BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI THIẾT BỊ TRỢ THỞ BỆNH NHÂN

Qua đó hỗ trợ oxy đi vào phổi, duytrì các hoạt động hệ tuần hoàn, kéo dài sự sống cho bệnh nhân.Không chỉ hữu hiệu trong thời buổi dịch bệnh này mà đây chính là một thiết bịquan trọng nh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Nhóm thực hiện: Nhóm “Hội F.A”

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 26 tháng 02 năm 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

TP HCM, 01/2022

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN……… 1

LỜI NÓI ĐẦU……… 2

TÓM TẮT……….3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Hình thành ý tưởng……… 4

1.1.1 Khái niệm trợ thở………4

1.1.2 Tổng quát………4

1.1.3 Lịch sử phát triển………5

1.1.4 Các thế hệ của thiết bị………5

1.2 Thiết kế và phát triển……… 7

1.2.1 Phân loại……….7

1.2.2 Cơ cấu……….7

1.2.3 Chế độ hoạt động………8

1.2.4 Áp suất trợ thở………9

1.3 Thực hiện – vận hành……… 9

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy tạo oxy………9

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của Sensor và Arduino……….11

CHƯƠNG 2: SẢN PHẨM 2.1 Bản vẽ 3D………12

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 Ứng dụng thực tế……….14

3.2 Đánh giá………14

3.2.1 Ưu điểm……… ……….14

3.2.2 Nhược điểm……… 14

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Nguyên lí hoạt động………10

Hình 2.1: Máy trợ thở……… 12

Hình 2.2: Máy trợ thở……… ………12

Hình 2.3: Máy trợ thở……… 13

Hình 3: Cấu tạo bên trong……… 13

Hình 4: Ứng dụng thực tiễn……….…14

LỜI CẢM ƠN

 Chúng em xin gửi lời cảm ơn và lòng tri ân sâu sắc đến thầy Lê Quốc Khải đã tạođiều kiện và hướng dẫn chúng em hoàn thành bài báo cáo Nhờ có những bài giảngđầy nhiệt huyết của thầy mà chúng em đã được tiếp cận với những kiến thức căn bản

về kỹ thuật và những kỹ năng cần thiết cho công việc, sự nghiệp sau này

 Trong quá trình làm báo cáo khó tránh khỏi sai sót mong thầy bỏ qua và chúng emrất mong nhận được lời góp ý, nhận xét từ thầy để chúng em có thêm kinh nghiệmgiúp hoàn thành tốt hơn các bài báo cáo sắp tới

 Chúng em xin chân thành cảm ơn!

 LỜI NÓI ĐẦU

 Môn học Nhập môn kỹ thuật tuy không phải là môn học đại cương nhưng môn họcnày rất có tầm quan trọng đối với sinh viên ĐH Bách Khoa nói riêng và sinh viêncác ngành khối khoa học kỹ thuật công nghệ nói chung Môn học này chính là nềntảng cơ bản để có thể đào tạo những kỹ năng mở đầu cần thiết và kiến thức chuyênnhanh mà một sinh viên khối kỹ thuật cần có

 Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã có rất nhiều thiết bị máymóc và phát minh hiện đại ra đời Trong số đó có lẽ rằng thiết bị trợ thở chobệnh nhân không còn xa lạ đối với mọi người Năm 1830, một bác sĩ ngườiScotland sáng chế ra chiếc "hộp kín chứa khí" Hệ thống này thay đổi áp suấtkhông khí của môi trường bên ngoài cơ thể và gián tiếp tác động không khí lưuthông trong phổi Đây cũng chính là bước ngoặt đầu tiên mà khoa học kỹ thuậtđược ứng dụng vào y học

 Hôm nay, với sự thú vị của môn học Nhập môn kỹ thuật chúng ta sẽ tìm hiểu vềthiết bị trợ thở bệnh nhân cũng như thiết kế mô hình của thiết bị này Nội dungbài tập lớn của chúng em gồm các chương như sau:

Máy trợ thở có tác dụng điều chỉnh lưu lượng oxy phù hợp với tình trạng của bệnhnhân dưới một áp suất lưu thông khí nhất định Qua đó hỗ trợ oxy đi vào phổi, duytrì các hoạt động hệ tuần hoàn, kéo dài sự sống cho bệnh nhân.

