Thiết kế và chế tạo mô hình đèn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh

chú trọng đến việc sử dụng các linh kiện có sẵn ở thị trường Việt Nam, nhưng vẫn phảiđảm bảo chất lượng của thiết bị, đồng thời làm giảm giá thành thiết bị.Vì thế mà vấn đề thực tế ngày

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG -o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

ĐÈN CHIẾU TRỊ BỆNH VÀNG DA DÀNH CHO

TRẺ SƠ SINH

GVHD: ThS VÕ NHẬT QUANG SVTH: HUỲNH THẾ HOÀNG

Tp HCM, Tháng 01 năm 2007

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Như chúng ta đã biết, trong bất kỳ một x ã hội nào vấn đề chăm sóc sức khỏe đ ã và luônluôn được quan tâm Vì thế, ngày nay khoa học phát triển cũng luôn luôn quan tâm đếnlĩnh vực y tế, chính vì thế đã làm cho việc chăm sóc sức khỏe ng ày một tốt hơn Đóngmột vai trò quan trọng đó là các thiết bị y tế, và càng ngày thiết bị y tế càng thể hiện rõvai trò quan trọng của nó trong chẩn đoán và điều trị Theo quan điểm hiện đại, ngành y tếkhông chỉ bao gồm y, dược mà còn có trang thiết bị y tế, tạo thành thế kiềng ba chân vữngmạnh Không thể có một nền y tế mạnh một khi trang thiết bị y tế c òn nghèo nàn và lạchậu.

Đối với nước ta, một nước đang phát triển, các thiết bị y tế hiện đại hầu nh ư là nhập khẩu.Cho nên việc tiếp cận và tiến tới làm chủ và sản xuất các thiết bị y tế là một vấn đề cấpthiết

Vì vậy, đề tài luận văn này cũng không ngoài mục đích đó, cụ thể là tiếp cận tìm hiểuthiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da dành cho trẻ sơ sinh Cũng giống như hầu hết các thiết

bị y tế, thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da dành cho trẻ sơ sinh cũng nhập khẩu với giá rấtmắc tiền Cũng vì lý do này mà các bệnh viện được trang bị với số lượng hạn chế không

đủ đáp ứng nhu cầu thực tế v à làm tăng chi phí điều trị

Ngoài ra, chính vì lý do kinh tế nên người ta đã tìm cách chế tạo các đèn chiếu vàng daphục vụ cho công tác điều trị trong n ước Bệnh viện Phụ sản Từ Dũ tr ước đây dùng bóngđèn compact Bệnh viện Nhi đồng 1 v à các bệnh viện tuyến dưới dùng bóng đèn huỳnhquang 0,6 m Tuy nhiên các đèn chi ếu vàng da này cũng bộc lộ rõ những khuyết điểm Ví

dụ như là sử dụng các bóng đèn phát ra không đúng bư ớc sóng yêu cầu, không kiểm trađược cường độ sáng yêu cầu, tuổi thọ ngắn, Vì thế nên sẽ kéo dài thời gian điều trị,hoặc kết quả điều trị không mong muốn

Ngoài ra đây là một đề tài mới, việc tiếp cận với nó giúp cho tôi hiểu được hoạt động củamột thiết bị y tế điển h ình, từ đó trong quá trình tìm hiểu rút ra những y tưởng để hìnhthành nên mô hình thi ết bị với những cải tiến thích hợp, l àm tăng hiệu quả điều trị, cảitiến thêm một số chức năng làm cho việc sử dụng dễ dàng hơn Hơn nữa, đề tài này cũng

chú trọng đến việc sử dụng các linh kiện có sẵn ở thị trường Việt Nam, nhưng vẫn phảiđảm bảo chất lượng của thiết bị, đồng thời làm giảm giá thành thiết bị.

Vì thế mà vấn đề thực tế ngày càng thôi thúc em tiếp cận và nghiên cứu lĩnh vực này, vớimục đích tìm hiểu và học tâp một vấn đề mới v à trang bị các kiến thức cần thiết cho mộtsinh viên sắp ra trường cùng với mong muốn thiết kế thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng da

có giá thành thấp và có các cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả trong quá tr ình điều trị, cụthể những mục tiêu nghiên cứu như sau:

+ Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về bệnh vàng da: nguyên nhân, các phươngpháp điều trị mà cụ thể là dùng quang trị liệu

+ Tìm hiểu hoạt động của thiết bị y tế tr ên cơ sở đó hình thành ý tưởng thiết kế

và cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả điều trị v à sử dụng

+ Thiết kế hệ thống đèn chiếu và áp dụng điều khiển tự động v ào thiết bị

+ Hoàn thành mô hình thi ết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da dành cho trẻ sơ sinh

và cân chỉnh thiết bị

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1 Cơ sở lý thuyết về bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh.[1]

2.1.1 Cơ sở lý thuyết về bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh.

Vàng da là do sự gia tăng Bilirubine ( Bil ) trong máu

- Ở người lớn khi Bil > 2mg% sẽ xuất hiện v àng da

- Ở trẻ sơ sinh khi Bil > 7 mg% s ẽ xuất hiện vàng da

Bilirubin hình thành do s ự thoái biến của Heme

2.1.2 Chu trình biến dưỡng của Bilirubine.[1]

2.1.2.1 Sơ đồ biến dưỡng

Chu trình biến dưỡng của Bilirubine gồm 4 gi ai đoạn :

+Giai đoạn 1: xảy ra trong hệ thống võng nội mô

+Giai đoạn 2: xảy ra trong máu

+Giai đoạn 3: xảy ra trong tế b ào gan

+Giai đoạn 4: xảy ra trong ống ti êu hóa

Hình 2.1 Em bé vàng da và em bé bình th ường

Chu trình biến dưỡng của Bilirubine có thể tóm tắt qua h ình sau:

