Ứng dụng điều khiển tự động giá đỡ đa năng trong máy X-quang kỹ thuật số

I. Phần mở đầu

Hiện nay lĩnh vực điều khiển tự động công nghiệp nói chung và ngành y tế nói riêng đang phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay các thiết bị y tế chủ yếu nhập khẩu do đó hầu như không có đơn vị hay tổ chức nào đầu tư phát triển thiết bị y tế trong nước. Từ năm 2000, Công ty thiết bị Việt Ba, tiền thân là công ty chuyên kinh doanh thiết bị y tế đã nhận thấy tiềm năng và tính khả thi của việc phát triển nội địa hóa trang thiết bị y tế trong nước nói chung và máy X-quang nói riêng nên đã đầu tư nghiên cứu phát triển giải pháp điều khiển cho máy X-quang.

Với các máy X-quang việc định vị vị trí chụp và tư thế chụp là hết sức quan trọng, ảnh hưởng tới chất lượng ảnh và chất lượng chuẩn đoán. Hầu hết việc di chuyển bộ phận nhận tia X, di chuyển bóng phát tia X và bộ chuẩn trực đến vị trí xác định căn chỉnh sao cho tâm của bộ chuẩn trực đồng trục với tâm của bộ phận thu nhận chùm tia X… đều được hoạt động bằng tay nên năng suất chụp thấp gây ùn tắc bệnh nhân và chi phí lên cao. Do đó, cải thiện hoạt động điều khiển của bộ giá đỡ chụp X-quang là điều cần thiết. Trong phạm vi bài báo này tôi chỉ đề cập đến ứng dụng điều khiển vào hệ thống giá đỡ đa năng hay trong y tế gọi là Tay C và hiệu quả kinh tế xã hội đem lại.

II. Phương pháp nghiên cứu, thiết kế điều khiển bộ giá đỡ đa năng

Trên cơ sở hệ thống máy X-quang nhập về từ nước ngoài thực hiện việc đánh giá mức độ về cơ khí và về hệ thống điều khiển điện để thực thi triển khai trong nước.

Giai đoạn 1: Tập trung vào thiết kế chế tạo trong nước hệ thống cơ khí giá đỡ đa năng. Đây là đối tượng điều khiển, vì vậy kết cấu cơ khí cũng như độ chính xác trong tính toán các thiết bị điện như phanh điện, động cơ cho ba chuyển động lên xuống, ra vào bóng và quay được thực nghiệm và đo đạc cẩn thận từ momen, tốc độ, dòng khởi động và dòng điện ổn định chạy liên tục.

Giai đoạn 2: Thiết kế lắp đặt tủ điều khiển điện thủ công

Giai đoạn 3: Cải tiến nâng cấp và ứng dụng điều khiển tự động cho hệ thống giá đỡ đa năng.

III. Kết quả thiết kế chế tạo

1. Phương pháp điều khiển cánh tay C:

Sau khi nghiên cứu việc ứng dụng máy X-quang  chẩn đoán tại các bệnh viện, chúng tôi nhận ra rằng: Hoạt động của máy đòi hỏi tính linh hoạt cũng như phòng ngừa các rủi ro có thể xảy ra sao cho việc dừng hệ thống máy phải có xác suất thấp nhất và luôn có biện pháp thay thế để đảm bảo máy hoạt động liên tục. Cánh tay C là một phần của hệ thống máy X-quang kỹ thuật số đa năng nên cũng phải đảm bảo yêu cầu trên. Chính vì vậy, Công ty thiết bị Việt Ba đã thiết kế hệ thống điều khiển cánh tay C với ba phương án cùng trên một hệ thống nhưng đảm bảo tính thay thế: Điều khiển chuyển động cánh tay C trên mặt Panel, Điều khiển chuyển động cánh tay C trên mặt màn hình cảm ứng, Điều khiển chuyển động cánh tay C trên bộ điều khiển từ xa

Ba hệ thống điều khiển trên hoạt động độc lập, tính năng điều khiển như nhau. Dưới đây là mô hình điều khiển của ba phương pháp trên.

Hình 1

a/ Điều khiển chuyển động cánh tay C trên mặt panel: Mặt điều khiển được thiết kế có thể gắn hoặc tách rời khỏi tủ điều khiển. Các nút nhấn thao tác vận hành chức năng của máy được nối trực tiếp với hệ thống điện động lực điều khiển cánh tay C.

b/ Điều khiển chuyển động cánh tay C trên mặt màn cảm ứng: Màn hình cảm ứng được kết nối cáp truyền thông điều khiển với bộ điều khiển khả lập trình viết tắt là PLC, bộ điều khiển này sẽ trực tiếp nhận lệnh từ màn cảm ứng và chuyển đến tủ điều khiển để điều khiển cánh tay C. Các tính năng điều khiển được thiết kế và điều khiển thông qua màn hình cảm ứng gắn cố định trên máy tại vị trí gần bóng X-quang để tiện cho kỹ thuật viên thao tác. Ngoài ra màn hình cảm ứng còn có chức năng hiển thị giá trị vị trí của tay C nhờ vào hệ thống cảm biến ( xem chi tiết trong mục 2 ).

