BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHỤP
X QUANG CAO TẦN SỬ DỤNG TRONG Y TẾ
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: ĐTĐL.2009G/30
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp
Chủ nhiệm đề tài: Tiến sỹ. Trần Ngọc Hưng
9539
HÀ NỘI - 2012
BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHỤP
X QUANG CAO TẦN SỬ DỤNG TRONG Y TẾ
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: ĐTĐL.2009G/30
Chủ nhiệm đề tài
Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp
Phó Tổng Giám Đốc
TS. Trần Ngọc Hưng
TS. Nguyễn Đức Minh
Bộ Khoa học và Công nghệ
HÀ NỘI - 2012
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH
Họ và tên
Học
hàm,
học vị
Tổ chức
công tác
TS
Nội dung công việc
tham gia
Tham gia
vào
chương
mục
Viện IMI
Chủ nhiệm đề tài
I, III, IX
PGS
TS
Viện IMI
Cố vấn, chỉ đạo khoa
học kỹ thuật đề tài
I, III
Nguyễn Quốc Dũng
TS
Bệnh viện Hữu
Nghị - Hà Nội
Cố vấn về kỹ thuật
chuẩn đoán hình ảnh
VII, VIII
Bùi Xuân Vinh
KS
Bệnh viện Bạch
Mai - Hà Nội
Cố vấn về Thiết bị Y
tế
III, VII
Võ thị Ry
TS
Viện IMI
Nghiên cứu tổng hợp
I, II, III
Phan Anh Dũng
ThS
Viện IMI
Nghiên cứu thiết kế
thiết bị điện tử
IV, VI
Lê Hoàng Hải
KS
Viện IMI
Nghiên cứu thiết kế
hệ thống điều khiển
VI
Nguyễn Hữu Quang
ThS
Viện IMI
Nghiên cứu thiết kế
phần cơ khí
V
Nguyễn Chí Cường
ThS
Viện IMI
Nghiên cứu thiết kế
phần mềm điều khiển
và xử lý ảnh
VI
Trần Như Hiếu
ThS
Viện IMI
Chế tạo, lắp ráp, thử
nghiệm
V, VII
Chủ nhiệm đề tài
Trần Ngọc Hưng
Các cán bộ thực hiện đề tài
Trương Hữu Chí
TÓM TẮT NỘI DUNG
BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây ngành y tế Việt Nam đã gặt hái được nhiều thành
công trong việc khai thác và ứng dụng các thiết bị chuẩn đoán hình ảnh y tế vào
khám chữa bệnh. Trong đó, máy chụp X quang đóng một vai trò cốt yếu giúp
cho quá trình chuẩn đoán bệnh chính xác hơn và ngày càng được nhiều cơ sở y
tế trang bị phục vụ cho nhu cầu khám chữa bệnh của mình. Tuy vậy, một thực
trạng đang diễn ra ở các cơ sở y tế trong nước ta là các thiết bị chuẩn đoán hình
ảnh ở các tuyến quận, huyện là vừa thiếu và vừa yếu. Cho tới nay số lượng máy
X quang y tế các loại tại các cơ sở y tế không nhiều chủ yếu là nhập ngoại. Do
giá thành thiết bị cao nên các máy chụp X quang tại các cơ sở y tế trong nước có
đến gần một nửa là máy chụp thường quy và phần lớn đều ở tình trạng lạc hậu
kỹ thuật. Đây là các máy X quang cuối thế hệ thứ hai sử dụng nguồn phát có
cường độ tia thấp, tần số thấp nên liều chụp cao, dẫn tới ảnh hưởng chất lượng
chuẩn đoán hình ảnh và sức khoẻ người bệnh. Ngoài ra, các máy này còn sử
dụng hệ điều khiển cơ-điện hoặc cơ-điện tử tương tự,..... vừa giảm năng suất
khám bệnh, đồng thời cũng không hỗ trợ chuẩn đoán hình ảnh chính xác bằng
các kỹ thuật mới.
Trước bối cảnh cần trang bị mới, thay thế và nâng cấp máy chụp X quang cao
tần cho các trung tâm y tế, bệnh viện tuyến cơ sở và khối tư nhân. Viện máy và
dụng cụ công nghiệp (IMI) đã tiến hành xây dựng đề tài độc lập cấp Nhà Nước:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy chụp X quang cao tần sử dụng trong y tế” mã
số ĐTĐL.2009G/30 nhằm tạo ra sản phẩm cơ-điện tử công nghệ cao trong y tế
đầu tiên chế tạo trong nước thay thế hàng nhập ngoại. Sản phẩm của đề tài có
chất lượng tương đương sản phẩm của các nước công nghiệp phát triển nhưng
giá thành thấp phục vụ cho các cơ sở y tế trong nước tiến tới xuất khẩu. Bản báo
cáo này sẽ cung cấp cho người đọc những kết quả thu được sau thời gian thực
hiện và hoàn thành toàn bộ các nội dung của đề tài. Bản báo cáo bao gồm các
nội dung chính như sau:
Báo cáo tổng kết, trình bày những nét chính và tiêu biểu của đề tài gồm 9
chương nội dung cụ thể như sau:
Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về sự phát triển của thiết bị y tế sử dụng tia
X
Chương 2 Nghiên cứu tổng quan về tia X và ứng dụng của chúng trong thiết
bị y tế.
