CHƯƠNG 3 CẤU TẠO, CÁC THÀNH PHẦN CHỨC NĂNG CỦA MÁY THỞ INSPIRATIONTM

Khí cung cấp cho bệnh nhân đi ra khỏibình chứa qua một van tỷ lệ được điều khiển bằng phần mềm thông qua việc sử dụng phản hồi từ bộ cảm biến lưu lượng.. Dưới sự điều khiển của bộ vi xử

CHƯƠNG 3 - CẤU TẠO, CÁC THÀNH PHẦN CHỨC NĂNG CỦA

MÁY THỞ INSPIRATION TM

3.1 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT.

3.1.1 Đặc tính tham số hoạt động của máy.

 Dải áp suất của nguồn cấp O2 và khí: 26 bar

3.1.3 Các tham số môi trường.

 Nhiệt độ hoạt động: 1040oC ở độ ẩm tương đối 1080%

 Nhiệt độ bảo quản: -1060oC ở độ ẩm tương đối 595%

 Lưu lượng ở đầu vào cấp Oxy: 180lpm

3.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

3.2.1 Nguyên lý hoạt động.

A Tổng quan hoạt động của máy thở

Hệ thống máy thở INSPIRATION bao gồm hai hệ thống chính là hệ thốngkhí và hệ thống điện tử, kết hợp với nhau thông qua phần mềm điều khiển Hệthống khí, dưới sự điều khiển của bộ vi xử lý, cung cấp khí và ôxy tới bệnhnhân Hệ thống điện tử có nhiệm vụ thu nhận các tín hiệu đầu vào, cung cấp

và quản lý nguồn điện tới máy và điều khiển các bộ phận của máy thở

Khí áp lực cao và oxy đưa vào máy từ bên ngoài qua hai đầu nối DISS(Diameter Indexed Safety System) của hệ thống Ở đầu vào khí được xử lý đểloại trừ độ ẩm hay các hạt tạp chất lớn Hai van đầu nguồn sẽ đo lượng khôngkhí và ôxy cấp vào bình chứa 1.5 lít Khí cung cấp cho bệnh nhân đi ra khỏibình chứa qua một van tỷ lệ được điều khiển bằng phần mềm thông qua việc

sử dụng phản hồi từ bộ cảm biến lưu lượng Sau khi qua van tỷ lệ, khí đượcvận chuyển ra khỏi thiết bị qua một đầu cắm 22mm Phần thở ra được điềukhiển bởi van tỷ lệ thứ hai có tác dụng như một màng chắn trong hệ thốngthở ra

Các cảm biến áp lực và cảm biến lưu lượng (bộ đo khí) được sử dụng đểcung cấp các tín hiệu phản hồi tới bộ vi xử lý Sau khi thực hiện biến đổi số,những tín hiệu này được sử dụng để điều chỉnh quá trình hô hấp

Các thông số thở được thiết lập bởi các bác sỹ thông qua việc sử dụng cácnúm, phím và màn hình Các thông số cài đặt sẽ được xử lý bởi bộ vi xử lý vàlưu trong bộ nhớ không mất dữ liệu của máy Bộ vi xử lý sẽ sử dụng dữ liệuđược lưu để điều khiển hoạt động thở của máy

Điện áp nuôi của máy có thể lấy từ nguồn điện lưới, nguồn ắc quy ngoài24V, hoặc là nguồn ắc quy 24V bên trong Trong trường hợp mất điện lưới,máy sẽ hoạt động theo nguồn điện 24V được nối với máy.

a Hệ thống đường khí của máy.

Hình 3.1 Cơ cấu cơ khí của hệ thống khí nén

Như ta đã biết hoạt động của hệ thống đường khí được điều khiển bằngphần mềm và kết hợp với hệ thống điện tử qua bộ vi xử lý Hệ thống khí nénđược tích hợp một giải pháp mới về hệ thống phân phối cơ khí cho phép hầunhư loại bỏ hoàn toàn các yêu cầu đối với các ống thở bên trong Hệ thốngcũng cung cấp một hệ thống trộn thông minh vì vậy không cần phải sử dụngcác hệ thống điều chỉnh ở đầu vào của hệ thống khí Dưới sự điều khiển của

bộ vi xử lý, hệ thống khí nén sẽ điều chỉnh và trộn các nguồn khí có áp suấtcao để cung cấp cho bệnh nhân và cho các liệu pháp hỗ trợ hô hấp Hệ thốngkhí của máy bao gồm các phần chính như: Hệ thống khí vào, hệ thống trộnkhí, hệ thống vận chuyển khí, hệ thống theo dõi và bảo vệ bệnh nhân, hệthống thở ra, hệ thống khí rung

