Bài viết Một đề xuất ứng dụng PLM để nâng cao sự hợp tác và chia sẻ dữ liệu trong quá trình điều trị bệnh nhân cần cấy ghép các bộ phận giả phân tích và đưa ra một giải pháp dựa trên tiếp cận PLM (Quản lý vòng đời sản phẩm) để giải quyết các vấn đề gặp phải. Các giải pháp sau đó được đưa vào phần mềm PLM Audros để minh họa các chức năng của hệ thống.
Trang 142 Ngô Thanh Nghị, Tào Quang Bảng, Bùi Hệ Thống
MỘT ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG PLM ĐỂ NÂNG CAO SỰ HỢP TÁC VÀ
CHIA SẺ DỮ LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH ĐIỀU TRỊ BỆNH NHÂN CẦN
CẤY GHÉP CÁC BỘ PHẬN GIẢ
A PROPOSITION OF APPLYING PLM APPROACH FOR SUPPORTING COLLABORATIONS AND DATA SHARING IN THE TREATMENT PROCESS REQUIRING PROSTHESIS
IMPLANTATION
Ngô Thanh Nghị 1* , Tào Quang Bảng 1 , Bùi Hệ Thống 2
1 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; * ntnghi@dut.udn.vn
2 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt - Y tế là một lĩnh vực phức tạp và quan trọng, nó cần phải
liên tục được cải tiến và nâng cao chất lượng trong xã hội ngày
nay Nghiên cứu này chỉ ra các vấn đề có liên quan đến sự hợp tác
và chia sẻ dữ liệu trong lĩnh vực y tế, tập trung chính vào quá trình
điều trị bệnh nhân cần cấy ghép các bộ phận giả (prosthesis) Quá
trình này gồm rất nhiều thành phần tham gia, cả trong lĩnh vực y tế
(y tá, các bác sĩ chụp X quang, bác sĩ phẫu thuật…) và lĩnh vực kỹ
thuật (các kỹ sư thiết kế bộ phận giả, nhà sản xuất…) Bài báo này
phân tích và đưa ra một giải pháp dựa trên tiếp cận PLM (Quản lý
vòng đời sản phẩm) để giải quyết các vấn đề gặp phải Các giải
pháp sau đó được đưa vào phần mềm PLM Audros để minh họa
các chức năng của hệ thống
Abstract - Medical sector is one of the complex domains that
needs continuous improvement and enhancement of it quality in current society This paper points out the problem in medical field relative to collaboration and data sharing, focus on the patient treatment process requiring prosthesis implantation This treatment process includes many stakeholders in both medical domain (nurse, radiologist, medical doctor, surgeon…) and engineering domain (design engineer, producer…) The research analyzes and describes a solution based on PLM (Product Lifecycle Management) approach to solve the problems in the treatment process Then all solutions will be implemented into Audros PLM software to demonstrate the functions of system
Từ khóa - PLM; chia sẻ dữ liệu; hợp tác; quá trình điều trị; Audros Key words - Product Lifecycle Management (PLM); data sharing;
collaboration; treatment process; Audros
1 Giới thiệu
Hiện nay, lĩnh vực y tế rất được chú trọng, đặc biệt khi
chất lượng cuộc sống của con người ngày càng nâng cao
Nhìn chung, lĩnh vực y tế có thể được chia làm 4 nhóm
chính: Khám bệnh, điều trị, chăm sóc sức khỏe và cấp
thuốc Trong giới hạn nghiên cứu này chỉ tập trung vào lĩnh
vực điều trị cần phẫu thuật cấy ghép các bộ phận giả
(prosthesis) và o bệnh nhâ n
Quá trình điều trị bệnh nhân cần phẫu thuật cấy ghép
bộ phận giả là một quá trình phức tạp, gồm rất nhiều gia i
đoạn và nhiều thành phần tham gia Quá trình điều trị này
có thể được tóm tắ t như trên Hình 1
Hình 1 Quá trình điều trị bệnh nhân
Sau khi tiến hành một số kiểm tra bệnh nhân ban đầu