Chương 3 Nghiên cứu thiết kế tổng quan về hệ thống máy chụp X quang y tế
Chương 4 Nghiên cứu tính toán và lựa chọn hệ thống phát tia X
Chương 5 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị cơ khí.
Chương 6 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điện-điều khiển.
Chương 7 Nghiên cứu thiết kế qui trình chạy thử và thử nghiệm cho máy X
quang cao tần thường qui.
Chương 8 Các kết quả chạy thử và thử nghiệm cho máy X quang cao tần
thường qui
Chương 9 Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.
Ngoài báo cáo tổng kết nhóm thực hiện đề tài còn có các báo cáo chuyên đề
trình bày cơ sở lý thuyết và các tính toán cho thiết kế kỹ thuật, thiết kế chế tạo
và các qui trình thử nghiệm máy chụp X quang cao tần của đề tài, nội dung cụ
thể như sau:
• Báo cáo nghiên cứu tổng quan về máy chụp X quang cao tần y tế
• Phần mềm máy chụp X quang cao tần thường qui cho y tế
• Máy chụp X quang cao tần thường qui cho y tế.
• Bộ bản vẽ kỹ thuật và chi tiết toàn máy và các cụm cơ khí của máy.
• Qui trình tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chụp X quang cao tần y tế.
• Qui trình chế tạo mô đun thân máy (cột bóng, bàn chụp, giá chụp,...)
• Qui trình lắp ráp, hiệu chỉnh máy chụp X quang cao tần y tế.
• Các qui trình thử nghiệm, kiểm định, thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm
sàng máy chụp X quang cao tần y tế.
• Các báo cáo thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng máy chụp X quang
cao tần y tế.
Với khối lượng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khá lớn và đây là thiết bị y tế
công nghệ cao lần đầu tiên được nghiên cứu tại Việt Nam một cách đầy đủ do
vậy trong quá trình thực hiện nhóm đề tài gặp nhiều khó khăn đặc biệt là nhập
khẩu thiết bị, thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng,.... Bằng sự quyết tâm và
kinh nghiệm nghiên cứu của mình nhóm đề tài vượt lên mọi khó khăn hoàn
thành tốt các mục tiêu đề ra ban đầu và mở ra hướng nghiên cứu phát triển sản
phẩm cơ điện tử trong y tế công nghệ cao trong nước ta.
MỤC LỤC
NỘI DUNG
CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT
BỊ Y TẾ SỬ DỤNG TIA X
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ Y TẾ
SỬ DỤNG TIA X TRÊN THẾ GIỚI
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ Y TẾ
SỬ DỤNG TIA X TRONG NƯỚC
1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ TIA X VÀ ỨNG DỤNG CỦA
CHÚNG TRONG THIẾT BỊ YTẾ
2.1 TIA X, BẢN CHẤT VẬT LÝ, PHƯƠNG PHÁP TẠO TIA
VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA TIA X
2.1.1 Bản chất vật lí của tia X
2.1.2 Phương pháp tạo tia X
2.1.2.1 Nguyên lí tạo tia X
2.1.2.2 Các bóng X quang
2.1.3 Tính chất tương tác với vật chất
2.2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, TỔNG QUAN VỀ
ỐNG PHÁT TIA X
2.2.1 Giới thiệu chung về ống phát tia X
2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
2.3 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, TỔNG QUAN VỀ
NGUỒN PHÁT TIA X
2.3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của nguồn X quang tần số thấp
2.3.2 Biến thế nguồn
2.3.2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của biến thế nguồn 1 pha
2.3.2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến thế nguồn 3 pha
2.3.2.3 Biến thế tự ngẫu
2.3.3 Điều chỉnh các tham số kV, mAs
2.3.3.1 Điều chỉnh chỉ thị kVp
2.3.3.2 Điều chỉnh chỉ thị mA
2.3.4 Ổn định điện áp cho tóc đèn bóng X quang
TRANG
1
1
5
8
8
11
11
11
12
12
13
15
17
17
18
24
25
25
25
26
26
26
26
27
27
2.3.5 Khối tạo cao áp
2.3.5.1 Biến thế cao áp
2.3.5.2 Cáp cao áp
2.3.6 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của nguồn X quang cao tần
