BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ MINH TRÍ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CRYO
TRONG LĨNH VỰC Y TẾ Ở ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Công nghệ và Thiết bị lạnh
Mã số: 62.52.80.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng- năm 2015


Công trình được hoàn thành tại

DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng
2.

TS. Nguyễn Thành Văn

1. Hoàng Ngọc Đồng, Nguyễn Bốn, Lê Minh Trí (2014), “Quá
trình truyền nhiệt, truyền chất không ổn định với biên di động
khi hóa rắn vật ẩm bằng kỹ thuật Cryo”, Tạp chí Năng Lượng


1

Kiến nghị
1. Cần có nghiên cứu thực nghiệm về hệ thống lạnh Cryo trước

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:

khi đưa vào sử dụng trong thực tiễn.

Cùng với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của kỹ thuật

2. Phẫu thuật lạnh là một kỹ thuật mới, hiện đại, có hiệu quả

lạnh Cryo trong những năm gần đây, việc ứng dụng chúng trong lĩnh

cao trong việc tiêu diệt các tế bào ung thư. Công nghệ này đòi hỏi

vực y tế được đầu tư nghiên cứu nhờ những đặc tính của kỹ thuật

nhiều ngành khoa học kết hợp thực hiện. Cần có những nghiên cứu

lạnh Cryo mang lại. Với hai ứng dụng chính:

sâu rộng hơn để sớm đưa công nghệ này vào điều trị bệnh ung thư
cho các bệnh nhân ở Việt Nam.
3. Bảng thông số vật lý cơ bản của các vật liệu thông dụng

- Sản xuất môi trường lạnh để bảo quản các sản phẩm lạnh y tế

Sử dụng công nghệ phẫu thuật lạnh để tiêu diệt tế bào ung thư
là một kỹ thuật mới, hiện đại có hiệu quả cao. Kỹ thuật này sử dụng

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận

khí hóa lỏng có nhiệt độ thấp để đông lạnh nhanh tế bào, nhằm phá

1. Sơ đồ hệ thống lạnh Cryo ghép tầng với nhiều cấp nhiệt độ

hủy có kiểm soát các tổ chức bệnh lý và các tế bào ung thư. Tuy

phục vụ trong việc bảo quản sản phẩm lạnh y tế cho các bệnh viện

nhiên trước khi tiến hành thủ thuật chúng ta cần trả lời được các câu

Việt Nam được tác giả đề xuất là phù hợp, có tính ứng dụng và khả

hỏi: thời gian cấp đông làm lạnh khối u trong bao lâu; phạm vi ảnh

thi cao.

hưởng nhiệt độ của vùng tế bào bị đông lạnh như thế nào; tốc độ

2. Đề ra một cách giải mới- bằng phương pháp giải tích- để

đóng băng hóa rắn là bao nhiêu .v.v. Để trả lời các câu hỏi trên, ta

giải bài toán truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ thuật


sở, quan trọng để các nhà y khoa nghiên cứu xây dựng phác đồ điều
trị bệnh, cũng như các nhà cơ khí chế tạo nghiên cứu sản xuất ra thiết
bị phẫu thuật lạnh.
3. Xây dựng phần mềm để tính các thông số khi cấp đông cục
bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo.

và tiến hành thực nghiệm kiểm chứng.

4. Có thể mở rộng phạm vị sử dụng các công thức đã thiết lập

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

trong trường hợp tính truyền nhiệt khi cấp đông nhanh theo chiều từ

- Các thiết bị lạnh bảo quản sản phẩm lạnh y tế.

vỏ vào tâm vật ẩm. Đây là bài toán cơ sở quan trọng để nghiên cứu,

- Quá trình truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ

thiết kế, chế tạo máy móc thiết bị sử dụng công nghệ đông lạnh

thuật lạnh Cryo.

nhanh trong thực tiễn.