1

SOL

2 CV1

CV2

DP1 P1

RES

DP2 P2

DP3 P3

SOL 3

SOL 4

PV1

COP

ABV

CAPS COMP

FILTER

OS

PROX CONNECT OR

HUM

PROX SENSOR

TOP

FS2 FS1

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐƯỜNG KHÍ CỦA MÁY THỞ INSPIRATION TM

NEB

Các ký hiệu viết tắt:

CV1, CV2: Inlet check valves SOL: Solenoid valves COMP: Compressor FS1: Flow sensor

RES: Reservoir TOP: Tank over pressure valves DP1: Differential pressure transducer OS: Oxygen sensor

PV1: Delivery propotional valve FS2: Interal flow sensor

P2: Internal pressure sensor HUM: Humidifier system NEB: Nebulizer system ABV: Ambient breathing valve PV2: Exhalation propotional valve

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống khí của máy

b Hệ thống khí vào

Hệ thống này cho phép kết nối hai nguồn khí áp lực cao ( khí/ ôxy) tớimáy thở qua các đầu nối áp lực cao Nó xử lý khí bằng cách loại trừ độ ẩm vàlọc chất gây ô nhiễm rồi dẫn khí đi vào hệ thống trộn

Hình 3.3 Đầu vào đường khí và O2

Chú ý - Nếu máy thở hoạt động trong cơ sở có nguồn ôxy và khí không tốt,

nên sử dụng một bẫy nước có dung tích lớn đặt ở ngược dòng đường khí vào

Khi không có dòng khí chảy qua, các van kiểm tra sẽ được đóng lại bởi lò

Van được mở bởi

dòng khí có áp

suất cao

Van được đóng khi không có dòng khí hoặc có dòng khí ngược

Hệ thống còn được tích hợp một bộ nén khí dự phòng và thiết bị này sẽ tựđộng khởi động khi xảy ra sự cố làm mất nguồn cấp khí áp suất cao.

Hình 3.6 Bộ trộn

g Các van Solenoid cấp khí SV1-SV2

Hai van SV1 và SV2 được tích hợp trong hệ thống trộn khí và được nạpđầy trong mỗi chu kỳ trộn để đảm bảo áp lực và hỗn hợp thành phần chínhxác cho khí trong bình chứa Van SV1 điều chỉnh dòng ôxy qua bình, vanSV2 điều chỉnh dòng khí qua bình

Tần số chu kỳ trộn phụ thuộc vào yêu cầu cấp cho bệnh nhân và được điềukhiển để duy trì áp suất trong bình chứa nằm trong khoảng 11.5bar Chu kỳ trộn sẽ bắt đầu khi áp suất giảm xuống dưới 1 bar và dừng hoạt động khi áp suất vượt quá 1.5 bar Trong mỗi chu kỳ trộn các van sẽ được điều khiển riêngbiệt và theo trình tự Ví dụ như trong chu kỳ trộn đầu tiên van Sol 1 hoạt động

và sau đó là van Sol 2 Trong chu kỳ trộn tiếp theo thứ tự này được đảo lại và nhờ vậy đảm bảo độ ổn định của tỷ lệ O2 trong bình chứa

Hình 3.7 Van bộ trộn SV1/SV2.

h Cảm biến lưu lượng bộ trộn (FS1)

Dòng khí qua SV1 và SV2 trong mỗi chu kỳ trộn được xác định bởi bộcảm biến lưu lượng FS1 Bộ cảm biến lưu lượng là một bộ đo khí nén làmviệc kết hợp với một bộ chuyển đổi áp suất vi sai DP1 đặt trên bảng mạchđiều khiển nguồn Để điều chỉnh tỷ lệ ôxy (%O2) trong bình chứa, bộ vi xử lý

sử dụng tín hiệu phản hồi từ bộ chuyển đổi, xác định thời gian mở cho mỗivan cung cấp để đảm bảo đạt tỷ lệ ôxy được đặt bởi người sử dụng

Điều khiển các van bộ trộn theo cách này cho phép hỗn hợp khí bình chứađược duy trì một cách chính xác cho dù các tham số của nguồn khí thay đổi

mà không cần phải thêm các bộ phận điều chỉnh đắt tiền

i Hoạt động của bộ nén khí (COMP)

