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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ TRỢ THỞ BỆNH NHÂN Giáo viên hướng dẫn: Thầy Lê Quốc Khải Lớp: L04 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 TÊN ĐỀ TÀI THIẾT BỊ TRỢ THỞ BỆNH NHÂN Nhóm “Hội F.A”: Bùi Cao Mỹ Tâm Phạm Mỹ Xuân Võ Đức Phong Phan Minh Phát MSSV: 2110517 MSSV: 2112699 MSSV: 2114408 MSSV: 2014091 TP HCM, 01/2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………… LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………………… TÓM TẮT……………………………………………………………………………….3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Hình thành ý tưởng…………………………………………………………… 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 hệ thiết bị………………………………………………………5 1.2 Thiết kế phát triển………………………………………………………… 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 – vận hành………………………………………………………… 1.3.1 Nguyên lý hoạt động máy tạo oxy………………………………………9 1.3.2 Nguyên lý hoạt động Sensor 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 CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT…………………………………………………………….15 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….16 i DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Ngun 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 ii LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin gửi lời cảm ơn lòng tri ân sâu sắc đến thầy Lê Quốc Khải tạo điều kiện hướng dẫn chúng em hồn thành báo cáo Nhờ có giảng đầy nhiệt huyết thầy mà chúng em tiếp cận với kiến thức kỹ thuật kỹ cần thiết cho công việc, nghiệp sau  Trong trình làm báo cáo khó tránh khỏi sai sót mong thầy bỏ qua chúng em mong nhận lời góp ý, nhận xét từ thầy để chúng em có thêm kinh nghiệm giúp hoàn thành tốt báo cáo tới  Chúng em xin chân thành cảm ơn!  LỜI NĨI ĐẦU  Mơn học Nhập mơn kỹ thuật môn học đại cương mơn học có tầm quan trọng sinh viên ĐH Bách Khoa nói riêng sinh viên ngành khối khoa học kỹ thuật công nghệ nói chung Mơn học tảng để đào tạo kỹ mở đầu cần thiết kiến thức chuyên nhanh mà sinh viên khối kỹ thuật cần có  Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật có nhiều thiết bị máy móc phát minh đại đời Trong số có lẽ thiết bị trợ thở cho bệnh nhân khơng cịn xa lạ người Năm 1830, bác sĩ người Scotland sáng chế "hộp kín chứa khí" Hệ thống thay đổi áp suất khơng khí mơi trường bên ngồi thể gián tiếp tác động khơng khí lưu thơng phổi Đây bước ngoặt mà khoa học kỹ thuật ứng dụng vào y học  Hôm nay, với thú vị môn học Nhập môn kỹ thuật tìm hiểu thiết bị trợ thở bệnh nhân thiết kế mơ hình thiết bị Nội dung tập lớn chúng em gồm chương sau: TÓM TẮT Virus Corona xuất vào cuối năm 2019 phát triển thành nhiều loại biến thể nguy hiểm khác Điều khiến cho đại dịch kéo dài khơng có điểm ngừng Số người nhiễm bệnh tăng lên, phổi họ bị tổn thương nặng cảm thấy khó thở Để điều trị bệnh trì nguồn oxy cho phổi phải cần đến máy trợ thở Máy trợ thở có tác dụng điều chỉnh lưu lượng oxy phù hợp với tình trạng bệnh nhân áp suất lưu thơng khí định Qua hỗ trợ oxy vào phổi, trì hoạt động hệ tuần hồn, kéo dài sống cho bệnh nhân Khơng hữu hiệu thời buổi dịch bệnh mà thiết bị quan trọng lĩnh vực công nghệ y sinh thiếu bệnh viện phòng khám, đặc biệt trường hợp cấp cứu, phẫu thuật, gây mê hồi sức… CHƯƠNG 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình thành ý tưởng: - Diễn biến dịch covid hoành hành - Những người có hệ hơ hấp đường thở kém, khó thở - Các trường hợp cấp cứu, phẫu thuật… 1.1.1 Khái niệm trợ thở Định nghĩa: Trợ thở gì? Khi hệ thống hơ hấp khơng thể thực chức bình thường nó, thiết bị trợ thở giúp hệ thống hô hấp hoạt động cách phá vỡ rào cản đường thở bị tắc cung cấp oxy đến vùng phổi, trì hoạt động trao đổi tuần hồn thể nói chung hệ thần kinh (não) nói riêng 1.1.2 Tổng quát Sự cải tiến phát triển không ngừng mở rộng ứng dụng lâm sàng máy thở học yếu tố bật cho phát triển lớn mạnh ngành chăm sóc hơ hấp y học sức khỏe quan trọng Nhu cầu thở máy đặc điểm chung bệnh nhân cần chăm sóc đặc biệt (ICU) Trên thực tế, việc mở rộng cải tiến thiết bị hỗ trợ hô hấp học kèm với phát triển tương tự ngành Sự phát triển lịch sử máy thở có áp lực học, áp lực dương âm, xâm nhập không xâm nhập thảo luận với mục đích cố gắng xác định thay đổi y học lâm sàng xảy để thúc đẩy cải tiến máy thở học Sự phát triển hệ máy thở áp lực dương cho đơn vị chăm sóc đặc biệt khả máy thở cho đơn vị chăm sóc đặc biệt Tất điều tạo sở cho tảng phát triển thiết bị tương lai 1.1.3 Lịch sử phát triển Việc sử dụng hệ thống thơng gió hỗ trợ có từ thời Kinh thánh Máy trợ thở học dạng thơng gió áp suất âm lần xuất vào đầu kỷ 19 thiết bị áp suất dương bắt đầu đời.  Máy trợ thở và đơn vị chăm sóc đặc biệt thơng thường ngày đưa thị trường vào khoảng năm 1900 (ICU) Ngày hệ máy thở chăm sóc đặc biệt khác nhau, hệ có đặc tính khác so với hệ trước Tất tiến thiết kế máy trợ thở ICU hệ tạo sở cho đổi tương lai Máy trợ thở ICU tương lai tích hợp điện tử với nhiều cơng nghệ có thêm tính mới: có khả thơng khí hiệu cho tất bệnh nhân trường hợp, xâm lấn khơng xâm lấn, chương trình quản lý bản, hệ thống báo động thơng minh, kiểm sốt chu trình hỗ trợ định 1.1.4 Các hệ thiết bị [1] Thế hệ 1:  Những máy thở xâm lấn ban đầu cung cấp thông khí kiểm sốt thể tích với tỉ lệ thở ra/hít vào 1:2 Ngồi khơng có hình hiển thị hay chng báo quản lý khác Thế hệ 2: Thế hệ thứ hai máy thở chăm sóc đặc biệt khác với hệ nhiều mặt Một hình theo dõi bệnh nhân đơn giản tích hợp vào máy thở Hầu hết thể tích tốc độ hơ hấp theo dõi, đặc điểm bật hệ máy thở cảm hứng kích hoạt bệnh nhân Nhưng chỉ thơng gió theo thể tích Đây nhóm máy thở có cảnh báo áp suất cao, tốc độ cao lượng triều thấp Không lâu sau hệ máy thở đời, thơng gió bắt buộc ngắt quãng (IMV) áp dụng hệ thống thơng gió cho người lớn Thế hệ 3: Máy thở ICU hệ thứ ba điển hình Puritan Bennett 7200, Bear 1000, Servo 300 Hamilton Veolar Yếu tố quan trọng mà tất thiết bị có điểm chung điều khiển vi xử lý Đây kiện lớn phát triển máy thở học, vì hầu cách tiếp cận phương pháp giám sát khí thực Ngồi ra, chế cung cấp khí cải thiện nhiều Các máy thở rõ ràng đáp ứng nhu cầu bệnh nhân hệ máy thở học khác Vừa có sẵn để thơng khí theo thể tích, vừa cịn sử dụng cho nhịp thở tự phát với thơng gió áp lực hỗ trợ áp lực Thế hệ 4: Đây hệ máy thở ICU nay, phức tạp linh hoạt số máy thở học chế tạo Tại thời điểm này, số lượng loại tăng lên đáng kể Nhiều máy thở phân loại máy thở ICU có sẵn tồn giới, có số loại gọi máy thở bán cấp, máy thở vận chuyển/chăm sóc nhà máy thở thiết kế đặc biệt cho ứng dụng NIV 1.2 Thiết kế phát triển: 1.2.1 Phân loại Máy trợ thở xâm lấn: loại máy thở thơng qua ống đặt nội khí quản Máy trợ thở xâm lấn hãng chia làm dòng chính, loại cố định di động Máy trợ thở không xâm lấn (không bao gồm máy thở xâm lấn khơng xâm lấn) 1.2.2 Cơ cấu Máy tạo Oxy bao gồm máy nén khí (air compressor), trao đổi nhiệt (heat exchanger), bể cân bằng/điều chình áp suất (surge tank), mạch điều khiển (control circuit), xi lanh chứa viên zeolite, bể chứa sản phẩm (product tank), điều chỉnh áp suất (pressure regulator), chỗ thoát oxy Khối nguồn: Đây nơi “đầu não” để cung cấp lượng cho tồn hệ điều hành, chứa pin dự phòng Khối điều khiển: Khối hệ thống có nhiệm vụ điều khiển chế độ thở phù hợp với tình trạng bệnh bệnh nhân Khối điều khiển chứa nhiều thành phần kết hợp mạch xử lý, van, cảm biến khí, Khối giao tiếp: Đây khối tương tác trực tiếp với người bệnh thông qua ống thở tạo thành mạch liên tục Tùy thuộc vào cấu tạo khác thiết bị, thiết bị gồm ống thơng khí nối với bệnh nhân qua mặt nạ, ống nội khí quản mở khí quản Màn hình: Hiển thị thơng tin thơng số vận hành máy thở, tình trạng bệnh nhân cảnh báo trường hợp nguy hiểm tiềm ẩn cung cấp Bộ điều khiển arduino: sử dụng dùng để lập trình truyền động vào tốc độ định 1.2.3 Chế độ hoạt động Chế độ kiểm soát: Ở chế độ này, bác sĩ lâm sàng cài đặt thông số trước sử dụng Hầu hết bệnh nhân trường hợp có q trình thở yếu, khơng thể tự thở Chế độ hỗ trợ - áp dụng cho người tự thở Khi bệnh nhân thở đủ,  tín hiệu gửi đến thiết bị Lúc này, thiết bị đẩy thể tích khơng khí vào phổi bệnh nhân Tuy nhiên, người bệnh điều chỉnh cho phù hợp để tránh số trường hợp ngừng thở đột ngột, nhiên bác sĩ khuyến cáo nên đặt máy thở chế độ tần số chế độ kiểm soát.  Chế độ thở đồng ngắt bắt buộc: Đây chế độ thở sử dụng xen kẽ với chế độ thở hỗ trợ chế độ kiểm soát Chế độ áp dụng cho bệnh nhân tự thở thở máy vài ngày 1.2.4 Áp suất trợ thở Thiết bị thở tạo oxy tác động học lên nhu mơ phổi cần có công suất định, không gây tổn thương cho phổi Hiệu suất học định nghĩa hàm áp suất xuyên phổi, thể tích (TV) tốc độ hô hấp Thiết bị trợ thở y tế có nhiều cảm biến khác thường sử dụng để theo dõi kiểm soát lưu lượng oxy cung cấp cho bệnh nhân Cảm biến SpO2 phận quan trọng thiếu thiết bị trợ thở Có thể cài đặt cảm biến SpO2 mà điều khiển Arduino đọc tính tốn xử lý để tạo định mức luồng khơng khí khớp xác với nhịp thở bình thường bệnh nhân Nhờ phản hồi từ cảm biến SpO2, từ điều chỉnh tốc độ cấu truyền động để trì xác lưu lượng khơng khí cần thiết 1.3 Thực – vận hành: 1.3.1 Nguyên lý hoạt động máy tạo oxy [2] Máy tạo oxy sử dụng khơng khí sản suất 90-95% khí oxy tinh khiết Khơng khí bên ngồi bao gồm 78% Nito, 21% Oxy lượng nhỏ khí khác Máy tạo oxy theo nguyên lý hấp thụ dao động áp suất (Công nghệ PSA) sử dụng để tách chất khí cần thiết khỏi hỗn hợp khí áp suất lớn Hình 1: Ngun lí hoạt động Khơng khí hút vào máy nén khí nén áp suất cao Áp suất tăng nhiệt độ tăng dần Sau khơng khí qua đến trao đổi nhiệt, qua bể điều chỉnh áp suất đầu phù hợp vào hai xi lanh (xi lanh A) Trong xi lanh có chứa chất ban đầu zeolite (tạo thành từ tinh thể xốp hoạt động tựa lưới sàng lọc) Bởi Oxy có kích thước nhỏ Nito nên Oxy qua đc màng lọc Nito khơng Theo cách 90-95% oxy tinh khiết khỏi xi lanh A 10 Sau khoảng thời gian định xi lanh A bị nghẽn phân tử Nito mạch điều khiển kích hoạt xi lanh B đóng xi lanh A lại để xi lanh A làm xi lanh B tiếp tục sản xuất Oxy Sau thời gian tương tự trên, xi lanh B bị nghẽn phân tử Nito mạch điều khiển kích hoạt A đóng B để B làm A sản xuất Oxy Vịng tuần hồn tiếp diễn liên tục miễn cung cấp đủ lượng khơng khí Khí Oxy từ xi lanh chứa bể chứa sản phẩm qua điều chỉnh áp suất, cuối Oxy di chuyển đến chỗ thoát oxy sử dụng cho bệnh nhân 1.3.