Hiện nay ở Việt Nam chưa có đơn vị nào nghiên cứu các vấn đề liên quan
đến đề tài này.
Với thực tế là tất cả các máy khí dung siêu âm hiện có mặt trên thị trường Việt Nam đều được nhập từ nước ngoài, việc làm chủ công nghệ tạo hạt sương bằng siêu âm và thiết kế chế tạo máy khí dung siêu âm là một nhu cầu cấp thiết, giúp giảm việc nhập ngoại thiết bị, tiết kiệm chi phí cho người sử dụng.
1.4. Một số bệnh có thể sử dụng máy khí dung để hỗ trợđiều trị
Khí dung là một phương pháp được chỉđịnh điều trị tại chỗ một số bệnh lý tai mũi họng: viêm mũi mạn tính, cấp tính, viêm xoang mạn tính, viêm họng, viêm thanh quản… Mục đích là đưa thuốc trực tiếp vào các hốc mũi, xoang, họng, thanh quản… dưới dạng những hạt thuốc rất nhỏ. Chính vì vậy các loại thuốc dùng trong khí dung cần đạt những tiêu chuẩn nhất định như sức căng bề mặt nhỏ, tan trong nước.
Về thuốc: tùy theo kích thước hạt thuốc, tốc độ dòng khí tạo ra. Hạt thuốc càng nhỏ, càng có khả năng đi sâu hơn xuống đường hô hấp dưới. Thường dùng phối hợp các loại: kháng sinh (gentamycine, chloramphenicol), kháng viêm (nhóm corticoide như hydrocortisone), tinh dầu (có tính chất sát khuẩn, săn niêm mạc), thuốc co mạch (thường dùng là ephedrin, oxymethazoline). Đối với những trường hợp làm cản trở thuốc đi đến các vùng điều trị: Khi mũi xuất tiết nhiều, dịch mũi đặc quánh, hoặc do mũi bị polyp, lệch vách ngăn mũi… cần làm sạch mũi, họng, giải quyết những cản trởở mũi trước khi khí dung.
Chỉđịnh dùng khí dung cũng như phối hợp các nhóm thuốc cần theo chỉ định của bác sĩ chuyên khoa. Bác sĩ xác định tình trạng bệnh sẽ quyết định chỉđịnh cho khí dung bằng các loại thuốc nào, khí dung qua đường mũi hay qua họng, khí dung trong thời gian bao lâu, phải uống kèm thêm các loại thuốc nào… Bác sĩ cũng sẽ phải cân nhắc chỉ định trên từng bệnh nhân cụ thể. Vì vậy, không nên chỉ dùng một đơn thuốc đểđiều trị cho tất cả mọi người và người bệnh không tự
ý điều trị bằng khí dung.
Hiện nay, máy khí dung còn được sử dụng rộng rãi trong điều trị bệnh hen, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính, là một dụng cụ không thể thiếu tại các phòng cấp cứu, sơ cứu, các khoa điều trị bệnh hô hấp. Ngoài ra nó cũng đã được dùng khá phổ biến tại các gia đình. Ưu điểm của việc dùng khí dung là có thểđưa thuốc trực tiếp đến vị trí cần gây tác dụng, đó là các phế quản và phế nang. Nhờđó, thuốc sẽ có tác dụng rất nhanh trong vòng 5 phút kể từ khi bắt đầu xông và rất hữu ích khi dùng để cấp cứu cắt cơn suyễn. Trong khi dùng thuốc bằng đường tiêm phải mất từ 15-30 phút và đường uống từ 30-60 phút mới có tác dụng
1.4.1. Viêm thanh quản
Là bệnh thường gặp, nhất là vào mùa đông. Bệnh có thể phát riêng lẻ hoặc phối hợp viêm nhiễm chung của hệ thống hô hấp.
Phân loại:
- Viêm Thanh Quản Cấp
Triệu chứng: Sốt (38 - 38,50C), chảy nước mũi rồi cảm thấy trong họng nóng, như có dị vật vướng trong cổ, ho khan, có cảm giác ngứa, rát, giọng bị khan dần, có khi mất tiếng, sau vài ba ngày, từ ho khan chuyển sang có đờm lẫn mủ, người mệt mỏi. Soi thanh quản, thấy niêm mạc thanh quản xung huyết, đặc biệt các dây thanh âm, có nhiều chất nhầy tiết ra, xuất hiện sớm ở phía trước đỉnh thanh quản, ở mép trước hoặc sau khe thanh môn hoặc bám vào các dây thanh âm làm cho dây thanh âm khó di
động.
- Viêm Thanh Quản mạn
Triệu chứng: Tiếng nói bị khàn kéo dài, khó khỏi một cách tự nhiên. Nguyên nhân:
. Do một viêm thanh quản nặng ngay từđầu trong lúc trẻ bị ban sởi, thủy đậu, ho gà, cúm hoặc bạch hầu.
. Do giọng nói bị cố gắng quá sức, quá cường độ, như ca sĩ hát lâu, hét to, mậu dịch viên quảng cáo...
. Do một số bệnh nghề nghiệp: Những người làm việc thường xuyên trong môi trường không khí khô, nóng, bụi bặm, hóa chất...
. Do các viêm cấp không được điều trị triệt để.
1.4.2. Viêm mũi xoang
Viêm xoang là một bệnh rất phổ biến, đa số trường hợp do nhiễm trùng, nhiễm virut, nhiễm nấm. Viêm xoang được phân loại theo tính chất cấp tính và mạn tính. Viêm xoang cấp tính thường được điều trị nội khoa, còn mạn tính thì phải xét đến vấn đề điều trị ngoại khoa.
Viêm mũi xoang do rất nhiều nguyên nhân, có thể do dịứng, do các virut, vi khuẩn, hoặc do các bệnh mũi xoang mạn tính khác. Tùy theo nguyên nhân mà bệnh có các biểu hiện khác nhau.
Viêm mũi xoang vận mạch: Bệnh xuất hiện với triệu chứng sổ, nghẹt mũi khi có thay
đổi về nhiệt độ hoặc độẩm trong không khí, khi bệnh nhân hít phải khói bụi, các hóa chất bay hơi hoặc khi có stress tâm lý.
Viêm mũi xoang nhiễm khuẩn: Bệnh xảy ra do cảm lạnh, nhiễm siêu vi kèm biến chứng nhiễm khuẩn mũi xoang kéo dài hơn 6 tuần.
Viêm mũi mạn tính do thuốc xịt mũi: Đây là trường hợp viêm mũi do lạm dụng thuốc nhỏ mũi lâu ngày hoặc nghiện hít bột ma túy. Triệu chứng biểu hiện là nghẹt mũi liên tục ở bất kỳ tư thế nào và dịch tiết chảy từ mũi xuống họng.
Viêm mũi xoang còn có thể do một nguyên nhân đặc hiệu: Viêm mũi xoang do vi nấm. Ngoài ra, viêm mũi xoang do vẹo vách ngăn, do polyp mũi hoặc VA (sùi vòm họng) phì
đại thường biểu hiện bằng nghẹt mũi một bên mạn tính.
1.4.3.Viêm mũi dịứng
Theo tổ chức Y tế thế giới, viêm mũi dịứng được chia làm ba loại:
Viêm mũi dịứng quanh năm do các yếu tố như môi trường (hít phải các kháng nguyên gây dịứng như con mạt li ti trong bụi nhà, trong chăn gối và nệm ghế…, lông thú, lông chim, sơn, vecni), những sang chấn tinh thần (stress) của cuộc sống nhiều lo toan cũng là yếu tố thuận lợi gây viêm mũi dịứng. Các nguyên nhân gây viêm mũi dịứng không đặc hiệu khác: thuốc (một số thuốc như Aspirine, Sulfamide, Streptomycine, Penicilline và một số loại huyết thanh chống bạch cầu, chống uốn ván cũng rất dễ gây dịứng), thức ăn (nhất là đồ biển).
Viêm mũi dịứng theo mùa như mùa hoa nở, dễ hít phải các loại phấn hoa hoặc bào tử
nấm của hoa bay ra trong không khí.
Viêm mũi dịứng do nghề nghiệp trong các ngành chế biến, xay xát lúa gạo, hay tiếp xúc với bông vải, với những hạt bụi sợi, khói, bụi gây ô nhiễm tại công trường, nhà máy, hầm mỏ… hoặc tiếp xúc thường xuyên với thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hoặc làm trong các phòng thí nghiệm…
Lưu ý, viêm mũi dịứng có thể gây biến chứng viêm tai giữa, làm giảm chức năng vòi nhĩ, polyp mũi, viêm xoang cấp và mãn tính.
1.4.4.Viêm họng
Viêm họng cấp là bệnh rất hay gặp vào mùa lạnh, ở cả người lớn và trẻ em. Bệnh
đặc biệt nguy hiểm với trẻ em vì nếu không được điều trị sớm, viêm họng cấp sẽ có nguy cơ biến chứng dẫn đến bệnh thấp tim.
Triệu chứng
Thời tiết lạnh, ẩm là nguyên nhân khiến liên cầu khuẩn phát triển, gây nên viêm họng, sau đó tiến triển thành viêm đường hô hấp trên. Viêm họng cấp thường khởi phát đột ngột, người bệnh sốt cao 39-40 độ C, kèm theo đó là nuốt đau, rát họng, khàn tiếng. Bệnh nhân càng thấy đau họng hơn khi ho, nói.
Các triệu chứng kèm theo là sụt sịt, tắc mũi và chảy nước mũi, tiếng nói khàn nhẹ và ho khan. Đồng thời người bệnh thấy đau lên tai và đau nhói khi nuốt.
Viêm họng cấp thường diễn biến trong 3-4 ngày, bệnh sẽ lui dần, các triệu chứng trên sẽ mất đi rất nhanh, sốt giảm dần, hiện tượng đau rát họng cũng không còn.
Biến chứng của viêm họng cấp
Nếu viêm họng cấp bị bội nhiễm, bệnh nhân có thể gặp các biến chứng viêm tai, mũi, phế quản…
1.5. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Thiết kế hoàn chỉnh máy khí dung siêu âm sử dụng trong y tế.
- Chế tạo thử nghiệm 10 máy khí dung siêu âm có các thông số kỹ
thuật tương đương các nước trong khu vực với tỷ lệ nội địa hóa trên 50%.
- Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho máy khí dung siêu âm
CHƯƠNG II : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1. Thiết kế mạch điện tử
Phần điện tử của máy khí dung siêu âm bao gồm 3 mạch : - Mạch nguồn
- Mạch điều khiển
- Mạch dao động và điều chỉnh công suất
2.1.1. Thiết kế Mạch nguồn
Mạch nguồn của máy khí dung siêu âm có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới (220V/50Hz) thành điện áp thích hợp cung cấp cho các bộ phận của máy khí dung, cụ thể:
- Nguồn 5V cho mạch điều khiển - Nguồn 12V cho quạt gió
- Nguồn 30V cho mạch dao động và điều chỉnh công suất
Nguồn của máy khí dung siêu âm được thiết kế là nguồn xung (switching). Nguồn xung đang được dùng rất phổ biến bởi nó có ưu điểm là hiệu suất biến đổi năng lượng cao và khả năng thay đổi linh hoạt trong thiết kế. Cụ
thể trong đề tài này, nguồn xung giúp chúng ta cung cấp 3 đầu ra điện áp từ một
đầu vào đơn (nguồn 220V/50Hz).
Mạch nguồn của máy khí dung siêu âm được thực hiện theo kiểu “fly- back converter” với sơđồ nguyên lý như hình 14:
Mạch nguồn mắc theo kiểu “fly-back converter” bao gồm khối biến áp, khóa và khối điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của nguồn như sau:
Khi khóa SW (thường là một transistor) đóng, cuộn sơ cấp N1 được nối trực tiếp với điện áp vào. Giá trị dòng điện qua cuộn sơ cấp N1 là một hàm tuyến tính với thời gian:
ILN1= 0< t < ton
Năng lượng được tích trữ trong cuộn dây N1, dòng điện đỉnh Ipik1 được hình thành ngay tại thời điểm khóa mở:
Ipik1=
Khi khóa SW mở, suất điện động cảm ứng của N1 làm tăng đột biến giá trị điện áp trên khóa SW, cảm ứng điện từ từ cuộn dây N1 đi qua N2 làm xuất hiện suất điện động cảm ứng, năng lượng được tích trữ vào cuộn N2. Giá trị
cường độ dòng điện cực đại tại N2 tỷ lệ với cường độ dòng điện cực đại tại N1 Ipik2 = Ipik1
Giá trị cường độ dòng điện trong cuộn N2 tuyến tính với thời gian được tính như sau:
ILN2=Ipik2 -
Năng lượng được tích trữ trong N2 được chỉnh lưu phóng hoàn toàn vào tụ Cout và được tích lại trong tụđểđưa ra điện áp ra.
Toàn bộ quá trình hoạt động của khóa và dòng điện trên các cuộn dây
Hình 15 : Biểu đồ các thông sốđiện áp, dòng điện trong nguồn “fly-back converter”
Điện áp ra được hồi tiếp vào hệ thống dò sai của mạch nguồn. Mạch dò sai có chức năng dò chênh lệch điện áp cần tạo với điện áp thực tế của mạch
điện, từđó thay đổi thời gian đóng ngắt mạch bằng cách cấp/ngắt khóa SW. Khi thay đổi thời gian đóng ngắt mạch điện, Ipik1 thay đổi kéo theo Ipik2 thay đổi, năng lượng nạp vào tụđiện Cout từđó cũng thay đổi.
Hình 16: Mạch nguồn
Mạch nguồn của máy khí dung siêu âm sử dụng lưới điện gia đình 220V/50Hz. Mạch nguồn có tác dụng biến đổi điện áp xoay chiều 220V/50Hz
thành nguồn điện một chiều 30V với dòng điện cấp cho tải 1A và 5V với dòng
điện cấp cho tải 0.5A. Nguồn điện 30V được sử dụng để cung cấp cho mạch dao
động và khuếch đại công suất. Nguồn điện 5V được sử dụng cho mạch điều khiển.
Nguyên lý khối nguồn:
- D1-D4 chỉnh lưu cầu từ điện lưới 220v tạo điện áp 1 chiều được lọc bởi tụ 33u/400v.
- Điện áp 1 chiều đi qua cuộn dây 1-3 đến cực C của Q1.
- Tụ C3, R1, C5 Mắc thành mạch dập xung trên cuộn dây 1-3 của biến áp bảo vệ Q1.
- R2 là điện trở khởi động khi cấp nguồn.
- R3, R7 , D8 chỉnh lưu tạo điện áp cấp nguồn và duy trì cho mạch làm việc sau khi khởi động.
- Cuộn dây 1-4 của biến áp xuất hiện sức điện động khi Q1 đóng , mở.
- Điện áp tại cuộn dây 1-4 còn được chỉnh lưu cấp nguồn cho Q2 và U1.
- Đồng thời phía thứ cấp của biến áp cũng được chỉnh lưu nhờ D1 và D4.
- Điện áp chỉnh lưu trên D1 đưa về mạch dò sai nhờ IC 431.
