11 Ảnh chụp X-quang của bệnh nhân bị tràn dịch màng phổi 1.4.1.2 Tri ệu chứng tràn dịch màng phổi thường gặp - Khó thở kéo dài - Đau hoặc tức ngực, đau tăng khi hít thở sâu, khi nói to
TỔ NG QUAN CHUNG
Gi ớ i thi ệu chương
Chương 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về các kiến thức nền tảng cần thiết về cơ thể người và kỹ thuật hút dẫn lưu màng phổi Trong phần lý thuyết lâm sàng, bài viết trình bày cấu trúc của hệ hô hấp, đặc biệt là phổi và màng phổi, nhằm giúp hiểu rõ cơ chế hình thành tràn dịch màng phổi Các khái niệm về cơ học chất lưu như áp suất, chân không và các định luật cơ bản được giới thiệu để làm rõ các quá trình liên quan Ngoài ra, chương còn phân tích các triệu chứng của tràn dịch và tràn khí màng phổi, cùng nguyên lý hoạt động và cấu tạo của từng hệ thống hút dẫn lưu phù hợp nhằm điều trị hiệu quả các bệnh lý này Những kiến thức này rất cần thiết để người thiết kế hệ thống hiểu rõ cơ chế hoạt động của hệ thống hút dẫn lưu màng phổi.
Cơ sở lý thuy ế t lâm sàng
1.2.1 C ấu tạo và đặc điểm của hệ thống hô hấp
Hệ thống hô hấp bao gồm: lồng ngực, đường dẫn khí, phổi và màng phổi.
Lồng ngực (hình 1.1) là khung xương chứa các bộ phận quan trọng như tim, phổi và phế quản, giữ vai trò essentiel trong chức năng hô hấp Khi bị chấn thương, xương sườn có thể gãy và đâm vào các phủ tạng, đặc biệt dễ gây rách màng phổi và phổi, dẫn đến chảy máu và đau đớn Chấn thương lồng ngực còn gây khó khăn trong cử động của phần ngực, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng thông khí phổi và sức khỏe tổng thể của người bệnh.
Lồng ngực gồm khung xương gồm 12 đốt sống ngực, 12 đôi xương sườn, phía trước là xương ức, và phía dưới được giới hạn bởi cơ hoành, đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ các cơ quan quan trọng trong ngực và hỗ trợ hô hấp.
Xung quanh hộp xương được bao phủ từ ngoài vào trong bởi ba lớp tạo nên thành ngực đó là:
- Da và mô dưới da
- Cân (phủtrước cơ ngực to)
- Cơ: Bao gồm cơ ngực to và cơ ngực bé ở phía trước, hai cơ bên là cơ lưng to và cơ răng to
Hình 1 1 Hộp xương lồng ngực
Khi các cơ hô hấp co giãn, xương sườn chuyển động làm thay đổi kích thước lồng ngực, giúp phổi co giãn theo và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thở.
Kích thước và thể tích của lồng ngực thay đổi phù hợp với độ tuổi và giới tính Lồng ngực của nam giới lớn hơn so với phụ nữ, phản ánh sự khác biệt về cấu trúc cơ thể Ở người trưởng thành, lồng ngực có hình dạng hình nón cụt với đường kính ngang nhỏ hơn đường kính trước sau, trong khi đó, lồng ngực của trẻ em có hình dạng tháp với chiều rộng ngang lớn hơn chiều sâu trước sau.
1.2.1.2 Đường dẫn khí Đường dẫn khí (hình 1.2) bao gồm từ mũi, miệng, họng, thanh quản rồi khí quản, phế quản.[1]
- Mũi: trong có nhiều lông, có nhiều lông mũi, có lớp niêm mạc tiếtchất nhầy, có lớp mao mạc dày đặc.
- Họng: Có tuyến amidan và tuyến VA chứa nhiều tế bào limpho.
- Thanh quản: được cấu tạo bởi khung sụn, có nắp thanh quản cử động để đậy kín đường hô hấp.
Khí quản được cấu tạo bởi các vòng sụn hình chữ C xếp chồng lên nhau, giúp duy trì độ mở của đường thở Các vòng sụn này đều được nối với nhau bằng các dây chằng chắc chắn, đồng thời các sợi cơ trơn nằm ở hai đầu các vòng sụn cho phép kiểm soát sự đóng mở của khí quản Cấu trúc chắc chắn này đảm bảo chức năng thông khí hiệu quả cho hệ hô hấp.
- Phế quản: Cấu tạo bởi các vòng sụn Ở phế quản nơi tiếp xúc các phế nang thì không có vòng sụn mà là các thớ cơ.
Hình 1 2 Hệ thống đường dẫn khí
Lớp niêm mạc nằm bên trong đường dẫn khí từ mũi vào các tiểu phế quản, bao gồm hệ thống biểu mô có lông rung, các tuyến dịch nhầy và hệ thống mao mạch Chức năng chính của biểu mô có lông rung là đẩy chất nhầy từ phía trong đường dẫn khí ra ngoài, giúp bảo vệ phổi khỏi bụi và vi khuẩn Ngoài ra, khí và hơi nước trong đường dẫn khí còn được sưởi ấm và bão hòa hơi nước trước khi đi vào sâu bên trong phổi, đảm bảo quá trình hô hấp diễn ra hiệu quả.
Phổi (hình 1.3) là cơ quan chính của hệ hô hấp, chiếm phần lớn hai bên lồng ngực Phổi được bao bọc bởi màng phổi.[1]
Hình 1 3 Lá phổi ởcơ thểngười
Phổi gồm hai bên là phổi trái và phổi phải, trong đó phổi phải lớn hơn phổi trái Mỗi phổi được chia thành các thùy, và các thùy tiếp tục phân chia thành các phân thùy nhỏ hơn Trong mỗi phân thùy có rất nhiều túi nhỏ gọi là phế nang, nơi diễn ra quá trình trao đổi khí quan trọng cho cơ thể.
Hình 1 4 Cấu tạo một phân thùy của phổi
Phế nang là những túi nhỏ chứa khí, có thành mỏng, lót bởi lớp dịch để hỗ trợ quá trình khuếch tán khí Giữa các phế nang là vách phế nang chứa nhiều mạch máu, tạo thành cấu trúc gọi là màng hô hấp, đóng vai trò quan trọng trong trao đổi khí giữa máu và phế nang Trong hai phổi người, có khoảng 300 triệu phế nang, tổng diện tích các phế nang lên đến khoảng 70 m², giúp tăng khả năng trao đổi khí hiệu quả Với cấu tạo đặc biệt này, phổi có những đặc điểm nổi bật giúp duy trì quá trình hô hấp tối ưu.
- Do phổi được cấu tạo bởi nhiều túi nhỏ nên diện tích trao đổi khí rất lớn Tổng diện tích trao đổi khí ở người lớn từ 50-100 m 2
- Màng phế nang rất mỏng lại có nhiều mạch máu ở phế nang nên trao đổi khí dễ dàng.
- Phổi có tính đàn hồi lớn nên dễ dàng thay đổi thể tích, do vậy quá trình thông khí thuận lợi.
1.2.1.4 Màng phổi và áp suất âm khoang màng phổi
Màng phổi gồm hai lá là lá thành và lá tạng, trong đó lá thành áp sát mặt trong thành ngực còn lá tạng sát mặt ngoài phổi Khoang màng phổi nằm giữa hai lá này, nhưng chúng luôn áp sát nhau, chỉ cách nhau bởi một lớp dịch mỏng giúp hai lá dễ dàng trượt lên nhau Do đó, khoang màng phổi được xem là khoang ảo, đóng vai trò quan trọng trong quá trình giảm ma sát và bảo vệ phổi.
Trong khoang màng phổi bình thường, có một lượng nhỏ dịch sinh lý khoảng 10-15ml đóng vai trò như hệ thống đệm giảm ma sát giữa phổi và thành ngực, giúp duy trì chức năng hô hấp bình thường và bảo vệ các cơ quan trong khoang ngực.
Hình 1 thể hiện các vị trí khoang màng phổi Áp suất trong khoang màng phổi khi nghỉ ngơi có giá trị khoảng 756 mmHg, thấp hơn áp suất khí quyển là 760 mmHg, chính vì vậy gọi là áp suất âm Để xác định áp suất âm màng phổi một cách thực nghiệm, ta có thể sử dụng phương pháp chọc kim tiêm qua cơ liên sườn thành ngực, với đầu kim nằm trong khoang màng phổi và nối với áp kế Khi đó, áp kế sẽ đo được áp suất âm kể cả khi ngừng thở và trở nên âm hơn khi hít vào, giúp đánh giá chính xác trạng thái áp suất trong khoang màng phổi.
Khoang màng phổi là một khoang kín, đảm bảo chức năng giữ cho phổi luôn được giữ ở trạng thái phù hợp Trong khi đó, phổi là cơ quan có tính đàn hồi, có xu hướng co lại nhỏ hơn thể tích của lồng ngực, giúp duy trì quá trình hô hấp hiệu quả.
Khi lá tạng bị kéo tách ra khỏi lá thành, thể tích khoang màng phổi có xu hướng tăng lên, dẫn đến giảm áp suất trong khoang bình kín khi nhiệt độ không đổi Điều này xảy ra vì thể tích tăng khiến áp suất tổng trong khoang màng phổi thấp hơn so với áp suất bên ngoài bình, ảnh hưởng đến cân bằng khí trong khoang màng phổi.
Do đó, khoang màng phổi có áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (hình 1.6).
Áp suất âm trong khoang màng phổi chịu sự thay đổi theo chu kỳ hô hấp, giúp phổi co giãn theo cử động của lồng ngực Khi hít vào, thể tích khoang màng phổi tăng lên do lồng ngực mở rộng, làm cho áp suất âm trở nên sâu hơn, có thể xuống tới -30 mmHg, còn khi thở ra, thể tích giảm và áp suất âm giảm dần về khoảng -4 mmHg Để duy trì áp suất âm cần lồng ngực kín, giúp lá tạng dính chặt vào lá thành, từ đó phổi co giãn theo nhịp thở Khi áp suất âm mất đi, phổi không còn khả năng co giãn theo lồng ngực nữa, dẫn đến rối loạn hô hấp, đặc biệt rõ ở bệnh nhân bị vết thương lồng ngực hở khi không khí tràn vào khoang màng phổi làm áp suất cân bằng với khí quyển và làm phổi xẹp dần, gây suy hô hấp.
Nhờ áp suất âm trong lồng ngực, áp suất trong phổi luôn thấp hơn các vùng xung quanh, giúp máu từ các tĩnh mạch dễ dàng trở về tim Áp suất âm còn tạo điều kiện thuận lợi cho tuần hoàn phổi có áp suất thấp, hỗ trợ tim phải bơm máu lên phổi hiệu quả hơn Đặc biệt, trong quá trình hít vào, áp suất trong lồng ngực càng trở nên âm hơn, đẩy mạnh quá trình máu lên phổi nhanh chóng và dễ dàng hơn.
7 cũng nhiều hơn cùng lúc đó phân áp O2 phổi cũng cao hơn, sự trao đổi khí xảy ra tốt hơn.
1.2.2 Ch ức năng thông khí của phổi
Cơ sở lý thuy ế t v ề cơ họ c ch ất lưu
1.3.1 Khái ni ệm chất lưu
Chất lưu bao gồm các chất lỏng và khí, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và tự nhiên Về mặt cơ học, chất lưu được xem như một môi trường liên tục, là tập hợp của các chất điểm liên kết với nhau bằng các lực nội tại tương tác (thường là lực hút) Hiểu rõ đặc tính và hành vi của chất lưu giúp tối ưu hóa các quá trình vận chuyển, truyền nhiệt và các ứng dụng công nghiệp khác.
Các chất lưu có tính chất tổng quát sau:
- Chất lưu không có hình dạng nhất định như một vật rắn
- Chất lưu bao gồm chất lưu dễ nén (chất khí) và chất lưu khó nén (chất lỏng)
Khi chất lưu chuyển động, các lớp của nó di chuyển với các vận tốc khác nhau, gây ra các lực tương tác gọi là lực nội ma sát hoặc lực nhớt Những lực này ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy và đặc tính của chất lưu, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình vận chuyển chất lỏng Hiểu rõ về lực nội ma sát giúp tối ưu hóa các hệ thống dẫn lưu và nâng cao hiệu quả các ứng dụng kỹ thuật liên quan đến chất lưu.
Chất lưu lý tưởng là loại chất lưu hoàn toàn không bị nén và không chứa các lực nhớt, giúp các nhà khoa học dễ dàng phân tích và mô hình hóa các quá trình chảy Trong thực tế, chất lưu không lý tưởng còn được gọi là chất lưu thực, phản ánh đặc điểm của các chất lưu thực tế khi chúng hoạt động gần các điều kiện lý tưởng Việc hiểu rõ về chất lưu lý tưởng giúp tối ưu hóa các ứng dụng kỹ thuật và vật lý liên quan đến dòng chảy của chất lưu.
Theo định nghĩa, mọi chất lưu đều được xem là chất lưu thực Tuy nhiên, một chất lỏng có tính lưu động rất cao và độ nhớt thấp có thể tạm gọi là chất lưu lý tưởng, phù hợp để áp dụng trong các mô hình lý thuyết và phân tích kỹ thuật chất lỏng.
1.3.2 Kh ối lượng riêng và áp suất
Khối lượng riêng (ký hiệu là ρ) của một chất lưu tại một điểm bất kỳ được định nghĩa là khối lượng của chất lưu trong một vùng thể tích ∆V xung quanh điểm đó Khối lượng riêng thể hiện mật độ phân bố của chất lưu, giúp xác định tính chất vật lý của nó Công thức tính khối lượng riêng là ρ = m / ∆V, trong đó m là khối lượng của chất lưu trong thể tích ∆V Điều này cho phép phân tích chính xác hơn về đặc tính của chất lưu tại từng điểm trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực tế.
∆ Đơn vị của khối lượng riêng là Kg m / 3 Đối với chất lỏng người ta còn dùng khái niệm tỷ trọng.
Tỷ trọng của một chất lỏng là tỷ số giữa khối lượng riêng của chất lỏng đó và khối lượng riêng của nước nguyên chất cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Đây là một đại lượng không có đơn vị, giúp xác định tính chất của chất lỏng một cách chính xác Tỷ trọng đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng kỹ thuật và khoa học liên quan đến chất lỏng, như đo lường, phân tích và kiểm soát quá trình Hiểu rõ tỷ trọng giúp người dùng dễ dàng so sánh, nhận biết đặc điểm của các loại chất lỏng khác nhau trong thực tế.
1.3.2.2 Áp suất Áp suất là tỷ số của áp lực ∆ f của chất lưu với toàn bộ diện tích tiếp xúc
∆S của vật rắn Áp suất P chính là áp lực trung bình của chất lưu lên trên một đơn vị diện tích tiếp xúc: p f S
Khi lấy giới hạn của công thức khi diện tích mặt tiếp xúc Δiitiến về 0, tức là mặt tiếp xúc co lại thành một điểm, ta định nghĩa áp suất tại một điểm trên mặt tiếp xúc là p = df Điều này giúp hiểu rõ hơn về cách tính áp suất tại các điểm nhỏ trên bề mặt tiếp xúc trong các bài toán vật lý và cơ học Áp suất tại một điểm được xác định dựa trên giới hạn của lực tác dụng trên diện tích rất nhỏ của mặt tiếp xúc, tạo nền tảng cho các phân tích chi tiết về phân bố áp suất trong các hệ thống cơ học.