Khi hệ thống cung cấp khí có sự cố, áp suất giảm xuống dưới 2 bar, bộ vi

xử lý sẽ đưa tín hiệu để khởi động bộ nén khí

Trong thời gian khởi động của bộ nén khí, các đầu ra của chúng sẽ được

mở thông với không khí bằng việc không sử dụng van Solenoid SV3 Điềunày cho phép bộ nén khí khởi động mà không có áp suất ngược ở phía đầu ra.Sau một khoảng thời gian ngắn, van SV3 sẽ được khóa lại và khí ở đầu ra sẽđược điều chỉnh bởi van Solenoid

Khí vào bộ nén được hút qua một bộ lọc bằng đồng nung được đặt ở bêncạnh khối khí nén Sau đó khí được đi qua một loạt các buồng để làm giảm

âm thanh tạo ra trong quá trình đi vào bộ nén khí

khiển hệ thống khí nén sẽ tự động chuyển toàn bộ lưu lượng yêu cầu qua

thiết lập đặt trước và máy sẽ đưa ra các báo động bằng đèn và âm thanh

để báo mất nguồn cung cấp O2 và báo tỷ lệ O2 thấp

được: Khi đó bộ vi xử lý điều khiển hệ thống khí nén sẽ đưa tín hiệu tớibảng mạch điều khiển nguồn để kích hoạt bộ nén khí Mỗi lần được kíchhoạt, bộ nén khí sẽ cung cấp không khí yêu cầu (theo van không khí

SV2) trong mỗi chu kỳ nén khí Bệnh nhân sẽ được thở với tỷ lệ O2 thiếtlập trước và máy sẽ đưa ra các thông báo trên màn hình cho nhân viênvận hành biết là bộ nén khí hiện đang hoạt động.

bộ vi xử lý sẽ chuyển toàn bộ lưu lượng yêu cầu qua van Solenoid SV1(van điều chỉnh O2) Bệnh nhân sẽ được thở với tỷ lệ O2 là 100% bấtchấp các thiết lập về tỷ lệ O2 và máy sẽ đưa ra các báo động ánh sáng và

âm thanh để báo mất nguồn cung cấp khí và tỷ lệ O2 cao

có thể sử dụng được: Khi đó bộ vi xử lý sẽ đưa tín hiệu tới bảng mạchđiều khiển cấp nguồn để kích hoạt hệ thống nén khí Bộ vi xử lý sau đó

sẽ chuyển toàn bộ lưu lượng khí yêu cầu từ bộ nén khí tới van cung cấpkhí (van SV2)

khí: Khi này bộ vi xử lý sẽ đưa tín hiệu tới bảng mạch điều khiển nguồn

để mở van an toàn Khi không cấp nguồn, van an toàn sẽ trở về vị trí mởbình thường của nó Lúc này bệnh nhân có thể hít vào bằng không khíbên ngoài và thở ra qua van thở ra đồng thời máy sẽ báo động âm thanh

và ánh sáng ở mức cao

k Bình chứa hít vào (RES)

Bình bao gồm một số ngăn với thể tích gộp lại là 1 lít Áp suất trong bình

dụng Áp suất trong bình được đo bởi đầu đo P1 đặt trên bảng nguồn PCB.Nếu áp suất giảm xuống dưới mức tối thiểu, một chu kỳ trộn sẽ bắt đầu để bổsung vào bình chứa

ra của nó Khí ra khỏi van được cung cấp tới hệ thống bệnh nhân Kết hợp với

phần này của hệ thống máy thở là hai hệ thống bảo vệ bệnh nhân, hệ thốngvan quá áp và van thở môi trường

Hình 3.11 Hệ thông phân phối khí

a Van tỷ lệ phân phối.

lặp lại bằng cách thay đổi dòng điều khiển Khi dòng điều khiển được tăng,PV1 sẽ mở rộng hơn cho phép lưu lượng khí đi qua lớn hơn Khi dòng điềukhiển bị giảm, PV2 sẽ đóng lại Kết quả là lượng dòng khí qua được ít hơn Chu kỳ của PV1 sẽ được điều khiển bởi bộ vi xử lý bằng cách sử dụng phảnhồi từ cảm biến lưu lượng và áp suất bên trong (FS2 và P2) Dưới sự điềukhiển của bộ vi xử lý van tỷ lệ sẽ đáp ứng tất cả các thông số cấp phát thởngoại trừ FlO2

Hình 3.12 Van tỷ lệ

b Cảm biến lưu lượng trong.

Khí được trộn đi ra khỏi bình chứa qua van tỷ lệ PV1 sau đó đi qua cảmbiến lưu lượng bên trong FS2 Cảm biến này là một đồng hồ đo khí, nó kếthợp với bộ cảm biến áp suất vi sai DP2 được đặt trên bảng cảm biến PCB đểcung cấp phản hồi từ lưu lượng được cấp ra

Bộ cảm biến bao gồm một tấm màn mắt lưới với đầu áp suất nằm ở mộtphía Áp suất tác động lên tấm màn sẽ được đo bởi bộ cảm biến áp suất vi saiDP2 và tỷ lệ thuận với lưu lượng khí qua nó

Tín hiệu phản hồi này được bộ vi xử lý sử dụng để điều chỉnh hoạt độngcủa van tỷ lệ

Hình 3.13 Bộ cảm biến lưu lượng trong

c Bộ cảm biến áp suất trong ( P2 )

Hỗn hợp khí được đưa ra qua van hít vào PV1 và đồng thời cũng đi quamột bộ cảm biến áp suất Phản hồi từ cảm biến này được sử dụng bởi bộ vi xử

lý để điều chỉnh hoạt động của van tỷ lệ trong các chế độ thở có áp suất đặttrước

C Khối bảo vệ bệnh nhân.

Để bảo vệ bệnh nhân khi có sự cố, có hai phương thức an toàn được tíchhợp trong khối bảo vệ hệ thống khí nối với đường dẫn khí bệnh nhân chính.Khối bảo vệ này bao gồm van bảo vệ quá áp và van cho phép thở bằng khímôi trường

Hình 3.14 Khối bảo vệ

a Van chống quá áp (HPRV: High Pressure Relief Valve)

Để bảo vệ bệnh nhân từ bất kỳ mối nguy hiểm nào gây ra do áp suất khítrong đường ống cao, một van chống quá áp được lắp vào khối bảo vệ trongmáy

Van chống quá áp là một van kiểm tra cơ khí với áp suất đánh thủng được

ngưỡng này, van xả cao áp sẽ mở để giới hạn áp suất cao nhất ở mức90cmH2O

Hình 3.15 Van chống quá áp.

b Van cho phép thở bằng không khí môi trường (ABV).

Van này được dùng để cho phép bệnh nhân thở bằng không khí môi trườngngoài trong trường hợp cấp cứu Bình thường khi máy hoạt động tốt van này

sẽ được đóng bởi một van Solenoid Trong trường hợp lỗi nghiêm trọngSolenoid không hoạt động và van này sẽ được mở, bệnh nhân sẽ thở bằngkhông khí môi trường

Hình 3.16 Van bảo vệ

D Các phép đo ở đầu ống.

Một cảm biến lưu lượng trong ống dẫn khí có thể được sử dụng ở đầu ống

để cung cấp phản hồi thông qua thể tích thở ra của bệnh nhân và cũng cungcấp áp suất đường khí ở đầu ống Ngoài ra, việc sử dụng cảm biến lưu lượng

ở đầu ống sẽ cho phép sử dụng kích phát lưu lượng

a Cảm biến lưu lượng đầu ống.

Cảm biến lưu lượng đầu ống FS3 được đặt tại đầu nối chữ Y cho bệnhnhân Mỗi cảm biến có 3 lỗ cắm để kết nối tới máy thở, trong đó hai lỗ cắmbên ngoài cung cấp áp lực xuôi và ngược dòng của bộ tạo trở kháng, còn lỗcắm ở giữa được sử dụng để đảm bảo kết nối chính xác

Khi dòng khí chạy qua cảm biến ở đầu ống, bộ tạo trở kháng sẽ gây ra một

sự suy giảm áp suất Sự suy giảm này được đo bởi cảm biến áp suất vi saiDP3 và tỷ lệ thuận với lưu lượng khí đi qua cảm biến

Hình 3.17 Bộ cảm biến lưu lượng EZ

Hình 3.18 Đầu cắm cảm biến lưu lượng (Modul xông khí rung).

b Bộ chuyển đổi áp suất ở đầu ống.