- IC 431 có 3 chân 1 nhận điện áp dò sai, chân 3 nối mát, chân 2 tạo
điện áp dò sai đưa về điều khiển U1. Quá trình hoạt động trở thành mạch kín giữ cho điện áp ra không đổi.
2.1.2. Thiết kế Mạch điều khiển
2.1.2.1 Sơđồ nguyên lý mạch
Mạch điều khiển của máy khí dung siêu âm có chức năng như sau:
- Thực hiện chức năng báo động khi mức nước cạn - Thực hiện chức năng hiển thị
- Thực hiện chức năng điều khiển công suất dao động của transducer - Thực hiện chức năng điều khiển tốc độ quạt gió
Sơđồ khối của mạch điều khiển:
Hình 17: Sơ đồ khối mạch điều khiển
Trong máy khí dung siêu âm mạch điều khiển quyết định chếđộ làm việc. Như vậy khi làm việc mạch điều khiển sẽ quét các yêu cầu vềđầu vào như cảm biến, bàn phím…thỏa mãn các yêu cầu về an toàn khi làm việc.
Trong đó:
Cảm biến mức nước được thực hiện bằng việc cài đặt tiếp xúc đầu tín hiệu vào với nước trong bình, đầu đất được đặt tại mức nước báo động, khi mức nước xuống dưới mức cho phép, tín hiệu bị ngắt, khối điều khiển sẽ thực hiện chức năng báo động.
Hệ thống phím điều khiển gồm để khởi động và thay đổi tốc độ phun sương.
Khối hiển thị bao gồm hệ thống đèn led báo hiệu tốc độ phun sương, đèn báo nguồn và đèn báo hoạt động.
Khối cảm biến Hệ thống phím điều khiển Khối điều khiển Khối hiển thị Khối báo động Khối tạo dao động Quạt gió
Khối báo động gồm còi được nối với chip vi điều khiển, có tác dụng báo
động khi mức nước trong bình xuống dưới mức cho phép.
Khối tạo dao động được nối với chíp vi điều khiển nhằm nhận tín hiệu thay đổi tốc độ phun sương, từđó điều chỉnh công suất dao động đồng thời Quạt gió được điều khiển tốc độ nhờ phương pháp băm xung với tốc độ khác nhau.
Chức năng điều khiển của mạch được thực hiện bởi chíp vi điều khiển PIC16F72-E/SP trong họ PIC. Vi điều khiển PIC có độ bền và khả năng chống nhiễu cao, được ứng dụng nhiều trong điều khiển công nghiệp và y tế.
Hình 18: Sơ đồ mạch điều khiển Mạch điều khiển bao gồm hai phím bấm:
+ Phím On/Off đểđiều khiển cho máy hoạt động hay không hoạt động. + Phím Mode đểđiều khiển lưu lượng phun sương.
Chức năng điều khiển tốc độ phun sương được thực hiện đồng bộ bởi điều khiển tốc độ quạt gió và điều khiển công suất của transducer. Khi người sử dụng tăng tốc độ phun sương, cả tốc độ quạt gió và công suất transducer đều tăng nhằm tránh tình trạng loãng mật độ hạt. Ngược lại khi giảm tốc độ phun sương, tốc độ quạt gió và công suất transducer giảm đồng bộ nhằm tránh hiện tượng
đọng sương trên bề mặt vỏ bảo vệ cốc thuốc và tiết kiệm điện năng.
Tốc độ quạt gió được điều khiển bằng phương pháp băm xung. Tùy thuộc vào độ rộng xung, tốc độ của quạt gió sẽ thay đổi.
Công suất của transducer được điều khiển thông qua một cầu trở. Cầu trở thay đổi điện trở ra bằng lệnh từ vi điều khiển.
Hình 19 : Cầu trở
Cầu trởđược điều khiển bởi vi điều khiển qua các chân 15.16.17 của chíp