Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật cryo trong lĩnh vực y tế ở điều kiện Việt Nam

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 
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng 
 2. TS. Nguyễn Thành Văn 
Phản biện 1: PGS.TS. Hà Mạnh Thư 
Phản biện 1: PGS.TS. Võ Chí Chính 
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Bốn 
Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận án 
Tiến sĩ kỹ thuật cấp Đại học Đà Nẵng họp vào ngày 28 
tháng 11 năm 2015 tại Đại học Đà Nẵng. 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Trung tâm Học liệu - Đại học Đà Nẵng. 
 - Thư viện Quốc gia, Hà Nội. 
DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 
 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 
Nhiệt, năm thứ 21, số 117- 2014, tr 15¸ 20. 
 2. Hoàng Ngọc Đồng, Nguyễn Thành Văn, Lê Minh Trí (2014), 
“Nghiên cứu sử dụng lỏng nitơ cho dao mổ lạnh ở Việt Nam”, 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ- ĐHĐN, số 5[78]- 2014, tr 
26¸ 31. 
 3. Hoàng Ngọc Đồng, Nguyễn Thành Văn, Lê Minh Trí (2015), 
“Nghiên cứu ứng dụng máy lạnh ghép tầng trong kỹ thuật bảo 
quản máu và các chế phẩm từ máu”, Tạp chí Khoa học và 
Công nghệ- ĐHĐN, số 2(87). 2015. 
 24 
Kiến nghị 
1. Cần có nghiên cứu thực nghiệm về hệ thống lạnh Cryo trước 
khi đưa vào sử dụng trong thực tiễn. 
2. Phẫu thuật lạnh là một kỹ thuật mới, hiện đại, có hiệu quả 
cao trong việc tiêu diệt các tế bào ung thư. Công nghệ này đòi hỏi 
nhiều ngành khoa học kết hợp thực hiện. Cần có những nghiên cứu 
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 
chưa tra cứu được ở phạm vi nhiệt độ thấp. Nếu được phát triển bổ 
sung sẽ tạo ra được một nguồn dữ liệu không những cung cấp cho kỹ 
thuật Cryo mà còn cho nhiều ngành nghiên cứu khác. 
 1 
MỞ ĐẦU 
1. Lý do chọn đề tài: 
Cùng với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của kỹ thuật 
lạnh Cryo trong những năm gần đây, việc ứng dụng chúng trong lĩnh 
vực y tế được đầu tư nghiên cứu nhờ những đặc tính của kỹ thuật 
lạnh Cryo mang lại. Với hai ứng dụng chính: 
- Sản xuất môi trường lạnh để bảo quản các sản phẩm lạnh y tế 
như: hóa chất sinh phẩm, chế phẩm từ máu, tế bào gốc phục vụ việc 
khám chữa bệnh trong các bệnh viện. 
- Sử dụng phẫu thuật lạnh trong việc tiêu diệt các tế bào ung 
thư. 
Trong công nghệ bảo quản sản phẩm lạnh y tế, các bệnh viện 
hiện đại trên thế giới đang thực hiện việc bảo quản tập trung tại trung 
tâm bảo quản lạnh. Trong lúc đó tại các bệnh viện Việt Nam, việc 
bảo quản sản phẩm lạnh y tế phân tán theo các phòng khoa với những 
thiết bị nhỏ đơn chiếc. Việc sử dụng nhiều thiết bị nhỏ như vậy làm 
cho các bệnh viện thụ động trong quản lý, lãng phí trong đầu tư, chi 
phí vận hành cao. Đã có trường hợp dẫn đến tử vong do nhầm lẫn 
trong việc cấp phát và bảo quản các sản phẩm lạnh y tế. Đôi lúc, các 
đơn vị sử dụng không tuân thủ đúng điều kiện vận hành thiết bị dẫn 
đến chất lượng bảo quản không đảm bảo. Từ thực trạng trên cho thấy, 
khâu bảo quản sản phẩm lạnh y tế tại các bệnh viện ở Việt Nam hiện 
nay cần được áp dụng công nghệ lạnh phù hợp. Vấn đề đầu tiên đặt 
ra: làm thế nào để xây dựng một hệ thống lạnh hiệu quả; thuận tiện 
trong việc tự động hóa; có nhiều chế độ nhiệt phù hợp với nhu cầu 
bảo quản sản phẩm lạnh y tế. 