= dS Đơn vị SI của áp suất là Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N m / 2
Ngoài ra để đo áp suất người ta còn dùng một số đơn vị khác như:
Atmotphe kỹ thuật (at): 1at=9,18.10 4 N m/ 2 =9,18.10 4 Pa
Torr (để lưu niệm Evangelius Torricelli, người sáng chế ra phong vũ biểu thủy ngân năm 1674) được gọi một cách hình thức là milimet thủy ngân (mmHg).
1 Torr = 1 mmHg là áp suất gây bởi cột thủy ngân cao 1mm
Atmotphe vật lý (atm): 1 atm = 760 mmHg = 1, 01.10 5 Pa
Trong một chất lưu nằm yên trong trọng trường, khối lượng chất lưu trong một hình trụ thẳng đứng có chiều cao dz và diện tích đáy dS được xem xét để phân tích các yếu tố tác động Áp suất tại đáy của cột chất lưu gọi là p, trong khi ở độ cao trên cùng, áp suất tăng lên thành p + dp do trọng lực tác động Các thay đổi về áp suất này phản ánh sự ảnh hưởng của trọng trường đối với trạng thái của chất lưu, giúp hiểu rõ hơn về sự phân bố áp suất trong hệ thống.
Hình 1 7 Mô hình khối chất lưu
Tổng áp lực nén vào hai đáy của khối chất lưu được biểu diễn bằng biểu thức pdS − ( p + dp/dS ), phản ánh áp lực tác dụng lên khối chất lưu hình trụ Trong trạng thái cân bằng, tổng lực nén này phải cân bằng với trọng lực của khối chất lưu, đảm bảo ổn định cấu trúc và diễn biến của chất lưu trong hệ thống Hiểu rõ về áp lực nén trong khối chất lưu giúp tối ưu hóa thiết kế và phân tích các quá trình liên quan đến dòng chảy, áp suất và trọng lượng trong kỹ thuật năng lượng và thủy khí.
Trong đó p là khối lượng riêng của chất lưu Ta có phương trình:
Suy ra: dp = − ρ gdz Đó là công thức cơ bản trong tĩnh học chất lưu.
Nếu trong chất lưu nằm trong trạng thái cân bằng có hai điểm ở độ cao z0 và z, hai điểm ấy có áp suất liên hệ với nhau bởi phương trình
Nếu chất lưu hoàn toàn không nén được (p = không đổi) và gia tốc trọng trường coi như không đổi ta có:
Từ công thức trên ta có:
- Hai điểm trong chất lưu trên cùng một mặt phẳng ngang ( z = z 0) thì áp suât tương ứng bằng nhau
- Mặt thoáng (p = hằng số) của một chất lỏng nằm yên trong mặt phẳng ngang
Trong các mặt thoáng cỡ trung bình, nguyên tắc bình thông nhau (z = hằng số) đúng, giúp hiểu rõ sự phân bố áp suất trong các hệ thống chất lỏng Tuy nhiên, đối với các mặt thoáng của đại dương, mặt thoáng uốn cong theo mặt cong của trái đất, gây tác động đáng kể đến các hiện tượng khí tượng và thủy văn Trong khi đó, các mặt thoáng của chất lưu đựng trong ống nhỏ thường có hiện tượng mao dẫn bị trồi lên hoặc sụt xuống, ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển chất lỏng trong các hệ thống nhỏ.
Nguyên lý Pascal xác định rằng một độ biến thiên áp suất tác dụng vào chất bị nhốt chặt sẽ được truyền một cách hoàn toàn không giảm xuống mọi phần tử của chất lưu cũng như thành bình chứa Nguyên tắc này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống thủy lực, giúp truyền lực một cách hiệu quả và đồng đều trong mọi hướng Áp dụng nguyên lý Pascal giúp thiết kế các thiết bị như xi-lanh thủy lực và các máy móc có khả năng chịu tải lớn với độ chính xác cao.
Hình 1 8 Mô hình chứng minh nguyên lý Pascal
Hình trụ được đậy bằng piston và chứa một hộp chì nằm yên, tạo thành hệ thống kín Khi khí quyển, hộp chì và các viên đạn chì tác dụng lên piston, tạo ra áp suất p t vào piston Do đó, áp suất tại một điểm bất kỳ trong chất lỏng là p = p t + ρgh, trong đó p t là áp suất lệch, ρ là mật độ của chất lỏng và g là gia tốc trọng trường.
Khi thêm một lượng đạn chì vào pittông, áp suất tại điểm P tăng thêm một lượng Δpt, trong khi các đại lượng ρ, g và h trong hệ vẫn giữ nguyên Điều này cho thấy sự tăng áp suất diễn ra do việc bổ sung vật chất vào hệ thống, qua đó ảnh hưởng đến các yếu tố liên quan đến quá trình biến đổi áp suất Việc hiểu rõ mối liên hệ này giúp tối ưu hóa quá trình điều chỉnh áp suất trong các hệ thống cơ khí và thủy lực, phù hợp với các nguyên tắc vật lý và quy luật của nhiệt động lực học.
Độ tăng áp suất tại mọi điểm trong chất lỏng không phụ thuộc vào chiều cao h Điều này có nghĩa là, trong một hệ thống chất lỏng, mức tăng áp suất tại các điểm khác nhau đều có cùng giá trị Hiểu rõ đặc tính này giúp nâng cao kiến thức về các nguyên lý thủy động lực học và áp dụng trong các hệ thống thủy lực, giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành thiết bị.
1.3.4.2 Nguyên lý Pascal và đòn bẩy thủy tĩnh
Hình 1 9 Hình minh họa nguyên lý Pascal và đòn bẩy thủy tĩnh
Khi đòn bẩy hoạt động, một lực F1 tác dụng vào pittong bên nhánh trái có diện tích S1, trong khi một chất lỏng không chịu nén trong dụng cụ chịu lực F2 hướng lên vào pittong nhánh phải với diện tích S2 Để duy trì cân bằng hệ thống, cần tác dụng một lực bên ngoài có cường độ bằng F2, hướng xuống vào pittong nhánh bên phải Lực F1 tác dụng từ bên trái và lực F gây ra bởi tải trọng bên phải làm tăng áp suất ΔP của chất lỏng, qua đó giảm thiểu sự thay đổi áp suất trong hệ thống.
Phương trình trên cho thấy lực F2tác dụng lên tải có thể lớn hơn lực vào F1nếu S2
Khái niệm chân không (vaccum) có thể được định nghĩa theo hai cách:
- Một không gian trống rỗng không có gì cả.
- Không gian mà áp suất trong đó thấp hơn áp suất khí quyển.
Tri ệ u ch ứ ng tràn d ị ch, tràn khí trong khoang màng ph ổ i
Tràn dịch màng phổi là tình trạng dịch tích tụ nhiều hơn mức bình thường trong khoang màng phổi, có thể gây khó thở nhẹ hoặc không triệu chứng khi lượng dịch ít Tuy nhiên, khi lượng dịch tăng đáng kể, nó có thể dẫn đến các biến chứng nghiêm trọng và nguy hiểm đến tính mạng người bệnh.
Tràn dịch màng phổi có nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có thể là lành tính hoặc ác tính, nhiều trường hợp tái phát nhiều lần có thể dẫn đến tử vong Dịch trong tràn dịch màng phổi có thể là dịch thấm, dịch tiết, máu hoặc mủ, tùy thuộc vào nguyên nhân gây bệnh Trong những trường hợp đặc biệt hiếm gặp, dịch có thể là dưỡng chấp, thường xuất hiện khi thành ngực bị vỡ do chấn thương, gây tràn dưỡng chấp xoang màng phổi.