bởi bác sĩ tổng quát, bệnh nhân sẽ được chỉ định chụp CT
hoặc MRI tùy thuộc vào loại bệnh để dễ dàng chẩn đoán
[1] Hình ả nh sa u khi chụp sẽ được phâ n tích bởi bá c sĩ và đưa ra các hướng điều trị tiếp theo Nếu cần cấy ghép lên người bệnh nhân thì việc thiết kế và chế tạo bộ phận giả phù hợp sẽ được tiến hành bởi các kỹ sư thiết kế và nhà sản xuất bên ngoài Việc chế tạo này có thể sử dụng một vài công nghệ như: Đúc, gia công trên máy CNC, công nghệ
in 3D [2, 3] Trước khi tiến hà nh cấ y ghép, nó phả i được kiểm tra bởi bác sĩ phẫu thuật, việc kiểm tra này đảm bảo
sự thành công của toàn bộ quá trình điều trị [4] Nếu mọi thông số được đáp ứng, quá trình cấy ghép sẽ được tiến hành bởi bác sĩ phẫu thuật Giai đoạn cuối cùng của quá trình điều trị là hồi sức và phục hồi chức năng
2 Những hạn chế và phương pháp đề xuất
2.1 Những hạn chế trong quá trình điều trị
Độ chính xác và thời gian hoàn thành của mỗi công đoạn ảnh hưởng rất lớn đến sự thành công của toàn bộ quá trình điều trị Một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đó là
sự hợp tác và chia sẻ dữ liệu của các thành phần tham gia Tuy nhiên, hiện chưa có giải pháp tối ưu để thực hiện sự hợp tác và chia sẻ dữ liệu này Ngày nay, chủ yếu sử dụng mạng nội bộ ad-hoc, e-mail hoặc các phương tiện thông tin liên lạc để giải quyết Việc này hay dẫn đến lỗi và chậm trong quá trình xử lý dữ liệu và kết nối giữa các bên [5]
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Từ những hạn chế đưa ra ở Mục 2.1, bài báo này đưa ra một giải pháp giải quyết vấn đề dựa trên tiếp cận PLM (Product Lifecycle Management) Tất cả các dữ liệu, thông
Trang 2ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 18, NO 5.1, 2020 43
Hình 2 Giải pháp dựa trên tiếp cận PLM
tin được đưa vào một Hub PLM như trên Hình 2 Với giải
phá p nà y, cá c thà nh phần tham gia có thể truy cậ p được tất
cả các giai đoạn trong quá trình điều trị Họ có thể đưa ra
các nhận xét, góp ý, điều chỉnh đồng thời có thể nắm bắt
được tiến độ của toàn bộ quá trình điều trị bệnh nhân Từ
đó có thể cải thiện được sự hợp tác và chia sẻ dữ liệu, nâng
cao độ chính xác và rút ngắn thời gian hoàn thành của toàn
bộ quá trình điều trị
2.3 Quản lý vòng đời sản phẩm (PLM)
Vòng đời sản phẩm bao gồm 3 pha [6]: Giai đoạn bắt
đầu (BOL) bao gồm giai đoạn lên ý tưởng, thiết kế, chế tạo
sản phẩm; Giai đoạn giữa (MOL) bao gồm phân phối, lắp
đặt, bảo trì sản phẩm; Giai đoạn cuối (EOL) gồm quá trình
loại bỏ, hủy và tái chế như được thể hiện trên Hình 3
Hình 3 Ba pha của vòng đời sản phẩm
Thuật ngữ PLM được chấp nhận rộng rãi và có nhiều
định nghĩa khác nhau phụ thuộc vào quan điểm của mỗi tác
giả Một trong những khái niệm phổ biến, PLM là một tiếp
cận tích hợp, quản lý tất cả các dữ liệu, thông tin của sản
phẩm, các quá trình kỹ thuật và các ứng dụng có liên quan
xuyên suốt toàn bộ các giai đoạn của vòng đời sản phẩm từ
lúc bắt đầu đến lúc kết thúc [7, 8]
3 Quan hệ giữa các vòng đời sản phẩm
Hình 4 Các liên kết giữa vòng đời bệnh và vòng đời prosthesis
Từ quá trình điều trị bệnh nhân ở Hình 1, ta có thể nhận
ra 2 vòng đời riêng biệt: Vòng đời bệnh (disease lifecycle)
và vòng đời prosthesis Mỗi vòng đời gồm nhiều giai đoạn khác nhau tạo thành một vòng kín Các giai đoạn của vòng
Trang 344 Ngô Thanh Nghị, Tào Quang Bảng, Bùi Hệ Thống đời này có liên quan với giai đoạn của vòng đời kia Mối
liên hệ này được minh họa bằng 6 liên kết từ L1 đến L6
như trên Hình 4 Các liên kết này thể hiện có sự hợp tác,
chia sẻ và trao đổi dữ liệu giữa các giai đoạn liên quan
Để hiểu rõ hơn bản chất của các liên kết này, chúng sẽ
được phân tích chi tiết theo 5 thành phần khác nhau bao
gồm: Các bên tham gia, thông tin trao đổi, quá trình liên
quan, các yêu cầu và công cụ sử dụng như trên Hình 5
Hình 5 Các thành phần chính trong quá trình điều trị
Sự phân tích các liên kết giữa vòng đời bệnh và vòng
đời prosthesis là rất quan trọng để hiểu được bản chất của
sự hợp tác và trao đổi dữ liệu giữa các thành phần tham gia
và giữa các công cụ được sử dụng trong quá trình điều trị
bệnh nhân
Như trong liên kết đầu tiên L1, sau khi các bác sĩ phân
tích, kiểm tra và chẩn đoán bệnh dựa trên các dữ liệu y tế,
họ sẽ quyết định rằng bệnh nhân có cần prosthesis cho quá
trình điều trị hay không Quyết định này sẽ được gởi đến
kỹ sư thiết kế, họ sẽ phân tích dữ liệu y tế và thiết kế
prosthesis cho bệnh nhân Liên kết L1 minh họa sự hợp tác
giữa bác sĩ tổng quát và kỹ sư thiết kế Nó được phân tích
chi tiết ra 5 thành phần như sau:
• Các bên tham gia: Bác sĩ tổng quát, kỹ sư thiết kế,
chuyên gia về prosthesis;
• Thông tin trao đổi: Quyết định điều trị;
• Quá trình liên quan: Quá trình chẩn đoán, quá trình
thiết kế;
• Các yêu cầu: Các đặc tính của prosthesis;
• Công cụ sử dụng: Mail, doc manager, phần mềm
phâ n tích hình ả nh y tế
Tương tự cho những liên kết khác, từ đó ta có thể hiểu
chi tiết hơn các liên kết L1 đến L6 đại diện cho các mối
quan hệ giữa vòng đời bệnh và vòng đời prosthesis Trong
phần tiếp theo, các đề xuất dựa trên PLM sẽ được đưa vào
phần mềm PLM Audros để kiểm tra các kết quả đạt được
4 Sử dụng phần mềm PLM để minh họa và kiểm tra
kết quả
Nghiên cứu này sử dụng phần mềm PLM Audros để
kiểm tra các kết quả Đây là một phần mềm phổ biến trên
thị trường, nó có những module cần thiết đáp ứng các yêu
cầu của hệ thống: Thiết lập sự hợp tác và chia sẻ dữ liệu
giữa các thành phần tham gia, tái sử dụng tài nguyên, theo
dõi lịch sử thay đổi của sản phẩm… Một số module chức
năng chính như sau:
• ModelShape: Tạo ra các lớp, thuộc tính và quan hệ giữa chúng, tạ o tà i khoả n, va i trò và quyền truy cập cho mỗi thà nh viên tha m gia
• View designer: Thiết kế giao diện của các lớp theo
cá c thuộc tính đã được tạ o ra
• SE manager: Tạo ra các lifecycle, quản lý các thư mục và tậ p tin
• Audros Applet: Xây dựng các workflow, hệ thống
sẽ hoạ t động theo cá c workflow nà y
• AWS creation: Các thành phần tham gia có thể nhập
dữ liệu, thông tin thông qua module nà y
Các chức năng chính của hệ thống được tóm tắt bằng biểu đồ Use case như trên Hình 6 Cơ bản được phân thành
4 nhóm chính:
• Cập nhật và truy xuất dữ liệu bệnh nhân;
• Cập nhật và truy xuất dữ liệu của prosthesis;
• Hỗ trợ các quyết định;
• Quản lý các thông báo
Hình 6 Biểu đồ Use case
Mỗi Use-case sẽ được mô tả chi tiết trong biểu đồ tuần
tự (UML sequence diagram), như trên Hình 7 thể hiện vai trò của “Design engineer” từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc quá trình thiết kế Nó cho thấy, sự hợp tác thông qua PLM giữa kỹ sư thiết kế, các chuyên gia và nhà sản xuất prosthesis