Hình 2.2 Chu trình biến dưỡng của bilirubine [1]

- Giai đoạn 1: xảy ra trong hệ thống v õng nội mô, Hemoglobine đ ược chia thành heme

và globine Dưới tác dụng của biliverdine reductase, biliverdine đuợc biến đổi th ành

Hemoglobine

Heme

Bilirubine gián tiếp

Liên kết vớiAlbumin

Không liênkếtvàng da nhân

Men giữ Ligandine

Men chuyển Glycuronyl transferrase

Blirubine trực tiếp

Mật

Phá hủy tại ruột

Loại bỏ

Hủy bỏ men chuyển

Chu trình ruột ganStercobiline Urobiline

Trào ngượcdòng

Bilirubine gián tiếp đưa vào mạch máu lưu thông Một gram hemoglobine cho ra 64 µmolbilirubine = 35gram Bilirubine Tr ọng lương phân tử nhỏ của Bilirubine cho phép nóthấm dể dàng qua các màng, và là lo ại dể hòa tan trong mỡ nên thường thấm vào các phũtạng có nhiều chất Phospholopide nh ư: da, niêm mạc, não…

- Giai đoạn 2: xảy ra trong máu, là giai đoạn chuyển vận Bilirubine gián tiếp về gan bởi

sự kết hợp Bilirubine -Albumine Một mol Albumine kết hợp với ít nhất một molBilirubine Một trẻ sơ sinh, một lít máu chứa 510 µmol Albumine = 35g, có thể kết hợpvới 500 µmol Bilirubine N ơi kết hợp này không chuyên biệt và cũng có thể có các phân

tử khác bám vào Một phần Bilirubine kết hợp Albumine, c òn một phần ở dạng tự dokhông kết hợp

- Giai đoạn 3: xảy ra trong tế bào gan, có sự tham gia của 2 loại men chính, diễn tiếnnhư sau:

Các phức hợp Bilirubine-Albumine được giữ ở tế bào gan trước tiên do menLigandine, sau đó, dư ới tác dụng của men Glycuronyl tranferase, Bilirubine gián tiếpđược biến thành Bilirubine trực tiếp tan trong nước, được thải ra bởi mật

- Giai đoạn 4:xảy ra trong ống tiêu hóa, một phần Bilirubine trực tiếp có thể bị tác dụngngược lại cũa men β-Glycuronidase transferase, Bilirubine gián ti ếp được biến thànhBilirubine trực tiếp tan được trong nước, được thải ra bởi mật

2.1.2.2 Biến dưỡng Bilirubine trong bào thai

Trong bào thai, sự biến dưỡng Bilirubine tùy theo tình trạng của thai Sự sản xuấtBilirubine bắt đầu sớm vào tuần lể thứ 12 của thai kỳ v à đạt đến 1700 µmol suốt thai kỳ.Bilirubine được biến đổi tại gan của mẹ : Bilirubine của con kết hợp với Albumine b àothai đến nhau thai, kết nối rời ra, Bilirubine của con qua nhau thai v à kết hợp Albuminecủa mẹ Đường đi qua nhau thai đuợc thực hiện nhanh chóng v à gần như hoàn toàn Duychỉ có một phần nhỏ Bilirubine đ ược biến đổi trong gan của b ào thai mặc dù các men hoạtđộng còn yếu kém, và lượng Bilirubine này được đưa xuống ruột Khi chào đời, trong

phân su chứa khoảng 340 µmol Bilirubine, mặc d ù chu trình ruột gan vẩn chưa hoạt độngtrong giai đoạn bào thai

Khi sơ sinh chào đời, điều kiện về biến d ưỡng thay đổi đột ngột Nhiệm cụ s àng lọc củanhau thai chấm dứt Bilirubine sản xuất tỷ lệ thuận với sự tán huyết máu s ơ sinh, đạt đến14,5 µmol/kg/24 giờ= 8,5 mg/kg/24 giờ Gấp đôi l ượng Bilirubine của người lớn

Ngoài ra gan làm việc hãy còn yếu do 3 cơ chế: xáo trộn huyết động học do c òn DuctusVenosus, lượng protein còn thấp và nhất là men Glycuronyl tranferase ho ạt động chưahữu hiệu ( số men GT chỉ bằng với ng ười lớn vào tháng thứ 3 sau sanh )

Cuối cùng là do sự vắng mặt của vi khuẩn đ ường ruột (Flore Intestinale), pH kiềm củađoạn ruột non và sự hiện diện của β-Glycuronidase đã tạo điều kiện cho sự tái hấp thu củaruột, duy trì chu trình ruột gan

Với tất cả những đặc tính tr ên cho thấy vàng da ở sơ sinh có thể là do sinh lý nhưng cũng

có thể là bệnh lý

2.1.3 Nguyên nhân gây vàng da do tăng Bilirubin gián ti ếp ở trẻ sơ sinh

Nguyên nhân gây vàng da do tăng Bilirubin gián ti ếp ở trẻ sơ sinh gồm có vàng da tánhuyết và vàng da không tán huyết

2.1.4 Giới thiệu các loại tổn thương do bệnh gây ra.

-Vàng da sinh lý thấy ở 30 – 50% sơ sinh đủ tháng Đây là một vàng da không bệnh lýtrong đại đa số các trường hợp Triệu chứng lâm sàng xuất hiện sau 24 giờ, riêng lẻ,không kèm theo lách to, n ước tiểu có màu vàng sậm, lượng Bilirubine trong máu có th ểlên tới 200-250 mol/l (12-13 mg%)

Theo bệnh học thì vàng da sinh lý chứng tỏ khó khăn trong thích ứng của gan với nhữngđiều kiện mới khi chào đời Men Glycuronyl transferase không đủ để biến đổi bilirubinegián tiếp với số lượng lớn do tán huyết sơ sinh Tình trạng thoáng qua nhanh và điều nàygiải thích sự lành tính của vàng da sinh lý