Nguyên nhân gây tràn dịch màng phổi được chia theo phân loại:
- Tràn dịch màng phổi do dịch thấm
- Tràn dịch màng phổi do dịch tiết
Hình 1 11 Ảnh chụp X-quang của bệnh nhân bị tràn dịch màng phổi
1.4.1.2 Triệu chứng tràn dịch màng phổi thường gặp
- Đau hoặc tức ngực, đau tăng khi hít thở sâu, khi nói to hoặc cảm giác không thể hít thở sâu
- Ho khan hoặc ho có đờm
- Sốt có hoặc không kèm theo rét run
- Mệt mỏi, ăn uống kém
- Phù chân đối với người tràn dịch màng phổi do suy tim, suy gan, suy thận, suy dinh dưỡng…
1.4.1.3 Nguyên nhân gây tràn dịch màng phổi
- Lao màng phổi; thường gặp ở người trẻ tuổi khỏe mạnh, có thể có cả lao phổi (ho lao) kèm theo
Ung thư phổi có thể gây tràn dịch màng phổi do tế bào ung thư xâm lấn vào màng phổi hoặc tắc nghẽn lưu thông dịch màng phổi Ngoài ra, tràn dịch có thể xảy ra do tế bào ung thư di căn từ các vị trí khác đến màng phổi, làm ảnh hưởng đến sức khỏe của bệnh nhân và yêu cầu chăm sóc y tế chuyên nghiệp.
Suy tim thường xuất hiện ở những người đã có bệnh lý tim mạch trước đó, khiến khả năng bơm máu của tim giảm sút Hệ quả là máu không được lưu thông hiệu quả, dẫn đến ứ đọng máu trong phổi và hình thành dịch thoát ra khỏi mạch máu vào khoang màng phổi Tình trạng này gây khó thở và ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng hô hấp của người bệnh.
Viêm phổi là tình trạng phổi bị nhiễm trùng, có thể lan ra màng phổi hoặc gây tổn thương gần sát màng phổi, khiến màng phổi bị kích thích và tăng tiết dịch Bệnh nhân cần được chẩn đoán chính xác và điều trị kịp thời để tránh biến chứng nguy hiểm Phương pháp điều trị bao gồm sử dụng thuốc kháng sinh, chăm sóc hợp lý và theo dõi sát sao để đảm bảo quá trình hồi phục nhanh chóng Việc phòng ngừa viêm phổi bao gồm giữ gìn vệ sinh cá nhân, tiêm phòng đầy đủ và duy trì lối sống lành mạnh giúp giảm nguy cơ mắc bệnh.
21 điều trị đúng, kịp thời, tránh tạo thành ổ mủ, dày dính màng phổi, hạn chế hô hấp thông khí
- Suy thận mạn, xơ gan cổtrướng…
- Do các bệnh hệ thống (Lupus ban đỏ, viêm khớp dạng thấp…)
Tràn dịch màng phổi có thể xảy ra khi các tế bào ung thư di căn tới màng phổi, gây tắc nghẽn mạch phổi hoặc tích tụ dịch sau các phương pháp điều trị ung thư như xạ trị hoặc hóa trị.
1.4.2 Tràn khí màng ph ổi
Tràn khí màng phổi là tình trạng khí tích tụ giữa lá thành và lá tạng của màng phổi, gây xẹp một hoặc cả hai phổi do thoát khí vào khoang màng phổi Để chẩn đoán chính xác, bác sĩ dựa vào các dấu hiệu lâm sàng như đau ngực đột ngột, khó thở, khí quản lệch, nhịp tim nhanh, thở nhanh và tụt huyết áp Ngoài ra, hình ảnh chụp X-quang hoặc CT giúp nhận diện tràn khí màng phổi rõ ràng, trong đó, các đốm trắng biểu thị khí trong khoang màng phổi Hình ảnh chụp X-quang của bệnh nhân bị tràn khí màng phổi cho thấy các bọt khí màu trắng, là triệu chứng đặc trưng của bệnh.
Hình 1 12 Ảnh chụp X-quang tràn khí màng phổi
Trạng thái bình thường, khoang màng phổi không chứa khí Tràn khí màng phổi xảy ra khi khí xâm nhập vào khoang màng phổi, gây ảnh hưởng đến chức năng hô hấp Khí có thể tràn vào trong khoang màng phổi từ các nguyên nhân khác nhau, làm giảm khả năng mở rộng của phổi khi hít vào Đây là tình trạng cần được chẩn đoán và điều trị kịp thời để tránh các biến chứng nguy hiểm.
Các nguyên nhân dẫn đến khí trong màng phổi bao gồm khí đi qua đường thở, vào phế nang rồi rách màng phổi, khí có thể đi qua thành ngực, cơ hoành, trung thất hoặc thực quản trong các trường hợp vết thương thấu ngực Ngoài ra, khí trong khoang màng phổi còn có thể sinh ra do các vi sinh vật trong đó tạo ra khí.
Thông thường, áp lực màng phổi có giá trị âm từ -1 đến -30 cmH2O khi thở ra tối đa Tràn khí màng phổi gây xẹp phổi do khả năng co giãn đàn hồi của nhu mô phổi bị ảnh hưởng, làm áp suất âm trong khoang màng phổi giảm xuống từ 0 đến -10 cmH2O hoặc thậm chí có thể lớn hơn 0 cmH2O, gây nguy hiểm khi áp suất trong khoang màng phổi cao hơn áp suất khí quyển.
Về phân loại tràn khí màng phổi, ta có các cách phân loại như sau:
Tràn khí màng phổi được phân loại dựa trên nguyên nhân Tràn khí màng phổi tự phát không phải do chấn thương hoặc vết thương ngực gây ra, trong khi đó, tràn khí màng phổi do chấn thương có thể do các tác nhân như chấn thương, vết thương hoặc các thủ thuật y tế như chọc và sinh thiết phổi-màng phổi, hồi sức tim phổi, đặt catheter tĩnh mạch dưới đòn.
Phân loại tràn khí màng phổi dựa trên đo áp lực khoang màng phổi bằng máy Kuss hoặc bơm tiêm bao gồm ba thể chính: Tràn khí màng phổi kín, đặc trưng bởi chỗ rách đã được bịt lại, đo áp lực âm tính và có tiên lượng tốt; Tràn khí màng phổi hở, nơi chỗ rách còn tồn tại và áp lực khoang màng phổi bằng không, tương đương với áp lực khí quyển; và Tràn khí màng phổi van, với chỗ rách dạng van tạo ra áp lực dương trong khoang màng phổi, gây hiện tượng căng khí, đẩy trung thất sang bên đối diện, dễ dẫn đến suy hô hấp cấp và rối loạn tim mạch, yêu cầu cấp cứu khẩn cấp.
1.4.2.2 Triệu chứng tràn khí màng phổi thường gặp a) Triệu chứng cơ năng
Đau ngực đột ngột là triệu chứng phổ biến nhất khi xảy ra thông khí màng phổi, thường kèm theo cảm giác đau tăng khi hít thở Một số bệnh nhân còn gặp phải khó thở, mặc dù không phải tất cả Đây là những dấu hiệu cần được chú ý để chẩn đoán chính xác và xử lý kịp thời.
Các triệu chứng như ho, đau vai hoặc đau nhói giữa hai bả vai thường xuất hiện nhưng không kéo dài lâu và hiếm khi trở nên nặng hơn, cho thấy các vấn đề sức khỏe thường nhẹ và dễ dàng kiểm soát.
- Choáng váng (tái xanh người, vã mồ hôi, mạch đập nhanh, nông, huyết áp tụt, tay chân lạnh, vã mồ hôi, tinh thần hốt hoảng, lo âu)
- Cảm giác khó thở, sốc, nếu không cấp cứu kịp thời có thể dẫn đến nguy kịch do xẹp phổi, suy hô hấp b) Triệu chứng thực thể
- Lồng ngực không cân đối, bên có tràn khí màng phổi thường sẽ bị phồng to hơn và kém di động hơn bên còn lại
- Khi sờ phổi thì thấy rung thanh có thể bị mất đi
- Vùng khí có xuất hiện tràn khí thì gõ nghe vang, có thể có những vùng thấp xuất hiện tràn dịch, máu thì có thểgõ nghe đục
- Rì rào phế nang có thể giảm hay thậm chí mất hẳn
1.4.2.3 Nguyên nhân gây tràn khí màng phổi
Nhiễm trùng ở phổi bao gồm các loại như áp-xe phổi vỡ, lao phổi, viêm phế nang do vi rút, bụi phổi, bệnh khí phế thũng và bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính vỡ bóng khí phế nang Các tình trạng này gây ra các triệu chứng nghiêm trọng như ho, khó thở, giảm chức năng phổi, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của người mắc Việc chẩn đoán sớm và điều trị kịp thời các bệnh phổi giúp giảm thiểu biến chứng và nâng cao cơ hội hồi phục Điều trị các bệnh phổi cần dựa trên nguyên nhân và mức độ nặng của từng trường hợp, kết hợp với việc phòng ngừa bằng cách hạn chế tiếp xúc với môi trường ô nhiễm và duy trì lối sống lành mạnh.
- Do hen suyễn, hen phế quản nặng
- Các bệnh lý viêm phổi tắc nghẽn mãn tính
K ỹ thu ậ t hút d ẫn lưu màng phổ i
Dẫn lưu màng phổi (DLMP) là thủ thuật quan trọng giúp loại bỏ khí, máu hoặc dịch tích tụ trong khoang màng phổi, nhằm giúp phổi giãn nở tốt hơn Quá trình này giúp tái tạo áp lực âm trong khoang màng phổi, hỗ trợ phục hồi chức năng hô hấp của người bệnh Dẫn lưu màng phổi là phương pháp điều trị hiệu quả trong các trường hợp tràn khí, tràn dịch hoặc máu trong khoang màng phổi, góp phần nâng cao khả năng hồi phục và giảm các biến chứng hô hấp.
Hiện nay, nhờ sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, nhiều bệnh viện trong nước đã trang bị các thiết bị, dụng cụ hiện đại trong kỹ thuật DLMP, giúp nâng cao hiệu quả và thuận tiện trong cấp cứu cũng như điều trị các vết thương thấu ngực, chấn thương ngực kín, tràn dịch màng phổi và tràn khí màng phổi.
1.5.1 Nguyên lý h ệ thống hút dẫn lưu
1.5.1.1 Hệ thống dẫn lưu một bình a) Đặc điểm và nguyên lý hoạt động
Hệ thống dẫn lưu sử dụng một bình đựng duy nhất với dung tích lớn, làm bằng thủy tinh trong suốt có chia độ trên vỏ, chứa lượng dịch vô khuẩn cố định Bình được trang bị hai ống nối qua nắp bình: một ống ngắn thông với không khí bên ngoài để cân bằng áp suất, và một ống dài nối trực tiếp từ bệnh nhân vào bình chứa, đặt chìm dưới mực nước khoảng 2cm để hoạt động như một van một chiều giúp ngăn ngừa dịch tràn ngược vào trong cơ thể.
Bình đựng cần đặt ở vị trí thấp hơn bệnh nhân từ 0,5 đến 1 mét để đảm bảo quá trình hút một chiều hiệu quả Vị trí này giúp ngăn dịch chảy ngược vào khoang màng phổi khi bệnh nhân ho, đồng thời duy trì áp lực âm trong khoang màng phổi, tránh tăng áp lực đột ngột gây ảnh hưởng đến quá trình hồi phục Đặt bình đúng cách là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của quá trình điều trị.
Khi áp suất màng phổi của bệnh nhân vượt quá mức nước (lớn hơn 2cmH2O), không khí trong ống sẽ bong ra và xuất hiện bọt khí trong dung dịch chứa trong bình, đặc biệt khi bệnh nhân thở ra Khi bệnh nhân hít vào, áp lực âm trong màng phổi sẽ hút dung dịch từ bình lên đường ống, ngăn không cho không khí đi vào đường ống hoặc khoang màng phổi, giúp giảm nguy cơ gặp phải các biến chứng nghiêm trọng.
Hình 1 13 Hệ thống dẫn lưu dùng một bình b) Ưu điểm của hệ thống
- Dễ dàng ứng biến từ các thiết bị không liên quan
- Đối với tràn khí màng phổi đơn giản, thường không cần làm gì cầu kỳ hơn.
Hệ thống có mức chất lỏng (tức là áp suất van) có thể điều chỉnh được, giúp tùy chỉnh áp lực phù hợp với từng ứng dụng Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý, chẳng hạn như phần mở rộng của quá trình điều chỉnh hoặc khả năng gặp phải các hạn chế kỹ thuật nhất định Việc hiểu rõ các điểm mạnh và hạn chế của hệ thống sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn trong sử dụng.
Khi dịch màng phổi tràn vào chai, bọt khí sẽ hình thành do protein từ khoang màng phổi sủi bọt qua ống dẫn lưu, gây ra tình trạng bình chứa đầy bọt khí gây khó đọc mức chất lỏng Hiện tượng này còn ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của thiết bị, khiến việc theo dõi tình trạng bệnh trở nên không chính xác và mất thẩm mỹ.
Chất lỏng có thể trào ngược vào khoang ngực của bệnh nhân nếu bình chứa nằm trên mức khoang màng phổi; khi bình được đặt thấp hơn ngực, lượng chất lỏng bên trong sẽ không chảy ngược vào lồng ngực, góp phần phòng ngừa các hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe.
1.5.1.2 Hệ thống dẫn lưu hai bình a) Đặc điểm và nguyên lý hoạt động Đối với hệ thống dẫn lưu hai bình (hình 1.14), bình thứ nhất dùng để hứng chất dịch màng phổi, có kích thước lớn ( khoảng 1l) trong suốt, có khắc chia độ và không chứa dung dịch Chai hứng cần có cổto, có nút cao su kín Qua nút đục 2 lỗ, qua các lỗ luồn khít 2 ống thủy tinh bằng nhau Ống hút dẫn lưu đưa vào cơ thể bệnh nhân sẽđược nối với một ống thủy tinh của bình thứ nhất
Bình thứ hai, còn gọi là water-seal, chứa một lượng nước vô khuẩn và được chặn kín bằng nút cao su Một số lỗ thủng trên bình cho phép luồn hai ống thủy tinh: một ống dài và một ống ngắn, trong đó ống dài được kết nối với ống thứ hai của bình đầu tiên Hơn nữa, ống dài được đặt dưới mực nước để đảm bảo hiệu quả hút hơi và duy trì bức tường khí vô trùng, giúp chống trào ngược khí và đảm bảo an toàn cho quá trình điều trị hoặc thăm dò khí quản.
Ống chẩn đoán thường có đường kính khoảng 2 cm và được đặt vào bình nhằm tạo ra chức năng van một chiều, ngăn khí trở lại phổi Thiết kế này giúp khí không bị đẩy ngược vào phổi, đồng thời cho phép dịch và khí từ khoang màng phổi thoát ra một cách dễ dàng qua bình thoát khí.
Hệ thống dẫn lưu hai bình cho phép dịch tự động chảy vào bình theo kiểu xi-phong hoặc sử dụng nguồn chân không của bệnh viện, như máy hút hoặc hệ thống chân không Khi sử dụng nguồn chân không, ống ngắn nối bình thứ hai với nguồn tạo ra áp lực hút chủ động, giúp tạo ra áp suất âm mạnh hơn so với kiểu xi-phong, từ đó nâng cao khả năng hút dịch và khí từ phổi một cách hiệu quả hơn Bình thứ hai còn có vai trò ngăn không cho nước tràn vào máy hút, bảo vệ thiết bị trong trường hợp bình chứa dịch đầy.
Hình 1 14 Hệ thống dẫn lưu dùng hai bình b) Ưu điểm của hệ thống
- Mức nước chứa trong bình 2 được giữ cốđịnh
- Dịch màng phổi trong bình 1 và nước trong bình 2 được tách biệt, do đó không hình thành bọt
- Có thể sử dụng để hút dịch màng phổi do có bình đựng dịch cơ thể[9] c) Nhược điểm của hệ thống
Nó kém hiệu quả hơn trong việc thoát khí vì không khí trong bình thứ nhất chủ yếu trở thành phần mở rộng của túi khí màng phổi, gây ra thể tích khí nén lớn Để khí thoát ra khỏi khoang màng phổi, cần phải nén lượng khí này đủ để vượt qua áp lực kháng cự, giúp giảm áp lực trong khoang màng phổi hiệu quả hơn.
Hệ thống dẫn lưu hai bình trong bình water-seal yêu cầu nhiều nỗ lực hơn so với dẫn lưu một bình thông thường Phương pháp này giúp kiểm soát 27 mức nước khác nhau trong bình, từ đó tối ưu hóa quá trình thoát khí và giảm thiểu rủi ro tràn khí màng phổi Đồng thời, hệ thống này hạn chế sự thoát khí trong các trường hợp tràn khí màng phổi và hỗ trợ quá trình tái giãn nở của phổi hiệu quả hơn.
M ộ t s ố máy hút d ẫn lưu hiệ n nay
Tràn dịch màng phổi có nhiều nguyên nhân và triệu chứng khác nhau, do đó việc điều trị phụ thuộc vào nguyên nhân gây bệnh Trong trường hợp tràn dịch do nhiễm khuẩn, bác sĩ sẽ chỉ định sử dụng kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn và loại bỏ nguyên nhân Đối với tràn dịch do ung thư, phương pháp điều trị bao gồm phẫu thuật, hóa trị và xạ trị Các nguyên nhân khác như suy tim, suy thận hoặc xơ gan cũng được điều trị bằng liệu pháp phù hợp nhằm giảm triệu chứng và kiểm soát bệnh Khi tràn dịch quá nhiều gây khó thở, cần thực hiện chọc hút dịch hoặc dẫn lưu màng phổi để giảm áp lực lên phổi Phương pháp dẫn lưu màng phổi là kỹ thuật ngoại khoa đặt ống thông vào khoang màng phổi để thoát khí hoặc dịch tích tụ, qua đó giúp cải thiện chức năng hô hấp và tiến hành xét nghiệm để chẩn đoán chính xác bệnh lý.
Trên thế giới đã phát triển nhiều dòng máy hút dẫn lưu phục vụ điều trị tràn dịch màng phổi Các loại máy này được phân chia dựa trên nguồn chân không tạo ra áp lực hút dẫn lưu và phương pháp điều khiển áp lực trong hệ thống Có thể xác định ba loại chính của máy hút dẫn lưu, giúp tối ưu quá trình điều trị và nâng cao hiệu quả chăm sóc bệnh nhân.
- Máy hút hoạt động bằng điện và bơm điều khiển hoàn toàn điện tử, ví dụ: máy DF-500 (hình 1.16)
Hình 1 16 Máy hút dịch DF-500
- Máy hút hoạt động bằng điện và bơm kết hợp với áp kếnước, điển hình là: Victoria Thorax, Constant 1400 (hình 1.17)
Hình 1 17 Máy hút dịch Constant suction 1400
- Bộ hút dịch áp lực thấp sử dụng nguồn khí y tế trung tâm (hình 1.18)
Hình 1 18 Một bộ hút dịch sử dụng nguồn khí y tế trung tâm
Trong môi trường bệnh viện hiện đại, hầu hết đều có hệ thống chân không kết nối với các phòng điều trị qua một cổng ra để phục vụ các hệ thống dẫn lưu Nguồn chân không này giúp tạo áp lực hút ổn định và hiệu quả cho các thiết bị y tế Bộ hút dịch áp lực thấp sử dụng hệ thống khí y tế trung tâm phổ biến nhờ tính dễ dàng lắp đặt, bảo dưỡng và nguồn chân không liên tục, đảm bảo lưu lượng cao, ổn định không gián đoạn.
Hình 1.16 và 1.17 mô tả loại máy hút chân không hoạt động dựa trên nguồn chân không tạo ra bằng máy hút chủ động Loại máy này phù hợp với các bệnh viện không có sẵn nguồn chân không từ hệ thống khí, đồng thời có tính di động cao, thuận tiện trong quá trình sử dụng Áp suất âm do thiết bị này tạo ra có thể đạt mức tương đương với chân không của hệ thống khí khi các hệ thống này còn mới và được bảo dưỡng tốt.
Việc sử dụng bơm trong thời gian dài có thể dẫn đến suy giảm lưu lượng, đồng thời bảo trì và bảo dưỡng thiết bị này sẽ tốn kém về chi phí và thời gian so với hệ thống khí y tế Máy hút hoàn toàn điều khiển bằng điện tử cung cấp độ chính xác cao và quá trình vận hành tự động, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng Tuy nhiên, dòng máy này có giá thành cao và đòi hỏi thiết kế phức tạp, làm tăng chi phí và độ khó trong quá trình sản xuất và lắp đặt.
THIẾ T K Ế H Ệ TH Ố NG
Gi ớ i thi ệu chương
Dựa trên các cơ sở lý thuyết về hệ thống và các máy dẫn lưu hiện nay, bài viết đề xuất một quy trình thiết kế chính xác và hiệu quả để chế tạo hệ thống hút dẫn lưu màng phổi đầy đủ chức năng và tiêu chuẩn Chương 3 tập trung phân tích thiết kế các khối chức năng trong hệ thống, làm rõ nhiệm vụ, phương thức hoạt động và các thông số kỹ thuật cần thiết của từng chi tiết để đảm bảo hiệu quả cao nhất trong quá trình vận hành.
Quy trình thi ế t k ế
Quy trình thiết kế (hình 2.1) một sản phẩm phục vụ cho mục đích sản xuất và ứng dụng được thể hiện rõ trong hình dưới đây:
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một quy trình thiết kế tiêu chuẩn gồm sáu bước cơ bản nhằm ứng dụng vào sản xuất thiết bị Quy trình này giúp đảm bảo tính nhất quán và chất lượng trong quá trình thiết kế, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu sai sót Các bước trong quy trình thiết kế đã được xác định rõ ràng để phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tối ưu hóa quy trình sản xuất thiết bị Việc xây dựng một quy trình thiết kế chuẩn không những giúp tiết kiệm thời gian mà còn tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường Từ đó, nhóm nghiên cứu hướng tới việc áp dụng các bước này vào quy trình sản xuất để đạt hiệu quả cao nhất.
Quy trình thiết kế bắt đầu từ yêu cầu thiết kế, tiếp tục với thiết kế hệ thống, thiết kế chức năng, và thiết kế nguyên lý cùng mô phỏng, sau đó đến chế tạo thiết bị, cuối cùng là đo kiểm và đánh giá Các bước này được xây dựng theo trình tự hợp lý, chặt chẽ, đảm bảo tính logic và hiệu quả trong quá trình phát triển dự án Nội dung chi tiết của từng bước sẽ được trình bày rõ ràng trong các phần tiếp theo để cung cấp hướng dẫn cụ thể và toàn diện cho quá trình thiết kế và chế tạo thiết bị.
Hình 2 1 Sơ đồ khối quy trình thiết kế
Yêu cầu thiết kế là bước khởi đầu quan trọng trong quy trình thiết kế Ở giai đoạn này, người thiết kế cần hiểu rõ nhiệm vụ và phân tích chính xác các yêu cầu của sản phẩm để đảm bảo đáp ứng đúng mục tiêu dự án Việc này giúp đánh giá mức độ phù hợp và xây dựng sơ đồ khối hiệu quả cho các bước tiếp theo của quá trình thiết kế.
