LÝ THUYẾ T LÂM SÀNG
Gi ớ i thi ệu chương
Chương 1 sẽ trình bày những kiến thức vềlâm sàng cơ bản mà mỗi nhân viên y tế cần nắm được khi làm việc với một hệ thống hút dẫn lưu màng phổi Chương đầu của luận văn sẽ trình bày cơ sở cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ hộ hấp, tập trung vào làm rõ khái niệm và vai trò của màng phổi trong hệ hô hấp Sau đó từ cơ sở lâm sàng sẽ đưa ra các bệnh liên quan đến màng phổi và vai trò quan trọng của hút dẫn lưu trong điều trị bệnh lý liên quan.
Cơ sở lý thuy ế t lâm sàng
1.2.1 Cấu tạo hệ hô hấp
Hệ hô hấp là một hệ cơ quan có chức năng trao đổi không khí diễn ra trên toàn bộ các bộ phận của cơ thể
Hệ hô hấp bao gồm 4 thành phần chính: lồng ngực, hệ thống dẫn khí, phổi và màng phổi [1]
Lồng ngực là một cấu trúc xương quan trọng nằm trong ngực, bao gồm cột sống, 24 xương sườn, 12 đốt sống, xương ức ở phía trước và cơ hoành bên dưới Nó chứa nhiều cơ quan vital như phổi, tim và phế quản, đóng vai trò quan trọng trong hệ hô hấp và tuần hoàn của cơ thể.
Hình 1.1 Lồng ngực của người
Kích thước và thể tích lồng ngực của từng lứa tuổi và giới tính là khác nhau
Nam giới thường có lồng ngực lớn hơn nữ giới, với lồng ngực của người lớn có đường kính ngang nhỏ hơn đường kính dọc Ngược lại, trẻ em có lồng ngực với tỷ lệ đường kính ngang lớn hơn đường kính dọc.
Hệ thống dẫn khí bao gồm mũi, miệng, họng, thanh quản, khí quản, phế quản:
Mũi là cửa ngõ tiếp nhận không khí, với nhiều lông mũi giúp lọc bụi bẩn và làm ấm không khí trước khi vào phổi Bên trong mũi có lớp niêm mạc tiết chất nhày và hệ thống mao mạch dày đặc, góp phần vào chức năng bảo vệ và duy trì độ ẩm cho đường hô hấp.
• Họng: Có tuyến amidan và tuyến VA chứa nhiều tế bào limpho.
Hình 1.2 Hệ thống dẫn khí hô hấp
• Thanh quản: Là một lớp khung sụn, có nắp sử dụng để đậy kín đường hô hấp
Khí quản là một ống dẫn khí hình lăng trụ, nối liền từ dưới thanh quản đến hệ phế quản của phổi, với chức năng chính là dẫn không khí vào và ra khỏi phổi.
Phế quản nằm phía sau khí quản, ở mức đốt sống ngực 4 và 5, sau đó phân chia thành các nhánh nhỏ, đi sâu vào phổi và tạo thành cấu trúc giống như cây phế quản.
Phổi là cơ quan chính làm nhiệm vụ hô hấp Chiếm phần lớn thể tích bên trong lồng ngực, được bao bọc bởi một lớp màng phổi [1]
Hình 1.3 Phổi và mặt cắt của phổi
Phổi bao gồm hai phần chính là phổi trái và phổi phải, mỗi phổi được chia thành các thùy và phân thùy Trong từng phân thùy, có rất nhiều túi nhỏ gọi là phế nang.
Phổi đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp oxy từ không khí vào tĩnh mạch phổi và loại bỏ carbon dioxide ra ngoài Bên cạnh đó, phổi còn tham gia vào quá trình chuyển hóa một số chất sinh hóa, lọc độc tố trong máu và đóng vai trò là nơi lưu trữ máu.
1.2.1.4 Màng phổi và áp suất âm màng phổi
Màng phổi gồm hai lớp chính: lá thành và lá tạng, trong đó lá thành tiếp xúc với mặt trong của thành ngực, còn lá tạng áp sát bề mặt ngoài của phổi Giữa hai lớp này là khoang màng phổi, chứa một lớp dịch giúp cho hai lá trượt dễ dàng lên nhau.
Hình 1.4 Vị trí khoang màng phổi
Các nhà khoa học đã thực nghiệm và tính toán rằng áp suất có giá trị khoảng 756 mmHg, thấp hơn áp suất khí quyển là 760 mmHg, do đó được gọi là áp suất âm khi quy ước áp suất khí quyển bằng 0.
Phổi có tính đàn hồi nhờ vào các sợi đàn hồi, luôn có xu hướng co lại nhỏ hơn thể tích của lồng ngực Khi lá tạng bị kéo tách khỏi lá thành, thể tích khoang màng phổi có xu hướng tăng lên Khoang màng phổi là một khoang kín, theo định luật vật lý, khi thể tích của bình kín tăng lên ở nhiệt độ không đổi, áp suất trong bình sẽ giảm xuống thấp hơn áp suất bên ngoài Do đó, khoang màng phổi có áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.
Hình 1.5 Cơ chế tạo áp suất âm của khoang màng phổi
Áp suất âm trong khoang màng phổi biến đổi theo chu kỳ hô hấp, chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi kích thước của lồng ngực Khi hít vào, phổi nở ra, lực đàn hồi tăng cao, dẫn đến áp suất âm mạnh hơn Ngược lại, khi thở ra, phổi xẹp lại, làm giảm độ âm của áp suất.
Hình 1.6 Áp suất thay đổi của màng phổi trong chù kỳ hô hấp
Thở vào bình thường: -6 mmHg; thởra bình thường: -4 mmHg
Trong trường hợp hô hấp gắng sức, giá trị áp suất thay đổi đáng kể: khi hít vào tối đa đạt -30 mmHg, trong khi khi thở ra tối đa dao động từ -0,5 đến 0 mmHg, gần bằng áp suất khí quyển.
1.2.1.5 Ý nghĩa sinh lý của áp suất âm khoang màng phổi Áp suất âm trong khoang màng phổi có ý nghĩa sinh lý vô cùng quan trọng đối với quá trình hô hấp Để có áp suất âm, lồng ngực phải kín, áp suất âm làm lá tạng luôn dính vào lá thành nên phổi sẽ co giãn theo cửđộng lồng ngực Khi áp suất âm mất đi, phổi sẽ không co giãn theo lồng ngực nữa dẫn đến rối loạn hô hấp Điều này thể hiện rõ ở những bệnh nhân bị vết thương lồng ngực hở, không khí từ bên ngoài đi qua vết thương tràn vào khoang màng phổi, khi đó áp suất khoang màng phổi cân bằng với áp suất khí quyển, do tính đàn hồi phổi sẽ xẹp lại Khi bệnh nhân thở, không khí sẽđi ra đi vào khoang màng phổi thông qua vết thương, phổi hầu như không co giãn theo động tác hô hấp làm bệnh nhân bị suy hô hấp
Áp suất âm trong lồng ngực giữ cho áp suất luôn thấp hơn các vùng khác, giúp máu từ các tĩnh mạch dễ dàng trở về tim Áp suất âm này tạo điều kiện cho tuần hoàn phổi với áp suất rất thấp, hỗ trợ tim phải bơm máu lên phổi hiệu quả hơn, đặc biệt trong quá trình hít vào khi áp suất càng âm hơn Điều này không chỉ làm tăng lượng máu lên phổi mà còn cải thiện phân áp ô-xy trong phổi, từ đó nâng cao hiệu quả trao đổi khí.