- Trong công nghệ bảo quản sản phẩm lạnh y tế, tác giả chỉ

5. Với sai số đạt 2,81% so với kết quả giải bằng phương pháp


băng và kim tạo trụ băng) hoạt động tốt, đảm bảo yêu cầu đề ra.

nghiên cứu chế tạo sản xuất thiết bị phẫu thuật lạnh.
- Trong nghiên cứu thực nghiệm truyền nhiệt khi cấp đông cục

2. Sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm trung bình là 4,22%,

bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo, tác giả chỉ thực hiện trên vật liệu

cho thấy: các công thức đưa ra đạt độ chính xác của kỹ thuật và có

thịt bò và thạch agar. Đối với bài toán truyền nhiệt, vật liệu thịt bò,

thể dùng để khảo sát các quá trình đóng băng trong thực tế, cũng như

thạch agar hay tế bào khác nhau ở thông số vật lý. Nếu thực nghiệm

để tính toán, thiết kế các thiết bị phẫu thuật lạnh.

đã đúng ở loại vật liệu này, kết quả sẽ đúng ở loại vật liệu khác.

3. Các sai số gây ra chủ yếu do: ảnh hưởng của điều kiện môi
trường thực nghiệm, các thông số vật lý (c, l, r .v.v) chưa có số liệu
chính xác để tính toán.
4. Thân kim lạnh đảm bảo cách nhiệt, không làm ảnh hưởng
đến vùng tế bào khi kim lạnh xuyên qua.
5. Cần có những nghiên cứu thực nghiệm trên cơ thể sống
trước khi áp dụng vào điều trị bệnh thực tế.

4. Phương pháp nghiên cứu


A

1

2
3

2
5

A

d1(0,7 x 0,15 x 70)
d 2(3,0 x 0,2 x 70)

1.3. Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật lạnh Cryo trong công nghệ

A-A

phẫu thuật lạnh
4

1.4. Kết luận chương 1
à Ứng dụng sản xuất lạnh Cryo phục vụ bảo quản sản phẩm
lạnh y tế:

Hình 4.14. Sơ đồ kết cấu của thiết bị kim tạo trụ băng thực

- Các bệnh viện hiện đại trên thế giới đang thực hiện bảo quản

Thời gian trễ nhiệt của thiết bị kim tạo trụ băng ttrễ trụ = 2,9 s.
4.2.4.2. Kết quả đo kích thước trụ băng tạo ra
Sai số trung bình giữa lý thuyết và thực nghiệm đạt 4,60%
4.2.5. Luận bàn kết quả

điều trị các bệnh về da liễu. Đối với thiết bị kim lạnh (kim tạo trụ

4.3. Thực nghiệm trên thiết bị áp lạnh

băng và kim tạo cầu băng), cho đến nay vẫn chưa có một đơn vị nào

4.3.1. Sử dụng thay thế thiết bị áp lạnh

mua nhập hay sử dụng thiết bị này. Với yêu cầu kim lạnh chỉ sử dụng

4.3.2. Công tác chuẩn bị

một lần, trong tương lai nhu cầu sử dụng kim lạnh là rất lớn.

4.3.3. Các bài thực nghiệm
4.3.4. Kết quả thực nghiệm
4.3.4.1. Kết quả đo độ trễ nhiệt của thiết bị áp lạnh
Thời gian trễ nhiệt của thiết bị áp lạnh ttrễ AL = 5,5s.


20

5

hàn kín vào các ống 2 và 3, vừa có chức năng cố định ống 2, 3 vừa

2.1.1. Giới thiệu thực trạng

4.1.4. Kết quả thực nghiệm

2.1.2. Lựa chọn sơ đồ hệ thống lạnh Cryo

4.1.4.1. Kết quả đo độ trễ nhiệt của thiết bị kim tạo cầu băng;

2.1.2.1. Lựa chọn chu trình lạnh

Thời gian trễ nhiệt của thiết bị kim tạo cầu băng ttrễ cầu = 2,8s.
4.1.4.2. Kết quả đo kích thước cầu băng tạo ra
Sai số trung bình giữa lý thuyết và thực nghiệm đạt 4,56%
4.1.4.3. Kết quả kiểm tra cách nhiệt giữa kim lạnh và môi trường
Sau nhiều lần thực nghiệm, ta nhận thấy thân kim lạnh hoàn
toàn không bị bám tuyết.
4.1.5. Luận bàn kết quả
4.2. Thực nghiệm trên thiết bị kim tạo trụ băng
4.2.1. Chế tạo kim tạo trụ băng
Ống 1 được vát nhọn đầu, một đầu được nối với van điều
chỉnh cấp lỏng vào 5, một đầu được đặt tự do trong ống 2, tiếp giáp