 2 
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 
khí hóa lỏng có nhiệt độ thấp để đông lạnh nhanh tế bào, nhằm phá 
hủy có kiểm soát các tổ chức bệnh lý và các tế bào ung thư. Tuy 
nhiên trước khi tiến hành thủ thuật chúng ta cần trả lời được các câu 
hỏi: thời gian cấp đông làm lạnh khối u trong bao lâu; phạm vi ảnh 
hưởng nhiệt độ của vùng tế bào bị đông lạnh như thế nào; tốc độ 
đóng băng hóa rắn là bao nhiêu .v.v. Để trả lời các câu hỏi trên, ta 
phải giải được bài toán truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng 
kỹ thuật lạnh Cryo. 
Từ những lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng 
kỹ thuật Cryo trong lĩnh vực y tế ở điều kiện Việt Nam” làm luận 
án NCS. 
2. Mục tiêu nghiên cứu 
- Đề xuất chu trình hệ thống lạnh Cryo phục vụ trong việc bảo 
quản sản phẩm lạnh y tế cho các bệnh viện Việt Nam; 
- Nghiên cứu truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ 
thuật lạnh Cryo bao gồm: xây dựng mô hình toán học; thiết lập các 
công thức tính các thông số trong quá trình đông lạnh nhanh tế bào 
và tiến hành thực nghiệm kiểm chứng. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
- Các thiết bị lạnh bảo quản sản phẩm lạnh y tế. 
- Quá trình truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ 
thuật lạnh Cryo. 
- Trong công nghệ bảo quản sản phẩm lạnh y tế, tác giả chỉ 
thực hiện được lựa chọn sơ đồ hệ thống lạnh phù hợp và hiệu quả. 
Đây là bước đầu tiên để áp dụng công nghệ bảo quản sản phẩm lạnh 
y tế cho các bệnh viện ở Việt Nam. 
 23 
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Kết luận 
1. Sơ đồ hệ thống lạnh Cryo ghép tầng với nhiều cấp nhiệt độ 
phục vụ trong việc bảo quản sản phẩm lạnh y tế cho các bệnh viện 
Việt Nam được tác giả đề xuất là phù hợp, có tính ứng dụng và khả 
thi cao. 
2. Đề ra một cách giải mới- bằng phương pháp giải tích- để 
giải bài toán truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ thuật 
lạnh Cryo nhằm xác định các thông số: thời gian đóng băng; kích 
thước lớp băng tạo ra; vận tốc lớp băng; gia tốc lớp băng; trường 
phân bố nhiệt độ; thời gian cần thiết cấp lỏng môi chất vào thiết bị để 
khối u có kích thước cho trước đạt đến nhiệt độ chết của vi khuẩn; 
thời gian an toàn để tan giá và làm ấm. Qua đó, việc tính toán các 
thông số này sẽ đơn giản, dễ dàng, thuận tiện. Đây là các thông số cơ 
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. 
4. Có thể mở rộng phạm vị sử dụng các công thức đã thiết lập 
trong trường hợp tính truyền nhiệt khi cấp đông nhanh theo chiều từ 
vỏ vào tâm vật ẩm. Đây là bài toán cơ sở quan trọng để nghiên cứu, 
thiết kế, chế tạo máy móc thiết bị sử dụng công nghệ đông lạnh 
nhanh trong thực tiễn. 
5. Với sai số đạt 2,81% so với kết quả giải bằng phương pháp 
số đã được công bố trên thế giới và đạt 4,56% so với kết quả thực 
nghiệm, như vậy, các công thức được thiết lập đạt độ chính xác của 
kỹ thuật. 
 22 
4.3.4.2. Kết quả đo kích thước lớp băng tạo ra 
Sai số trung bình giữa lý thuyết và thực nghiệm đạt 4,53% 
4.3.5. Luận bàn kết quả 
4.4. Kết luận chương 4 
1. Các thiết bị thực nghiệm do tác giả chế tạo (kim tạo cầu 
băng và kim tạo trụ băng) hoạt động tốt, đảm bảo yêu cầu đề ra. 
2. Sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm trung bình là 4,22%, 
cho thấy: các công thức đưa ra đạt độ chính xác của kỹ thuật và có 
thể dùng để khảo sát các quá trình đóng băng trong thực tế, cũng như 
để tính toán, thiết kế các thiết bị phẫu thuật lạnh. 
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. 
 3 
- Trong công nghệ phẫu thuật lạnh, tác giả chỉ nghiên cứu quá 
trình truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh 
Cryo. Đây là bài toán cơ sở giúp các nhà y khoa xây dựng phác đồ 
điều trị cho từng khối u có kích thước khác nhau, giúp các nhà cơ khí 
nghiên cứu chế tạo sản xuất thiết bị phẫu thuật lạnh. 