Không chỉ hữu hiệu trong thời buổi dịch bệnh này mà đây chính là một thiết bịquan trọng nhất trong lĩnh vực công nghệ y sinh không thể thiếu tại các bệnh viện

và phòng khám, đặc biệt là các trường hợp cấp cứu, phẫu thuật, gây mê hồi sức…

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Hình thành ý tưởng:

- Diễn biến dịch covid hoành hành

- Những người có hệ hô hấp và đường thở kém, khó thở

- Các trường hợp cấp cứu, phẫu thuật…

1.1.1 Khái niệm trợ thở

Định nghĩa: Trợ thở là gì?

Khi hệ thống hô hấp không thể thực hiện các chức năng bình thường của

nó, thiết bị trợ thở sẽ giúp hệ thống hô hấp hoạt động bằng cách phá vỡ cácrào cản đường thở bị tắc và cung cấp oxy đến các vùng phổi, duy trì các hoạtđộng trao đổi tuần hoàn của cơ thể nói chung và hệ thần kinh (não) nóiriêng

1.1.2 Tổng quát

Sự cải tiến và phát triển không ngừng cũng như mở rộng ứng dụng lâm sàngcủa máy thở cơ học là những yếu tố nổi bật cho sự phát triển và lớn mạnh củangành chăm sóc hô hấp cũng như y học sức khỏe quan trọng Nhu cầu thởmáy là đặc điểm chung của những bệnh nhân cần được chăm sóc đặc biệt(ICU) Trên thực tế, việc mở rộng và cải tiến các thiết bị hỗ trợ hô hấp cơ học

đi kèm với sự phát triển tương tự trong ngành

Sự phát triển lịch sử của máy thở có áp lực cơ học, áp lực dương và âm, xâmnhập và không xâm nhập được thảo luận với mục đích là cố gắng xác địnhnhững thay đổi trong y học lâm sàng đã xảy ra để thúc đẩy sự cải tiến củamáy thở cơ học Sự phát triển thế hệ của máy thở áp lực dương cho đơn vịchăm sóc đặc biệt cũng như khả năng của máy thở hiện nay cho đơn vị chăm

sóc đặc biệt Tất cả những điều này tạo cơ sở cho nền tảng phát triển thiết bịtrong tương lai.

1.1.3 Lịch sử phát triển

Việc sử dụng hệ thống thông gió hỗ trợ đã có từ thời Kinh thánh

Máy trợ thở cơ học dưới dạng thông gió áp suất âm lần đầu tiên xuất hiện vàođầu thế kỷ 19 và các thiết bị áp suất dương bắt đầu ra đời

Máy trợ thở đầu tiên và đơn vị chăm sóc đặc biệt thông thường ngày nayđược đưa ra thị trường vào khoảng năm 1900 (ICU)

Ngày nay có 4 thế hệ máy thở chăm sóc đặc biệt khác nhau, mỗi thế hệ cónhững đặc tính khác nhau so với thế hệ trước Tất cả những tiến bộ trongthiết kế máy trợ thở ICU trong các thế hệ này đã tạo cơ sở cho những đổi mớitương lai

Máy trợ thở ICU của tương lai sẽ có thể tích hợp điện tử với nhiều công nghệ

và có thêm các tính năng mới: có khả năng thông khí hiệu quả cho tất cả bệnhnhân trong mọi trường hợp, xâm lấn và không xâm lấn, chương trình quản lý

cơ bản, hệ thống báo động thông minh, kiểm soát chu trình và hỗ trợ ra quyếtđịnh

1.1.4 Các thế hệ của thiết bị [1]

Thế hệ 1:

Những chiếc máy thở xâm lấn ban đầu này chỉ cung cấp thông khí kiểm soátthể tích với tỉ lệ thở ra/hít vào 1:2 Ngoài ra không hề có bất kỳ màn hìnhhiển thị hay chuông báo quản lý khác.