2.3.6.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc bộ đổi tần
2.3.6.2 Mạch tạo cao áp máy X quang cao tần
2.4 ỨNG DỤNG CỦA TIA X TRONG THIẾT BỊ Y TẾ
CHƯƠNG III
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY
CHỤP X QUANG Y TẾ
3.1 XÂY DỰNG CẤU HÌNH CỦA MÁY X QUANG CHO ĐỀ TÀI.
3.2 CẤU TẠO CHI TIẾT CỦA CÁC BỘ PHẬN MÁY X QUANG
3.2.1 Hệ thống phát tia X
3.2.2 Thiết bị thu giữ hình ảnh
3.2.3 Thiết bị cơ khí
3.2.3.1 Thân máy
3.2.3.2 Hệ thống giá bóng
3.2.3.3 Bàn bệnh nhân
3.2.4 Hệ thống điều khiển
3.3 XÂY DỰNG THIẾT BỊ MẪU CHO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
3.3.1 Máy X-Quang dòng UArm của hãng Del Medical – Mỹ
3.3.2 Máy X-Quang dòng Z-MOTION của hãng Control X Medical –
Mỹ
3.3.3 Máy X-Quang dòng UNI của hãng Listem – Hàn Quốc
CHƯƠNG IV
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG
PHÁT TIA X
4.1 YÊU CẦU
4.2 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN BÓNG PHÁT
TIA X
4.2.1 Bóng phát tia X của hãng Varian – Mỹ
4.2.2 Bóng phát tia X của hãng Toshiba – Nhật Bản
4.2.3 Bóng phát tia X của hãng General Electric – Mỹ
4.2.4 Bóng phát tia X của hãng Philips – Hà Lan
4.2.5 Bóng phát tia X của hãng Siemens – CHLB Đức
4.2.6 Chọn bóng phát tia X cho thiết bị của đề tài
4.3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NGUỒN PHÁT
28
28
29
30
31
31
31
33
33
33
33
38
38
38
38
38
39
39
40
41
42
46
46
46
46
48
49
51
51
52
54
TIA X
4.3.1 Nguồn phát tia X của hãng GE – Mỹ
4.3.2 Nguồn phát tia X của hãng SIEMENS – CHLB Đức
4.3.3 Nguồn phát tia X của hãng CPI – Canada
4.4 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN BỘ HIỆU
CHỈNH DÒNG TIA (COLLIMATOR)
4.4.1 Bộ hiệu chỉnh dòng tia của hãng Huestis Medial – Mỹ
4.4.2 Bộ hiệu chỉnh dòng tia của hãng EUREKA – Mỹ
4.4.3 Bộ hiệu chỉnh dòng tia của hãng DUNLEE – Mỹ
CHƯƠNG V
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
THIẾT BỊ CƠ KHÍ
5.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ
5.2 NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT
BỊ CƠ KHÍ CỦA MÁY X-QUANG CAO TẦN THƯỜNG QUI
CHƯƠNG VI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN
6.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ
6.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN-ĐIỀU KHIỂN MÁY
CHỤP X-QUANG CAO TẦN THƯỜNG QUI
6.3 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN
6.3.1 Tính toán, thiết kế Module hiển thị
6.3.2 Khối nguồn
6.3.3 Khối giao tiếp ngoại vi
6.3.4 Khối phím bấm và đèn báo
6.3.5 Khối xử lý trung tâm
6.3.6 Phần mềm cho bộ điều khiển
6.4 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO TỦ CẤP NGUỒN
6.5 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MODUL ĐỊNH VỊ VỊ
TRÍ CHỤP
6.6 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ VÀ ĐIỀU
KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH
CHƯƠNG VII
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CHẠY THỬ VÀ THỬ
NGHIỆM CHO MÁY X QUANG CAO TẦN THƯỜNG QUI
7.1 QUI TRÌNH LẮP RÁP VÀ CHẠY THỬ
55
55
56
57
57
57
58
59
59
59
61
61
61
63
63
64
64
65
66
67
67
68
69
71
71
7.2 QUI TRÌNH THỬ NGHIỆM TIỀN LÂM SÀNG, LÂM SÀNG
CHƯƠNG VIII
CÁC KẾT QUẢ CHẠY THỬ VÀ THỬ NGHIỆM MÁY X
QUANG CAO TẦN THƯỜNG QUI
8.1. DANH MỤC SẢN PHẤM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CỦA ĐỀ TÀI
8.2. THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ HÌNH ẢNH TỔNG THỂ MÁY
CHỤP X QUANG CAO TẦN THƯỜNG QUI DO NHÓM ĐỀ TÀI
CHẾ TẠO
8.3. KẾT QUẢ KIỂM TRA CỦA CƠ QUAN CHỨC NĂNG
8.4. KẾT QUẢ CHẠY THỬ TIỀN LÂM SÀNG VÀ LÂM SÀNG
CHƯƠNG IX
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
9.1 KẾT LUẬN
9.2 KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
71
72
72
72
75
77
81
81
82
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A
C
Diện tích chiếu của bản lề
Nhiệt dung bóng phát tia X
mm2
J, kHU
D
Liều hấp thụ tia X
J/kg, rad, Gy
DT
Liều hấp thụ trung bình cơ quan.