Sa u khi nhậ n được thông bá o, kỹ sư thiết kế sẽ đă ng nhập vào hệ thống PLM với tài khoản cho trước để tạo ra một đối tượng “prosthesis” như trên Hình 8 Họ sẽ chuyển các hình ảnh y tế sang định dạng STL để dễ dàng chỉnh sửa
và thiết kế trên các phần mềm CAD Việc thiết kế phải dựa theo các yêu cầu của bác sĩ và đặc điểm riêng của từng bệnh nhâ n Bả n thiết kế sẽ được đưa và o hệ thống PLM như trên Hình 9, cuối cùng hệ thống sẽ thông bá o cho bá c sỹ phẫu thuật và các chuyên gia Nếu các thông số được đáp ứng thì thông báo sẽ được gởi đến nhà sản xuất để chuẩn bị các bước tiếp theo
Trang 4ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 18, NO 5.1, 2020 45
Hình 7 Từ quá trình thiết kế đến chế tạo prosthesis
Hình 8 Giao diện PLM của đối tượng “Prosthesis”
Hình 9 Đính kèm file CAD 3D trong Audros
5 Kết luận
Nghiên cứu đã chỉ ra được những hạn chế còn tồn đọng
trong quá trình điều trị bệnh nhâ n cầ n cấy ghép cá c bộ phận
giả Vấn đề có liên quan đến sự trao đổi thông tin và hợp
tác giữa các thành phần tham gia vào quá trình điều trị Nhờ
những ưu điểm vượt trội của PLM, các giải pháp dựa theo
PLM đã được đưa ra để giải quyết vấn đề này Nghiên cứu
cũng đã sử dụng phần mềm PLM Audros để minh họa và
kiểm chứng lại các kết quả nghiên cứu Kết quả cho thấy,
hệ thống đã nâng cao được sự hợp tác và chia sẻ dữ liệu
của các thành phần tham gia, góp phần rút ngắn thời gian
và nâ ng ca o độ chính xá c của toà n bộ quá trình điều trị
Lời cảm ơn: Bài báo này được tài trợ bởi Trường Đại học
Bá ch khoa – Đạ i học Đà Nẵ ng với đề tà i có mã số
T2019-02-04
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] A L Jardini, M A Larosa, R M Filho, C A D C Zavaglia, L F
Bernardes, C S Lambert, et al., "Cranial reconstruction: 3D
biomodel and custom-built implant created using additive
manufacturing”, Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery, vol 42,
2014, pp 1877-1884
[2] A Azari and S Nikzad, "The evolution of rapid prototyping in
dentistry: a review”, Rapid Prototyping Journal, vol 15, 2009, pp
216-225
[3] K Subburaj, C Nair, S Rajesh, S Meshram, and B Ravi, "Rapid development of auricular prosthesis using CAD and rapid
prototyping technologies”, International Journal of Oral and
Maxillofacial Surgery, vol 36, 2007, pp 938-943
[4] N Tukuru, S M Ahmed, and S Badami, "Rapid prototype
technique in medical field”, Research J Pharm and Tech, 2008 [5] R Bibb, D Eggbeer, and A Paterson, "5 - Case Studies”, in Medical
Modelling (Second Edition), R Bibb and D E Paterson, Eds., ed
Oxford: Woodhead Publishing, 2015, pp 99-472
[6] D Kiritsis, A Bufardi, and P Xirouchakis, "Research issues on product lifecycle management and information tracking using smart
embedded systems”, Advanced Engineering Informatics, vol 17,
2003, pp 189-202
[7] R Sudarsan, S J Fenves, R D Sriram, and F Wang, "A product information modeling framework for product lifecycle
management”, Computer-Aided Design, vol 37, 2005, pp
1399-1411
[8] A Saaksvuori and A Immonen, "Product lifecycle management
systems”, in Product Lifecycle Management, ed Berlin, Heidelberg:
Springer Berlin Heidelberg, 2008, pp 27-44.
(BBT nhận bài: 25/3/2020, hoàn tất thủ tục phản biện: 04/5/2020)