2.2.2 Thi ết kế hệ thống
Bước thứ hai trong quy trình thiết kế hệ thống là xây dựng sơ đồ khối sau khi phân tích và đánh giá các yêu cầu cần thiết Sơ đồ khối giúp thể hiện bức tranh tổng thể của hệ thống một cách rõ ràng và đầy đủ Các khối xây dựng trong sơ đồ phải dựa trên các tiêu chí cụ thể để đảm bảo tính chính xác và khả năng mở rộng của hệ thống.
- Phù hợp với các yêu cầu thiết kế
- Phân chia theo các chức năng thiết kế
Phân chia các yêu cầu phức tạp thành các yêu cầu nhỏ hơn, dễ hiểu và dễ thiết kế là bước quan trọng nhất trong quy trình thiết kế Việc này giúp đảm bảo tính khả thi và tối ưu hóa quá trình thực hiện dự án, từ đó nâng cao hiệu quả công việc Chia nhỏ yêu cầu không chỉ giúp quản lý dự án dễ dàng hơn mà còn giảm thiểu rủi ro và tăng tính linh hoạt trong quá trình phát triển sản phẩm.
2.2.3 Thi ết kế chức năng
Sau khi hoàn thành các khối trong thiết kế hệ thống, bước phân tích chức năng chính là xác định nhiệm vụ và các thông số cụ thể của từng khối Mỗi khối trong hệ thống đều có chức năng riêng biệt, bao gồm các nhiệm vụ và dữ liệu cần thiết để hoạt động hiệu quả Đồng thời, quá trình này cũng xem xét mối liên hệ, sự trao đổi thông tin giữa các khối lân cận nhằm đảm bảo tính tương tác và tối ưu hóa hệ thống tổng thể.
2.2.4 Thi ết kế nguyên lý và mô phỏng
Bước tiếp theo trong quy trình thiết kế là thiết kế nguyên lý và mô phỏng, nơi sơ đồ nguyên lý của các khối và mối nối các bộ phận được trình bày bằng các công cụ mô phỏng như Solidworks, Orcad, Altium Sau khi xây dựng và đánh giá tính chính xác của sơ đồ nguyên lý, các nhà thiết kế sẽ sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm tra tính đúng đắn của hệ thống trước khi tiến hành các bước tiếp theo.
Trong quá trình xây dựng thiết kế hệ thống và phân công chức năng nhiệm vụ của các khối, việc thu nhận kết quả tốt từ quá trình mô phỏng sẽ giúp người thiết kế yên tâm chuyển sang các bước tiếp theo Ngược lại, nếu kết quả mô phỏng không khả quan, người thiết kế cần quay lại bước thiết kế hệ thống để kiểm tra, chỉnh sửa và tái thiết kế nhằm đảm bảo sự hợp lý và logic của hệ thống Do đó, việc cẩn trọng trong bước đầu thiết kế là rất quan trọng để tránh lãng phí thời gian, công sức và tăng chi phí kinh tế trong quá trình phát triển hệ thống.
Bước 5 trong quy trình chế tạo là quá trình chế tạo thiết bị, trong đó người thiết kế có thể tự chế tạo thủ công bằng các vật liệu giá rẻ để tiết kiệm chi phí, nhưng điều này thường dẫn đến chất lượng sản phẩm thấp và tính thẩm mỹ không cao Để nâng cao chất lượng, cần chú trọng vào tính chuyên nghiệp trong chế tạo sản phẩm, ví dụ như hợp tác với các nhà sản xuất bên ngoài để chế tạo các thành phần như khung máy tại các cơ sở cơ khí uy tín Dù chi phí sản xuất sẽ tăng, nhưng chất lượng và thẩm mỹ sẽ đạt được sự hài lòng, giảm thiểu lỗi và cần chỉnh sửa sau này Bảng so sánh giữa thiết kế thủ công và thiết kế chuyên nghiệp giúp người đọc hiểu rõ lợi ích của việc đầu tư vào chế tạo chuyên nghiệp.
Bảng 2 1 Bảng so sánh giữa việc thiết kế thủ công và chuyên nghiệp
Nội dung Thiết kế thủ công Thiết kế chuyên nghiệp
Chi phí giá thành Thấp Cao
Tính thẩm mỹ Không có Cao
Tiết kiệm thời gian chỉnh sửa Có thể không Có
2.2.6 Đo đạc kiểm tra và đánh giá
Bước đo đạc, kiểm tra và đánh giá là phần quan trọng cuối cùng trong quy trình thiết kế, đảm bảo tính chính xác và chất lượng của sản phẩm Các chức năng và nhiệm vụ của từng khối sẽ được kiểm tra trực tiếp trên sản phẩm thực tế để đảm bảo đáp ứng yêu cầu thiết kế Quá trình này giúp xác nhận rằng sản phẩm hoạt động đúng như dự kiến trước khi tiến hành sản xuất hàng loạt, góp phần nâng cao chất lượng và độ tin cậy của dự án.
Người thiết kế sử dụng các thiết bị đo lường và thiết bị nạp chương trình để kiểm tra hoạt động của hệ thống Khi phát hiện các khối hệ thống không hoạt động đúng chức năng đã thiết kế, họ lập tức phải quay trở lại bước thiết kế chức năng để chỉnh sửa, điều này có thể ảnh hưởng lớn đến chi phí và thời gian dự án.
Toàn bộ quy trình thiết kế bao gồm 7 bước cơ bản đã được trình bày rõ ràng, trong đó mỗi bước đều giữ vai trò quan trọng để đảm bảo chất lượng dự án Người thiết kế cần thực hiện công việc một cách cẩn thận và tỉ mỉ, phân tích kỹ lưỡng các yêu cầu để tránh phải thiết kế lại, đảm bảo quá trình thực hiện diễn ra an toàn và chính xác Việc nắm vững các bước này giúp dự án đạt hiệu quả cao và tiết kiệm thời gian cũng như chi phí.
Các kh ố i ch ức năng
2.3.1 Kh ối tạo áp lực hút
Khối tạo áp lực hút là thành phần chịu trách nhiệm tạo ra áp suất âm chủ động cho toàn bộ hệ thống hút dẫn lưu Để duy trì áp suất âm trong các hệ thống này, người ta thường sử dụng các phương pháp thiết thực như sử dụng máy tạo chân không hoặc các thiết bị áp suất âm phù hợp Việc tạo ra áp lực âm hiệu quả giúp hệ thống hoạt động ổn định, nâng cao hiệu quả dẫn lưu và giảm thiểu các rủi ro liên quan đến tắc nghẽn hoặc rò rỉ khí.
- Sử dụng máy hút chủ động
- Sử dụng hệ thống khí y tế trung tâm
Hệ thống nguồn chân không yêu cầu phải cung cấp lưu lượng cao, ổn định và liên tục để đảm bảo hoạt động hiệu quả Phương pháp được lựa chọn là sử dụng máy hút chân không chủ động, phù hợp cho các bệnh viện không có sẵn nguồn chân không từ hệ thống khí y tế trung tâm Thiết kế này không chỉ đảm bảo sự ổn định của nguồn chân không mà còn tăng tính linh hoạt, dễ dàng sửa chữa và thay thế thiết bị khi cần thiết.
Máy hút chủ động là thiết bị hoạt động bằng cách hút không khí từ một phía và xả ra phía bên kia, nhờ vào một màng ngăn cách giữa hai đầu vào và đầu ra Thiết bị này giúp duy trì áp suất và lưu lượng không khí tối ưu trong các hệ thống điều hòa không khí và hút bụi công nghiệp Với khả năng kiểm soát luồng gió chính xác, máy hút chủ động là giải pháp hiệu quả cho việc thông gió và xử lý khí trong nhiều ứng dụng khác nhau.
