Thiết kế mô hình máy trợ thở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY TRỢ THỞ NGÀNH: KỸ THUẬT Y SINH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S VÕ THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đức Văn Tín 1811730071 18DYSA1 Nguyễn Thanh Bình 1911730002 19DYSA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN Nhóm tác giả cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 (Ký tên ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Trước hết nhóm tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn Thạc sĩ Võ Thị Bích Ngọc tận tình hướng dẫn thành viên nhóm nhiều suốt q trình tìm hiểu nghiên cứu hồn thành báo cáo tốt nghiệp Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Kỹ thuật y sinh – trường Đại học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh thầy cô trường trang bị cho chúng em kiến thức cần thiết để nhóm tác giả hồn thành báo cáo Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè người bên cạnh động viên tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm, tận tình giúp đỡ bảo nhóm nhóm cịn thiếu sót q trình làm đồ án tốt nghiệp Cuối nhóm tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình dành quan tâm đặc biệt ln động viên cho nhóm Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết nhóm tác giả nhiều hạn chế Cho nên đồ án tốt nghiệp khơng tránh khỏi thiếu sót, nhóm tác giả mong nhận đóng góp ý kiến tất thầy cô bạn bè để đồ án nhóm hồn thiện Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn! ii TÓM TẮT Nghiên cứu “Thiết kế mơ hình máy trợ thở” nhóm tác giả mơ tả phát triển hệ thống mơ hình bóp bóng Ambu tự động, đơn giản, dễ chế tạo chi phí thấp Hệ thống máy trợ thở dựa điều khiển Arduino với hệ điều hành thời gian thực tích hợp với cảm biến nhiệt độ, nhịp tim, nồng độ SpO2 máu nhằm theo dõi sức khỏe bệnh nhân cách xác giúp bác sĩ điều chỉnh thơng số bóp bóng Ambu cách hợp lý Thiết bị cung cấp chế độ thở có kiểm sốt với tốc độ bóp bóng từ 10 – 40 lần/phút với tỉ lệ I:E (tỉ lệ thời gian thở vào thở ra) từ 1:1 đến 1:4, góc quay, tốc độ quay Máy bóp bóng ambu trợ thở thiết kế máy hoạt động dựa nguyên lý dùng áp lực dương (từ bóng) để đẩy luồng khí vào khí quản bệnh nhân Hệ thống sử dụng motor để điều khiển cánh tay địn tác động vào bóng ambu góc hợp lý nhằm cung cấp lượng khí đủ cho bệnh nhân hơ hấp Các kết thí nghiệm cho thấy hệ thống mơ hình máy trợ thở cho thấy khả bóp bóng với tốc độ bóp bóng ambu xác cảm biến nhằm thay sức người iii ABSTRACT This "Ventilator Model Design" study by the authors describes the development of an automated Ambu balloon squeezing model system that is simple, easy to build and low-cost The ventilator system is based on the Arduino controller with a realtime operating system integrated with temperature, heart rate, spO2 concentration sensors in the blood to monitor the patient's health accurately so that doctors can adjust the Ambu ball squeezing parameters properly The device provides a controlled breathing mode with a ball squeezing speed of 10-40 times / minute with an I:E ratio (the ratio of breathing time in and out) from 1: to 1: 4, rotation angle, rotation speed The ambu breathalyzer is designed to be a machine that works on the principle of using positive pressure (from the ball) to push airflow into the patient's trachea The system will use a motor to control the arm to strike the ambu ball at a reasonable angle to provide a sufficient amount of gas to the respiratory patient The experimental results showed that the ventilator model system showed the ability to squeeze the ball at the correct ambu ball squeezing speed and the sensors were intended to replace human power iv MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ iii iii LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xii LỜI MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết đạt .2 Kết cấu đồ án Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Nhu cầu sử dụng bóng ambu 1.2 Tình hình bệnh hơ hấp xã hội đại 1.2.1 Suy hô hấp 1.2.2 Hen phế quản 1.2.3 Viêm phổi tắc nghẽn mạn tính 1.3 Các số sinh tồn theo dõi sức khỏe bệnh nhân nhiễm bệnh hô hấp 1.3.1 Chỉ số nhiệt độ 1.3.2 Chỉ số nhịp tim 1.3.3 Chỉ số nồng độ bão hòa oxy máu .10 v 1.4 Mục đích đề tài 11 Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 13 2.1 Cơ sở lý thuyết để xây dựng phát triển tính cho mơ hình máy 13 2.2 Đặc điểm hình thái chức máy hô hấp 13 2.2.1 Đặc điểm hình thái 14 2.2.1.1 Lồng ngực – khung xương .14 2.2.1.2 Hệ thống đường dẫn khí 15 2.2.1.3 Phổi 17 2.2.1.4 Phế nang màng hô hấp 18 2.2.1.5 Màng phổi chế tạo áp suất âm khoang màng phổi .19 2.2.2 Chức thơng khí phổi 21 2.2.2.1 Khái niệm 21 2.2.2.2 Động tác hô hấp .21 2.2.2.3 Khoảng chết thơng khí phế nang 23 2.2.2.4 Các thể tích, dung tích lưu lượng thở 25 2.3 Máy thở loại máy trợ thở không xâm nhập .29 2.4 Tình hình nghiên cứu giới nước 30 2.4.1 Tình hình nghiên cứu giới 30 2.4.1.1 Máy thở giá rẻ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) Mỹ .30 2.4.1.2 Máy thở đại học Rice .31 2.4.2 Tình hình nghiên cứu nước .32 2.4.2.1 Viện nghiên cứu Bộ Cơng Thương hồn thành nghiên cứu máy trợ thở phục vụ chống dịch Covid – 19 32 2.4.2.2 Sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển chế tạo máy hỗ trợ thở 33 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 35 3.1 Lựa chọn phương án khí giải .35 vi Chức khác Theo dõi nhịp tim , nhiệt độ, SpO2 - Dựa mơ Khơng có Khơng có - Bóp bóng thơng qua - Dựa mô phỏng cần gạt nước di chuyển tay kẹp tới tay người Lực tác lui trục vitme làm dụng từ phía Cơ chế bóp bóng -Tốc độ đáp ứng giảm tốc độ, bóng mặt bóng Ambu nhanh Ambu bị biến dạng khơng bị biến dạng - Có thể điều chỉnh bên nhiều lượng khí cung cấp - Có thể điều chỉnh lượng khí cung cấp - Tốc độ đáp ứng nhanh - Có thể điều chỉnh lượng khí cung cấp 6.2 Ưu điểm nhược điểm mơ hình máy trợ thở 6.2.1 Ưu điểm • Tiết kiệm thời gian, cơng sức: Sử dụng mơ hình máy trợ thở bóng Ambu phần giúp nhân viên y tế tiết kiệm sức lực thời gian bóp bóng, tận dụng khoảng thời gian tiết kiệm để chăm sóc vệ sinh bệnh nhân giường hiệu • Thiết bị đơn giản, dễ sử dụng: Thiết bị làm chất liệu mica, với kích thước nhỏ gọn giúp việc vận chuyển máy hay đặt xe cấp cứu, ô tô nên dễ dàng tiện lợi Cấu tạo 69 đơn giản, dễ sử dụng đồng thời dễ bảo hành, sửa chữa, tháo lắp • Giá rẻ Các linh kiện điện tử máy trợ thở dễ tìm kiếm, giá rẻ để tạo máy trợ thở bóng Ambu rẻ nhiều so với máy thở thị trường Giúp tiếp cận với người có thu nhập thấp cơng nhân học sinh, sinh viên • Có thể thiết lập thơng số thở bệnh nhân Các nhân viên y tế dễ dàng thiết lập thông số tần suất bóp bóng phút, mode thở, tỷ lệ I:E – tỷ lệ thời gian thời vào thở với bệnh nhân khác 6.2.2 Nhược điểm • Cịn sai số Các thơng số cảm biến sai số cao Cần phải cải tiến để tăng độ xác cách thay đổi loại cảm biến tốt hơn, xác • Cịn thiếu thông số thở Các chế độ cài đặt thơng số thở cịn hạn chế cịn chế độ, thông số khác Cần phải cải tiến, nghiên cứu cài đặt thông số thở khác : áp suất dương cuối kỳ thở (PEEP), áp suất thở vào đỉnh (PIP) • Chế độ bảo vệ an toàn cảnh báo với hệ thống thở chưa có Mơ hình máy trợ thở chưa có chế độ cảnh báo bảo vệ an toàn hệ thống thở Do đó, máy cần phải cải tiến thêm cảm biến áp suất thở cảm biến lưu lượng khí lưu thơng nhằm phát thơng số thay đổi có vượt ngưỡng quy định hay không nhằm đưa cảnh báo cho người sử dụng tránh cố đáng tiếc xảy với người bệnh 70 6.3 Kiểm định sản phẩm Hiện nhóm tác giả chưa có điều kiện để đến trung tâm kiểm nghiệm máy để đánh giá chất lượng máy trợ thở Trong tương lai, nhóm tiếp tục nghiên cứu, cải tiến tìm kiếm đơn vị y tế có chun mơn để hỗ trợ, phát triển, đánh giá độ an tồn, xác sản phẩm nhằm tiến hành thương mại hóa, giúp sản phẩm đến tay người tiêu dùng có thu nhập thấp 6.4 Hướng phát triển đề tài Trong tương lai nhóm tác giả phát triển hệ thống cánh tay địn bóp bóng ambu tối ưu giúp tăng độ bền cho bóng ambu cập nhật thêm nhiều chế độ kiểm soát, liên kết với điện thoại qua wifi nhằm điều khiển thu thập, truyền liệu giúp bác sĩ dễ dàng theo dõi tình hình sức khỏe bệnh nhân từ xa để tránh cố đáng tiếc cho bệnh nhân Bên cạnh đó, nhóm tác giả tích hợp thêm cảm biến đo áp suất thở thay đổi lưu lượng khí ống thở nhằm phát thơng số thay đổi để đưa cảnh báo cho người sử dụng máy trợ thở 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo sách: Trevor Weston Know Your Body: The Atlas of Anatomy Ulysses Press, 1995 Tài liệu tham khảo từ nguồn từ Internet: [1] Bóp bóng Ambu ? : https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suckhoe/suc-khoe-tong-quat/bop-bong-ambu-la-gi/ [2] WHO cơng bố tổng số người chết Covid-19: https://nld.com.vn/thoisu-quoc-te/who-cong-bo-tong-so-nguoi-chet-moi-nhat-vi-covid-1920220505200631257.htm [3] Vì Corona gây viêm đường hơ hấp cấp ?: https://www.vinmec.com/vi/tintuc/thong-tin-suc-khoe/dich-2019-ncov/thong-tin-suc-khoe/vi-sao-corona-gayviem-duong-ho-hap-cap/ [4] "Thời đại" bệnh hô hấp, ứng phó ?: https://suckhoedoisong.vn/thoi-dai-cua-cac-benh-ho-hap-lam-sao-ung-pho169211225182240214.htm [5] Suy hơ hấp (cấp): Nguyên nhân, chẩn đoán, triệu chứng cách trị, bệnh viện Tâm Anh: https://tamanhhospital.vn/suy-ho-hap/ [6] Dấu hiệu nhận biết hen phế quản cấp tính: https://www.vinmec.com/vi/tintuc/thong-tin-suc-khoe/dau-hieu-nhan-biet-con-hen-phe-quan-cap-tinh/ [7] Thế dấu hiệu sinh tồn ?: https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suckhoe/nao-la-dau-hieu-sinh-ton/ [8] Viện y học ứng dụng Việt Nam Nhiệt độ bình thường theo lứa tuổi bao nhiêu: https://vienyhocungdung.vn/nhiet-do-co-the-binh-thuong-theo-tung-luatuoi-la-bao-nhieu [9] Nhịp tim: https://www.pharmacity.vn/suc-khoe/nhip-tim-binh-thuong/ [10] Hỏi - Đáp Covid-19: Chỉ số SpO2 có ý nghĩa với bệnh nhân Covid19 ?: https://www.qdnd.vn/y-te/suc-khoe-tu-van/hoi-dap-covid-19-chi-so-spo2-coy-nghia-nhu-the-nao-voi-benh-nhan-covid-19-678335 72 [11] Võ Tấn Cường Sinh lý học hơ hấp: https://sites.google.com/site/cuongtanvoydk34/y-khoa-online/sinh-ly-hoc/sinh-lyhoc/sinhlyhochohap [12] Máy trợ thở gì? Những lưu ý quan trọng sử dụng: https://hellobacsi.com/ho-va-benh-duong-ho-hap/cac-van-de-ho-hap-khac/may-trotho/ [13] Sinh viên ĐH Lạc Hồng sáng chế