1.2.2 Quá trình làm việc của hệ hô hấp
Quá trình thông khí của phổi là sự trao đổi không khí giữa bên ngoài và bên trong cơ thể, bao gồm việc hít vào không khí và thở ra khí thải Phổi thực hiện chức năng này thông qua các động tác hô hấp.
1.2.2.1 Các động tác hô hấp bình thường a Động tác thở vào:
Tràn d ị ch màng ph ổ i và tràn khí màng ph ổ i
Các triệu chứng bệnh lý liên quan đến màng phổi chủ yếu bao gồm tràn khí màng phổi, tràn dịch màng phổi, hoặc cả hai tình trạng này xảy ra đồng thời.
Tràn dịch màng phổi, hay còn gọi là chứng phổi có nước, có thể do nhiều nguyên nhân như suy tim, bệnh lý ác tính, tắc mạch phổi, viêm tụy cấp, hoặc là hậu quả của phẫu thuật tim và ghép phổi Mặc dù chưa có thống kê chính xác về số lượng người mắc bệnh này tại Việt Nam, nhưng tình trạng tràn dịch màng phổi khá phổ biến Một số trường hợp có thể là lành tính và điều trị khỏi, trong khi những trường hợp ác tính có khả năng tái phát nhiều lần và có thể dẫn đến tử vong.
Hình 1.8 Mô tả tràn dịch và tràn khí màng phổi
Tràn dịch màng phổi là tình trạng tích tụ dịch, có thể là máu hoặc dịch, trong khoang giữa phổi và thành ngực, vượt quá mức cho phép Hiện tượng này dẫn đến những biến đổi lâm sàng đáng chú ý.
Tràn dịch màng phổi có thể được nhận biết thông qua các biểu hiện lâm sàng và cận lâm sàng, tương tự như tràn khí màng phổi Hình ảnh từ X-quang cho thấy bệnh nhân bị tràn dịch màng phổi, với phần phổi bên phải không nhìn thấy do tia X phải xuyên qua lớp dịch, làm che khuất phổi bên phải.
Hình 1.9 Hình ảnh tràn dịch màng phổi quan sát được qua ảnh chụp X –quang phổi
Tràn dịch màng phổi chủ yếu là biến chứng từ nhiều bệnh lý khác nhau, bao gồm nhiễm trùng phổi, hen suyễn và các tổn thương ảnh hưởng đến phổi.
Tràn khí màng phổi là tình trạng khí xuất hiện giữa lá thành và lá tạng của màng phổi, gây ra rối loạn hô hấp Đây là một vấn đề phổ biến có thể xảy ra ở nhiều trường hợp lâm sàng và ở mọi lứa tuổi.
Tràn khí màng phổi thường không có triệu chứng rõ ràng, nhưng có thể gây ra khó thở và đau ngực kiểu màng phổi Khó thở có thể xuất hiện đột ngột hoặc dần dần, tùy thuộc vào mức độ và tốc độ phát triển của tình trạng này Đau ngực có thể tương tự như các bệnh lý khác như viêm màng ngoài tim, viêm phổi, hoặc thuyên tắc phổi, và có thể lan lên vai hoặc xuống bụng Để chẩn đoán tràn khí màng phổi, bác sĩ sẽ dựa vào các dấu hiệu lâm sàng như đau ngực đột ngột, khó thở, và các triệu chứng như nhịp tim nhanh, thở nhanh, và tụt huyết áp Các phương pháp cận lâm sàng như chụp X-quang hoặc CT cũng được sử dụng để xác định tình trạng này, với hình ảnh X-quang cho thấy các đốm trắng biểu hiện cho bọt khí trong khoang màng phổi.
Hình 1.10 Hình ảnh tràn khí màng phổi quan sát được qua ảnh X- quang phổi
Khoang màng phổi bình thường không chứa khí, nhưng khi có tràn khí màng phổi, khí sẽ xuất hiện trong khoang này Khí có thể xâm nhập vào khoang màng phổi qua ba con đường khác nhau.
• Không khí đi vào qua đường thở, phế nang vào màng phổi do rách màng phổi tạng
• Qua thành ngực, cơ hoành, trung thất hoặc thực quản (trong vết thương thấu ngực)
• Do các vi sinh vật trong khoang màng phổi sinh khí
Áp lực bình thường của màng phổi dao động từ -3 đến -5 cm H2O, nhưng khi xảy ra tràn khí màng phổi, áp lực có thể tăng lên từ 10 đến 25 cm H2O Sự gia tăng áp lực này dẫn đến hiện tượng xẹp phổi, do khả năng giảm đàn hồi của nhu mô phổi.
1.3.2.2 Phân loại a Phân loại theo nguyên nhân
Theo nguyên nhân, có 2 loại tràn khí màng phổi:
• Tràn khí màng phổi tự phát: là tràn khí màng phổi không phải do chấn thương, hoặc vết thương ngực gây ra
Tràn khí màng phổi do chấn thương có thể xảy ra do các nguyên nhân như chấn thương, vết thương hoặc các thủ thuật y tế như chọc và sinh thiết phổi, hồi sức tim phổi, và đặt catheter tĩnh mạch dưới đòn Ngoài ra, tràn khí màng phổi cũng có thể được phân loại dựa trên việc đo áp lực trong khoang màng phổi.
Bằng máy đo áp lực (máy Kuss hoặc bơm tiêm) chia tràn khí màng phổi ra làm 3 thể:
Tràn khí màng phổi kín xảy ra khi chỗ rách của màng phổi được bịt lại, dẫn đến áp lực trong khoang màng phổi trở nên âm tính, mang lại tiên lượng tốt cho bệnh nhân Nếu lượng khí tràn vào khoang màng phổi ít, dưới 10% một bên phổi, thì khí có khả năng tự hấp thu mà không cần can thiệp y tế.
• Tràn khí màng phổi hở: chỗ rách của màng phổi vẫn tồn tại, áp lực khoang màng phổi = 0 (tương đương áp lực khí quyển)
Tràn khí màng phổi van là tình trạng nguy hiểm khi có chỗ rách tạo ra van một chiều, dẫn đến áp lực dương trong khoang màng phổi Hiện tượng này khiến ngực bên bị tràn khí căng phồng, đẩy trung thất sang bên đối diện, gây ra nguy cơ suy hô hấp cấp và trụy tim mạch Do đó, cần phải cấp cứu khẩn cấp để xử lý tình trạng này.