2.3.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy hút dùng động cơ
Hình 2 2 Cấu tạo của máy hút khí sử dụng motor
Màng ngăn di chuyển lên xuống nhờ chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động của màng ngăn Thể tích khí bên trong thiết bị liên tục thay đổi do sự chênh lệch áp suất, giúp quá trình hoạt động hiệu quả Khi màng ngăn đi lên, không khí được hút vào bên trong, còn khi màng ngăn đi xuống, không khí được đẩy ra ngoài, đảm bảo luồng khí liên tục và ổn định.
Van được đặt tại hai cửa thoát và xả khí tạo ra luồng khí một chiều và ngăn chặn luồng không khí đi ngược trở lại
Tốc độ dòng khí và áp suất xả/hút phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ và khả năng chuyển động của màng ngăn Việc chọn loại động cơ phù hợp và kích thước của màng ngăn là yếu tố quan trọng giúp dễ dàng chế tạo máy hút với các đặc tính khí khác nhau.
Động cơ là nguồn truyền động chính, nhưng khi sử dụng, nó dẫn đến kích thước lớn hơn và trọng lượng nặng hơn, gây ra độ rung và tiếng ồn trong quá trình hoạt động Điều này làm tăng mức độ âm thanh, đồng thời giảm thời gian vận hành và độ bền của động cơ khi hoạt động liên tục Ngoài ra, nhiệt lượng sinh ra trong quá trình hoạt động cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ.
2.3.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy hút dùng vật liệu áp điện
Hình 2 3 Cấu tạo của máy hút khí sử dụng vật liệu áp điện
Sự dao động của phần tửáp điện gây ra chuyển động của màng ngăn, khiến khí được hút vào và xả ra theo thể tích dao động trong vỏ máy bơm Tuy nhiên, vì dao động của phần tửáp điện rất nhỏ, nên việc tạo ra dao động lớn cho màng ngăn là khó khăn, dẫn đến tốc độ dòng khí duy trì ở mức thấp Để tăng công suất, cần sử dụng các phần tửáp điện và màng ngăn có kích thước lớn hơn, nhưng điều này đồng nghĩa với việc kích thước bên ngoài của thiết bị cũng sẽ lớn hơn.
Máy hút sử dụng vật liệu áp điện có độ bền cao hơn so với các loại máy hút dùng động cơ, nhờ vào khả năng biến đổi điện áp thành dạng cơ học của vật liệu này Ngoài ra, trong quá trình hoạt động, vật liệu áp điện không sinh ra nhiệt lượng do không tạo ra ma sát trong quá trình xả và hút khí, giúp tăng tuổi thọ và độ bền của thiết bị.
2.3.1.4 Cấu tạo thực tế của một máy hút khí sử dụng trong hệ thống
Hình 2 4 Cấu tạo của máy hút khí trong hệ thống
Cấu tạo của máy hút (hình 2.4) gồm 4 thành phần chính: Nam châm điện, Cần dao động, màng cao su, khoang trao đổi khí.
Nguyên lý làm việc của máy hút như sau :[14]
Khi có nguồn điện xoay chiều AC cấp vào cuộn cảm, điện trường biến đổi tạo ra một từ trường thay đổi theo dòng điện Cần dao động với một khối nam châm vĩnh cửu gắn trên đầu đối diện với nam châm điện, thân cần liên kết với màng cao su Khi từ trường biến thiên do nam châm điện, cần dao động kéo theo màng cao su dao động, tương tự như rung động của phần tử áp điện Màng cao su cùng khoang trao đổi khí tạo thành khoang kín, làm thay đổi thể tích trong khi màng dao động Khoang trao đổi khí có van một chiều cho phép khí đi theo một chiều duy nhất khi thể tích thay đổi, tạo ra áp lực hút giúp hoạt động của máy.
Hình 2 5 Mô phỏng cấu tạo khoang trao đổi khí
Khoang trao đổi khí (hình 2.5) gồm 3 ngăn:
- Ngăn đầu tiên được nối thông với đầu hút của máy, ngăn này được thông với ngăn số hai bởi một lỗ nhỏ.
Ngăn thứ hai kết hợp với màng cao su tạo thành khoang kín, đóng vai trò chính trong quá trình tạo lực hút của máy Sự kín đáo này đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu, nhờ vào lỗ nhỏ nối từ ngăn một sang ngăn hai được đậy kín bằng lá cao su số 1 Ngoài ra, ngăn thứ hai còn liên kết với ngăn số ba qua một lỗ nhỏ, giúp duy trì hệ thống hoạt động trơn tru và ổn định.
Khoang thứ ba được nối thông với không khí bên ngoài qua một lỗ nhỏ ở thành khoang, giúp cân bằng áp suất và đảm bảo sự thông thoáng Lỗ nhỏ này thông từ khoang số hai sang khoang số ba, tuy nhiên được đậy kín bằng một lá cao su nhỏ chứa tại khoang này, còn gọi là lá cao su số 2, nhằm ngăn không khí lộn xộn và duy trì sự kín đáo của hệ thống.
Khoang trao đổi khí này sẽ hoạt động như một van khí mốt chiều Màng cao su dao động sẽ tạo ra hai kì: hút và xả
Trong quá trình hút vào, màng cao su được kéo dãn ra, làm tăng thể tích của khoang khí (gồm màng cao su và ngăn số hai), tạo ra lực hút khiến lá cao su số một mở ra Điều này gây áp lực hút không khí tại cửa hút, giúp không khí tràn vào khoang số một qua lỗ nhỏ, rồi qua lỗ hở, vào khoang khí Trong khi đó, lá cao su số hai, nằm ở khoang số ba, vẫn giữ kín lỗ thông giữa hai khoang này do thể tích khoang hai tăng, đảm bảo không khí chỉ đi theo một chiều từ khoang số một sang khoang số hai.
Trong kỳ xả, màng cao su bị nén lại làm giảm thể tích khoang khí, đẩy khí ra ngoài Khi lực đẩy tác động, lá cao su thứ hai mở ra, khí tràn từ khoang hai sang khoang ba qua lỗ nhỏ Trong khi đó, lá cao su thứ nhất trong khoang hai vẫn chắn kín lỗ nhỏ từ khoang một Vì vậy, khí chỉ di chuyển từ khoang hai sang khoang ba trong kỳ xả, và cuối cùng khí thoát ra ngoài qua lỗ nhỏ trên thành khoang ba.
Như vậy sau một chu kì nén và xả, khí được hút vào từ miệng hút, qua lần lượt các khoang 1, 2, 3 và đi ra ngoài không khí.
2.3.2 Kh ối điều khiển áp lực
Chân không cần được cung cấp từ một nguồn rõ ràng, như máy hút hoặc hệ thống khí y tế trung tâm, để đảm bảo độ chân không đủ lớn phục vụ mục đích điều trị của bệnh nhân Việc duy trì mức chân không phù hợp là yếu tố quan trọng giúp đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình điều trị y tế Nếu chân không không được cung cấp chính xác hoặc đủ mức, có thể gây ra các rủi ro không mong muốn cho bệnh nhân.
Khối điều khiển áp lực được đặt ngay lối ra của nguồn chân không, giúp bác sĩ dễ dàng điều chỉnh mức áp suất âm phù hợp trong quá trình điều trị Thiết kế này đảm bảo quá trình kiểm soát áp lực chính xác, nâng cao hiệu quả và an toàn cho bệnh nhân khi thực hiện các thủ thuật y tế liên quan đến chân không Việc kiểm soát áp suất âm tối ưu là yếu tố quan trọng giúp điều trị đạt hiệu quả cao và giảm thiểu rủi ro cho người điều trị.
Khối điều khiển áp lực có hai thành phần chính: bình điều chỉnh áp suất tối đa và bộ điều khiển áp suất.
2.3.2.1 Bình điều chỉnh áp suất tối đa