2.1.2.2. So sánh bảo quản sản phẩm lạnh y tế theo hướng tập trung và
phân tán
2.1.2.3. So sánh hệ thống lạnh Cryo và các thiết bị lạnh đơn chiếc
2.1.3. Nguyên lý làm việc hệ thống lạnh Cryo
Chúng tôi đề xuất hệ thống lạnh Cryo tại các bệnh viện Việt
Nam có những đặc điểm sau (hình 2.2):
Phòng điều hòa 240C : Sử dụng máy điều hòa không khí để
làm mát.

15

14

12

THUẬT LẠNH CRYO

22

BTG1

VTL1

NHIỆT KHI CẤP ĐÔNG CỤC BỘ TẾ BÀO BẰNG KỸ

BTD1

MN1

11

16

4.1. Thực nghiệm trên thiết bị kim tạo cầu băng

0

-10 C


V2
21

0

-35 C

khäng khê
5A

MN2

Loíng N

5B

2

A

1

3

2

4
5

2


0

-90 C

tuí âäng
0
-85 C

31

8

A
d1(0,7 x 0,15 x 70)
d 2(2,0 x 0,2 x 70)
d 3(3,0 x 0,2 x 70)

7

A-A

MN3

BTD3

5C
0

-90 C


-150 C
55

VTL5
BPL

MN5

56

Loíng khäng khê

52

MN6

53

Táöng 4

BTD5
51

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh Cryo

Hình 4.3. Sơ đồ kết cấu của thiết bị kim tạo cầu băng
1. Ống dẫn lỏng môi chất vào

2. Ống dẫn môi chất ra


lạnh 6 là một khối hình nón bằng bạc, có bán kính r = 1,5 mm được

BTD- Bình tách dầu

BPL- Bình phân ly

ống 1 vào khoang làm lạnh 6. Hơi nitơ sinh ra cùng với lỏng còn lại


18
3.4. Kết luận chương 3

7
2.1.3.1. Nguyên lý làm việc chu trình lạnh tại tầng 1

1. Đề xuất giải bài toán truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào

MN1 nén môi chất lên BTD1, qua TBTDN1, qua BHN1, qua

bằng kỹ thuật lạnh Cryo theo một cách giải mới, bằng phương pháp

VTL1, vào bình trung gian 1 (BTG1). Hơi ra khỏi BTG1 đi vào

giải tích.

BHN1 rồi về MN1. Lỏng tại BTG một phần đi vào kho lạnh 40C, một

2. Với sai số đạt 2,81% so với kết quả giải bằng phương pháp


2.1.3.4. Nguyên lý làm việc chu trình lạnh tầng 4
Không khí được hút vào ở trạng thái 5A, qua TBTDN3 làm
lạnh xuống trạng thái 5B, qua TBTDN4 được làm lạnh xuống trạng
thái 5C, được TL loại bỏ các thành phần độc hại, tiếp tục được làm
lạnh xuống 5D thông qua TBTDN5. Sau đó hòa trộn với phần hơi
sinh ra ở bình phân ly (BPL) được MN5 nén lên MN6, qua TBTDN5,
qua VTL5 đi vào BPL, tại đây nhiệt độ không khí đã đạt đến nhiệt độ
ngưng tụ, không khí sẽ ngưng tụ lại thành lỏng được lấy ra ngoài.
2.2. Thông số trạng thái tại các điểm nút và thông số kỹ thuật của
hệ thống
2.2.1. Thông số trạng thái của chu trình lạnh tầng 4
2.2.2. Thông số trạng thái của chu trình lạnh tầng 3
2.2.3. Thông số trạng thái của chu trình lạnh tầng 2
2.2.4. Thông số trạng thái của chu trình lạnh tầng 1