Điề u tr ị b ệ nh lý màng ph ổ i
Hình 1.11 Mô tả hút dẫn lưu màng phổi từ bệnh nhân
Phương pháp điều trị chính cho bệnh lý tràn dịch và tràn khí màng phổi là chọc hút dịch, giúp giảm triệu chứng cho bệnh nhân Bên cạnh đó, việc kết hợp điều trị triệu chứng và nguyên nhân là cần thiết để phục hồi chức năng hô hấp hiệu quả.
Để thực hiện chọc hút, bác sĩ và kỹ thuật viên cần đặt ống dẫn lưu màng phổi, một thủ thuật đưa ống nhỏ vào khoang màng phổi (khoảng không gian giữa phổi và lồng ngực) nhằm dẫn lưu khí và chất dịch ra khỏi cơ thể Sau khi ống dẫn lưu được đặt, có thể tiến hành hút hoặc để dịch và khí tự chảy ra, được gọi là hút dẫn lưu màng phổi.
Hút dẫn lưu là phương pháp phổ biến và quan trọng trong việc điều trị các bệnh lý liên quan đến tràn dịch và tràn khí màng phổi.
K ế t lu ận chương
Chương 1 đã trình bày khái quát về tổng quan về hệ hô hấp, đi sâu làm rõ vai trò của màng phổi và áp suất âm màng phổi trong quá trình hô hấp của cơ thể người Ngoài ra chương nàyđã nêu một số triệu chứng bênh lý phổ biến nhất liên quan đến màng phổi là tràn dịch và tràn khí màng phổi Đồng thời đã chỉ ra khái quát phương pháp điều trị là hút dẫn lưu màng phổi Chi tiết về một hệ thống hút dẫn lưu màng phổi sẽđược đề cập trong chương 2.
TỔ NG QUAN HÚT D ẪN LƯU MÀNG PHỔ I
Gi ớ i thi ệu chương
Chương 2 sẽ trình bày những lý thuyết cần nắm được về một hệ thống hút dẫn lưu để làm rõ hơn ý nghĩa, mức độ cần thiết của thiết bị phát hiên bọt khí Trước hết chương này sẽ trình bày nguyên lý, cấu tạo của các kỹ thuât hút dẫn lưu phổ biến, sau đó sẽ giới thiệu một số loại máy hút dẫn lưu hiện đang được sử dụng ở trên thế giới cũng như ở trong nước Từđó đặt vấn đề tại sao cần có một thiết bị phát hiện bọt khí dành cho các hệ thống hút dẫn lưu màng phổi.
K ỹ thu ậ t d ẫn lưu khoang màng phổ i
Dẫn lưu màng phổi là một thủ thuật y tế quan trọng giúp giải phóng khoang màng phổi khỏi sự chèn ép do khí hoặc dịch tràn, thường xảy ra do vết thương hoặc bệnh lý Thủ thuật này đặc biệt cần thiết trong trường hợp phổi trái bị xẹp do tràn khí màng phổi, như được mô phỏng trong hình 2.1.
Hình 2.1 Bệnh nhân thực hiện dẫn lưu màng phổi
Hiện nay, nhờ vào sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhiều bệnh viện trong nước đã được trang bị các thiết bị hiện đại phục vụ cho kỹ thuật dẫn lưu màng phổi Những tiến bộ này mang lại hiệu quả cao trong việc cấp cứu và điều trị các tình trạng như vết thương thấu ngực, chấn thương ngực kín, tràn dịch và tràn khí màng phổi do lao.
Hầu các hệ thống hút dẫn lưu hiện nay đều dựa trên những kỹ thuật sau [3]:
2.2.1 Hệ thống hút dẫn lưu 1 bình
Hệ thống dẫn lưu ngực được thiết kế để duy trì áp lực thấp trong khoang màng phổi, ngăn ngừa sự xâm nhập của khí khi thành ngực không kín Để đạt được điều này, ống dẫn lưu được kết nối với van một chiều, thường là van dưới cột nước, giúp ngăn khí trở lại khoang màng phổi Ống dẫn lưu phải được đặt sâu khoảng 2cm dưới mặt nước, điều này cho phép khí và dịch thoát ra khỏi khoang màng phổi khi có chênh lệch áp lực tối thiểu 2 cmH2O Trong quá trình hô hấp tự nhiên, dịch sẽ di chuyển lên và xuống ống dẫn lưu theo nhịp thở, và khí có thể thoát ra trong thì thở ra nếu áp lực trong khoang màng phổi vượt quá mức quy định.
Thông khí áp lực dương cho phép dịch di chuyển xuống ống dẫn lưu, trong khi khí có thể thoát ra qua đầu ống dưới cột nước trong thì hít vào Khi thở ra, khí có thể di chuyển lên ống dẫn lưu hoặc các bọt khí tiếp tục sủi từ đầu ống dưới cột nước, tùy thuộc vào chênh lệch áp lực và đặc điểm cơ học của phổi.
Khi dịch được dẫn lưu từ ống ngực, việc tăng chiều sâu của ống dẫn lưu dưới mặt nước sẽ dẫn đến sự gia tăng độ chênh áp, điều này có thể cản trở quá trình dịch chảy ra.
2.2.2 Hệ thống hút dẫn lưu 2 bình
Hệ thống hút dẫn lưu 2 bình có ngăn cách bình dịch với bình van một chiều
Hệ thống hai bình này kém hiệu quả trong việc thoát khí, khi mà không khí trong bình chứa trở thành phần mở rộng của túi khí màng phổi với một thể tích khí nén lớn Để khí thoát ra khỏi khoang màng phổi, cần nén khí đủ áp lực để vượt qua mức nước trong ống của van một chiều, điều này đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn so với việc dẫn lưu khoang đơn lẻ Do đó, hệ thống này cản trở sự thoát khí của tràn khí màng phổi và làm giảm khả năng tái giãn nở của phổi.
Hình 2.3 Hệ thống hút dẫn lưu 2 bình
2.2.3 Hệ thống hút dẫn lưu 3 bình Để dịch màng phổi có máu và đặc chảy ra dễ dàng và để ngăn tạo thành các túi khí có vách, người ta nối thêm vào hệ thống dẫn lưu một bình thứ ba (Hình 2.4) Bình thứ ba này được lắp đặt nhằm mục đích điều chỉnh áp lực hút đối với khoang màng phổi Do hệ thống hút trung tâm có áp lực cao và các dao động áp lực trong hệ thống hút trung tâm rất lớn trong khi áp lực hút áp dụng cho khoang màng phổi thường thấp (≤ -20 cmH2O), nên không thể dựa vào hệ thống hút trên tường đểđiều chỉnh chính xác áp lực hút
Hình 2.4 Hệ thống hút dẫn lưu 3 bình
Trong thí nghiệm với bình thứ ba, một ống thủy tinh được cắm sâu khoảng 20 cmH2O trong nước, với đầu ống thông ra khí trời Chiều sâu của ống so với mặt nước quyết định áp lực hút trong khoang màng phổi Cụ thể, nếu ống được đặt sâu 20 cm, áp lực hút trong khoang màng phổi sẽ không vượt quá 20 cmH2O Nếu không thấy bọt khí sủi lên liên tục từ ống, điều này cho thấy áp lực hút trong khoang màng phổi thấp hơn 20 cmH2O Khi áp lực trong bình vượt quá -20 cmH2O, các hiện tượng liên quan sẽ thay đổi.