J/kg, rad, Gy
Din
Liều tiếp xúc da
J/kg, rad, Gy
Dout
Liều lối ra
J/kg, rad, Gy
D, d
Đường kính
mm
E
Modun đàn hồi của vật liệu
MPa
F
G
Lực kéo đĩa xích
Modun đàn hồi trượt
N
N/cm3
g
HT,R
Gia tốc trọng trường
Liều tương đương
m/s2
Sv
I
Dòng phát tia bóng X-quang
mA
K
Hệ số điều kiện sử dụng xích
-
k
Hệ số xét đến độ cong cầu của vòng lò xo
-
mAs
Tích số dòng phát & thời gian phát tia X
mAs
N
Công suất (bộ truyền xích)
kW
n
Số vòng lò xo
vòng
σ
Ứng suất tiếp xúc
N/cm2
P
Lực kéo lò xo
N
Q
Tải trọng phá hỏng
N
s
Độ bền xích
-
T
t
Thời gian thực tế phát tia X
Bước xích
ms
mm
U
Điện cao áp đỉnh bóng X-quang
kVp (kV)
u
Tỉ số truyền
-
v
Vận tốc đĩa xích
m/s
Z
Số răng đĩa xích
-
τ
Ứng suất xoắn
N/cm2
λ
Độ giãn của lò xo
mm
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
STT
Ký hiệu
Tên gọi của hình vẽ
Trang
1
2
Hình 2-1
Hình 2-2
11
13
3
4
5
Hình 2-3
Hình 2-4
Hình 2-5
6
7
8
9
Hình 2-6
Hình 2-7
Hình 2-8
Hình 2-9
Phổ sóng điện từ
Minh hoạ tương tác của điện tử với đối tượng
wolfram và mối quan hệ với phổ năng lượng của
bóng X quang
Sơ đồ ống Coolidge
Bóng X quang anod quay
Ví dụ về sự chiếu xuyên tia X qua các phần tử môxương trong cơ thể
Các hiệu ứng chính trong sự tương tác X- vật chất
Các loại bóng phát tia X
Cấu tạo chung bóng phát tia X analog quay
Bóng phát tia X cùng động cơ quay analog
10
11
Hình 2-10 Bóng phát tia X với động cơ quay cảm ứng
Hình 2-11 Hình ảnh bóng phát tia X analog quay
20
21
12
Hình 2-12 Quan hệ dòng nung ống phát và dòng điện ống phát
22
13
Hình 2-13 Dòng điện tử khi phát xạ bóng phát tia X analog quay
22
14
15
Hình 2-14 Đồ thị chỉnh lưu nguồn cho bóng phát tia X
Hình 2-15 Vùng tiêu điểm bóng phát tia X analog quay
23
23
16
24
17
18
19
20
Hình 2-16 Vùng tiêu điểm hiệu dụng và kích thước ảnh trên
phim bóng phát tia X
Hình 2-17 Sơ đồ khối máy X quang tần số thấp
Hình 2-18 Biến thế 1 pha
Hình 2-19 Biến thế 3 pha
Hình 2-20 Biến thế tự ngẫu
25
25
26
26
21
22
Hình 2-21 Cấu tạo của biến thế cao áp
Hình 2-22 Cách đấu dây hai cuộn thứ cấp biến thế cao áp
28
28
23
Hình 2-23 Cấu tạo cáp cao áp
29
24
Hình 2-24 Các loại đầu cáp đực
29
25
Hình 2-25 Đầu cáp cái
29
26
Hình 2-26 Cách đấu cáp và bóng phát tia
29
27
Hình 2-27 Sơ đồ khối máy X quang tần số thấp
30
28
Hình 2-28 Sơ đồ khối máy X quang cao tần
30
14
15
15
16
18
18
19
29
Hình 2-29 Bộ đổi tần
31
30
Hình 2-30 Dạng sóng ra của bộ đổi tần
31
31
Hình 2-31 Sơ đồ khối mạch tạo cao áp
31
32
Hình 3-1
Các thành phần hệ thống phát tia X
34
33
Hình 3-2
Bảng điều khiển hệ thống phát tia X
35
34
35
Hình 3-3
Hình 3-4
37
39
36
Hình 3-5
37
Hình 3-6
38
Hình 3-7
39
Hình 3-8
40
41
Hình 4-1
Hình 4-2
42
Hình 4-3
43
Hình 4-4
Các thành phần hiệu chỉnh tia X
Bàn MTH (BMI- Italy) kiểu bàn di động- hệ thống
chụp X quang
Máy chụp X quang dòng UArm của hãng Del
Medical – Mỹ
Máy chụp X quang dòng Z-MOTION của hãng
Control Medical – Mỹ
Máy chụp X quang dòng UNI-DR của hãng Listem –
Hàn Quốc
Máy chụp X quang Atlas-M của hãng Swissray –
Thụy sỹ
Hình ảnh bóng phát tia X của hãng Varian – Mỹ
Hình ảnh bóng phát tia X của hãng TOSHIBA –
Nhật Bản
Hình ảnh bóng phát tia X của hãng General Electric –
Mỹ
Hình ảnh bóng phát tia X của hãng Philips – Hà Lan
44
Hình 4-5
52
45
Hình 4-6
46
47
48
Hình 4-7
Hình 4-8
Hình 4-9
Hình ảnh bóng phát tia X của hãng Siemens – CHLB
Đức
Kích thước và cấu tạo bóng phát RAD-14 của hãng
Varian – Mỹ
Các bộ phận chính trong hệ thống phát tia X
Nguồn phát tia X của hãng GE – Mỹ
Nguồn phát tia X của hãng Siemens – CHLB Đức
49
50
Hình 4-10 Nguồn phát tia X của hãng CPI – Canada