Thế hệ 2:

Thế hệ thứ hai của máy thở chăm sóc đặc biệt khác với thế hệ đầu tiên vềnhiều mặt Một màn hình theo dõi bệnh nhân đơn giản đã được tích hợp vàochính máy thở Hầu hết thể tích và tốc độ hô hấp đều được theo dõi, nhưngđặc điểm nổi bật nhất của thế hệ máy thở này là cảm hứng được kích hoạt bởibệnh nhân Nhưng vẫn chỉ thông gió theo thể tích Đây cũng là nhóm máythở đầu tiên có các cảnh báo cơ bản như áp suất cao, tốc độ cao và lượngtriều thấp Không lâu sau khi thế hệ máy thở này ra đời, thông gió bắt buộcngắt quãng (IMV) đã được áp dụng trong hệ thống thông gió cho người lớn

Thế hệ 3:

Máy thở ICU thế hệ thứ ba điển hình là Puritan Bennett 7200, Bear 1000,Servo 300 và Hamilton Veolar Yếu tố quan trọng nhất mà tất cả những thiết

bị này có điểm chung là điều khiển bộ vi xử lý Đây là một sự kiện lớn trong

sự phát triển của máy thở cơ học, vì hầu như mọi cách tiếp cận và phươngpháp giám sát khí đều có thể thực hiện được Ngoài ra, các cơ chế cung cấpkhí đã được cải thiện rất nhiều Các máy thở này rõ ràng đáp ứng nhu cầu củabệnh nhân hơn bất kỳ thế hệ máy thở cơ học nào khác Vừa có sẵn để thôngkhí theo thể tích, vừa còn có thể được sử dụng cho các nhịp thở tự phát vớithông gió áp lực và hỗ trợ áp lực

Thế hệ 4:

Đây là thế hệ máy thở ICU hiện nay, phức tạp và linh hoạt nhất trong số cácmáy thở cơ học từng được chế tạo Tại thời điểm này, số lượng các loại đãtăng lên đáng kể Nhiều máy thở được phân loại là máy thở ICU có sẵn trêntoàn thế giới, có một số loại được gọi là máy thở bán cấp, cũng như máy thởvận chuyển/chăm sóc tại nhà và máy thở được thiết kế đặc biệt cho các ứngdụng NIV.

1.2 Thiết kế và phát triển:

1.2.1 Phân loại

Máy trợ thở xâm lấn: là loại máy thở thông qua ống đặt nội khí quản

Máy trợ thở xâm lấn được các hãng chia làm 2 dòng chính, loại cố định và diđộng

Máy trợ thở không xâm lấn (không bao gồm máy thở xâm lấn có thể khôngxâm lấn)

1.2.2 Cơ cấu

Máy tạo Oxy bao gồm máy nén khí (air compressor), bộ trao đổi nhiệt (heatexchanger), bể cân bằng/điều chình áp suất (surge tank), mạch điều khiển(control circuit), 2 xi lanh chứa viên zeolite, bể chứa sản phẩm (product tank),

bộ điều chỉnh áp suất (pressure regulator), chỗ thoát oxy

Khối nguồn: Đây là nơi “đầu não” để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệđiều hành, có thể chứa pin dự phòng

Khối điều khiển: Khối này là hệ thống có nhiệm vụ điều khiển các chế độ thởphù hợp với tình trạng bệnh của từng bệnh nhân Khối điều khiển này chứanhiều thành phần kết hợp như mạch xử lý, van, cảm biến khí,

Khối giao tiếp: Đây là khối tương tác trực tiếp với người bệnh thông qua cácống thở tạo thành một mạch liên tục Tùy thuộc vào cấu tạo khác nhau củamỗi thiết bị, thiết bị có thể gồm 1 hoặc 2 ống thông khí nối với bệnh nhân quamặt nạ, ống nội khí quản hoặc mở khí quản

Màn hình: Hiển thị thông tin và thông số vận hành của máy thở, tình trạngbệnh nhân và cảnh báo các trường hợp nguy hiểm tiềm ẩn được cung cấp tạiđây

Bộ điều khiển arduino: sử dụng dùng để lập trình bộ truyền động đi vào và ra

ở một tốc độ đã định

1.2.3 Chế độ hoạt động

Chế độ kiểm soát: Ở chế độ này, bác sĩ lâm sàng cài đặt các thông số trướckhi sử dụng Hầu hết những bệnh nhân trong trường hợp này đều có quá trìnhthở yếu, không thể tự thở được

Chế độ hỗ trợ - áp dụng cho người có thể tự thở Khi bệnh nhân thở đủ, mộttín hiệu sẽ được gửi đến thiết bị Lúc này, thiết bị sẽ đẩy một thể tích khôngkhí vào phổi của bệnh nhân Tuy nhiên, người bệnh có thể điều chỉnh cho phùhợp để tránh một số trường hợp ngừng thở đột ngột, tuy nhiên bác sĩ khuyếncáo nên đặt máy thở ở chế độ tần số như ở chế độ kiểm soát

Chế độ thở đồng bộ ngắt bắt buộc: Đây là chế độ thở được sử dụng xen kẽ vớichế độ thở hỗ trợ và chế độ kiểm soát Chế độ này áp dụng cho những bệnhnhân có thể tự thở và được thở máy trong vài ngày.