Hệ thống sẽ duy trì áp lực hút -14 khí từ không khí trong phòng, qua ống điều chỉnh áp lực, tạo ra các bọt sủi dưới nước.
20 cmH2O Khi tiến hành hút khoang màng phổi, phải quan sát thấy các bọt khí sủi liên tục từ bình điều chỉnh áp lực hút.
Đặ t v ấn đề
Trong kỹ thuật hút dẫn lưu một bình, van một chiều được sử dụng là một ống dài, một đầu kết nối với ống dẫn lưu màng phổi và đầu còn lại ngâm trong nước vô khuẩn, thường sâu khoảng 2 cm Kỹ thuật hút này giúp duy trì áp lực âm và ngăn ngừa sự trào ngược dịch.
Khi sử dụng từ 2 bình trở lên, van một chiều sẽ được lắp đặt ở bình thứ 2, với một đầu ống đặt dưới nước và đầu còn lại nối với bình số 1 Chức năng của van một chiều không thay đổi, ngăn không cho khí đi ngược vào phổi, nhưng vẫn cho phép dịch và khí từ khoang màng phổi thoát ra bình thường Đồng thời, van này cũng giúp phát hiện bọt khí thoát ra từ màng phổi.
Ngoài ra nếu hệ thống ống dẫn lưu không kín cũng sẽ dẫn đến hiện tương xuất hiện bọt khí ởống van một chiều
Thời điểm rút ống dẫn lưu được quyết định dựa trên sự hiện diện của rò khí và lượng dịch hút ra Khi không còn rò khí và lượng dịch đạt khoảng 100ml/24h, có thể tiến hành rút ống dẫn lưu Theo kinh nghiệm từ các hệ thống hút dẫn lưu điện tử, ngay cả khi có rò rỉ khí nhỏ (20-40 ml/phút) ổn định trong 6-8 giờ, ống dẫn lưu cũng có thể được rút.
Hình 2.5 Bọt khí từống van một chiều
Việc phát hiện bọt khí trong ống van một chiều là rất quan trọng trong quá trình hút dẫn lưu màng phổi, giúp bác sĩ kịp thời xử lý khi bệnh nhân gặp phải tình trạng tràn khí màng phổi không ngừng hoặc khi ống dẫn lưu bị hở.
Theo quyết định số 2992/QĐ-BYT ngày 17/07/2015 của Bộ Y tế, nhân lực trong ngành Y tế chưa đáp ứng đủ yêu cầu và luôn trong tình trạng thiếu hụt, cần bổ sung liên tục đến năm 2020 Điều này dẫn đến việc một số bệnh viện hiện nay gặp khó khăn trong việc phát hiện sự cố tràn khí màng phổi.
15 nhân viên y tế khuyến cáo người nhà bệnh nhân thường xuyên kiểm tra hệ thống hút dẫn lưu để phát hiện bọt khí, dấu hiệu của tràn khí màng phổi Nếu phát hiện bọt khí, cần nhanh chóng thông báo cho điều dưỡng hoặc bác sĩ để xử lý kịp thời Việc theo dõi này có thể gây khó khăn và mệt mỏi cho cả người nhà và nhân viên y tế.
M ộ t s ố h ệ th ố ng hút d ẫn lưu hiệ n nay
2.4.1 Thiết bị hút dẫn lưu áp lực thấp Constant 1400
Hình 2.6 Thiết bị hút dẫn lưu áp lực thấp Constant 1400
Thiết bị hút dịch dẫn lưu áp lực thấp đến từ hãng Sanko – Nhật Bản, được thiết kế đặc biệt cho các tình huống cấp cứu, bao gồm điều trị tràn dịch màng phổi và dịch dạ dày.
Máy hút nhỏ gọn và cầm tay, lý tưởng cho việc sử dụng liên tục trong các tình huống khẩn cấp, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng.
Một số thông sốcơ bản của thiết bị:
• Tầm cài đặt áp lực hút: -3 – -20 cmH2O
• Có thể hoạt động liên tục
• Công suất hút tối đa: 1,2 lít/phút.
• Kích thước: 332 (Cao) x 375 (Dài) x 150 (Sâu) mm
2.4.2 Hệ thống hút dẫn lưu áp lực thấp sử dụng khí y tế trung tâm
Bộ hút áp lực thấp này được thiết kế để hoạt động liên tục trong suốt quá trình phẫu thuật màng bụng hoặc phổi, giúp duy trì áp lực ổn định Áp lực có thể được điều chỉnh linh hoạt trong khoảng nhất định, đảm bảo hiệu quả và an toàn cho bệnh nhân.
0 đến 760mmHg bởi đầu hút chân không và trạng thái hút cũng được hiển thị bởi bọt khí trong bình Các dịch và máu được chứa vào bình rời
Hình 2.7 Hệ thống hút dẫn lưu 3 bình sử dụng khí y tế trung tâm Model HDLT-
Cột nước của thiết bị có thể lắp đặt nhiều loại đầu cắm khác nhau, cho phép kết nối trực tiếp với ổ khí trên tường, phục vụ cho hệ thống khí y tế trung tâm Dịch từ bệnh nhân sẽ được chuyển đến và lưu trữ trong bình nhỏ đã được trang bị sẵn.
Một số thông sốcơ bản của thiết bị:
• Sử dụng hệ thống khí y tế trung tâm
• Có thể hoạt động liên tục
• Thương hiệu: Made in Vietnam
2.4.3 Một số thiết bị hút dẫn lưu có tích hợp chức năng phát hiện bọt khí trên thế giới
Sau đây là một số thiết bị hút dẫn lưu kèm chức năng phát hiện bọt khí hiện đã được sản xuất và sử dụng ở trên thế giới
Hình 2.8 Thiết bị hút dẫn lưu dùng khí y tế ROME của EUROSETS
Thiết bị hút dẫn lưu ROME của Eurosets là một sản phẩm tân tiến, nổi bật với Bộ đo độ rò khí VALM (Volumetric Air Leak Meter) cho phép đo lường chính xác mức độ rò rỉ khí, mang lại hiệu quả cao trong quá trình sử dụng.
• Thu nhận lượng không khí thoát ra từ bệnh nhân theo thời gian, do đó, thậm chí là bọt khí rất nhỏ, thường không nhìn thấy bằng mắt thường
Hệ thống này không chỉ bảo vệ van một chiều mà còn đảm bảo quá trình thoát dịch diễn ra liên tục, giúp loại bỏ dịch và không khí khỏi khoang màng phổi-trung thất.
Hình 2.9 Thiết bị hút dẫn lưu chạy điện DRENTECH™ PALM EVO
PalmEvo là máy hút chân không cầm tay kết hợp với dẫn lưu ngực dùng một lần, cung cấp liệu pháp hoàn chỉnh và theo dõi bệnh nhân sau phẫu thuật.