- Trong nghiên cứu thực nghiệm truyền nhiệt khi cấp đông cục 
bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo, tác giả chỉ thực hiện trên vật liệu 
thịt bò và thạch agar. Đối với bài toán truyền nhiệt, vật liệu thịt bò, 
thạch agar hay tế bào khác nhau ở thông số vật lý. Nếu thực nghiệm 
đã đúng ở loại vật liệu này, kết quả sẽ đúng ở loại vật liệu khác. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
Luận án được tiến hành dựa trên hai phương pháp: nghiên cứu 
lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. 
5. Bố cục luận án 
Nội dung chính của luận án gồm: 142 trang chính với 5 
chương, 31 bảng, 50 hình, 102 tài liệu tham khảo, 4 phụ lục. Các 
chương của luận án là: 
Chương 1. Tổng quan; 
Chương 2. Đề xuất chu trình hệ thống lạnh Cryo cho các bệnh 
viện Việt Nam; 
Chương 3. Nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt khi cấp đông cục 
bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo; 
Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm truyền nhiệt khi cấp đông 
cục bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo; 
Chương 5. Kết luận và kiến nghị. 
 4 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 
1.1. Tổng quan về kỹ thuật lạnh Cryo 
1.2. Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật lạnh Cryo trong công nghệ 
bảo quản sản phẩm lạnh y tế 
1.3. Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật lạnh Cryo trong công nghệ 
phẫu thuật lạnh 
1.4. Kết luận chương 1 
à Ứng dụng sản xuất lạnh Cryo phục vụ bảo quản sản phẩm 
lạnh y tế: 
- Các bệnh viện hiện đại trên thế giới đang thực hiện bảo quản 
sản phẩm lạnh y tế theo hướng tập trung tại trung tâm bảo quản lạnh. 
- Các bệnh viện có nhu cầu sử dụng nhiều chế độ làm lạnh để 
bảo quản sản phẩm lạnh y tế. Các chế độ nhiệt cụ thể gồm: 240C; 
40C; -350C; -860C; -1960C. 
à Ứng dụng phẫu thuật lạnh để tiêu diệt tế bào ung thư: 
- Phẫu thuật lạnh là một kỹ thuật mới, hiện đại để điều trị bệnh 
ung thư. 
- Để giải quyết bài toán truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế 
bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo, các nhà nghiên cứu trên thế giới đều sử 
dụng phương pháp số kết hợp sự trợ giúp của máy tính; 
- Ở Việt Nam, các bệnh viện đã sử dụng thiết bị áp lạnh để 
điều trị các bệnh về da liễu. Đối với thiết bị kim lạnh (kim tạo trụ 
băng và kim tạo cầu băng), cho đến nay vẫn chưa có một đơn vị nào 
mua nhập hay sử dụng thiết bị này. Với yêu cầu kim lạnh chỉ sử dụng 
một lần, trong tương lai nhu cầu sử dụng kim lạnh là rất lớn. 
 21 
Hình 4.14. Sơ đồ kết cấu của thiết bị kim tạo trụ băng thực 
nghiệm 
1. Ống inox dẫn lỏng môi chất vào 2. Ống bằng bạc dẫn môi chất ra 
3. Đầu kim lạnh 4. Tay cầm thao tác bằng plastic 
5. Van điều chỉnh cấp lỏng vào 6. Bầu chứa lỏng đo nhiệt độ hơi ra 
4.2.2. Công tác chuẩn bị 
4.2.3. Các bài thực nghiệm 
4.2.4. Kết quả thực nghiệm 
4.2.4.1. Kết quả đo độ trễ nhiệt của thiết bị kim tạo trụ băng 
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 
4.3. Thực nghiệm trên thiết bị áp lạnh 
4.3.1. Sử dụng thay thế thiết bị áp lạnh 
4.3.2. Công tác chuẩn bị 
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. 
2Loíng N
2Håi N
1 2
3
4
5
6 A
A
A-A(3,0 x 0,2 x 70)2d
1d (0,7 x 0,15 x 70)
 20 
hàn kín vào các ống 2 và 3, vừa có chức năng cố định ống 2, 3 vừa 
tạo khoang kín cách nhiệt chân không. 
4.1.1.3. Tính kiểm tra cách nhiệt giữa kim tạo cầu băng và môi 
trường 
4.1.2. Công tác chuẩn bị 
4.1.2.1. Vật liệu thực nghiệm 
4.1.2.2. Các dụng cụ đo 
4.1.2.3. Nghiên cứu giảm sai số trong khi đo 
4.1.3. Các bài thực nghiệm 
4.1.4. Kết quả thực nghiệm 
4.1.4.1. Kết quả đo độ trễ nhiệt của thiết bị kim tạo cầu băng; 
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 
với đầu kim lạnh 3. Lỏng nitơ được cấp vào thiết bị qua ống 1 vào 
tràn ngập ống 2, tạo ra lớp vỏ có nhiệt độ rất thấp hình trụ bao quanh 
ống 2. Nhiệt độ kim lạnh được đo tại bầu chứa lỏng 6. 