Hình 5-1 Kết cấu cơ khí máy chụp X-Quang do IMI chế tạo
56
60
51
Hình 6-1
62
52
53
54
40
41
42
43
47
48
49
51
53
54
55
55
Hình 6-2
Hình 6-3
Hình 6-4
Sơ đồ khối hệ thống Điện – Điều khiển máy XQuang cao tần thường qui
Sơ đồ khối bộ điều khiển
Module hiển thị
Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
63
63
64
55
Hình 6-5
Sơ đồ nguyên lý giao tiếp RS232
65
56
Hình 6-6
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đèn báo LED
65
57
Hình 6-7
Sơ đồ nguyên lý khối phím bấm và đèn báo
66
58
Hình 6-8
59
Hình 6-9
60
61
Sơ đồ nguyên lý vi xử lý trung tâm
Bộ điều khiển máy chụp X Quang do IMI thiết kế,
chế tạo
Hình 6-10 Sơ đồ nguyên lý tủ điện máy chụp X Quang
Hình 6-11 Sơ đồ nguyên lý môdun định vị vị trí chụp
67
67
68
69
LỜI MỞ ĐẦU
Bản báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệ đề tài được trình bày trên
cơ sở đề tài độc lập cấp Nhà Nước bắt đầu thực hiện từ năm 2009 theo quyết
định số 2892/QĐ-BKHCN ngày 26 tháng 12 năm 2008 và các phụ lục kèm theo,
kinh phí sử dụng nguồn vốn ngân sách Nhà Nước và nguồn vốn đối ứng từ đơn
vị thực hiện đề tài là Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp (IMI).
Những thông tin chính liên quan đến đề tài như sau:
1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chụp X quang cao tần sử dụng
trong y tế.
2. Mã số: ĐTĐL.2009G/30
3. Thời gian thực hiện: 24 tháng, từ tháng 01/2009 đến tháng 12/2010
4. Cấp quản lý:
Nhà Nước √
Bộ
Cơ sở
Tỉnh/TP
5. Kinh phí:
Tổng số: 3.200 triệu đồng
Trong đó từ ngân sách SNKH: 2.780 triệu đồng
6. Chủ nhiệm đề tài:
Họ và tên: Trần Ngọc Hưng
Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1963
Nam
Học hàm, học vị: Tiến sỹ kỹ thuật.
Chức danh khoa học: Uỷ viên Hội đồng khoa học kỹ thuật Viện.
Chức vụ: Phó Tổng giám đốc Viện.
Điện thoại:
Tổ chức: 04 3835 1010 Nhà riêng: 7222539 Mobile: 0913238900
Fax: 04 3834 4975
E-mail:
[email protected]
Tên tổ chức đang công tác: Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp.
Địa chỉ tổ chức: số 46 Láng Hạ - Đống Đa - Hà Nội.
Địa chỉ nhà riêng: Số 1 Ngách 173/137 Hoàng Hoa Thám–Ba Đình–Hà nội
7. Cơ quan chủ trì đề tài
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp.
Điện thoại: 04 3835 1010
Fax: 04 3834 4975
E-mail:
[email protected]
Website: www.imi-holding.com
Địa chỉ: số 46 Láng Hạ - Đống Đa - Hà Nội.
Căn cứ theo hợp đồng kinh tế số 30/2009/HĐ-ĐTĐL ký ngày 27 tháng 02
năm 2009 giữa bên A là Bộ Khoa học và Công nghệ và bên B là Viện Máy và
Dụng cụ Công nghiệp, theo nội dung hợp đồng bên B sẽ phải hoàn thành các sản
phẩm khoa học công nghệ sau :
Thiết bị máy móc:
Chế tạo 01 máy chụp X – Quang cao tần thường qui có các thông số kỹ thuật
chính như sau :
STT
Hạng mục
Đơn vị
Giá trị
1
Công suất danh định
kW
≥ 30
2
Dòng chụp lớn nhất
mA
≥ 300
3
Tần số nguồn max
kHz
30
4
Điện áp anôt
kV
40-120
5
Dải thời gian chụp
giây
0,01-5
6
Số đèn chụp
cái
1
7
Colimator điều khiển tay
bộ
1
8
Lưới chụp
bộ
1 (hoặc 2)
9
Bàn chụp nằm & Giá chụp đứng
bộ
1
10
Kỹ thuật tự động APR, AEC
11
LED/LCD hiển thị thông số chụp
12
Điều chỉnh vị trí giữa nguồn X quang và bàn chụp
có
bộ
1
Quay
± 900
Đứng
~1000
Dọc bàn
~1000
Ngang bàn
~250
Tài liệu:
STT
1
2
3
4
Hạng mục
Bộ bản vẽ kỹ thuật và chi tiết toàn
máy và các cụm cơ
Quy trình tính toán thiết kế hệ thống
máy chụp X quang cao tần y tế
Yêu cầu khoa học cần đạt
Đầy đủ bản thiết kế chi tiết theo tiêu chuẩn
kỹ thuật hiện hành
Đầy đủ bản thuyết minh tính toán thiết kế
theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành
Quy trình chế tạo các mô đun thân
máy (cột bóng, bàn chụp, giá chụp...)