Những yếu tố khác tạo thuận lợi cho vàng da sinh lý xảy ra như: trọng lượng lúc sinhthấp, nguồn gốc người châu Á, con trai, mẹ có dùng thuốc ngứa thai, trẻ có nhiễm trùng…

Sinh

lý

Bệnh

lý

Gần như trẻ non dưới 2000g lúc sinh đều bị vàng da Thông thường kéo dài đến 15-20ngày và không có dấu hiệu lâm sàng gì khác, vàng da này được giải thích là do sự chưatrưởng thành của gan

Tổn thương nguy hiểm của vàng da sinh lý đó là tổn thương não do tăng bilirubine giántiếp Biến chứng nguy hiểm nhất của nó là vàng da nhân, khi l ượng bilirubine tăng hơn20mg% ( >200mg/l,>300µmol/ml ) nh ất là trong 15 ngày đầu sau khi sinh, khi màng gi ữamáu và tổ chức não chưa vững bền Ngưỡng này có thể giảm dưới 20% nếu kèm theonhững yếu tố thuận lợi: thiếu O2 toan máu, hạ đường máu, hạ thân nhiệt, hạ Albuminemáu, sinh non Với sơ sinh dưới 1500g, lượng bilirubine gián tiếp 17 -18 % đã là đe doạ

Triệu chứng đầu tiên của vàng da nhân là là trẻ bỏ bú, vật vã, quấy khóc hoặc li bì, rốiloạn trương lực cơ: thường tăng ở trẻ đủ tháng, nhưng giảm nếu trẻ sinh quá non đưới1500g Vào ngày thứ 3, trẻ có đầu ưỡn ra sau, co giật, con người, khóc thét, mắt “mặt trờilặn”, dần dần đi đến hôn mê và tử vong trong cơn ngừng thở

Tổn thương tế bào não do 2 nguyên n hân:

+ Bilirubine gián tiếp không kết hợp với Albumine tẩm nhuận dễ dàng vào cácnhân xám vì là chất tan trong mỡ, do đó, nó sẽ bám vào Phospholipide c ủa màng tếbào, xâm nhập vào tế bào và làm tổn thương các ti thể và hệ thống men tế bào Tổnthương tế bào não sẽ tỷ lệ thuận với lượng bilirubine gián tiếp

+ Trong khi đó bilirubine gián tiếp có kết hợp với Albumine cũng có thể xuyên quamàng ngăn máu – màng não dù trọng lượng phân tử có lớn, một khi màng ngănnày bị tổn thương thành mạch, rối loạn huyết động học ( huyết áp thay đổi không

ổn định ), rối loạn về biến dưỡng tăng áp lực thẩm thấu / máu ( hyperosmolaritesanguine ) ngạt thở, hạ đường huyết, tăng CO2 trong máu, toan máu hạ thân nhiệt

Do đó, dù nồng độ bilirubine trong máu là bao nhiêu, nó c ũng luôn luôn rời bỏ Albumine

ở trong tế bào và do đó sẽ tạo ra những tổn thương quanh mạch máu Người ta cũng giảithích những tổn thương não ở những trẻ sơ sinh sinh non với lượng bilirubine trong máukhông cao Bằng phương pháp toán học, Robinson đã chứng minh cho thấy nếu nồng độ

bilirubine / máu cao, tế bào não sẽ thu hút bilirubine gián ti ếp không kết hợp Khi nồng độbilirubine / máu thấp, tế bào não sẽ thu hút bilirubine gián ti ếp kết hợp với Albumine vàhậu quả sẽ làm tổn thương tế bào thần kinh, lúc đầu còn phục hổi trong vỏng 12 giờ, sau

đó không thể phục hổi được nữa

Ngoài những tổn thương não có nguy cơ tử vong trên nếu được tích cực điều trị, trẻ sẽkhông tử vong nhưng hậu quả gây độc trên của bilirubine đã được ghi nhận do tổn thươngtại thân não Tổn thương này nếu được điểu trị bằng thay máu sớm sẽ giảm nhiều Ngoài

ra, trẻ còn có thể có những di thần kinh và tinh thần như: nói ngọng hoặc câm, lác mắthoặc mù mắt, liệt 1 hoặc nhiều chi, ngớ ngẩn, kém thông minh Do đó, cần tích cực điềutrị chứng vàng da do tăng bilirubine gián tiếp ở trẻ sơ sinh, nhất là trong 15 ngày đầu sausinh để tránh mọi tổn thương não, nhất là vàng da nhân

2.2 Giới thiệu các phương pháp điều trị [1]

Dù điều trị bằng phương pháp nào, cần luôn tuân thủ những nguyên tắc cơ bản: tránh hạthân nhiệt và toan máu, cho trẻ ăn sớm, theo dõi đông máu, đạm máu, bù đủ lượng nước,tránh truyền dung dịch có lipide, cũng như tránh cho những loại thuốc phá huỷ liên kếtAlbumine – bilirubine

2.2.1 Giới thiệu phương pháp thay máu.

Phương pháp này được chỉ định khi bilirubine gián ti ếp tăng trên 20% (>340 µmol/l) m ặc

dù đã được điều trị dự phòng Vì thế cần phải thử bilirubine gián tiếp 3 giờ/ lần, khi điềutrị dự phòng, những trường hợp vàng da sậm, nhất là với nguyên nhân do bất đồng nhómmáu mẹ và con Đây là phương pháp rất hiệu nghiệm vì nó lấy ra khỏi cơ thể trẻ 1 lượngbilirubine và cả kháng thể gây tán huyết ở trẻ sơ sinh

2.1.1.1 Chọn máu để thay:

Tùy nguyên nhân gây vàng : Nếu do bất đồng nhóm máu Rh thì ch ọn máu cùng Rh (-)giống mẹ và cùng nhóm ABO gi ống con Nếu do bất đồng ABO thì dùng hồng cầu rữa

thể pha với nước muối sinh lý với tỷ lệ 1/2 ( 1 hồng cầu, 2 huyết tương ) Nếu do nguyênnhân khác, dùng máu cùng nhóm ABO v ới con.