 5 
Chương 2. ĐỀ XUẤT CHU TRÌNH HỆ THỐNG LẠNH CRYO 
CHO CÁC BỆNH VIỆN VIỆT NAM 
Trong chương này, tác giả tiến hành lựa chọn sơ đồ hệ thống 
lạnh phù hợp và hiệu quả. Đây là bước đầu tiên để áp dụng công 
nghệ bảo quản sản phẩm lạnh y tế cho các bệnh viện ở Việt Nam. 
2.1. Lựa chọn sơ đồ hệ thống lạnh Cryo cho các bệnh viện Việt 
Nam 
2.1.1. Giới thiệu thực trạng 
2.1.2. Lựa chọn sơ đồ hệ thống lạnh Cryo 
2.1.2.1. Lựa chọn chu trình lạnh 
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. 
Kho lạnh, kho đông, tủ đông âm sâu và bình lạnh Cryo: Sử 
dụng chu trình Pictet để cấp lạnh cho 4 chế độ lạnh gồm : 40C; -350C, 
-850C và -1900C với 4 tầng cụ thể: 
- Tầng 1: Sử dụng máy nén 2 cấp. 
- Tầng 2, tầng 3, tầng 4: Sử dụng máy lạnh ghép tầng. 
- Hệ thống sử dụng không khí chứ không phải nitơ vì để sử 
dụng nitơ cần thêm hệ thống tách nitơ rất phức tạp. 
 6 
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh Cryo 
TBTDN- Thiết bị trao đổi nhiệt MN- máy nén 
VTL- Van tiết lưu BHN- Bình hồi nhiệt 
BCHA- Bình chứa hạ áp TL- Tách lỏng 
BTD- Bình tách dầu BPL- Bình phân ly 
 Táöng 4
 Táöng 3
 Táöng 2
 Táöng 1
52
55
BTD5
53 MN6
54
VTL5
BTG1
 TBTDN1
 MN5
 MN4
 MN3
 MN1
 MN2
BTD3
V3
V2
V1
BTD1
BTD4
BPL
BCHA3
BCHA2
VTL4
VTL3
VTL2
VTL1
BHN4
BHN3
BHN2
BHN1
 TBTDN5
 TBTDN4
 TBTDN3
0-90 C
0-40 C
0-10 C
0-40 C
0-150 C
0-90 C
kho âäng
0-85 C
tuí âäng
0-35 C
04 C
kho laûnh
16
1514
13
1211
23
25 24
26
22
21
36
35
34
33 32
31
46 45 44
43
42
41
4D
5B
5A
TL
5C
56
51Loíng khäng khê
 khäng khê
 19 
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRUYỀN 
NHIỆT KHI CẤP ĐÔNG CỤC BỘ TẾ BÀO BẰNG KỸ 
THUẬT LẠNH CRYO 
4.1. Thực nghiệm trên thiết bị kim tạo cầu băng 
4.1.1. Chế tạo kim tạo cầu băng 
4.1.1.1.Tham khảo các mẫu kim tạo cầu băng trên thế giới 
4.1.1.2. Thiết bị kim tạo cầu băng thực nghiệm 
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 
3. Ống cách nhiệt chân không 4. Mối hàn bạc phủ bên ngoài 
5. Đầu kim lạnh làm bằng bạc 6. Khoang làm lạnh 
7. Mối hàn bằng đồng thau 8. Tay cầm thao tác bằng plastic 
9. Van điều chỉnh cấp lỏng vào 10. Bầu chứa lỏng đo nhiệt độ hơi ra 
Một đầu ống 1 được nối với van 9, một đầu được đặt tự do 
trong ống 2, tiếp giáp với đầu 5. Lỏng nitơ được cấp vào thiết bị qua 
ống 1 vào khoang làm lạnh 6. Hơi nitơ sinh ra cùng với lỏng còn lại 
sẽ được thoát tự do theo khoảng trống giữa ống 1 và ống 2. Đầu kim 
lạnh 6 là một khối hình nón bằng bạc, có bán kính r = 1,5 mm được 
1 2
2Loíng N
2Håi N
3 4
6
5
8
9 7
10
A
A
A-A
(3,0 x 0,2 x 70)3d
(2,0 x 0,2 x 70)2d
1d (0,7 x 0,15 x 70)
 18 
3.4. Kết luận chương 3 
1. Đề xuất giải bài toán truyền nhiệt khi cấp đông cục bộ tế bào 
bằng kỹ thuật lạnh Cryo theo một cách giải mới, bằng phương pháp 
giải tích. 