Quy trình lắp ráp, hiệu chỉnh máy
chụp X quang cao tần
Đầy đủ bản quy trình chế tạo theo tiêu chuẩn
kỹ thuật hiện hành
Đầy đủ bản quy trình lắp ráp, hiệu chỉnh
theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành
5
6
Các Quy trình thử nghiệm, kiểm định, Đầy đủ các bản quy trình thử nghiệm, kiểm
thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm định, thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng
sàng máy chụp X quang cao tần y tế
theo các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật y tế
hiện hành
Các báo cáo thử nghiệm tiền lâm sàng Đầy đủ các bản báo cáo thử nghiệm tiền lâm
và lâm sàng máy chụp X quang cao sàng và lâm sàng theo các quy định, tiêu
tần y tế
chuẩn về thử nghiệm do bộ y tế ban hành
Bản báo cáo này sẽ lần lượt trình bày các nội dung đã thực hiện trong quá
trình triển khai đề tài.
Nhóm thực hiện đề tài rất mong muốn và xin chân thành cảm ơn những phê
bình đóng góp quí báu của các nhà khoa học, các nhà quản lý vào các nội dung
báo cáo sau khi đọc xong bản báo cáo này.
CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA
THIẾT BỊ Y TẾ SỬ DỤNG TIA X
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ Y TẾ SỬ
DỤNG TIA X TRÊN THẾ GIỚI
Kỹ thuật chụp X quang ứng dụng trong y tế để chuẩn đoán bằng hình ảnh
đựợc sử dụng lâu đời nhất, gắn liền với phát minh ra tia X bởi nhà vật lý học
người Đức Wilhelm Conrad Rontgen từ hồi cuối thế kỷ 19, với bức phim X
quang nổi tiếng, lần đầu tiên nhân loại ghi được "ảnh sống" của xương bàn tay
con người. Ngày nay kỹ thuật chụp X quang và thiết bị máy X quang y tế đã trở
thành nhu cầu thiết yếu trong tất cả các nền y tế cộng đồng.
Trên thế giới, thị trường trang thiết bị y tế khá tập trung. Năm 2003, tổng thị
trường trang thiết bị y tế lên tới 148 tỷ đô la Mỹ, tăng đến 2006 khoảng 246 tỷ
đô la Mỹ và tăng trưởng mỗi năm chừng 5,56%. Thống kê cho thấy thị phần của
10 nhóm trang thiết bị y tế lớn nhất chiếm tới gần 84%, trong đó Mỹ là thị
trường lớn nhất (chiếm một nửa thị phần) và tăng trưởng mỗi năm chừng 7%. Số
liệu trên thế giới cũng cho thấy khi thu nhập bình quân tăng lên thì thị trường
trang thiết bị y tế cũng tăng lên. Tuy vậy, nhiều quốc gia vẫn đương đầu với
thiếu tiếp cận với các trang thiết bị y tế chất lượng cao phù hợp với mô hình dịch
tễ bệnh tật của mình.
Thiết bị y tế ứng dụng tia X đã được các nước trên thế giới tập trung nghiên
cứu và phát triển với nhiều các kỹ thuật mới được đưa vào nghiên cứu và ứng
dụng nhưng đây là công nghệ đặc biệt và kỹ thuật rất cao do vậy cho đến nay
ứng dụng của tia X trong y học bao gồm các nhóm thiết bị sau:
- Nhóm thiết bị y tế để chuẩn đoán hình ảnh đây là ứng dụng chủ yếu của tia X
trong y học với các thiết bị như: máy chụp X quang cao tần thường qui, máy
chụp X quang cao tần kỹ thuật số, máy X quang tăng sáng truyền hình,....
- Nhóm thiết bị y tế dùng để đo và chuẩn đoán bệnh như: máy đo độ loãng
xương toàn thân bằng tia X,...
- Nhóm thiết bị y tế dùng để chữa các bệnh hiểm nghèo như: xạ trị để chữa ung
thư,...
Với bản chất là sản phẩm y tế công nghệ cao theo hướng mechatronic, cho
tới nay, việc nghiên cứu phát triển và sản xuất thiết bị X quang y tế được triển
khai trên thị trường theo các hướng chính:
Phần lớn thị trường là do một vài tổ hợp công nghiệp lớn, trong đó đặc biệt là
bộ tứ General Electric (GE) – Mỹ, Siemens - CHLB Đức, Philips - Hà lan,
1
Toshiba - Nhật Bản chiếm giữ. Các tổ hợp này có ưu thế tuyệt đối về công
nghệ nguồn, vốn để đóng giữ vai trò khống chế trong lĩnh vực xây dựng và
phát triển các thế hệ máy X quang y tế. Phần lớn máy X quang các dòng
trung và cao cấp nói riêng cũng như các thiết bị chuẩn đoán hình ảnh nói
chung đều do các hãng này chế tạo. Các tổ hợp này cũng nắm phần lớn các
patent về thiết bị toàn bộ và linh kiện X-ray chính.