Số lượng máu thay mỗi lần 160ml/kg

Nhóm máu con Nhóm máu mẹ Nhóm máu để truyền

O-A-B Không biết O

Hình 2.3 Chọn nhóm máu để truyền cho trẻ s ơ sinh.

2.1.1.2 Cách tiến hành:

Nơi lấy máu ra và bơm máu vào cùng một chỗ để tránh nguy cơ nhiễm trùng, tốt nhất làtĩnh mạch rốn Ở trẻ trên 7 ngày tuổi, tĩnh mạch rốn đã tắt, có thể dùng tĩnh mạch bẹnnhưng kết quả sẽ không tốt bằng tĩnh mạch rốn vì dễ bị tắc và dể gây phù nề chi cùng bên

Hình 2.4 Hình dạn cuốn rốn [1]

Hình 2.5 Bệnh nhi đươc phủ khăn vô trùng [1]

Hình 2.6 Cách truyên máu và rút máu [1]

Hình 2.7 Cách tiến hành thay máu [1]

Cần phải tránh các tai biến có thể xảy ra trong quá trình thay máu:

- Trụy tim mạch đột ngột do tốc độ bơm máu quá nhanh, gây ứ động máu ở gan và timphải, gây rối loạn nhịp tim và ngưng Vì vậy, trong quá trình thay máu nên th ường xuyênkiểm tra nhịp tim

- Choáng do trẻ bị hạ thân nhiệt, có thể tránh được bằng cách thay máu trong lồng ấp, bảođảm nhiệt độ môi trường luôn ấm

- Nhiễm trùng huyết rất dể xảy ra, nếu khi thay máu không đảm bảo vô trùng Thay máuphải được tiến hành như một phẫu thuật, phải tuyệt đối vô trùng

- Sau khi thay máu, n ồng độ kháng thể chống hồng cầu con giảm hẳn trong huyết tương,nhưng vài ngày sau, nồng có thể tăng, do số kháng thể từ các tổ chức tế bào vào huyếttương Vì vậy trong vòng 1 tháng sau khi thay máu, trong tr ường hợp có bất đồng nhómmáu mẹ con, nếu trẻ có hiện tượng thiếu máu cần truyền máu, chúng ta nên chọn máu đểtruyền như khi thay máu, để tránh tác hại của kháng thể chống hồng cầu non, còn tồn tạitrong huyết tương của trẻ

2.2.2 Truyền Albumine:

Truyền tĩnh mạch trong 1 giờ, liều lượng 1-2 g/kg pha loãng còn 1/3  1/2 trong glucose5% Hoặc cho ngay vào máu bơm vào trẻ đang được thay máu Mục đích của truyềnAlbumine là để gia tăng sự kết nối Albumine –bilirubine , lấy ra khỏi máu một bilirubinegián tiếp làm cho lượng bilirubine không kết hợp giảm đến mức tối thiểu Phương phápnày có thể làm gia tăng tạm thời lượng bilirubine toàn thể nhưng không nguy hại TruyềnAlbumine bị chống chỉ định trong phù nhau thai hay thi ếu máu nặng bởi vì nó làm tăngthể tích huyết tương có thể gây suy tim

2.2.3 Chất tải mật ở ruột:

Để phá hủy chu trình ruột gan, người ta đã sử dụng chất Cholestyramine, nhưng hiệu quảchưa cao và có thể gây toan huyết ở trẻ sinh non Tốt nhất là không để tình trạng ứ đọng ởruột.

2.2.4 Những thuốc làm gia tăng sự kết hợp Glycuronyl và bilirubine:

- Diethy – nicotamine (Coramine) và phenazone (Antipyrine )

- Clofibrate, dùng 1 liều duy nhất

Ngưng QTL sau

5 ngày khi lươngbilirubine đãsuống

QTL phòng ngừa Sơ sinh non <1500g

bệnh tán huyết (Rh-ABO)

Điều trị tứcthì

Với photo-isomere, Bilirubine được biến thành Photo-Bilirubine I thải ra theo mật, làthành phần được tạo nhiều nhất và Photo-Bilirubine II được thải ra theo mật và nước tiểu,

Photo-Oxyde hoạt động chậm hơn, chiếm 10% hoạt động chung tạo ra chất thải ở mật

và nước tiểu, nhưng rất bền vững không bị phá hủy ngược lại như Photo-Isomere

2.2.5.2 Nguyên tắc sử dụng quang trị liệu:

Bilirubine gián tiếp hiện diện 60% trong mô kẽ và nhất là ở da Đây là cùng tác dụngcủa ánh sáng xanh Trẻ cần bộc lộ da càng nhiều càng tốt, tốt nhất là để trần truồng, bịtkín mắt để bảo vệ dụng quang trị liệu sẽ sử dụng liên tục trong 24 đến 48h Sau đó chiếungắt quãng Trung bình một liều dụng quang trị liệu kéo dài từ 4-5 ngày

Chọn đèn xanh là chuyện ưu tiên Hiện nay bóng đèn xanh TL 20w/52 được xem là tốtnhất, đặt thành từng nhóm 6-8 ống Khoảng cách từ bóng đèn đến trẻ rất quan trọng, điều

này nhằm bảo đảm công xuất chiếu trên da em bé, thông thường khoảng càch này khoảng

từ 30 cm – 35cm Các đèn sản xuất đã được tính để vừa sát kính lồng ấp

2.2.5.3 Tác dụng phụ của quang trị liệu:

Trên lý thuyết rất nhiều: tác dụng trên tuyến nội tiết, phá hủy sinh tố A và B2, phá hủyProstaglandine, giảm tiểu cầu, tán huyết, xáo trộn nhịp sinh hóa tế bào…Nhưng trên lâmsàng hiếm thấy xảy ra và rất lành tính, chỉ ghi nhận một số xáo trộn tiêu hóa: phân lỏng,thân nhiệt cao gây mất nước và gây ngừng lên cân tạm thời, do đó, cần theo dõi thân nhiệt

và bù thêm cho trẻ từ 15%-20% lượng nước mất thêm quá da Mắt của trẻ được che đậykín để tránh tổn thương võng mạc Bìu dái của trẻ trai cũng được che kín

Hội chứng “Bebe de bronze” gồm da nâu sau vài ngày s ử dụng dụng quang trị liệukèm theo tiểu sậm gần như đen, thường có thể xảy ra do tổn thương tế bào gan cùng lúc,trong 0,3% trường hợp, có thể thể kéo dài vài tuần lể; dự hậu tốt Trên lâm sàng, bệnhxuất hiện giống như vàng da ứ tạm thời, hay thấy trong bệnh cảnh bất đồng nhóm máuRh

2.2.5.4 Một số chỉ định quang trị liệu:

- Vàng da sinh lý: dụng quang trị liệu được chỉ định lượng Bilirubine gián tiếp là270µmol/l (=150 mg/l) sau 2 ngày; 200 µmol/l (=120mg/l) tr ước 2 ngày; ngưng chiếuđèn, khi Bilirubine gián ti ếp giảm xuống dưới 250 µmol/l (=140 mg/l)

-Sơ sinh non tháng: trẻ 1500g, cần chiếu đèn ngay, để giảm thiểu đáng kể các lần thaymáu

- Vàng da do sữa mẹ: dùng quang trị liệu có thể được sử dụng trong khi Bilirubinegián tiếp tăng đến 270-300 µmol/ (=190 mg/l) Chi ếu trong 2448 giờ và trẻ vẫn đượctiếp tục bú mẹ

- Vàng da do các bệnh tán huyết, cũng rất cần được sử dụng quang trị liệu Nhưngthay máu cũng cần thiết và cũng có thể cùng thực hiện song song

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU

3.1 Giới thiệu thực trạng các thiết bị trị bệnh v àng da ở trẻ sơ sinh ở các Bệnh viện hiện nay

Như đã trình bày ở trên, hầu hết các thiết bị y tế ở thị tr ường Việt Nam đều nhập ngoại,những máy mà Việt Nam sản xuất chiếm một thị phần rất nhỏ, v à các thiết bị y tế có trình

độ công nghệ cao thì nước ta chưa sản xuất được Chính vì vậy những thiết bị y tế nhậpkhẩu hầu hết là mắc tiền so với thu nhập trung b ình của nước ta, ngoài ra chính vì nhậpkhẩu nên các thiết bị y tế đều mang một đặc th ù là độc quyền dẩn tới thực tế là khi màthiết bị không may gặp sự cố th ì việc bảo trì rất khó khăn Đa số các tr ường hợp là phảithay linh kiện chính hãng, mà mỗi lần thay thường tốn rất nhiều tiền v à khó khăn, bởi vìnếu trục trặc những linh kiện m à hảng không có sẵn ở Việt Nam th ì cần phải chờ đặt hàng

ở nước ngoài nên rất mất thời gian và phát sinh chi phí

Ngoài ra trong quá trình kh ảo sát các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da trước đây và hiệnđang sử dụng tại các bệnh viện thì tôi thấy có một số hạn chế, đây cũng l à nguyên nhânnảy ra một số ý tưởng trong quá trình thiết kế

Các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh thường dùng các bóng đèn huỳnhquang, các thiết bì này thông thường thì chỉ có một hệ thống đèn và một giường cho em

bé nằm

DÀN ĐÈN

GIƯỜNG EM BÉ NẰM

Hinh 3.1 Những dàn đèn chiếu vàng da dùng bóng đèn hu ỳnh quang.

Khi mới sử dụng thì các bóng đèn huỳnh quang này rất tốt, nhưng qua một thời gian dài

sử dụng thì các bóng này không phát ra c ường độ mong muốn nữa, chính v ì vậy sẽ kéodài thời gian điều trị Ngoài ra khi dàn đèn phát ra cư ờng độ sáng thì làm thế nào biếtđược dàn đèn đó phát ra cường độ được yêu cầu, chính vì thế cần phải có một dụng cụ để

đo cường độ sáng ở khoảng b ước sóng này

Trong quá trình điều trị, việc xác định cường độ sáng trên da em được xác định theokhoảng cách giữa dàn đèn và em bé và kho ảng cách này do nhà sản xuất qui định Điềunày chỉ đúng khi các bóng đèn còn hoạt động tốt phát ra đúng cường độ, nếu vì một lý donào đó các bóng đèn này không phát ra công suất như đã tính toán thì tất yếu sẽ xảy rahiện tượng cường độ sáng chiếu lên em bé sẽ bị thiếu, dẫn tới kéo dài thời gian điều trị,gây ra thiệt hại về kinh tế cho ng ười thân của em bé

Nhưng tất cả các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh được biết ở các bệnhviện hiện nay đều không đ ược tích hợp bộ phận đo cường độ sáng này Thiết bị đo cường

độ sáng này thông thường được các bệnh viện mua ri êng và của một hãng khác chuyên về

đo lường với giá rất cao nên thông thường được trang bị rất hạn chế Các Bác sĩ hoặc y táthông thường dựa vào kinh nghiệm của mình để điều chỉnh khoảng cách gi ữa dàn đèn và

em bé, nhưng như thế thì rất thủ công và theo cảm tính của Bác sĩ nên sẽ không chínhxác