2. Với sai số đạt 2,81% so với kết quả giải bằng phương pháp 
số đã được công bố trên thế giới, như vậy, có thể sử dụng phương 
pháp giải tích trong việc giải bài toán cấp đông nhanh cục bộ tế bào. 
Lúc này, việc tính toán sẽ trở nên dễ dàng, thuận tiện, quá trình tính 
toán không phụ thuộc vào phần mềm do người lập trình thiết lập, mối 
quan hệ giữa các đại lượng được biểu thị rõ ràng, minh bạch; 
3. Lập công thức tính các thông số trong quá trình cấp đông 
cục bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo; 
4. Thiết kế được phần mềm tính toán các thông số trong quá 
trình đông lạnh nhanh tế bào khi sử dụng thiết bị phẫu thuật lạnh. 
5. Mở rộng phạm vi áp dụng các công thức đã được thiết lập 
trong tính truyền nhiệt đông lạnh nhanh theo hướng từ vỏ vào tâm vật 
ẩm. 
 7 
2.1.3.1. Nguyên lý làm việc chu trình lạnh tại tầng 1 
MN1 nén môi chất lên BTD1, qua TBTDN1, qua BHN1, qua 
VTL1, vào bình trung gian 1 (BTG1). Hơi ra khỏi BTG1 đi vào 
BHN1 rồi về MN1. Lỏng tại BTG một phần đi vào kho lạnh 40C, một 
phần đi qua BHN2, đi vào BCHA2. Lỏng trong BCHA2 vừa cấp 
lỏng kho đông nhiệt độ (-350C), vừa làm lạnh TBTDN3. Phần hơi 
sinh ra sẽ qua BHN2 rồi trở về MN2. 
2.1.3.2. Nguyên lý làm việc chu trình lạnh tầng 2 
Môi chất được MN3 nén lên BTD3, qua TBTDN3, qua BHN3, 
qua VTL3 cấp lỏng cho BCHA3. Lỏng trong BCHA3 vừa cấp lỏng 
làm lạnh tủ đông, vừa làm lạnh TBTDN4, phần hơi sinh ra sẽ đi qua 
BHN3 sau đó được hút về MN3. 
2.1.3.3. Nguyên lý làm việc chu trình lạnh tầng 3 
Tầng 3 có nguyên lý làm việc tương tự như tầng 2. 
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 
2.2.5. Đồ thị T-s và thông số kỹ thuật của hệ thống lạnh Cryo 
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 
2.3.2. Cấu tạo và kích thước các thiết bị bảo quản lạnh 
2.3.3.Tính phụ tải nhiệt tại các tầng của hệ thống lạnh 
2.3.4. Tính chọn máy nén cho hệ thống lạnh 
2.3.5. Tính chọn các thiết bị phụ trợ 
2.3.6. Vận hành hệ thống lạnh Cryo 
2.4. Kết luận chương 2 
1. Đề xuất chu trình hệ thống lạnh Cryo có nhiều chế độ làm 
lạnh khác nhau phục vụ nhu cầu bảo quản sản phẩm lạnh y tế cho các 
bệnh viện Việt Nam. Trong sơ đồ này, tác giả đã sử dụng phương 
pháp làm lạnh do Pictet phát minh kết hợp việc sử dụng môi chất 
lỏng có nhiệt độ bay hơi khác nhau tạo ra môi trường lạnh có nhiều 
chế độ làm lạnh khác nhau. 
2. Thông số trạng thái, thông số kỹ thuật, công suất máy nén, 
công suất các thiết bị phụ trợ của hệ thống lạnh Cryo đều nằm trong 
phạm vi cho phép hoạt động của môi chất lạnh, dầu bôi trơn cũng 
như các yếu tố kỹ thuật khác. Như vậy, về lý thuyết hệ thống lạnh 
Cryo là phù hợp, có tính thuyết phục. 
 17 
Hình 3.17. Sơ đồ khối phần mềm tính các thông số khi 
cấp đông nhanh tế bào 
3.2.2. Nhập số liệu 
3.2.3. Chương trình tính các thông số 
3.2.4. Xuất kết quả 
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 
Bắt đầu 
Nhập số liệu 
Kết thúc 
Xuất kết quả 
Tính thông số quá trình đóng băng 
Tính thời gian cấp lỏng 
 16 
 Để tiêu diệt khối u triệt để, phẫu thuật viên sẽ tiến hành quy 
trình cấp lạnh- tan giá và làm ấm nhiều lần với chu kỳ: 20 phút làm 
lạnh lần thứ nhất, 10 phút làm ấm và 15 phút làm lạnh lần thứ hai. 