Một thị phần khá quan trọng dành cho nhóm các công ty chuyên về các thiết
bị y tế, hoặc chỉ chuyên về thiết bị chuẩn đoán hình ảnh: Dell Medical Group
– Mỹ, Hitachi, Shimadzu - Nhật Bản, Swissray - Thuỵ Sỹ, BMI – Italia,...
Các công ty dạng này thường dựa vào các kết quả nghiên cứu phát triển của
hai nhóm trên và dưới, phối hợp với một số patent của riêng mình, tạo nên
những dòng sản phẩm đảm bảo về tính năng kỹ thuật và tốt về giá cả, nhờ
vậy xác lập được chỗ đứng của họ trên thị trường, đặc biệt là thị trường các
nước đang phát triển, các khu vực, cộng đồng dân cư có thu nhập thấp...
Nhóm các công ty, viện chuyên nghiên cứu phát triển các linh kiện, thiết bị
chính của các hệ thống X quang để cung cấp cho thị trường, như COMET Thuỵ Sỹ, Varian - Hoa kỳ, Dunlee - Hoa kỳ... Một số hãng chế tạo thiết bị
điện tử, đặc biệt chuyên về thiết bị vision như: DALSA - Canada,
PerkinElmer - Hoa kỳ, Thales -Pháp, Hamamatsu - Nhật Bản, DRTech - Hàn
Quốc... cũng rất chú trọng phát triển các sản phẩm Hi-Tech cho thiết bị
chuẩn đoán hình ảnh nói chung, X quang y tế nói riêng, tạo nên sự sôi động
và phát triển không ngừng của ngành thiết bị này.
Trong những năm gần đây, đã xuất hiện các cơ sở sản xuất lắp ráp thiết bị X
quang trực tiếp tại các nước đang phát triển có thị trường lớn như: Trung
Quốc, Ấn Độ, Braxin,.... Các cơ sở này phần lớn là công ty liên doanh hoặc
FDI của các hãng thuộc nhóm đầu tiên.
Các thiết bị y tế sử dụng tia X là các sản phẩm y tế phức tạp được tích hợp từ
nhiều lĩnh vực khác nhau và sử dụng những công nghệ đặc vì vậy chỉ có vài
nước theo đuổi chế tạo và có những thành công nhất định. Có thể kể ra các hãng
sau: GE, Dell (Mỹ), Siemens (Đức), Philips (Hà Lan), Toshiba, Hitachi,
Shimadzu (Nhật), Vila (Ý),…
Trong các lĩnh vực được tập trung phát triển thì công nghệ chế tạo trang thiết
bị y tế chiếm một vai trò quan trọng. Hiện nay, do sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ thông tin cũng như những phát minh mới trong công nghệ vật liệu
mới dẫn tới việc ra đời các sản phẩm thiết bị y tế cực kỳ hiện đại và đạt độ chính
xác cao trong việc chuẩn đoán.
2
Mặt khác do tỷ lệ tăng dân số trên thế giới cũng như xuất hiện một loạt các
loại bệnh dịch mới khiến cho việc phát triển công nghệ chế tạo trang thiết bị y tế
nhằm đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.
Nhận thức được tầm quan trọng của nó, các nước trên thế giới đã rất tập
trung phát triển lĩnh vực này. Dưới đây là điều tra đánh giá của một số nước trên
thế giới.
Mỹ: Nhân tố chính của việc cải cách hệ thống chăm sóc y tế mới tại Mỹ là
việc can thiệp của chính phủ trong việc khảo sát tỉ mỉ sự cạnh tranh của thị
trường để đảm bảo phát triển được nền kinh tế y tế. nó chính là chính sách bảo
hiểm y tế cá nhân chỉ có ở các nước không có hệ thống bảo hiểm chung thường
nằm trong số các nước đã phát triển. theo hệ thống chăm sóc y tế này cả hai
nguồn tài chính và cung cấp dịch vụ y tế phần lớn là tư nhân hóa. Thêm vào đó
là bảo hiểm y tế đặc biệt bên cạnh việc mua bảo hiểm cá nhân, những người sử
dụng lao động cũng cung cấp cho người lao động những nhóm bảo hiểm y tế
độc lập. Chính vì vậy thị trường thiết bị y tế tại Mỹ được đánh giá là lớn nhất
trên thế giới với ước tính chiếm trên 50%, được tập trung chủ yếu vào việc
nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực thiết bị y tế cũng như thử nghiệm lâm
sàng. Thêm vào đó, nhờ có sự điều khiển và giám sát nghiêm ngặt thị trường
thiết bị y tế, chi phí cho việc marketing là khá đắt nhưng những hoạt động này
được rõ ràng và phổ biến. Vì vậy, trong một số năm trở lại đây, phần lớn các
thiết bị y tế đã phát triển trở thành một bộ phận then chốt trên thị trường chiếm
tới 34% GDP. Sự tăng trưởng này một phần do việc sử dụng các nhà chế tạo
nước ngoài giá rẻ như Ireland và Mexico và sau đó lại nhập khẩu các sản phẩm
đó vào Mỹ.