Chính vì những thực tế như vậy đã làm nảy sinh một số ý tưởng thiết kế thiết bị trị bệnhvàng da cho trẻ sơ sinh, sẽ được trình bày trong phần sau

các thiết bị trong các bệnh viện

Chính vì vậy khi bắt tay vào thiết kế thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh,cần phải cải tiến các hạn chế nh ư trên đã nêu trên Đó là cần phải tích hợp một thiết bị đocường độ sáng đi kèm với thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh Để đảm bảorằng việc theo dõi cường độ sáng trên da em bé là chính xác và đáng tin cậy

Nhưng thế là chưa đủ cần phải có thêm một phần điều khiển tự động để điều chỉnh c ường

độ sáng trên da em bé dựa trên cường độ sáng mà Sensor thu nhận về để đảm bảo rằngánh sáng trên da em bé luôn ở trong một khoảng mong muốn V à cuối cùng một điều cầnlưu ý nữa đó là cần phải tận dụng những linh kiện điện tử sẵn có ở Việt Nam, nhưng vẫnđảm bảo những thông số kỹ thuật cho thiết bị như:

+ Thiết bị phải phát ra ánh sáng có khoả ng bước sóng đúng với yêu cầu, nhằmđảm bảo cho quá trình điều trị có hiệu quả

+ Phát ra cường độ sáng đúng với yêu cầu đề chắc chắn rằng c ường độ sángtrên da em bé đúng với yêu cầu điều trị đặt ra

+ Đảm bào an toàn cho em bé trong quá trình điều trị

+ Ứng dụng vi xử lý để điều khiển thiết bị, tự động điều chỉnh cường độ sángtheo một giá trị cài đặt trước

+ Dể sử dụng

+ Rẻ hơn các thiết bị ngoại nhập

Ngoài ra việc sử dụng đèn LED super bright thay thế các bóng đèn huỳnh quang chuyêndụng cũng là một cải tiến trong quá tr ình thiết kế thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da chotrẻ sơ sinh

Như trình bày ở trên, trước đây các thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinhthường dùng bóng đèn huỳnh quang chuyên dụng Các bóng đèn huỳnh quang này đượcphủ một lớp huỳnh quang đặc biệt nhằm phát ra ánh sáng xanh có b ước sóng thích hợp.Chính vì thế nên ánh sáng phát ra của những bóng đèn này là không liên tục (nhấp nháy)

So với việc thay đổi bóng huỳnh quang bằng đèn LED thì có những ưu điểm sau đây :

+ Hiệu quả điều trị cao hơn do ánh sáng của đèn LED phát ra là ánh sáng liên t ục,còn ánh sáng phát ra của bóng đèn huỳnh quang là không liên tục nên hiệu quảđiều trị của LED cao h ơn so với bóng đèn Huỳnh quang

+ Tuổi thọ trung bình của LED cao hơn so với bóng huỳnh quang

+ Tiết kiệm năng lượng vì công xuất tiêu thụ điện của LED thấp h ơn nhiều so vớicông xuất tiêu thụ của bóng huỳnh quang

+ Giá thành của 1 dàn đèn dùng LED th ấp hơn so với 1 dàn đèn dùng bóng huỳnhquang

+Việc sử dụng đèn LED làm cho dàn đèn cho c ấu trúc gọn hơn so với dàn đèndùng bóng Huỳnh quang giúp cho quá trình sử dụng được thuận tiện và dể dànghơn

+ Việc sử dụng đèn LED làm giảm quá trình sinh nhiệt do dàn đèn gây ra làm giảmyếu tố gây ảnh hưởng tới các thiết bị kh ác ví dụ như lông hấp em bé sơ sinh

Chính vì những điểm ưu thế hơn so với bóng đèn huỳnh quang như vậy nên việc thay thếbằng đèn LED super bright là một cải tiến có ý nghĩa quan trọng về mặt công nghệ và phùhợp với xu hướng phát triển của thế giới

3.3 Xây dựng sơ đồ khối cho thiết bị

Dựa vào những tiêu chí như đã trình bày ở trên, từ đó giúp tôi thiết kế sơ đồ khối của thiết

bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh Để đáp ứng được những mục đích nêu trên sơ

đồ khối sẽ bao gồm các khối sau đây:

1 Dàn đèn

2 Sensor quang thu nh ận ánh sáng

3 Khối khuếch đại

4 Khối ADC (chuyển tín hiệu Analog sang Digital)

5 Khối vi xử lý

6 Khối hiển thị thông số (c ường độ sáng) hiện tại

7 Khối cài đặt

8 Khối hiển thị thông số (c ường độ sáng) cài đặt

Sau đây là sơ đồ khối của thiết bị :

Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh

*) Giải thích sơ đồ khối.

Sơ đồ khối trên gốm có 9 khối

Khối 1: Là dàn đèn, khối này sẻ bao gồm 1 ma trận các đén LED super bright,

cách sắp sếp các đèn LED super bright này c ũng như số đèn LEDsuper bright này đư ợc tính toán cụ thể nhằm đảm bảo công xuất v àphân bố trên gường em bé nằm

Khối 2: Là Sensor quang thu nhận tín hiệu, có bước sóng thu nhận thíc h hợp

trong khoảng tần số mà dàn đèn LED super bright phát ra

Khối 3: Là khối khuếch đại, nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu lên ở một giá

trị thích hợp để sau đó tín hiệu n ày sẽ tiếp tục đưa vào khối ADC

Khối 4: Đây là khối chuyển tín hiệu analog sang digital để tiếp tục đưa vào

khối kế tiếp xử lý

Dàn đèn

Hiển thịthông số hiệnthời

Phím nhấncài đặt

Khối điều khiển cường độ dàn đèn

Hiển thịthông số càiđặt

Khối 5: Khối vi xử lý, đây là khối điểu khiển trung tâm, điều khiển các bộ

phận khác như: điều khiển hoạt động của ADC, điểu khiển hiển thịLED 7 đoạn, so sánh tín hiệu nhận v ào với giá trị cài đặt từ đó ra quyếtđịnh điều khiển cường độ dàn đèn