1.2.4 Áp suất trợ thở

Thiết bị thở tạo oxy tác động cơ học lên nhu mô phổi và cần có một công suấtnhất định, nếu không sẽ gây ra tổn thương cho phổi Hiệu suất cơ học đượcđịnh nghĩa là hàm của áp suất xuyên phổi, thể tích (TV) và tốc độ hô hấp

Thiết bị trợ thở y tế có nhiều cảm biến khác nhau thường được sử dụng đểtheo dõi và kiểm soát lưu lượng oxy cung cấp cho bệnh nhân Cảm biến SpO2

là một bộ phận quan trọng không thể thiếu trong thiết bị trợ thở Có thể càiđặt cảm biến SpO2 mà bộ điều khiển Arduino cũng có thể đọc và tính toán xử

lý để tạo định mức luồng không khí khớp chính xác với nhịp thở bình thườngcủa bệnh nhân Nhờ phản hồi từ cảm biến SpO2, từ đó điều chỉnh tốc độ của

cơ cấu truyền động để duy trì chính xác lưu lượng không khí cần thiết

1.3. Thực hiện – vận hành:

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy tạo oxy [2]

Máy tạo oxy sử dụng không khí và sản suất ra 90-95% khí oxy tinh khiết.Không khí bên ngoài bao gồm 78% Nito, 21% Oxy và một lượng nhỏ các khíkhác

Máy tạo oxy theo nguyên lý hấp thụ dao động áp suất (Công nghệ PSA) được

sử dụng để tách chất khí cần thiết ra khỏi một hỗn hợp khí dưới một áp suất rất

lớn

Hình 1: Nguyên lí hoạt động

Không khí được hút vào máy nén khí và được nén dưới áp suất rất cao Áp suấtcàng tăng thì nhiệt độ cũng tăng dần Sau đó không khí đi qua đến bộ trao đổinhiệt, qua bể điều chỉnh áp suất đầu phù hợp rồi vào một trong hai xi lanh (xilanh A) Trong xi lanh có chứa chất ban đầu là zeolite (tạo thành từ tinh thểxốp và hoạt động tựa như một lưới sàng lọc)

Bởi Oxy có kích thước nhỏ hơn Nito nên Oxy đi qua đc màng lọc còn Nito thìkhông Theo cách này thì 90-95% oxy tinh khiết sẽ đi ra khỏi xi lanh A

Sau 1 khoảng thời gian nhất định xi lanh A bị nghẽn do phân tử Nito thì mạchđiều khiển kích hoạt xi lanh B và đóng xi lanh A lại để xi lanh A được làmsạch trong khi xi lanh B tiếp tục sản xuất Oxy Sau một thời gian tương tự nhưtrên, xi lanh B sẽ bị nghẽn do phân tử Nito thì mạch điều khiển sẽ kích hoạt A

và đóng B để B được làm sạch trong khi A sản xuất Oxy Vòng tuần hoàn này

sẽ được tiếp diễn liên tục miễn chúng ta cung cấp đủ năng lượng và không khí

Khí Oxy đi ra từ xi lanh được chứa trong bể chứa sản phẩm và đi qua bộ điềuchỉnh áp suất, cuối cùng Oxy di chuyển đến chỗ thoát oxy và được sử dụng chobệnh nhân

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến Sensor và Arduino [3]

Sensor là mạch cảm biến được sử dụng kẹp lên đầu ngón tay của bệnh nhân

để đo chỉ số SpO2 và truyền thông tin đến mạch điều khiển Nếu nồng độSpO2 < 97%, tại mạch điều khiển Arduino sẽ tính toán các thông số theo mãcode được lập trình rồi báo lên màn hình LCD Các bác sĩ và y tá sẽ nhìn kếtquả hiển thị trên màn hình LCD để điều chỉnh lưu lượng oxy

 Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 97% - 99%: oxy trong máutốt

 Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 94% - 96%: oxy trong máutrung bình (cần cho thở thêm oxy)

 Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 90% - 93%: oxy trong máuthấp (nên có y tá hoặc bác sĩ theo dõi hoặc đến bệnh viện gần nhất)

 Độ bão hòa oxy thấp hơn 90% là một cấp cứu trên lâm sàng.

