Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô có khả năng tự kiểm tra ứng dụng trong các cơ sở y tế

Làm sạch các dụng cụ dùng trong y tế, các sản phẩm, bán sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp… là một khâu vô cùng quan trọng góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ chăm sóc sức khỏe con người, sản phẩm đầu ra, quy trình sản xuất. Công nghệ rửa truyền thống bằng cách ngâm thiết bị trong dung dịch rồi dùng bàn chải, chổi để loại bỏ chất bẩn ngày nay không còn đáp ứng được yêu cầu về làm sạch bề mặt và nâng cao chất lượng của sản phẩm sản xuất công nghiệp, dụng cụ y tế, dụng cụ quang học… 

Do đó, công nghệ rửa siêu âm kết hợp một số công nghệ rửa khác như phun áp lực, dòng xoáy và một số hóa chất tẩy rửa đã ra đời để giải quyết bài toán đó. Với những công nghệ mới, các vật thể có cấu tạo, ngóc ngách hoặc các vết bẩn có kích thước nhỏ đều có thể bị đánh bật mà không hề làm xước hay biến dạng bề mặt, hình hài của vật.

Nhận thấy được tầm quan trọng của làm sạch dụng cụ y tế nói riêng, các dụng cụ công nghiệp, dụng cụ dân dụng nói chung, nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá (VIELINA) đã tiến hành thực hiện đề tài cấp Bộ Công Thương “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô có khả năng tự kiểm tra ứng dụng trong các cơ sở y tế”. Đề tài do ThS. Lai Thị Vân Quyên làm chủ nhiệm.

Thiết bị rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô VUSH2122 do Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá chế tạo (Ảnh: VIELINA)

Xác định mục tiêu cốt lõi

Trước khi bắt tay vào nghiên cứu, nhóm tác giả thực hiện đánh giá tổng quan các sản phẩm thiết bị rửa dụng cụ trong y tế ở nước ngoài và trong nước. Nhóm nhận thấy rằng, trên thế giới, phần lớn các máy rửa chỉ có cấu hình rửa phun áp lực bằng cánh tay quay hoặc chỉ rửa siêu âm. Chỉ có một vài hãng như Elma có rửa siêu âm, phun áp lực và sấy khô với chế độ đồ vào và ra chung trên một cửa và chưa có đối lưu dung dịch làm sạch nên vấn đề tiết kiệm dung dịch và bảo vệ môi trường còn nhiều hạn chế; CREST Ultrasonic, Steris- Mỹ thì có rửa siêu âm và sấy không kết hợp thêm dòng xoáy hoặc phun áp lực làm tăng hiệu quả rửa.

Ở trong nước, công ty có sản phẩm được nghiên cứu kết hợp nhiều công nghệ rửa nhất là PETECH. Thiết bị này có ưu điểm rửa dùng nhiều công nghệ siêu âm, phun áp lực, xoáy áp lực, rửa được nhiều loại dụng cụ rửa và có bể đối lưu dung dịch rửa để tiết kiệm hóa chất cũng như giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đây là những điểm đáng học hỏi trong thiết kế của đề tài. Tuy nhiên thiết bị cũng có những nhược điểm cần khắc phục như thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều chỗ lắp đặt, không có chế độ sấy khô, rửa rất tốn nước, pha dung dịch bằng tay.

Hình ảnh 3D thiết bị của đề tài (Ảnh: VIELINA)

Xét về công nghệ rửa siêu âm, máy sử dụng các đầu siêu âm cũng tương tự như các máy siêu âm khác, các chế độ rửa siêu âm như chế độ quét, chế độ degas, autodegas, pulse được sử dụng như thế nào trong công đoạn rửa siêu âm của máy chưa được chỉ rõ. Xét về công nghệ rửa phun áp lực, máy sử dụng các đầu phun cố định không sử dụng kiểu cánh phun như các máy rửa dụng cụ của các hãng nước ngoài. Xét về công nghệ rửa xoáy áp lực, máy sử dụng bơm tạo xoáy áp lực khi trong khoang rửa chứa đầy nước ngập dụng cụ cần làm sạch. Nhóm đề tài cho rằng đây là một trong những nguyên nhân gây tốn nước do trong chu trình rửa có hơn một lần sử dụng rửa xoáy áp lực. 

Từ những đánh giá trên, nhóm thực hiện đặt ra mục tiêu cốt lõi của đề tài là làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo thiết bị tích hợp rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô cung cấp cho các cơ sở y tế để làm sạch các dụng cụ y tế kim loại. Đồng thời, chế tạo nội địa hóa thiết bị tích hợp rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô tương đương với thiết bị nhập ngoại. 

Chế tạo và thử nghiệm

Từ những đánh giá chung về công nghệ rửa, tìm hiểu về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và các mục tiêu đặt ra của đề tài, nhóm nghiên cứu xác định thiết bị tích hợp rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy có sấy khô và tự kiểm tra của đề tài sẽ có cấu trúc bao gồm bảy khối chức năng. Các khối chức năng này được bảo vệ trong một khung vỏ cơ khí tạo nên kiểu dáng công nghiệp cho thiết bị của đề tài.