8

17

2.2.5. Đồ thị T-s và thông số kỹ thuật của hệ thống lạnh Cryo

Bắt đầu

2.3. Tính nhiệt hệ thống lạnh Cryo cho Bệnh viện Trung ương
Huế
2.3.1. Nhu cầu tải lạnh tại Bệnh viện Trung ương Huế

Nhập số liệu


công suất các thiết bị phụ trợ của hệ thống lạnh Cryo đều nằm trong

3.2.2. Nhập số liệu

phạm vi cho phép hoạt động của môi chất lạnh, dầu bôi trơn cũng

3.2.3. Chương trình tính các thông số

như các yếu tố kỹ thuật khác. Như vậy, về lý thuyết hệ thống lạnh

3.2.4. Xuất kết quả

Cryo là phù hợp, có tính thuyết phục.

3.3. Mở rộng phạm vi áp dụng các công thức tính truyền nhiệt đã
thiết lập
3.3.1. Tính truyền nhiệt khi cấp đông nhanh theo chiều từ vỏ vào
tâm vật ẩm
3.3.2. Các trường hợp áp dụng trong thực tiễn


16

9

Để tiêu diệt khối u triệt để, phẫu thuật viên sẽ tiến hành quy

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT KHI

trình cấp lạnh- tan giá và làm ấm nhiều lần với chu kỳ: 20 phút làm


3.1.2. Tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm

Sai số giữa phương pháp tính bằng giải bằng giải tích và

3.1.3. Phát biểu bài toán truyền nhiệt khi cấp đông nhanh tế bào
Loíng N 2 (t

10
3.1.4. Tham khảo phương trình thiết lập khi giải bằng phương

15
f .dx.{(ri .Ci + x .b .Cb .rb )(
. t1 - t0 ) + ri .h.w.rc }=

(t 0 - t f )
æ 1 dd
xö
çç +
+ ÷÷
a
l
l
d
i ø
è

pháp số
3.1.4.1. Thiết bị làm lạnh khi giải bài toán bằng phương pháp số
Phương trình sẽ có nghiệm là:

3.1.4.3. Phương trình truyền nhiệt sử dụng khi giải bài toán bằng
phương pháp số
3.1.5. Xây dựng các giả thiết khi cấp đông nhanh cục bộ tế bào
1. Coi mặt trong lớp băng là biên loại 1, có nhiệt độ không đổi
bằng tf của chất lỏng lạnh đang sôi.
2. Coi quá trình hạ nhiệt độ từ t1 đến t0 và quá trình tỏa nhiệt rc

(3.66)

x(-100C) = x(t ).æç1 - 10 ö÷

(3.67)

ç
è

ç
è

băng chuyển pha ra môi chất lạnh trong thời gian vô cùng bé dt là ổn
định.

,[J]

(3.64)

3.1.4.2. Thông số vật lý vùng khảo sát khi giải bài toán bằng phương
pháp số

. f .dt

t f ÷ø
t f ÷ø

3.1.10. Khảo sát và so sánh các quá trình tạo băng trong vật ẩm
4. Coi tế bào là vật ẩm có các thông số vật lý (độ ẩm w; khối


cho khối băng dV= f.dx mới tạo ra sau thời gian dt sẽ có thể phát

đến là quá trình tan giá và làm ấm. Khi ngừng cấp lỏng, khối băng sẽ

biểu: Nhiệt tỏa ra do dV hạ nhiệt đến t0 và đóng băng = Nhiệt truyền

hấp thu nhiệt từ môi trường xung quanh và tăng nhiệt độ. Tuy nhiên

qua vách băng dày x ra môi trường lạnh. Phương trình toán học là:

để đảm bảo khối u có nhiệt độ bằng nhiệt độ cơ thể, người ta dùng
dòng nước ấm có nhiệt độ tf1≤ 420C (nhiệt độ cơ thể có thể chịu
đựng) cung cấp vào thiết bị phẫu thuật lạnh.