máy trợ thở: https://tienphong.vn/sinh-viendh-lac-hong-sang-che-may-tro-tho-post1231169.tpo [14] Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển chế tạo máy hỗ trợ thở: http://www.tnut.edu.vn/sinh-vien-nganh-ky-thuatdieu-khien-che-tao-may-ho-tro-tho-dt3682.html 73 PHỤ LỤC Chương trình hệ thống: Arduino //Điều khiển cảm biến, nút nhấn, nhiệt độ void loop() { button(); Var(); //Sensor(); if (demStart == 1) { Sensor(); Var(); if (((irValue / s > 90) && (irValue / s < 100) && (beatsPerMinute > 1) && (beatsPerMinute < 100)) || (manual == 1)) { digitalWrite(control_pin, LOW); Sensor(); Var(); Serial.println("a"); } else{ digitalWrite(control_pin, HIGH); Sensor(); Var(); } } else{ digitalWrite(control_pin, HIGH); Var(); 74 } } void Var() { if ( demStart == 1) { lcd.setCursor(15, 3); lcd.print("START"); } else { lcd.setCursor(15, 3); lcd.print("STOP "); } //speed_t=map(analogRead(set_speed_pin),0,1023,0,150); // lcd.setCursor(10, 0); // lcd.print(" "); lcd.setCursor(10, 0); //lcd.print(speed_t/10); lcd.setCursor(10, 1); lcd.print(temp); if (digitalRead(sw) == 0) { manual = 1; lcd.setCursor(8, 3); lcd.print("Manual"); } if (digitalRead(sw) == 1) { manual = 0; lcd.setCursor(8, 3); lcd.print(" "); } 75 } // void Sensor() { irValue = (particleSensor.getIR()); //beatsPerMinute=map((irValue/s),0,100,0,80); if (checkForBeat(irValue) == true) { long delta = millis() - lastBeat; lastBeat = millis(); beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0); if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20) { rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute; rateSpot %= RATE_SIZE; beatAvg = 0; for (byte x = 0; x < RATE_SIZE; x++) beatAvg += rates[x]; beatAvg /= RATE_SIZE; } GetTemp(); lcd.setCursor(10, 1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(11, 1); lcd.print(" "); if (irValue < 50000) { Serial.print(" No finger?"); lcd.setCursor(10, 2); lcd.print("No finger"); 76 } else { if (beatsPerMinute != 0) { lcd.setCursor(10, 2); lcd.print(beatsPerMinute); if (beatsPerMinute < 100) { lcd.setCursor(16, 2); lcd.print(" "); lcd.setCursor(15, 2); lcd.print(" "); } if (beatsPerMinute < 10) { lcd.setCursor(14, 2); lcd.print(" "); } } if (beatsPerMinute == 0) { lcd.setCursor(10, 2); lcd.print("Loading "); } } } } // int GetTemp(){ sensors.requestTemperatures(); temp=float(sensors.getTempCByIndex(0)+1.5); } 77 void button() { if (digitalRead(Start) == 0) { demStart = 1; digitalWrite(led, HIGH); lcd.setCursor(15, 3); lcd.print("START"); } if (digitalRead(stopp) == 0) { demStart = 0; digitalWrite(led, LOW); lcd.setCursor(15, 3); lcd.print("STOP "); lcd.setCursor(10, 2); lcd.print("No finger"); lcd.setCursor(4, 3); lcd.print(" "); } if (digitalRead(sw) == 0) { manual = 1; // lcd.setCursor(8, 3); // lcd.print("Manual"); } if (digitalRead(sw) == 1) { manual = 0; // lcd.setCursor(8, 3); // lcd.print(" "); } } Arduino 78 // Điều khiển động bước void stepper_stop(){ //digitalWrite(ENA, HIGH); digitalWrite(PUL,LOW); } ///////////////////////// void stepper_start(){ digitalWrite(ENA, LOW); } void stepper_update(){ read_sensor(); angle_t=angle; rpm_t=rpm; bpm_t=bpm; } //Thuật toán điều khiển động bước void MODE_(bool dir){ stepper_update(); long pulse=angle_t/(0.9); float T = 1.0/(rpm_t/60 * PULSE_REV)/2.0 * 1000000; double T_delay=(60000000-pulse*4*T*bpm_t)/bpm_t; stepper_start(); digitalWrite(DIR, dir); for(long i=0; i