Ta sẽ giải các bài toán xác định thời gian để tan giá và làm ấm 
tế bào. 
3.1.13. So sánh kết quả tính giữa phương pháp giải tích và phương 
pháp số 
3.1.13.1. Kết quả giải bài toán bằng phương pháp số 
3.1.13.2. Kết quả giải bài toán bằng phương pháp giải tích 
3.1.13.3. So sánh kết quả giải bài toán giữa hai phương pháp 
Sai số giữa phương pháp tính bằng giải bằng giải tích và 
phương pháp số là 2,81%. 
3.2. Xây dựng phần mềm tính các thông số trong quá trình cấp 
đông nhanh tế bào 
Ta đã lập được các công thức tính các thông số trong quá trình 
đóng băng hóa rắn tế bào. Các công thức này khá phức tạp, trong đó 
có các phương trình chỉ giải được bằng phương pháp gần đúng. 
Trong phần này, tác giả sẽ thiết kế một phần mềm để tính toán các 
thông số trong quá trình cấp đông nhanh tế bào bằng kỹ thuật lạnh 
Cryo. 
3.2.1. Sơ đồ khối 
Sơ đồ khối phần mềm tính các thông số khi cấp đông nhanh 
được biểu diễn trên hình 3.17. Quá trình tính toán sẽ lần lượt từ nhập 
số liệu, tính các thông số trong quá trình đóng băng tế bào, tính thời 
gian cần thiết cấp lỏng cho thiết bị phẫu thuật lạnh, cuối cùng xuất 
kết quả và kết thúc. 
 9 
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT KHI 
CẤP ĐÔNG CỤC BỘ TẾ BÀO BẰNG KỸ THUẬT LẠNH CRYO 
Trong chương này, tác giả đề xuất giải bài toán truyền nhiệt 
theo một cách giải mới, bằng phương pháp giải tích. Đây là một việc 
làm cần thiết, phù hợp với quy trình thao tác cấp đông cục bộ tế bào 
bằng kỹ thuật Cryo. 
3.1. Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán các thông số trong quá 
trình cấp đông cục bộ tế bào bằng kỹ thuật lạnh Cryo 
3.1.1. Lý thuyết tổng quan về các quá trình chuyển pha 
3.1.2. Tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm 
3.1.3. Phát biểu bài toán truyền nhiệt khi cấp đông nhanh tế bào 
Hình 3.3. Bố trí thiết bị khi cấp đông nhanh tế bào 
Cho vật ẩm có độ ẩm w, khối lượng riêng ρ, nhiệt dung riêng 
c, nhiệt độ ban đầu t1, tiếp xúc với vách lạnh bằng kim loại mỏng 
dạng phẳng hoặc trụ hoặc cầu có bán kính r0. Mặt vách được làm lạnh 
bởi môi chất lỏng lạnh sôi, bay hơi ở nhiệt độ tf << t0 = 00C, lớp băng 
bao quanh vách có nhiệt độ đóng băng t0 và nhiệt hóa rắn rc như của 
nước. Cần tìm các thông số đóng băng. 
a cb
v v
Håi N 2
caïch nhiãût
chán khäng
2Håi N
2Håi N
Loíng N 2 (t <<t <t )f 0 1
v
 10 
3.1.4. Tham khảo phương trình thiết lập khi giải bằng phương 
pháp số 
3.1.4.1. Thiết bị làm lạnh khi giải bài toán bằng phương pháp số 
3.1.4.2. Thông số vật lý vùng khảo sát khi giải bài toán bằng phương 
pháp số 
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 
khi đóng băng là xảy ra rất nhanh và đồng thời. 
3. Xem dòng nhiệt q tức thời tại lúc t (q(t)) do dẫn nhiệt từ lớp 
băng chuyển pha ra môi chất lạnh trong thời gian vô cùng bé dt là ổn 
định. 
4. Coi tế bào là vật ẩm có các thông số vật lý (độ ẩm w; khối 
lượng riêng r, nhiệt dung riêng C; hệ số dẫn nhiệt l; nhiệt độ đóng 
băng t0 và nhiệt chuyển pha rc) là phân bố đều và không thay đổi 
trong không gian và thời gian khảo sát. 
