảy + Rung

Công nghệ tẩy

Nhiệt độ + Hóa chất

Thời gian rửa

15-20phút

Lượng nước tiêu thụ

6-8lít

Lượng hóa chất

32-42ml

Chế độ rửa

Theo quả lọc

Kết nối mạng

Không

Hóa chất sử dụng

Peracetic Acid
Bleach

21


Institutional Formula 409
Formaldehyde
Đọc mã vạch

Có/Không

Quản lý bệnh nhân

1000 bệnh nhân

Quản lý quả lọc

2000 quả lọc

Quản lý số lượng quả lọc/bệnh nhân

50 quả/bệnh nhân

Khả năng mở rộng

Khó

Rửa dây dẫn máu

Không

Cảnh báo

Có

Kiểm soát lỗi

Có

Báo cáo thống kê

Có

Kiểm soát chất lượng quả lọc sau rửa

Có

Phần mềm điều khiển

Có

Hiển thị LCD

Có/Không

Tốc độ nước rửa

Lớn nhất 3lít/phút

Áp lực nước rửa

2.4bar - 3.75bar

Môi trường hoạt động

Nhiệt độ: 10-38oC
Độ ẩm: 10-80%

Điện áp sử dụng

150-250VAC/50/60Hz

Công suât tiêu thụ điện

200W

Kích thước (D x R x C)

18cm x 58.42 x 43.18 cm

Trọng lượng

18Kg

Tiêu chuẩn

CSA C22-2 No1010.1-92

Chương trình rửa

STD / STD+: 10- 17 phút.
HE / HE+: 12 - 17 phút.
HF / HF+: 12 - 17 phút.
CU1 / CU2 / CU3: 10 (STD) hoặc 12 phút
(HE/HF)).

Vật liệu

− Polypropylene

22


− Acrylic
− Silicone
− Stainless Steel
− Teflon
− FFPM
− PVDF
− ABS

− Tygon 3603
− PTFE
− Viton
Cổng kết nối

− EIA 232 for bar code scanner
− Centronics for the report printer
− EIA 232 for the label printer
− EIA 232 for PC
− EIA 485 for up to 10 MAKY 21.1
interconnections
− External Traffic Lights port
− External AT Keyboard port

Báo cáo

− TCVT results per dialyzer
− Reuses per patient (total and by date)
− Average reuse per patient (total and by
date)
− List of Active Patients
− List of Preprocessed Dialyzers
− List of Brands
− List of Discard Causes
− List of Not Used Dialyzers
− Monthly Statistics
− Type Statistics
− Brand Statistics
− Discard Cause Statistics
− General statistics

23