14

11

+ Trng nhit vi rẻ(r0,r(t))

(t

x dx

- t0 )

ổ 1 1ử,
t(r,t) = t f ỗ - ữ
(1 / r0 - 1 / r (t )) ỗố r0 r ữứ

(3.44)
f .dx.{(ri .Ci + x .b .Cb .rb )(
. t1 - t0 ) + ri .h.w.rc } = l i (t 0 - t f ). f .d t ,[J]

-100C (x(-100C)) v -50C (x(-50C)).

x

x dx

Trong ú:
i
a

l ;x

Hỡnh 3.11. Phỏt biu hỡnh hc bi toỏn phun mụi cht lng lờn b
mt da
Do lp da khụng cú nhit n húa rn, nờn ta ch xem nh mt
lp cỏch nhit cú chiu dy dd, h s dn nhit ld.
Ta cú th phỏt biu: Nhit ta ra ca lp bng chuyn pha dV
= Nhit truyn qua vỏch bng dy x, truyn nhit qua lp da dy dd,
ta ra mụi trng lnh cú h s ta nhit a. Phng trỡnh toỏn hc
c vit l:

Ci, ri, li - thụng s vt lý ca t bo;

Bng x (t )

l ;d

Hm ngc ca t(x) cú dng x(t) =
+ Vn tc: v
+ Gia tc a

dx
1
=
=
dt A.x (t )

2t
A

A 2;
x
2

(3.45)

,[s/m2]

(3.46)

, [m].

(3.47)

1 ,[m/s]
2. A.t



luật bảo toàn năng lượng, phương trình cân bằng nhiệt tức thời lúc t

lớp băng mới tạo ra sau thời gian dt (hình 3.9b). Cân bằng nhiệt tức

cho khối cầu băng dV=4.π.r2.dr mới tạo ra sau dt sẽ có thể phát biểu:

thời lúc t cho khối băng hình trụ dV = 2.p.r.h.dr mới tạo ra sau thời

Nhiệt do dV tỏa ra khi hạ nhiệt đến t0 và hóa rắn = Nhiệt truyền qua

gian vô cùng bé dt có thể phát biểu: Nhiệt lượng do dV tỏa ra để hạ

vách cầu vào tâm lạnh. Mô tả toán học của phát biểu trên là phương

nhiệt đến t0 và đóng băng = Nhiệt lượng truyền qua vách trụ băng cũ

trình cân bằng nhiệt tức thời có dạng:

ra môi trường lạnh. Mô tả toán học của phát biểu trên là phương trình

4p .r 2 .dr{(r.iCi + x .b .Cb .rb ).(t1 - t0 ) + ri .h.w.rc } = 4 .p .l i .( t 0 - t f ) d t /(1 / r0 - 1 / r ) ,(J)

cân bằng nhiệt tức thời có dạng:
2p .r.h.dr{(r i .Ci + x .b .Cb .rb )(
. t1 - t0 ) + ri .h .w .rc } = 2 .p .l i .( t 0 - t f ). h .d t / ln( r / r0 ) ,[J].

t(r) = A (2r 2 ln r - r 2 + r02 ) ,[s] ;
4


ø

x+

r0
, phương trình có dạng
2

2

+ Vận tốc v= dr =
dt

-1

æ
r ö
çç A.r . ln ÷÷ , [m/s]
r0 ø
è

+ Gia tốc a = dv = 2- ln (e.r / r0 ) 3 < 0, [m/s2]
dt A ( r. ln(r / r0 ))

(3.53)
(3.54)

động, tại r Î(r0,r(t)) có dạng:
- t0 )


- q(t )
æ q (t ) ö æ p ö
+ ç
÷ +ç ÷
2
è 2 ø è3ø

+ Vận tốc v=

+ Gia tốc a =

3

+

2

3

- q (t )
æ q(t ) ö æ p ö
- ç
÷ +ç ÷
2
è 2 ø è3ø

3

+ r0 , [m]; (3.60)