3.1.6. Quá trình tạo băng trên bề mặt phẳng vật ẩm bán vô hạn 
Gọi x là độ dày lớp băng đã tạo ra trước lúc t, dx là độ dày lớp 
băng mới tạo ra sau thời gian vô cùng bé dt (hình 3.9a). Theo định 
luật bảo toàn năng lượng, phương trình cân bằng nhiệt tức thời lúc t 
cho khối băng dV= f.dx mới tạo ra sau thời gian dt sẽ có thể phát 
biểu: Nhiệt tỏa ra do dV hạ nhiệt đến t0 và đóng băng = Nhiệt truyền 
qua vách băng dày x ra môi trường lạnh. Phương trình toán học là: 
 15 
( )( ){ }cibbii rttCCdxf .......... 01 whrrbxr +-+ = t
ll
d
a
df
x
tt
id
d
f ..
1
)( 0
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
++
- ,[J]
 (3.64) 
Phương trình sẽ có nghiệm là: 
A
AAA
x
i
d
d
i
d
d l
l
d
a
tl
l
d
a
t
..1..2..1
)(
22
2
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+-+÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+
= ; (3.65) 
Từ đây có thể suy ra các công thức: 
x(-50C) = 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
ft
x 51).(t (3.66) 
x(-100C) = 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
ft
x 101).(t (3.67) 
3.1.10. Khảo sát và so sánh các quá trình tạo băng trong vật ẩm 
3.1.11. Xác định thời gian cấp lỏng cho thiết bị phẫu thuật lạnh 
Giả sử có một khối tế bào ung thư, có kích thước đã xác định. 
Hãy xác định thời gian cấp lỏng cần thiết cho thiết bị phẫu thuật lạnh, 
sao cho lớp biên của khối u đạt đến nhiệt độ tc ( tc- nhiệt độ chết của 
vi khuẩn; tc £ 00C). 
3.1.12. Xác định thời gian tan giá và làm ấm 
Sau khi lớp băng đã đạt đến kích thước yêu cầu rc, quá trình 
cấp lỏng môi chất lạnh vào thiết bị phẫu thuật lạnh sẽ tạm ngưng, tiếp 
đến là quá trình tan giá và làm ấm. Khi ngừng cấp lỏng, khối băng sẽ 
hấp thu nhiệt từ môi trường xung quanh và tăng nhiệt độ. Tuy nhiên 
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 
+ Trường nhiệt độ với rÎ(r0,r(t)) 
t(r,t) = ( )
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-
-
-
-
rrrr
tt
t ff
11
))(/1/1( 00
0
t
, (3.63) 
3.1.9. Quá trình tạo băng khi phun môi chất lỏng lên bề mặt da 
Xét lớp da có độ dày dd, hệ số dẫn nhiệt ld; tế bào dưới da có 
hệ số dẫn nhiệt li (hình 3.11). Bề mặt ngoài của lớp da được làm lạnh 
bởi môi chất lạnh có nhiệt độ tf và hệ số tỏa nhiệt a. Hãy xác định 
chiều dày lớp chuyển pha x(t); chiều dày lớp băng đạt được tại nhiệt 
độ -100C (x(-100C)) và -50C (x(-50C)). 
Hình 3.11. Phát biểu hình học bài toán phun môi chất lỏng lên bề 
mặt da 
Do lớp da không có nhiệt ẩn hóa rắn, nên ta chỉ xem như một 
lớp cách nhiệt có chiều dày dd, hệ số dẫn nhiệt ld. 
Ta có thể phát biểu: Nhiệt tỏa ra của lớp băng chuyển pha dV 
= Nhiệt truyền qua vách băng dày x, truyền nhiệt qua lớp da dày dd, 
tỏa ra môi trường lạnh có hệ số tỏa nhiệt a. Phương trình toán học 
được viết là: 
t Bàng x ( )
x dx
a 
l ;d l ;x
 11 
Hình 3.9.Phát biểu hình học của 3 bài toán biên hóa rắn trong tế bào 
( )( ){ }cibbii rttCCdxf .......... 01 whrrbxr +-+ tl dftt
x f
i .).( 0 -=
,[J] (3.44) 
Trong đó: 
i - loại tế bào đang khảo sát; 
Ci, ri, li - thông số vật lý của tế bào; 
Cb, rb - thông số vật lý của máu; 
x,h - hệ số phụ thuộc loại tế bào đang khảo sát; 
b = 7% - tỷ lệ khối lượng máu trong cơ thể người. 
( )( )
ò ò -
+-+
=
t
l
whrrbxrt
0 0 0
01 ..
).(
........x
fi
cibbii dxx
tt
rttCCd ®t(x)= 2
2
xA ; (3.45) 
với A ( )( )
).(
........
0
01
fi
cibbii
tt
rttCC
-
+-+
l
whrrbxr ,[s/m2] (3.46) 
Hàm ngược của t(x) có dạng x(t) =
A
t2 , [m]. (3.47) 
+ Vận tốc: v =
td
dx
tt ..2
1
)(.