Hệ thống đáng tin cậy này không chỉ tăng cường sự thoải mái cho bệnh nhân mà còn giúp giảm thời gian nằm viện và đơn giản hóa việc quản lý nhân viên Bên cạnh đó, thiết bị còn cho phép theo dõi lượng bọt khí thoát ra theo thời gian thực, mang lại hiệu quả cao trong quá trình điều trị.
Hiện nay, một số công ty Việt Nam đã sản xuất các hệ thống hút dẫn lưu, nhưng chưa có nhà sản xuất nào tích hợp chức năng phát hiện bọt khí trong hệ thống của mình.
K ế t lu ận chương
Chương 2 đã giải thích nguyên lý làm việc, các kỹ thuật hút dẫn lưu màng phổi đang được sử dụng trong điều trị các bệnh lý về khoang màng phổi cũng như đưa ra một số hệ thống hút dẫn lưu thực tế hiện nay Bên cạnh đó, chương 2 đã đưa ra vấn đề tại sao cần một thiết bị phát hiện bọt khí ứng trong hút dẫn lưu màng phổi
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆ N B Ọ T KHÍ CÓ TH Ể ÁP
Gi ớ i thi ệu chương
Chuơng 3 trình bày các phương pháp phát hiện bọt khí đang được nghiên cứu cũng như sử dụng cho các thiết bị y tế hiện nay là phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng quang học, phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng cảm biến áp suất và phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng tụđiện Nội dung chuyên đề phân tích cơ sở lý thuyết cũng cách thức để thực hiện của từng phương pháp được nêu Từđó so sánh, làm rõ ưu nhược điểm của 3 phương pháp được đưa ra nghiên cứu sau đó chọn lựa một phương pháp phù hợp, tối ưu nhất để hoàn thiện thành một hệ thống hoàn chỉnh trong luận văn tốt nghiệp của mình.
Phương pháp phát hiệ n b ọ t khí s ử d ụ ng c ả m bi ế n quang h ọ c
3.2.1.1 Cơ sở lý thuyết sự truyền ánh sáng trong các môi trường
Khi ánh sáng đi qua một môi trường vật chất, nó sẽ bị ảnh hưởng theo 3 cách:
• Phản xạ hoặc khúc xạ
• Cường độ của nó bị giảm khi đi qua môi trường (bị hấp thụ)
• Vận tốc truyền trong môi trường nhỏ hơn vận tốc trong chân không bằng 3.1x10 8 m/s (hiện tượng tán sắc) a Phản xạ và khúc xạ
Khúc xạ, hay còn gọi là chiết xạ, là hiện tượng ánh sáng thay đổi hướng khi đi qua bề mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chỉ số khúc xạ khác nhau.
Hình 3.1 Ánh sáng bịđổi hướng khi đi từmôi trường không khí vàolăng kính
Sự khúc xạ ánh sáng tuân theo định luật Snell, theo đó tỉ lệ giữa sin của góc tới θ1 và sin của góc khúc xạ θ2 tương ứng với tỷ số vận tốc pha trong hai môi trường khác nhau.
2 v v trong hai môi trường, hoặc tương đương, với chiết suất tương đối 2
1 n n của hai môi trường ε và μ biểu diễn hằng số điện môi và mômen lưỡng cực từ của hai môi trường khác nhau [6]
Hình 3.2 Mô phỏng hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ, còn gọi là định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng có dạng:
• i là góc giữa tia sáng đi từ môi trường 1 tới mặt phẳng phân cách và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường
• r là góc giữa tia sáng đi từ mặt phân cách ra môi trường 2 và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường
• n1 là chiết suất môi trường 1
• n2 là chiết suất môi trường 2
Trong chuyển động sóng, phản xạ xảy ra khi sóng di chuyển đến bề mặt tiếp xúc giữa hai môi trường, làm thay đổi hướng lan truyền và quay trở lại môi trường ban đầu.
Sự phản xạ ánh sáng có thể chia thành hai loại chính: phản xạ định hướng, xảy ra trên bề mặt như gương, và phản xạ khuếch tán, xảy ra trên bề mặt như giấy trắng, tùy thuộc vào đặc tính của bề mặt tiếp xúc.
Hình 3.3 Mô phỏng phản xạđịnh hướng
Phản xạ định hướng là hiện tượng quang học khi ánh sáng va vào vật cản thì bật ngược trở lại theo chiều xác định Khi đó:
• Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và đường pháp tuyến của gương ởđiểm tới
• Góc phản xạ bằng góc tới
Phản xạ khuếch tán xảy ra khi sóng gặp bề mặt không phẳng giữa hai môi trường, dẫn đến sóng phản xạ theo nhiều phương khác nhau Hiện tượng này thường được quan sát khi chiếu ánh sáng vào tờ giấy trắng, tạo ra một vệt sáng, khi đó ánh sáng bị phản xạ theo mọi hướng.
Phản xạ khuếch tán giúp chúng ta nhìn thấy được mọi vật chung quanh
Hình 3.4 Mô phỏng phản xạ khuếch tán
21 b Hấp thụ ánh sáng trong môi trường
Các nhà khoa học đã chứng minh rằng ánh sáng đơn sắc khi đi qua dung dịch sẽ bị hấp thụ một phần, hiện tượng này được mô tả bởi định luật Lambert-Beer, còn được gọi là Beer-Lambert-Bougue.
Độ hấp thụ quang của dung dịch tỷ lệ thuận với độ dày của lớp dung dịch và nồng độ chất tan.
Hình 3.5 Mô phỏng ánh sángđi qua dung dịch
• A là độ hấp thụ quang của mẫu, không có đơn vị
• l là độ dày truyền ánh sáng (cm)
• c là nồng độ mol (mol/l)
• ε là hằng sốđiện môi của chất lỏng, được tính bằng (l/mol)*cm
Trong quang học, tán sắc là hiện tượng mà vận tốc pha của sóng hoặc ánh sáng phụ thuộc vào tần số của nó Các vật liệu có tính chất này được gọi là vật liệu tán sắc Một hệ quả quan trọng của sự tán sắc là sự thay đổi góc khúc xạ của các bước sóng ở các màu khác nhau, như trong trường hợp của lăng kính khúc xạ.
Vật liệu tán sắc có thể tạo ra những hiệu ứng mong muốn hoặc không trong ứng dụng quang học Sự tán sắc ánh sáng qua lăng kính thủy tinh giúp thiết lập các thông số quang phổ và quang phổ kế, trong khi lưới holographic cho phép phân biệt chính xác hơn các bước sóng Tuy nhiên, trong các tròng kính, tán sắc gây ra quang sai, làm giảm chất lượng ảnh trong kính viễn vọng, kính hiển vi và các vật thể chụp ảnh.
Vận tốc pha v, của sóng trong môi trường đồng nhất được xác định theo công thức: v c
Hình 3.6 Lăng kính tán sắc
Trong đó c là vận tốc ánh sáng trong chân không, n là chiết suất của môi trường
3.2.2 Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng cảm biến quang học [7]
Khi bọt khí xuất hiện trong bình van một chiều, môi trường trong bình chứa nước thay đổi Khi chiếu ánh sáng vào bình, ánh sáng sẽ truyền từ nước sang không khí và ngược lại, dẫn đến hiện tượng khúc xạ, tán xạ, hấp thụ và tán sắc Những hiện tượng này làm giảm độ rọi ánh sáng trong bình khi có bọt khí.
Chúng ta sẽ đặt một cảm biến ánh sáng ở đầu nguồn phát để thu thập dữ liệu về sự thay đổi ánh sáng trước và sau khi loại bỏ bọt khí.
Dữ liệu sau đó sẽ được truyền về vi điều khiển, xửlý và báo động nếu phát hiện có bọt khí
Hình 3.7 Nguyên lý thiết bị phát hiện bọt khí
Phương pháp phát hiện bọt khí trong hệ thống hút dẫn lưu sử dụng cảm biến quang học bao gồm một đèn LED phát và một đèn LED thu Khi không có bọt khí trong ống truyền ở bình van một chiều, ánh sáng từ LED phát sẽ chiếu thẳng tới LED thu mà không bị phản xạ, cho thấy không có nguy hiểm cho bệnh nhân Ngược lại, khi có bọt khí trong ống truyền, ánh sáng sẽ bị phản xạ bởi bọt khí và gửi tín hiệu tới LED thu, cảnh báo rằng đã xảy ra sự cố tràn khí màng phổi, đe dọa đến an toàn của người bệnh.
Phương pháp phát hiệ n b ọ t khí s ử d ụ ng c ả m bi ế n áp su ấ t
Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử có chức năng chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện, thường được sử dụng để đo áp suất hoặc trong các ứng dụng liên quan đến áp suất.
Cảm biến áp suất hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như các loại cảm biến khác, cần một nguồn tác động như áp suất, nhiệt độ hoặc các yếu tố cần đo Khi nguồn áp suất, bao gồm khí, hơi hoặc chất lỏng, tác động lên cảm biến, nó sẽ chuyển đổi giá trị này về vi xử lý Vi xử lý tiếp nhận tín hiệu và xử lý để đưa ra kết quả cuối cùng.
Cấu tạo của cám biến áp suất thường gồm 2 phần chính:
Cảm biến là thiết bị nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tải tín hiệu đó đến khối xử lý Tùy thuộc vào loại cảm biến, tín hiệu áp suất có thể được chuyển đổi thành các dạng tín hiệu khác nhau như điện trở, điện dung, điện cảm hoặc dòng điện trước khi gửi đến khối xử lý.
Khối xử lý có vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu từ khối cảm biến, thực hiện các xử lý cần thiết để chuyển đổi tín hiệu đó sang dạng tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất Các tín hiệu đầu ra phổ biến bao gồm điện áp 4 ~ 20 mA, 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC và 1 ~ 5 VDC, giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong quá trình đo lường.
Các loại cảm biến hoạt động theo những nguyên tắc khác nhau: một số dựa vào sự biến dạng vật liệu để thay đổi điện trở, trong khi những loại khác thay đổi điện dung hoặc sử dụng vật liệu áp điện Trong số đó, cảm biến áp điện trở và cảm biến điện dung là hai loại phổ biến nhất.
Các loại cảm biến áp suất thông dụng:
Cảm biến áp suất dạng áp điện trở được cấu tạo từ một lớp màn nhạy cảm với áp suất, được gắn trên các phần tử áp điện trở Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên việc màn bị biến dạng khi có lực áp suất tác động, dẫn đến sự thay đổi của các áp điện trở tương ứng với độ cong của màn.
Giá trị các áp điện trở song song với cạnh màng tụ giảm sẽ dẫn đến sự gia tăng của các áp điện trở vuông góc với cạnh màng Hiện tượng này tạo ra điện áp ngõ ra khác 0, phản ánh mối quan hệ tương hỗ giữa các loại áp điện trở trong cấu trúc của màng tụ.
Cảm biến áp suất kiểu tụ hoạt động dựa vào giá trị điện dung để xác định áp suất, với điện dung được thay đổi thông qua khoảng cách giữa các cực tụ Thiết bị này thường được ứng dụng để đo áp suất trong các hệ thống lò hơi, máy nén khí, trạm bơm, hệ thống điều áp, cũng như giám sát áp suất trong các bồn thủy lực và các hệ thống khác.
3.3.2 Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng cảm biến áp suất [8]
Cảm biến áp suất SCC05DN của Honeywell Inc được sử dụng trong nghiên cứu với phạm vi phát hiện từ −100 cmH2O đến +100 cmH2O và độ chính xác đạt 0,5% Mạch thiết kế để số hóa và khuếch đại tín hiệu từ cảm biến áp suất dựa trên nguyên tắc “mạch cầu Wheastone”, cho phép những thay đổi nhỏ về biên độ tạo ra sự khác biệt lớn về điện áp đầu ra Đây là một mạch khuếch đại quan trọng nhằm tăng cường khả năng thu thập tín hiệu từ thiết bị.
Hình 3.8 Sơ đồ thiết kếcơ bản của mạch đo và khuếch đại tín hiệu áp suất
Bộ phát hiện bọt khí bằng áp suất bao gồm thiết bị đo áp suất giữa bình hút chân không và bình van một chiều, cùng với thiết bị phát hiện bọt khí dựa trên dao động áp suất Thiết bị này có khả năng phát hiện sự xuất hiện của bọt khí thông qua sự thay đổi áp suất, cho phép phát hiện rò rỉ không khí ở màng phổi bệnh nhân mà không cần quan sát bọt khí Ngoài ra, nó còn lưu trữ dữ liệu về thời gian bệnh nhân bị tràn khí màng phổi và hiển thị các cảnh báo trên màn hình.
Hình 3.9 Vịtrí đặt cảm mạch theo dõi áp suất
Trong nghiên cứu trên động vật, việc sử dụng dụng cụ phẫu thuật nội soi lồng ngực để tạo ra tổn thương phổi nhân tạo đã dẫn đến rò rỉ khí rõ rệt Áp lực cơ bản trước và sau khi gây chấn thương phổi là khoảng 10 cmH2O Hệ thống hút dẫn lưu được thiết lập để theo dõi và ghi lại tình trạng của động vật Sự thay đổi áp suất ban đầu rất lớn và sau đó giảm dần, làm giảm mức độ dao động của tín hiệu mà cảm biến thu được.
Hình 3.10 Áp suất theo thời gian theo dõi trên động vật có phổi bị tràn khí
Trong nghiên cứu trên động vật, áp suất đã được theo dõi sau khi phổi bị cắt để tạo ra rò rỉ khí Khi được thở máy, áp suất màng phổi luôn duy trì ở mức dương, ban đầu tăng mạnh lên 16,5 cmH2O và dao động nhanh Sau 900 giây theo dõi liên tục, mức độ dao động giảm dần.
Sau vài giờ, biên độ dao động giảm tối thiểu, cho thấy tình trạng rò rỉ không khí đã được cải thiện và phổi đang dần nở ra Mặc dù kiểm tra tổng thể không phát hiện hiện tượng tràn khí màng phổi, nhưng sự thay đổi áp suất vẫn rất rõ ràng và chỉ giới hạn trong một phạm vi hẹp.
Hình 3.11 Hình ảnh tín hiệu thu được khi không có tràn khí màng phổi
Tín hiệu từ cảm biến áp suất thời gian thực đóng vai trò quan trọng trong hệ thống dẫn lưu màng phổi, cung cấp thông tin chính xác và khách quan về thời điểm xảy ra tràn khí màng phổi cũng như mức độ hồi phục của bệnh nhân sau tổn thương phổi.
Việc thêm thiết bị theo dõi áp suất vào hệ thống dẫn lưu hiện tại mang lại hai ưu điểm chính Thứ nhất, thiết bị này giúp xác định trực tiếp phạm vi dao động của áp suất, điều này liên quan mật thiết đến mức độ giãn nở của phổi, từ đó cung cấp một phương pháp đáng tin cậy để đánh giá sự phục hồi của bệnh nhân Ngay cả khi bệnh nhân đã về nhà, cảm biến áp suất cho phép họ tự theo dõi quá trình hồi phục Thứ hai, thiết bị giúp xác định chính xác thời điểm phổi đã hồi phục hoàn toàn, tức là khi không còn sự dao động áp suất, từ đó cho phép bác sĩ lâm sàng có thể rút ống dẫn lưu sớm hơn với độ chính xác cao.
Phương pháp phát hiệ n b ọ t khí s ử d ụ ng t ụ điệ n
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động bao gồm hai bản cực song song, được ngăn cách bởi lớp điện môi Khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai bề mặt, tụ điện sẽ hoạt động và lưu trữ năng lượng điện.
Tụ điện xuất hiện điện tích trái dấu trên các bề mặt, cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp, mặc dù có tính chất cách điện một chiều Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, bao gồm mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều và mạch tạo dao động.
Cấu tạo của tụđiên bao gồm:
Tụ điện được cấu tạo từ ít nhất hai dây dẫn điện, thường là tấm kim loại, được đặt song song và ngăn cách bởi một lớp điện môi.
Điện môi trong tụ điện bao gồm các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa và không khí Những điện môi này giúp tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện bằng cách ngăn chặn dòng điện đi qua.
Tụ điện được phân loại dựa trên chất liệu cách điện giữa các bản cực Chẳng hạn, nếu lớp cách điện là không khí, nó được gọi là tụ không khí; nếu là giấy, gọi là tụ giấy; nếu là gốm, gọi là tụ gốm; và nếu lớp cách điện là hóa chất, thì gọi là tụ hóa.
Những loại tụđiện phổ biến:
• Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ Trên thân tụ được thể hiện giỏ trị điện dung từ0,47 àF đến 4700 àF
Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm là các loại tụ không phân cực, có hình dáng dẹt và không phân biệt âm dương Giá trị điện dung của chúng thường được ký hiệu bằng ba số trên thân tụ và thường có trị số nhỏ, khoảng 0,47 µF.
Tụ xoay là loại tụ điện có khả năng điều chỉnh giá trị điện dung bằng cách xoay, thường được sử dụng trong các thiết bị Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi dò đài.
• TụLithium ion: có năng lượng cực cao dùng đểtích điện 1 chiều
Nguyên lý hoạt động của tụđiện:
Nguyên lý phóng nạp của tụ điện là khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng điện trường, tương tự như một ắc quy nhỏ Tụ điện có khả năng lưu trữ electron và phóng thích chúng để tạo ra dòng điện Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn giữa tụ điện và ắc quy là tụ điện không thể tự sinh ra các điện tích electron.
Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của tụ điện Nhờ vào nguyên lý này, tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều, mở ra nhiều ứng dụng trong các mạch điện.
• Công dụng nổi bật là tụđiện có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm
Tụ điện nổi bật với khả năng lưu trữ năng lượng điện hiệu quả, tương tự như ắc-quy, nhưng không tiêu hao năng lượng trong quá trình lưu trữ Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng, mang lại lợi ích lớn cho các ứng dụng điện.
Tụ điện cho phép điện áp xoay chiều đi qua, hoạt động như một điện trở đa năng Khi tần số điện xoay chiều tăng, dung kháng của tụ điện giảm, đặc biệt với điện dung lớn, giúp điện áp lưu thông hiệu quả qua tụ điện.
Tụ điện hoạt động dựa trên khả năng nạp và xả thông minh, giúp ngăn chặn điện áp một chiều trong khi cho phép điện áp xoay chiều lưu thông Điều này tạo điều kiện cho việc truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có sự chênh lệch điện thế.
Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện khi môi trường giữa hai bản cực biến đổi Sự thay đổi này được xác định thông qua điện áp đầu ra của hệ thống.
3.4.2 Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng tụđiện [9]
Phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng tụ điện với hai tấm bạch kim có tiết diện 0.75 cm², nghiên cứu sự thay đổi điện áp đầu ra khi bọt khí xuất hiện Tụ điện kết hợp với điện trở tạo thành mạch lọc thông thấp; sự xuất hiện của bọt khí sẽ làm thay đổi điện dung và điện áp đầu ra Khoảng cách giữa hai bản cực cố định là 1,0 cm, với dây đồng gắn để đo sự thay đổi này Dung dịch Dextran 70, một hỗn hợp nước đẳng trương với 9g NaCl và 40g/L Dextran 70, được cho qua giữa hai bản cực, có đặc tính vật lý tương tự máu, giúp tránh đông máu trong quá trình thí nghiệm.
Hình 3.12 Sơ đồ thiết bị phát hiện bọt khí sử dụng tụđiện
Để tiến hành thí nghiệm, dung dịch Dextran70 được đưa vào giữa các bản tụ điện qua các van đầu vào và đầu ra Thiết bị được kết nối với một điện trở 100 kΩ để tạo thành mạch RC, với tần số 2 MHz được áp dụng Điện áp đầu vào từ bộ tạo tín hiệu là 2,5 volt Các van được mở để dung dịch di chuyển giữa các bản tụ điện, sau đó đóng lại để giữ chất lỏng ở đúng vị trí.
K ế t lu ận chương
Ta có bảng so sánh tổng quan ưu và nhược điểm của 3 phương pháp như sau:
Bảng 3-2 So sánh các phương pháp phát hiện bọt khí
Phương pháp sử dụng Ưu điểm Nhược điểm
- Sử dụng được trong nhiều hệ thống
- Không đo được với một số chất lỏng đặc
- Khó xác định kích thước bọt khí
- Có thểtheo dõi và lưu trên hệ thống
- Sử dụng được trong nhiều hệ thống
- Sử dụng tại nhiệt độ cốđịnh
- Khó xác định kích thước bọt khí
- Có thểxác định kích thước bọt khí
- Khó thực hiện trên hệ thống hút dẫn lưu
Dựa trên bảng so sánh và mục tiêu nghiên cứu, tôi đã phát triển một hệ thống phát hiện bọt khí linh hoạt, có khả năng hoạt động trên nhiều hệ thống hút dẫn lưu với độ chính xác cao và chi phí thấp Hệ thống này sử dụng sự thay đổi điện dung của tụ điện trong micro condenser, nhờ vào sự rung động của màng micro condenser khi áp suất thay đổi do rung động của hệ thống hút dẫn lưu khi có bọt khí Hệ thống này có thể áp dụng cho nhiều hệ thống hút dẫn lưu từ 3 bình trở lên.