Khối 6: Hiển thị thông số hiện thời, tại đây sẽ phản ánh c ường độ sáng hiện tại

mà Sensor quang thu nh ận được

Khối 7: Khối phím nhấn cài đặt, đây là nơi máy tương tác v ới người sử dụng,

người sử dụng có thể cài đặt thông số cường độ sáng mong muốn d ànđèn chiếu vào em bé

Khối 8: Khối hiển thị thông số c ài đặt là nơi hiển thị các thông số khi ng ười sử

dụng tương tác với phím nhấn

Khối 9: Khối điều khiển cường độ sáng dàn đèn, khối này chịu trách nhiệm

nhận tín hiệu điều khiển của khối Vi xử lý để từ đó tăng hoặc giảmcường độ chiếu sáng lên da em bé nhằm giữ cho cường độ sáng trên da

em bé luôn trong khoảng cài đặt xác định

3.4 Lựa chọn các linh kiện cho thiết bị

3.4.1 Lựa chọn bóng đèn

Từ sơ đồ khối như trên, đây là nền tảng cơ sở để thiết kế thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng

da cho trẻ sơ sinh, trong đó các bộ phận của thiết bị được cân nhắc chọn lựa các linh kiện

có sẵn ở Việt Nam Nhưng bên cạnh đó để đảm bảo tính chính xác cũng như hiệu quảđiều trị của thiết bị, các bộ phận li ên quan trực tiếp đến điều trị nh ư dàn đèn phát ra ánhsáng có khoảng bước sóng thích hợp cần phải chọn linh kiện n ước ngoài bởi những lý dosau đây:

+ Linh kiện dùng để phát ánh sáng xanh d ương cụ thể là tôi dùng đèn LED superbright phát ra ánh sáng có bư ớc sóng trong khoảng 420 nm  480 nm hiện giờ

trên thị trường Việt Nam chưa có bán, chỉ có hàng Trung Quốc nhưng không cóthông số rõ rang

+ LED nhập từ nước ngoài có thông số rõ ràng nên ta có thể chắc chắn ánh sàngphát ra là ánh sáng mà ta mong mu ốn, và từ các thông số này ta có thể dễ dàng tính

ra số LED mà ta sử dụng nhằm đảm bảo phát ra c ường độ sáng như mong muốn

Sau một thời gian tìm thông tin trên internet thì tôi đã tìm được bóng đèn LED phát ra ánhsáng mong muốn với cường độ sáng tương đố lớn và giá thành chấp nhận được Sau đây

là các thông số của bóng đèn LED super bright mà tôi đã tìm đuợc trên internet có mã sốRL5-B2545

Các thông số cơ bản:

Hình 3.3 Các thông số cơ bản của Super bright LED RL5 -B2545 [2].

Các thông số về kích thước:

Hình 3.4 Các thông số về kích thước của super bright LED RL5

-b2545 [2].

Các thông số về dòng và áp và cường độ sáng:

Hình 3.5 Các thông số về dòng và áp và cường độ sáng [2].

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ [2]

Các thông số về bước sóng:

Hình 3.7 Phổ bước sóng phát ra [2]

Bảng giá của LED RL5-B2545:

MÃ SỐ

LINH

KIỆN

TỪ 1-9 LED

TỪ 10-49 LED

TỪ 50-99 LED

NHIỀU HƠN 100 LED

NHIỀU HƠN 1000 LED RL5-B2545 1.29 USD 1.09 USD 0.99 USD 0.89 USD 0.70 USD

3.4.2 Lựa chọn Sensor quang thu nhận tín hiệu

Chọn sensor là một công đọan rất quan trọng bởi v ì ánh sáng trong khoảng bước sóng nàyphát ra rất khó thu nhận, tín hiệu nhận về phụ thuộc v ào rất nhiều vào công đoạn lựa chọnSensor Chính vì thế chọn Sensor quang cần phải cân nhắc kỹ

Dựa vào bước sóng ánh sáng phát ra, ta chọn Sensor thu nhận sao cho có b ước sóng đápứng trùng với bước sóng mà đèn LED Super bright phát ra

Sau một thời gian tìm thông tin trên internet và tham khảo ở các sách tôi tìm được conPhotodiode có mã số là BPW21R của hãng Siemens

Sau đây là Datasheet c ủa nó:

Hình 3.8 Hình dạng bên ngoài của sensor BPW21R [3]

Hình 3.9 Các thông số cơ bản của sensor BPW21R [3] +) các thông số đặc trưng:

Hinh 3.10 Các thông số đặc trưng của sensor photodiode BPW21R [3]

Từ các thông số trên ta có thể thấy đáp ứng bước sóng của photodiode BPW21R l à hoàntoàn phù hợp với yêu cầu thiết kế, khoảng b ước sóng đáp ứng là từ 420 nm  675 nm,sensor này có độ nhạy cao nhất ở bước sóng 565 nm, trong khi đó d àn đèn LED superbright phát ra ánh sáng có bư ớc sóng trong khoảng từ 420 nm  550 nm với cường độphát mạnh nhất ở bước sóng 460 nm ( là bước sóng mà Bilirubine hấp thụ nhiều nhất )

Như vậy ta có thể nhận thấy rằng toàn bộ phổ ánh sáng của LED super bright đều nằmtrong khoảng bước sóng thu nhận của sensor, h ơn nửa ánh sáng do LED super bright phát

ra nằm trong khoảng gần nh ư tuyến tính với độ nhạy của sensor, N ên có thể kết luận làsensor của ta có đáp ứng thu nhận rất tốt với b ước sóng mà LED super bright phát ra