1
AxA
= ,[m/s] (3.48) 
+ Gia tốc a =
td
dv 0
22
1
3
<
-
tA
,[m/s2] (3.49) 
+ Trường nhiệt độ không ổn định trong lớp băng: 
b ca
x dx
Bàng x( )t 
(0,t ,r , ,t ,x( ))l t t l (r ,t ,r , ,t ,r( ))
t Bàng r( ) Bàng r( )t 
(r ,t ,r , ,t ,r( )) l t
 12 
t(x,t) = 
)(
)( 0 tx
xttt ff -- , [
0C] (3.50) 
3.1.7. Quá trình tạo trụ băng trong vật ẩm 
Gọi r là bán kính lớp băng đã tạo ra trước lúc t, dr là độ dày 
lớp băng mới tạo ra sau thời gian dt (hình 3.9b). Cân bằng nhiệt tức 
thời lúc t cho khối băng hình trụ dV = 2.p.r.h.dr mới tạo ra sau thời 
gian vô cùng bé dt có thể phát biểu: Nhiệt lượng do dV tỏa ra để hạ 
nhiệt đến t0 và đóng băng = Nhiệt lượng truyền qua vách trụ băng cũ 
ra môi trường lạnh. Mô tả toán học của phát biểu trên là phương trình 
cân bằng nhiệt tức thời có dạng: 
( )( ){ }=+-+ cibbii rttCCdrhr ...........2 01 whrrbxrp )/ln(/.)..(..2 00 rrdhtt fi tlp - ,[J]. 
 (3.51) 
t(r) = )ln2(
4
2
0
2
0
2 rr
r
rrA +- ,[s] ; (3.52) 
Hàm ngược của t(r) là r(t) = t-1(r) có thể mô tả ở dạng một 
bảng số. 
+ Vận tốc v=
td
dr = 
1
0
ln..
-
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
r
rrA , [m/s] (3.53) 
+ Gia tốc a =
td
dv = ( )
3
0
2
0
))/ln(.(
/.ln
rrrA
rre- < 0, [m/s2] (3.54) 
+ Trường nhiệt độ không ổn định trong vách băng đang di 
động, tại r Î(r0,r(t)) có dạng: 
t(r,t) = ( )
00
0 ln
)/)(ln( r
r
rr
tt
t ff t
-
- ; (3.55) 
 13 
3.1.8. Quá trình tạo cầu băng trong vật ẩm 
Gọi r là bán kính cầu băng đã tạo ra trước lúc t, dr là độ dày 
băng mới tạo ra sau thời gian vô cùng bé dt (hình 3.9c). Theo định 
luật bảo toàn năng lượng, phương trình cân bằng nhiệt tức thời lúc t 
cho khối cầu băng dV=4.π.r2.dr mới tạo ra sau dt sẽ có thể phát biểu: 
Nhiệt do dV tỏa ra khi hạ nhiệt đến t0 và hóa rắn = Nhiệt truyền qua 
vách cầu vào tâm lạnh. Mô tả toán học của phát biểu trên là phương 
trình cân bằng nhiệt tức thời có dạng: 
( )( ){ }=+-+ cibbii rttCCdrr .........4 01.2 whrrbxrp )/1/1/().(..4 00 rrdtt fi -- tlp ,(J) 
 (3.57) 
t(r)= ).32(
.6
3
0
2
0
3
0
rrrr
r
A
+- ,[s]; (3.58) 
Hàm ngược của t(r) là là phương trình bậc 3 có dạng: 
03
22
3 0
3
0203 =÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-+-
A
rrrrr t , đặt r 2
0rx + , phương trình có dạng 
x3 + px + q = 03
2
3 030
2
03 =÷
ø
ö
ç
è
æ -+÷
ø
ö
ç
è
æ-
A
rrxrx t , trong đó 
p = 4/3 20r- ,[m
2] và q = Arr /3 030 t- q(t), [m
3]. (3.59) 
Dùng công thức Cardano, có thể mô tả nghiệm r(t) ở dạng: 
r(t) =
3
32
32
)(
2
)(
÷
ø
ö
ç
è
æ+÷
ø
ö
ç
è
æ+
- pqq tt + 
3
32
32
)(
2
)(
÷
ø
ö
ç
è
æ+÷
ø
ö
ç
è
æ-- pqq tt + 2
0r , [m]; (3.60) 
+ Vận tốc v=
td
dr
=
).(. 0
0
rrrA
r
-
,[m/s] (3.61) 
+ Gia tốc a = 
td
dv
= 3
0
32
0
2
0
).(.
).2.(
rrrA
rrr
-
-
- ,[m/s2] (3.62)