CHƯƠNG 2 SẢN PHẨM

2.1 Bản vẽ 3D: [4]

Hình 2.1: Máy trợ thở

Hình 2.3: Máy trợ thở

Hình 3: Cấu tạo bên trong

- Giải quyết định tình trạng và vấn đề về hô hấp.

- Giải quyết được lưu lượng oxy bị thiếu

- Duy trì oxy cho các hoạt động của cơ quan nội tạng

- Duy trì và cải thiện sự sống cho bệnh nhân

3.2.2 Nhược điểm:

- Chỉ có thể giải quyết tình trạng nhất thời

- Lỗi code áp suất phun tự động

- Giá thành cao

CHƯƠNG 4 TỔNG KẾT

Đồng hành cùng sự phát triển của khoa học – kỹ thuật- y học hiện đại, đối với lĩnhvực chăm sóc sức khoẻ thì các thiết bị y tế dường như đóng vai trò không thể táchrời – máy trợ thở là một trong số đó.

Dựa trên những kiến thức cơ bản và sẵn có, nhóm đã khai thác được các khía cạnhmáy thiết bị trợ thở: về lịch sử phát triển và 4 thế hệ của thiết bị, ứng dụng cácnguyên lý cơ bản trong lĩnh vực y học như nồng độ SpO2 trong máu, về nguyên lývận hành O2, … kết hợp với các cảm biến sinh học (biosensor), các thiết bị liênquan đến điện – điện tử như Arduino để xác định chuẩn xác hơn các thông số Qua

đó, nhóm đã thấy được vai trò chính của thiết bị là cung cấp lượng O2 thiết yếu chobệnh nhân đang hôn mê sâu, cấp cứu, giải quyết tình trạng về vấn đề hô hấp giúpcho đội ngũ y bác sĩ rất nhiều trong việc cứu sống bệnh nhân Đồng thời nâng caohơn về đời sống cho mọi người

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] R M Kacmarek, “The Mechanical Ventilator: Past, Present, and Future,” Respiratory Care, 2011

[2] K Explains, “How Oxygen Concentrator Works,” Youtube, 2021 [Trực tuyến] Available: https://www.youtube.com/watch?v=nPLqw9S3YQE.

[3] “Vinmec International Hospital,” Vin Group, [Trực tuyến] Available: https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/nong-do-oxy-trong-mau-binh-thuong-la-bao- nhieu/?fbclid=IwAR1VEeTFIyOv8r1efuz9yedDl4g5sTumCFxpSEay1nc1hwGVonsaTEHGifI [4] L Phương, “Sieuthiyte,” 31 5 2018 [Trực tuyến] Available: https://sieuthiyte.com.vn/blog/nguyen- ly-may-tao-oxy?fbclid=IwAR3xJN2YGoFLWWkPPgveZ-

177t6XSlhVw7zt3GxHlBXNAfTWJf72XZfR_Ys.

PHỤ LỤC BÁO CÁO

Nhật ký làm việc của nhóm Hội F.A

Thời Gian Công việc chính

Từng công việc nhỏ

Ghi chú Thời gian Công việc

24/11/2021

Họp nhóm

để chọn đềtài, phâncông côngviệc chotừng thànhviên

Phong:

-Phác họa máy trợ thở bằng phần mềm vẽ 3d

-Tìm hiểu thông tin về máy trợ thở

Phát:

-Phác họa các chi tiết,

bộ phận bên trong máy trợ thở

-Tìm hiểu về nguyên lí hoạt động của máy

25-28/11/2021

Tìm hiểu vàphác họa sơ

bộ về máytrợ thở

25/11/2021

Phát và Xuân: tìm

thông tin, các bài viết

về máy trợ thở bằng google schoolar Đã

hoànthành

26/11/2021 Phong: phác thảo sơ hình dạng máy trợ thở

trên máy tính

28/11/2021 Tâm: tổng hợp các thông tin đã thu thập về

máy trợ thở