3.4.3 Lựa chọn linh kiện cho khối ADC

Ngày nay hầu hết việc truyền đạt tín hiệu cũng nh ư quá trình điều khiển và chỉ thị đềuthực hiện theo phương pháp số, vì vậy khối vi xử lý chỉ xử lý được các tín hiệu số được

mã dưới dạng các bit nhị phân, m à tín hiệu của ta thu nhận là tín hiệu Analog nên cầnphải có thiết bị mã hóa tín hiệu này sang các bít nhị phân Đây là thiết bị trung gian kết

nối giữa khối khuếch đại và khối xử lý trung tâm Trong phần này tôi dùng IC ADC 0809,

IC này rất thông dụng trong thực tế v à thường thấy trong các hệ thống điều khiển ở ViệtNam Ngoài ra IC ADC 0809 có m ột số ưu điểm sau:

3.4.3.1 Giới thiệu về IC ADC 0809 .

Bộ ADC 0809 là một thiết bị CMOS đơn tinh thể có bộ chuyển đổi t ương tự sang số A/D,mạch đa hợp 8 kênh và mạch logic điều khiển t ương thích với bộ vi xử lý Mạch A/D 8bit dùng phép xấp xỉ liên tiếp làm kỹ thuật biến đổi Mạch biến đổi đ ược đặt trưng bằngmạch so sánh, mạch chia điện áp 256 điện trở có cây chuyển mạch t ương tự và thanh ghixấp xỉ liên tiếp Linh kiện này có ưu điểm là loại bỏ các nhu cầu hiệu chỉnh zero v à toàngiải bên ngoài Tính giao diện dể dàng với các bộ vi xử lý được cung cấp bởi các ng õ vàođịa chỉ mạch ghép kênh được chốt và được giải mã và các ngõ ra 3-trạng thái TTL đượcchốt

Ngoài ra IC ADC 0809 còn có các ưu điểm sau :

+ Dể dàng giao diện với các bộ vi xử lý

+ Không yêu cầu chỉnh ZERO hoặc to àn giải

+ Mạch đa hợp 8 kênh có mạch logic địa chỉ

+ Tốc độ biến đổi cao

+ Độ chính xác cao

+ Phụ thuộc tối thiểu vào nhiệt độ

+ độ chính xác và lặp lại trong thời gian d ài rất tốt

+ Công xuất tiêu thụ ít nhất

*) Sơ đồ chân IC ADC 0809:

Hình 3.11 Sơ đồ chân IC ADC 0809 [3].

*) Ý nghĩa các chân của IC ADC 0 809:

- IN1 IN8 : 8 ngõ vào analog

- A, B, C : giải mã chọn các ngõ vào Analog

- 2-1  2-8

: ngõ ra song song 8 bit

- ALE : cho phép chốt địa chỉ

- Start : xung bắt đầu chuyển đổi

- CLK: chân cấp xung clock cho ADC

- OE ( output enable ): xung cho biết được phép lấy tín hiệu ra

- EOC (end of convert ): chân cho bi ềt kết thúc chuyển đổi

- VCC, GND : lần lượt chân cấp nguồn và chân nối mass

3.4.3.2 Đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của IC ADC 0809.

+Độ phân giải 8 bit

+ Sai số tổng không hiệu chỉnh : ± ½ LSB và ± 1LSB

+ Nguồn cung cấp điện đơn: 5 VDC

+ Công xuất thấp : 15 mW

+ Thời gian biến đổi: 100 µs

+ Nguyên tắc chọn kênh Analog:

+ Nguyên tắc hoạt động của IC ADC 0809: muốn IC ADC 0809 hoạt động th ì cầnnối các châm điều khiển của IC ADC 0809 v ào hệ thống vi xử lý, và dùng hệ thống

vi xử lý này để điều khiển hoạt động của IC ADC 0809, cụ thể theo những bướcsau:

Bước 1: Chọn một kênh analog ngõ vào b ằng cách chốt các chân theo nh ưbảng trên

Bước 2: Kích hoạt xung ALE (chân cho phép chốt địa chỉ của IC ADC

0809 )

Bước 3: Kích hoạt chân start để cho IC ADC 0809 bắt đẩu chuy ên đổi

Bước 4: Chờ cho chân EOC (end of convert ) lên m ức tích cực cao, lúcnày quá trình chuyển đổi đã thực hiện xong

Bước 5: Kích hoạt chân OE (output enable ) chân n ày cho phép đọc dữliệu ra từ IC ADC 0809

Giá trị ra của tín hiệu analog cấp v ào bằng N:

Trong đó:

-N là giá trị 8 bit ứng với tín hiệu analog v ào

- VIN là ngõ vào analog

-Vref (+)là điện áp tham chiếu tại chân REF (+)

Nếu nhưVref (-)= 0 Vtương ứng với nối xuống chân GND

3.4.4 Lựa chọn linh kiện cho khối Vi xử lý

3.4.4.1 Vai trò của khối vi xử lý trong hệ thống

Khối vi xử lý là khối điều khiển trung tâm của hệ thống, có thể ví khối vi xử lý l à bộ óccủa 1 thiết bị hoặc 1 hệ thống ng ày nay hầu hết các thiết bị điện tử đều có các hệ thốngđiều khiển tự động, các thiết bị n ày tự đông hoạt động theo một ch ương trình đã cài đặtsẵn Các hệ thống tự động không chỉ đi v ào các lĩnh vực công nghiệp, y tế… m à còn đixâu vào các thiết bị sinh hoạt hàng ngày như Tivi, lò vi sóng, máy giặt Có thể nói rằngđiều khiển tự động ng ày càng làm cho cuộc sống con người ngày dể chịu và tiện nghihơn