Hình 2

Hình 3

c/ Điều khiển chuyển động tay C trên bộ điều khiển từ xa: Đây là phương pháp điều khiển đã được dùng nhiều trong công nghiệp tuy nhiên trong Y tế thì chưa được sử dụng rộng rãi đặc biệt phương pháp điều khiển này hiện nay máy nhập từ nước ngoài cũng chưa có. Công ty thiết bị Việt Ba đã nghiên cứu, chế tạo và đưa vào ứng dụng hệ thống điều khiển cánh tay C từ xa bằng sóng radio. Bộ thiết bị điều khiển gồm: Thiết bị phát tín hiệu là một hệ thống nút bấm có tính năng như mặt điều khiển panel hoặc màn cảm ứng và một thiết bị thu tín hiệu. Bộ thu tín hiệu này gửi lệnh điều khiển trực tiếp đến tủ điều khiển trong phạm vi hoạt động là 10 m. Mỗi thiết bị thu phát đều được mã hóa giống nhau và không bị trùng lặp với bộ thiết bị khác trước khi xuất xưởng.

2. Hệ thống đo vị trí cánh tay C:

Điều khiển hệ thống cánh tay C thực chất là điều khiển ba chuyển động chính: Chuyển động ra vào của bóng X-quang, chuyển động nâng hạ cánh tay C, chuyển động quay cánh tay C.

Hình 4

Hình 5

Trong quy trình chụp X-quang cho một bệnh nhân, kỹ thuật viên X-quang phải xác định các tham số chụp, trong đó có các tham số định vị tư thế chụp như khoảng cách chụp (khoảng cách từ tấm cảm biến bản phẳng đến bóng X-quang), chiều cao của tấm cảm biến so với mặt đất và góc quay của cánh tay C. Vì vậy, Công ty Việt Ba đã thiết kế và bố trí lắp đặt hệ thống cảm biến đo vị trị trên các chuyển động quay, nâng hạ và dịch chuyển bóng X-quang. Mô hình lắp đặt hệ thống điều khiển và hiển thị vị trí cánh tay C. như

Trong mô hình trên, các cảm biến được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển PLC, bộ điều khiển này được lập trình tính toán và chuyển đổi từ góc quay sang vị trí của tay C so với mặt đất, khoáng cách giữa bóng X-quang với tấm cảm biến và góc quay của cánh tay C so với trục thẳng đứng. Các vị trí này được chuyển tới màn hình cảm ứng thông qua cáp tín hiệu để hiển thị trên màn cảm ứng.

Hình 6

3. Phương pháp điều khiển tự động cánh tay C:

Tại những bệnh viện lớn, nhu cầu chụp X-quang trong ngày rất lớn nên thời gian định vị chụp X-quang cho một bệnh nhân cần được giảm xuống. Chính vì vậy, chúng tôi nhận thấy cần phải nghiên cứu và đưa ra phương án cải thiện thời gian giữa hai lần chụp liền nhau. Có hai cách để giảm thời gian định vị: Một là tăng tốc độ chuyển động của cánh tay C và Bóng X-quang, hai là tự động định vị một số tư thế chụp thường xuyên. Đối với việc tăng tốc độ chuyển động của các cơ cấu chuyển động sẽ bị giới hạn để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân và kỹ thuật viên vận hành máy do đó sau khi nghiên cứu kỹ, Công ty Việt Ba đã thiết kế và đưa vào ứng dụng hệ thống điều khiển tự động cánh tay C, đảm bảo cách tay C chạy tự động và định vị tại một số vị trí mà bệnh nhân thường xuyên chụp. Tính năng này giúp kỹ thuật viên X-quang chuẩn bị bệnh nhân trong khi cánh tay C tự động chạy đến và định vị tại vị trí mà kỹ thuật viên mong muốn, do đó làm giảm thời gian chụp cho một bệnh nhân và nâng cao hiệu suất chụp X-quang cho máy.

Hai vị trí chụp được sử dụng nhiều là:

• Vị trí chụp đứng chuẩn tức là cánh tay C vuông góc với phương thẳng đứng

• Vị trí chụp nằm chuẩn tức là cánh tay C song song với phương thẳng đứng.

Lưu đồ chương trình điều khiển tự động định vị hai vị trí chụp được thể hiện như sau:

IV. Kết Luận:

Sau khi chạy thử nghiệm thành công tại một số bệnh viện, chúng tôi đã được Bộ Y tế cấp giấy phép lưu hành sản phẩm số 34/2011/BYT-TB-CT ngày 4/10/2011. Tính đến thời điểm hiện nay (12/2013), chúng tôi đã sản xuất, lắp đặt và đưa vào sử dụng được trên 25 sản phẩm tại các bệnh viện trên toàn quốc như: Bạch Mai, Mắt trung ương, Nội tiết trung ương, Đa khoa Đức Giang (Hà Nội), Hòe Nhai (Hà Nội), MEDIC (Hồ Chí Minh), Đa khoa An Lão (Hải Phòng), Đa khoa TP Hòa Bình, Nhi tỉnh Hải Dương … Tất cả các sản phẩm đều hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu của các bệnh viện.

Đây là một công trình nghiên cứu và ứng dụng trên quy mô nhỏ nhưng nó rất có ý nghĩa trong thực tế, được thể hiện trên hai phương diện:

1 - Giảm cường độ lao động cho các kỹ thuật viên chụp X-quang;

2 - Định vị bệnh nhân chụp X-quang dễ dàng và chính xác.

3 - Cải tiến điều khiển phù hợp với điều kiện và thói quen sử dụng của bác sỹ trong nước

4 - Cập nhật nâng cấp hàng năm thông qua của các bác sỹ chuyên khoa để đánh giá hiệu quả sử dụng và độ bền thiết bị

5 - giảm giá thành bằng 1/3 so với nhập của nước ngoài

6 - Chi phí bảo trì sửa chữa thấp và nhanh chóng.

Đỗ Anh Dũng Công ty TNHH Thiết bị Việt Ba
e-Mail: dung.da@vietba.com.vn

Số 155+156 (1+2/2014)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay