CHƯƠNG 2. MÁY THỞ VÀ NHỮNG CẬP NHẬT CÔNG NGHỆ
2.2. Những công nghệ mới
2.2.1. Công nghệ cảm biến oxy thuận từ
Cảm biến Oxy thuận từ (paramagnetic O2 sensor) [20, 21]
Thuận từ là những chất có từ tính yếu. Các chất này có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên
Trong trạng thái vật chất hầu hết các loại khí là nghịch từ. Trong khi đó, O2 là chất thuận từ , do tồn tại 2 electron không bắt gặp ở lớp vỏ ngoài.
Hình 2.46. Nguyên lý thuận từ [20]
PHẠM HẢI SƠN MSHV : 1870205 Trang 75
Hệ thống gồm 2 dòng khí :
• Dòng khí cần xác định nồng độ Oxy (sample stream)
• Dòng khí tham chiếu (reference stream) – sử dụng khí phòng với tốc độ 10mL/min Hệ thống được đặt trong từ trường có thể thay đổi. Nam châm sẽ được đóng mở liên tục với tần số 165Hz ( GE airway module) để tạo ra sự thay đổi cực của từ trường
Lực từ tác dụng lên phân tử O2 khác nhau giữa đầu vào và ra của mỗi dòng khí, từ đó dẫn đến việc thay đổi áp lực riêng phần trên mỗi dòng khí. Kết quả là áp suất trên mỗi nhánh dòng khí là khác nhau và qua đó chúng ta có thể sử dụng different pressure tranducer hoặc microphone chuyển tín hiệu âm thành điện. Tín hiệu điện đầu ra tỉ lệ với nồng độ Oxy khác biệt giữa 2 dòng khí
Hình 2.47. Cấu tạo cảm biến Oxy thuận từ [20]
Độ từ cảm χ: đặc trưng cho mức độ từ hóa của vật liệu dưới tác động của từ trường
M H (1.4)
Lực từ tác động lên phân tử tỉ lệ với độ từ cảm (χ), cường độ từ trường (H) và gradient (dH/dx)
F H dH
dx
(1.5)
Lực từ chỉ tác động lên vùng từ trường biến thiên do có gradient (dH/dx) , qua đó làm xuất hiện chênh lệch lực tác động lên phân tử O2 giữa đầu vào và đầu ra của dòng khí.
Kết quả là tạo ra chênh lệch áp suất riêng phần trên mỗi nhánh . ta có:
Độ chênh lệch áp lực bên trong nhánh lấy mẫu (sample stream)
PHẠM HẢI SƠN MSHV : 1870205 Trang 76
2
( 0)
s o s 2
P P H
(1.6) Độ chênh lệch áp lực bên trong nhánh tham chiếu (reference stream)
2
( 0)
r o r 2
P P H
(1.7)
Độ chênh lệch áp lực giữa hai nhánh lấy mẫu và tham chiếu
2
( )( 0)
s r s r 2
P P H
(1.8)
Trong đó, H0 là cường độ từ trường trong không khí, svà rlần lượt là độ từ cảm trên mỗi nhánh lấy mẫu và nhánh tham chiếu. Độ từ cảm của phân tử O2 lớn gấp 285 lần của N2, 156 lần của CO2 và 175 lần của N2O. Do đó độ từ cảm của hỗn hợp khí trộn gần như tỉ lệ với áp suất riêng phần của phân tử O2 [54].
2
s
PO và
2
r
PO lần lượt là áp lực riêng phần của Oxy trên mỗi nhánh, ta có
Ps Pr (POs2 P COr2)
(1.9)
Tín hiệu sau đó được ghi nhận bằng cảm biến chênh lệch áp lực và được khuếch đại với dòng DC đầu ra. Với K là hệ số khuếch đại, F là nồng độ Oxy
2 2
( s r )
out O O
V K F F
(1.10)
Cảm biến Oxy thuận từ chỉ mới được sử dụng ở dòng máy thở Carescape R860 của hãng GE healthcare. Trong khi đó, các dòng máy thở trước đây sử dụng cảm biến Oxy điện hóa – gốm Galvanic. So sánh giữa dòng cảm biến Oxy thuận từ và cảm biến điện hóa sẽ thấy được sự khác biệt lớn
- Về thời gian sử dụng: Cảm biến Oxy thuận từ không phải thay thế định kỳ vì không sử dụng bất kỳ vật tư tiêu hao nào. Trong khi đó, cảm biến điện hóa sử dụng hóa chất để tạo ra phản ứng điện hóa giúp xác định nồng độ phần trăm Oxy, nên phải thay định kỳ. Thời gian thay thế của cảm biến điện hóa tùy thuộc vào thời gian và cách thức sử dụng của cảm biến. Nếu sử dụng cảm biến điện hóa liên tục và dòng khí Oxy liên tục thì thời gian thay
PHẠM HẢI SƠN MSHV : 1870205 Trang 77
cảm biến sẽ nhanh hơn. Trung bình thời gian sử dụng 1 cảm biến điện hóa trong máy thở vào khoảng 1-1.5 năm.
- Về thời gian đáp ứng: Cảm biến Oxy thuận từ cho thời gian đáp ứng nhanh hơn cảm biến điện hóa. Điển hình, khi thay đổi thông số cài đặt FiO2 từ 21% lên 60%, thời gian đáp ứng trung bình vào khoảng 7 giây. Trong khi đối với cảm biến điện hóa, thời gian đáp ứng luôn lớn hơn 15 giây. Thời gian đáp ứng nhanh giúp các bác sĩ theo dõi chính xác sự thay đổi nồng độ phần trăm khí Oxy trong quá trình huy đổi phế nang, dò PEEP tối ưu. Đây là công nghệ nên được ứng dụng nhiều hơn trong lâm sàng.