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến Sensor Arduino [3] Sensor mạch cảm biến sử dụng kẹp lên đầu ngón tay bệnh nhân để đo số SpO2 truyền thông tin đến mạch điều khiển Nếu nồng độ SpO2 < 97%, mạch điều khiển Arduino tính tốn thơng số theo mã code lập trình báo lên hình LCD Các bác sĩ y tá nhìn kết hiển thị hình LCD để điều chỉnh lưu lượng oxy  Nếu lượng oxy máu hòa tan khoảng 97% - 99%: oxy máu tốt  Nếu lượng oxy máu hòa tan khoảng 94% - 96%: oxy máu trung bình (cần cho thở thêm oxy)  Nếu lượng oxy máu hòa tan khoảng 90% - 93%: oxy máu thấp (nên có y tá bác sĩ theo dõi đến bệnh viện gần nhất)  Nếu SpO2 92% không thở oxy 95% có thở oxy: dấu hiệu suy hơ hấp nặng 11  Độ bão hòa oxy thấp 90% cấp cứu lâm sàng 12 CHƯƠNG 2.1 SẢN PHẨM Bản vẽ 3D: [4] Hình 2.1: Máy trợ thở Hình 2.2: Máy trợ thở 12 Hình 2.3: Máy trợ thở Hình 3: Cấu tạo bên 13 CHƯƠNG ỨNG DỤNG VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 Ứng dụng thực tế Hình 4: Ứng dụng thực tiễn 3.2 Đánh giá 3.2.1 Ưu điểm: - Giải định tình trạng vấn đề hơ hấp - Giải lưu lượng oxy bị thiếu - Duy trì oxy cho hoạt động quan nội tạng - Duy trì cải thiện sống cho bệnh nhân 3.2.2 Nhược điểm: - Chỉ giải tình trạng thời - Lỗi code áp suất phun tự động - Giá thành cao CHƯƠNG TỔNG KẾT 14 Đồng hành phát triển khoa học – kỹ thuật- y học đại, lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ thiết bị y tế dường đóng vai trị khơng thể tách rời – máy trợ thở số Dựa kiến thức sẵn có, nhóm khai thác khía cạnh máy thiết bị trợ thở: lịch sử phát triển hệ thiết bị, ứng dụng nguyên lý lĩnh vực y học nồng độ SpO máu, nguyên lý vận hành O2, … kết hợp với cảm biến sinh học (biosensor), thiết bị liên quan đến điện – điện tử Arduino để xác định chuẩn xác thông số Qua đó, nhóm thấy vai trị thiết bị cung cấp lượng O thiết yếu cho bệnh nhân hôn mê sâu, cấp cứu, giải tình trạng vấn đề hơ hấp giúp cho đội ngũ y bác sĩ nhiều việc cứu sống bệnh nhân Đồng thời nâng cao đời sống cho người 15 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-baonhieu/?fbclid=IwAR1VEeTFIyOv8r1efuz9yedDl4g5sTumCFxpSEay1nc1hwGVonsaTEHGifI [4] L Phương, “Sieuthiyte,” 31 2018 [Trực tuyến] Available: https://sieuthiyte.com.vn/blog/nguyenly-may-tao-oxy?fbclid=IwAR3xJN2YGoFLWWkPPgveZ177t6XSlhVw7zt3GxHlBXNAfTWJf72XZfR_Ys 16 PHỤ LỤC BÁO CÁO Nhật ký làm việc nhóm Hội F.A Từng cơng việc nhỏ Thời Gian Cơng việc 24/11/2021 Họp nhóm để chọn đề tài, phân cơng cơng việc cho thành viên 25-28/11/2021 Tìm hiểu phác họa sơ máy trợ thở Thời gian Công việc Phong: -Phác họa máy trợ thở phần mềm vẽ 3d -Tìm hiểu thơng tin máy trợ thở Phát: -Phác họa chi tiết, phận bên máy trợ thở -Tìm hiểu ngun lí hoạt động máy Xuân: -Làm báo cáo tiến độ nhật ký làm việc -Tìm hiểu thơng tin máy trợ thở Tâm: -Tổng hợp thơng tin -Trình bày thơng tin powerpoint Phát Xn: tìm thơng tin, viết 25/11/2021 máy trợ thở google schoolar Phong: phác thảo sơ 26/11/2021 hình dạng máy trợ thở máy tính Tâm: tổng hợp 28/11/2021 thơng tin thu thập máy trợ thở 17 Ghi Đã hồn thành Đã hồn thành 29/11-4/12/2021 15-24/12/2021 Tổng hợp thơng tin để viết báo cáo, trình bày powerpoint Hồn thành phác họa máy trợ thở máy tính phần mềm vẽ 3d 2/1/2022 Hoàn thành powerpoint báo cáo 13-24/2/2022 Họp nhóm thiết kế poster Tâm: lọc tổng hợp lại thông tin Xuân: tiến hành viết báo cáo Đã hoàn thành Phong Phát: hoàn thành vẽ solidworks Đã hoàn thành Xuân: hoàn thành báo cáo word Tâm: hoàn thành powerpoint Tâm: thiết kế 14/2/2022 poster 23/2/2022 Phong: in poster Phát: viết 24/2/2022 thuyết trình 18 Đã hồn thành Đã hồn thành