Sơ đồ khối tổng quan của thiết bị (Ảnh: VIELINA)

Về cơ chế hoạt động, khi đưa đồ cần rửa chứa trong rổ vào máy, người sử dụng có thể lựa chọn các chương trình rửa đã được cài đặt sẵn hoặc tiến hành cài đặt các chế độ và thông số cho máy như: Chế độ Sweep (hiệu quả khi làm sạch các bộ phận chính xác, các thiết bị phẫu thuật, đòi hỏi độ làm sạch đồng đều); Chế độ Degas/ AutoDega (làm tăng khả năng bong các chất bẩn bám trên dụng cụ); Cài đặt thời gian rửa siêu âm, thời gian rửa với dòng xoáy nước; Chế độ gia nhiệt nước (có gia nhiệt hoặc không) và nhiệt độ gia nhiệt nước: làm tăng hiệu quả làm sạch. 

Để đánh giá độ tin cậy, hoạt động ổn định của toàn bộ phần cứng của thiết bị rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô cũng như chương trình phần mềm thiết bị khi hoạt động liên tục và dài ngày, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm thiết bị thông qua hai giai đoạn: Giai đoạn thử nghiệm từng phần. Mục đích của giai đoạn này là để kiểm chứng độ ổn định và độ tin cậy của các phần của thiết bị khi chạy trong phòng thí nghiệm; Và giai đoạn kết nối các phần của thiết bị chạy liên tục trong suốt quá trình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Giai đoạn này được thực hiện sau khi giai đoạn một đã hoàn thành. Thiết bị được vận hành với tất cả các tính năng của nó. Giai đoạn này kiểm chứng độ ổn định của toàn thiết bị khi kết nối các phần của thiết bị với nhau trước khi đưa ra thực tế.

Trên cơ sở các kết quả đã thu được, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm thực tế thiết bị rửa của đề tài tại Khoa hồi sức tích cực, Bệnh viện giao thông vận tải Trung Ương. Dụng cụ để thử nghiệm gồm các dụng cụ được sử dụng trong công việc khám chữa cho các bệnh nhân của khoa. Những dụng cụ này bao gồm, kéo, các chai chứa dịch, chai chứa nước làm ẩm của khí ô xy… 

Sau khi được hướng dẫn cách thức vận hành và sử dụng thiết bị, phía bên bệnh viện thực hiện vận hành và theo dõi thiết bị từ lúc lắp đặt đến lúc kết thúc thử nghiệm. Có sự cố của thiết bị hoặc chưa rõ về thiết bị thì thông báo để nhóm phía Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa đến để hỗ trợ.  Tất cả dữ liệu hoạt động của thiết bị sẽ được truyền về WEB qua đường di động. Số liệu tại vị trí giám sát thử nghiệm được hiển thị trên trang WEB nhằm phục vụ cho việc kiểm tra tính ổn định và khả năng hoạt động của thiết bị. 

Mô hình thử nghiệm thực tế (Ảnh: VIELINA)

Trong quá trình thử nghiệm, thiết bị của đề tài hoạt động tốt các quy trình rửa cũng như giám sát lỗi. Thiết bị gặp sự cố gián đoạn đường truyền từ hiện trường về trung tâm trong quá trình thử nghiệm. Nguyên nhân do Sim truyền thông bị gián đoạn. Việc này đã được khắc phục sau đó qua việc lắp SIM mới. Khi thử nghiệm thực tế, nhóm đề tài đã nghiên cứu, mở rộng chương trình của máy thêm khả năng tẩy cặn canxi bám vào dụng cụ. Trong quá trình chạy, các khối xử lý trung tâm, chấp hành hoạt động ổn định. 

Khẳng định năng lực làm chủ công nghệ

Sau 27 tháng thực hiện, đề tài đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo đủ 03 thiết bị rửa siêu âm kết hợp dòng xoáy và sấy khô VUSH2122 dùng trong y tế theo thuyết minh đăng ký của đề tài. Các thử nghiệm bước đầu đã đạt được như mong muốn. Các sản phẩm của đề tài đã được nhóm đề tài kiểm tra, thử nghiệm theo quy trình từ phòng thí nghiệm ra thực tế, từ từng phần đến toàn bộ hệ thống. Việc kiểm tra thử nghiệm được tiến hành nhiều lần, lặp đi lặp lại với những bài thử nghiệm khác nhau để hoàn thiện sản phẩm cả về phần cứng lẫn phần mềm. Những thay đổi về thiết kế và giải pháp kỹ thuật đã từng bước nâng cao chất lượng sản phẩm của đề tài và làm cho các chỉ tiêu kỹ thuật đạt yêu cầu đề ra. 

Đối với các vật tư, linh kiện cơ bản, các van, bơm, đầu siêu âm của đề tài, nhóm nhập khẩu từ nước ngoài để lắp ráp; còn các thành phần chính trong sản phẩm đề tài như các mạch xử lý trung tâm, các mạch điều khiển công suất siêu âm, biến áp, vỏ tủ … nhóm đề tài tự nghiên cứu thiết kế chế tạo. Đấu nối, tích hợp các thành phần từ khí nén, đường nước, đường điện nhóm cũng tự nghiên cứu thực hiện. Do đó theo nhóm đánh giá mức độ làm chủ công nghệ là trên 70%. 

Bên cạnh đó, đề tài đã hoàn thiện đầy đủ tài liệu thiết kế thiết bị, bản vẽ, bộ phần mềm nhúng đo lường, điều khiển, bộ tài liệu phân tích, thiết kế hệ thống phần mềm, bộ tài liệu hướng dẫn sử dụng máy.

Ngoài ra,  qua quá trình thực hiện đề tài, các cán bộ tham gia (đặc biệt là các cán bộ mới) đã tích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu thiết chế tạo các sản phẩm trang thiết bị y tế cũng như nâng cao năng lực thiết kế, nhờ đó tạo điều kiện thực hiện các nhiệm vụ khoa học công nghệ trong những năm tiếp theo.