Anh: Theo hệ thống y tế quốc gia của Anh, tất cả các công dân nước này
đều được hưởng các dịch vụ y tế miễn phí. Hệ thống chăm sóc y tế là một kiểu
hệ thống dọc từ trên xuống dưới và cũng là hệ thống chuyển hai chiều. Thêm
vào đó, hơn 80% kinh phí y tế được cung cấp từ nguồn thuế của chính phủ và
dựa vào bảo hiểm sức khỏe tư nhân. Ngày nay, chính phủ Anh đã bổ xung thêm
phương án trả tiền theo các kết quả, với thay đổi lớn về gánh nặng tài chính
trong hệ thống bảo hiểm y tế quốc gia, nó cũng là biện pháp then chốt cho các
kiểu mẫu chăm sóc sức khỏe của chính phủ. Thêm vào đó các bệnh nhân có thể
chọn lựa các bệnh viện vì với việc trả tiền theo các kết quả sẽ dẫn đến việc cạnh
tranh mạnh mẽ từ các bệnh viện, không những là cơ hội để phát triển các tiêu
chuẩn y tế mà còn không mang đến những rủi ro tài chính cho các cơ sở chăm
sóc sức khỏe hàng đầu và các hệ thống bảo hiểm y tế dân sự. Nước Anh được
xem như một trong những thị trường thiết bị y tế lớn nhất với tổng giá trị năm
3
2009 là 7,8 tỷ USD, trên cơ sở thị trường tiêu dùng quốc nội với tỷ lệ
125USD/1người là nước đứng thứ 3 trong các nước châu Âu sau Đức và Pháp,
tuy nhiên do nhiều nhà chế tạo trong nước không thay đổi nhanh chóng các sản
phẩm theo nhu cầu của khách hàng vì họ không cho rằng việc nhập khẩu các
thiết bị y tế sẽ tiếp tục tăng trưởng.
Thụy Điển: Nơi có hẳn quỹ cộng đồng về phát triển hệ thống chăm sóc sức
khỏe. Theo hướng mua sắm thiết bị mới, Thụy Điển mong muốn phát triển công
nghệ để trở thành quốc gia đứng đầu về công nghệ này. Trong năm 2008, nước
này nhập khẩu các thiết bị y tế với giá trị khoảng 2,1 tỷ USD tăng 11,2% so với
năm trước. Trong giai đoạn từ 2004 đến 2008 tỷ lệ tăng trưởng là 12,2% và
nhập khẩu các sản phẩm chủ yếu là các thiết bị phục vụ cho chỉnh hình chiếm
tới 33,7% lượng nhập khẩu. tuy nhiên sự phân phối phung phí vẫn còn diễn ra
tại các cơ sở y tế của chính phủ. Thêm vào đó với sự tăng trưởng của số người
cao tuổi, sự điều khiển chi phí cũng trở nên có hậu quả đáng kể.
Trung Quốc: Sự khác biệt lớn trong hệ thống chăm sóc sức khỏe giữa Trung
Quốc và các nước đã phát triển cũng như giới hạn về kinh nghiệm chính là điều
cấp thiết để Trung Quốc thiết kế các hệ thống chăm sóc y tế phù hợp với những
điều kiện, hoàn cảnh của quốc gia dựa trên những tham khảo kinh nghiệm của
các hệ thống chăm sóc sức khỏe cộng đồng từ nước đã phát triển. Trong thời
gian 20 năm trở lại đây, Trung Quốc đã trở thành một bộ phận quan trọng trong
thị trường thiết bị y tế trên thế giới và không nghi ngờ rằng Trung Quốc đang có
thạm vọng sẽ làm bá chủ thị trường này. Hơn thế nữa bên cạnh những phát triển
về kinh tế và dân số, sự già hóa và thành thị hóa cũng kéo theo sự bành trướng
của thị trường thiết bị y tế. Các sản phẩm công nghệ cao chủ yếu phụ thuộc vào
nhập khẩu hoặc được sản xuất bởi các công ty đa quốc gia và các công ty liên
doanh nước ngoài với các công ty nội địa nhìn chung có quan hệ rất hạn chế.
Hơn nữa, dưới tình hình khủng hoảng tài chính toàn cầu cũng làm cho thị trường
thiết bị y tế quốc tế bị thu hẹp lại. Tuy nhiên, nhờ có những bổ xung của hệ
thống chăm sóc sức khỏe mới, ngành công nghiệp thiết bị y tế cần phải đương
đầu với một chu kỳ mới về cơ hội và cạnh tranh. Thêm vào đó, cùng với sửa đổi
cách quảng cáo, sự hoàn thiện hệ thống bảo hiểm chăm sóc sức khỏe sẽ cung
cấp một thị trường rộng và rạch ròi các thiết bị của ngành y tế.
Như vậy, có thể thấy rằng ngành chế tạo trang thiết bị y tế trên thế giới đang
phát triển rất mạnh. Các nghiên cứu phát triển cũng như cải tiến trong lĩnh vực
này đang được đẩy nhanh, tạo ra những giá trị kinh tế và ảnh hưởng sống còn
đối với các bệnh nhân khi càng xuất hiện nhiều dịch bệnh mới.
4