Để đo áp suất đường khí ở đầu ống, một vòi được lấy ra từ cảm biến xuôidòng và đưa tới bộ chuyển đổi áp suất (P3) Bộ chuyển đổi áp suất được đặttrên bảng mạch cảm biến và kết nối trực tiếp tới khối khí nén

c Hệ thống bảo vệ đầu đo.

Để chống tạp khuẩn bên trong đường cảm biến đầu ống và các đầu đo, mộtthao tác làm sạch tích cực được thực hiện nhờ hệ thống bình chứa áp lực Dòng khí làm sạch nhỏ này được trích từ hai bộ hạn chế (mỗi đường cảm biến

có một bộ ) kết nối tới bình chứa hít vào và khối cảm biến 2

Để tránh hỏng hóc đối với bộ chuyển đổi áp suất DP3 mà nguyên nhân là

do bị tắc một trong hai đường cảm biến, hệ thống sử dụng hai van kiểm tra, chúng có tác dụng hạn chế sự chênh lệch áp suất cực đại là 90mbar Trong cácđiều kiện bình thường các van kiểm tra sẽ đóng để đảm bảo việc đo ở đầu ốngđạt chính xác

E Hệ thống thở ra.

Hệ thống này có chức năng đóng đường ống thở cho bệnh nhân khi thực

hiện quá trình hít vào và mở đường ống bệnh nhân một cách phù hợp để duy trì đường áp lực nền do người sử dụng đặt khi thực hiện thì thở ra

Hình 3.19 Hệ thống thở ra

a Van tỷ lệ thở ra PV2.

Van này được điều khiển bởi máy thở để cung cấp một lực đóng riêng biệt

tới màng chắn của van thở ra nhằm đạt được thở ra hay hít vào theo mongmuốn

Khi thể tích là đối tượng điều khiển của máy thở thì van tỷ lệ sẽ cung cấpmột lực đóng tối đa tới màng chắn thở ra

Khi áp suất là đối tượng điều khiển của máy thở thì van tỷ lệ sẽ cấp một

lực đóng vừa đủ tới màng chắn thở ra để phục vụ mục đích thở ra nhưngkhông được vượt quá

Trong quá trình thở ra van tỷ lệ cấp một lực đóng vừa đủ tới màng chắnthở ra để áp lực nền máy thở được duy trì

Hình 3.20 Trục từ thở ra.

b Van thở ra EV.

Van thở ra bao gồm một vỏ và màng chắn có thể dùng nhiều lần, nó thựchiện đóng hệ thống bệnh nhân theo sự điều khiển của van tỷ lệ thở ra Khi quátrình hít vào được điều chỉnh theo thể tích, van sẽ cấp lực toàn bộ để đóng lại,còn khi hít vào được điều khiển theo áp lực van sẽ đóng vừa đủ để đạt được

áp lực hít vào mong muốn Khi thở ra, van sẽ mở hẹp để duy trì đường nền áplực được đặt

Hình 3.21 Các bộ phận của van thở ra

F Hệ thống theo dõi ôxy

Hệ thống này được sử dụng để xem chỉ thị phần trăm ôxy theo thời gianthực được lưu chuyển tới bệnh nhân Nó chứa một cảm biến ôxy (OS) dựatrên kỹ thuật đo kiểu Galvanic để tạo ra điện áp tỷ lệ với áp suất từng phầncủa khí được lấy mẫu Khí được lấy mẫu đi từ bình chứa hít vào qua một bộhạn chế và sau đó đi vào giữa buồng để có thể thực hiện phép đo tại đây

Đo ôxy có thể thực hiện hay không là tuỳ theo cách chọn cấu hình Khi

dải yêu cầu

Hình 3.22 Cảm biến ôxy.

G Hệ thống xông khí rung.

Máy thở INSPIRATION có chứa một hệ thống xông khí rung thông minh.Tại các khoảng thời gian lập trình trước, máy sẽ cấp khí để điều khiển một bộxông khí rung tùy chọn có trong hệ thống bệnh nhân

Dòng khí yêu cầu cho hoạt động của hệ thống xông khí rung được lấy từmột bộ hạn chế kết nối trực tiếp với bình chứa Hỗn hợp khí được điều áp nàyđược lấy từ bình chứa, đi qua một ống kết nối tới bộ xông khí rung trong hệthống bệnh nhân Dòng khí đi vào trong hệ thống ống được lưu thông haykhông tuỳ thuộc vào một van Solenoid được đặt trên modul xông khí rung