THIẾ T K Ế H Ệ TH Ố NG
Gi ớ i thi ệu chương
Chương 4 sẽ tập trung vào thiết kế thiết bị phát hiện bọt khí trong hệ thống hút dẫn lưu 3 bình, dựa trên lý thuyết và thực tiễn đã trình bày Nội dung chương sẽ phân tích các khối chức năng trong hệ thống, xác định nhiệm vụ cụ thể và cách thức hoạt động của từng khối chức năng trong sơ đồ khối.
Phương pháp phát hiệ n b ọ t khí s ử d ụ ng t ụ điệ n
Hệ thống phát hiện bọt khí đơn giản và chính xác cao được thiết kế với chi phí thấp, dựa trên nền tảng micro condenser Hệ thống này theo dõi và phân tích sự thay đổi điện dung của micro condenser khi bọt khí xuất hiện trong bình van một chiều của hệ thống hút dẫn lưu Khi có hiện tượng tràn khí, áp suất trong dây dẫn thay đổi, tạo ra dao động của màng micro condenser tương tự như dao động âm thanh Micro condenser là loại đầu dò phổ biến nhất để phát hiện hoặc đo độ lớn tín hiệu âm thanh, mang lại nhiều ưu điểm trong việc phát hiện bọt khí.
• Sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau: thu âm, phát hiện âm thanh, …
Hình 4.1 Hình ảnh, sơ đồ mạch điện và đáp ứng tần số của micro condenser
Sau nhiều lần thử nghiệm và phân tích dữ liệu từ các vị trí lắp đặt micro condenser, vị trí tối ưu nhất để phát hiện bọt khí đã được xác định Như mô tả trong hình 4.2, khu vực khoanh vuông màu đỏ cho thấy vị trí có khả năng phát hiện tràn khí màng phổi thông qua quan sát thông thường.
Hình 4.2 Vị trí phát hiện tràn khí màng phổi và vị trí đặt hệ thống phát hiện bọt khí
Tín hiệu thu được từ micro condenser sẽ được khuếch đại để dễ dàng quan sát và so sánh sự khác biệt trước và sau khi xuất hiện bọt khí Sau đó, tín hiệu này sẽ được gửi về vi điều khiển để tiến hành phân tích, xử lý và cảnh báo khi phát hiện có bọt khí.
Sơ đồ kh ố i
Hệ thống được thiết kế dựa trên sơ đồ khối chức năng như sau:
Hình 4.3 Sơ đồ khối của hệ thống 4.3.1 Khối cảm biến
Micro condenser (micro dạng tụ) được cấu tạo từ hai màng kim loại mỏng chồng lên nhau, với lớp cách điện ở giữa, tương tự như một tụ điện Nguyên lý hoạt động của micro condenser là khi áp dụng điện tích DC, điện dung sẽ thay đổi khi sóng âm thanh tác động lên màng kim loại phía trước, từ đó tạo ra tín hiệu điện gửi về thiết bị xử lý.
Tín hiệu từ khối cảm biến sẽ được khuếch đại và chuyển đến khối xử lý trung tâm, nơi thực hiện phân tích để phát ra tín hiệu điều khiển cho khối cảnh báo.
Hình 4.4 Sơ đồ mạch điện sử dụng chip MAX9812L khuếch đại tín hiệu âm thanh
Sau khi dữ liệu âm thanh đo được từ sựrung động của màng micro condenser sẽđược khuếch đại bởi 1 mạch khuếch đại âm thanh, ở đây sử dụng chip Maxim
MAX9812L là bộ khuếch đại micro nhỏ gọn lý tưởng cho ứng dụng điện thoại di động và máy tính xách tay Với khả năng khuếch đại tín hiệu lên đến 10 lần, nó có thể hoạt động như thiết bị đầu vào âm thanh hoặc để phát hiện âm thanh nói chung.
Chip Maxim MAX9812L duy trì điện áp tham chiếu đầu ra luôn dương, giúp khối xử lý dễ dàng nhận diện, phân tích và xử lý tín hiệu hiệu quả hơn.
Khối nhập dữ liệu cho phép người dùng nhập thông tin về số giường và số phòng bệnh nhân, từ đó cung cấp cảnh báo cần thiết thông qua ứng dụng miễn phí đã được cài đặt trên điện thoại thông minh.
Dữ liệu được nhập vào thông qua module bàn phím ma trận 4x4 loại nhấn phím
4.3.4 Khối xử lý trung tâm
Sau khi thu được tín hiệu âm thanh từ cảm biến đã được khuếch đại, tín hiệu sẽđược xửlý và điều khiển khối bởi một bộ kit Arduino
Hình 4.6 Các loại kit Arduino
Arduino là một nền tảng mã nguồn mở bao gồm phần cứng và phần mềm, được phát triển tại thị trấn Ivrea, Ý Phần cứng Arduino, bao gồm các board mạch vi xử lý, giúp tạo ra các ứng dụng tương tác hiệu quả hơn với nhau và với môi trường xung quanh.
Phần cứng được thiết kế với một board mạch nguồn mở, sử dụng vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit Các model hiện tại tích hợp 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Bộ kit Arduino mà hệ thống sử dụng trong luận văn là Arduino Nano.
Thông số kỹ thuật Arduino Nano:
Bảng 4-1 Thông số kỹ thuật Arduino Nano
Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit) Điện áp hoạt động 5V – DC
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader
Arduino Nano hoạt động tương tự như các bộ kit Arduino khác, được trang bị vi điều khiển ATmega328P giống như Arduino UNO Tuy nhiên, điểm khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO sử dụng dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package).
Arduino Nano có 30 chân trong cấu trúc TQFP 32 chân, cung cấp 8 cổng ADC so với 6 cổng của UNO Đặc biệt, bảng Nano không trang bị giắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà sử dụng cổng mini-USB để cấp nguồn.
Cổng này phục vụ cho lập trình và giám sát nối tiếp, mang lại hiệu suất tối ưu cho Arduino Nano Tính năng nổi bật của nó là khả năng cung cấp công suất lớn nhất với điện áp hiệu quả.
Các thông tin cần hiển thị như số giường, số phòng, hướng dẫn sẽ được khối điều khiển và xử lý hiển thịtrên LCD 1602 như hình ảnh
Khối cảnh báo bao gồm hai hình thức chính: cảnh báo trực tiếp thông qua âm thanh và ánh sáng từ hệ thống, cùng với cảnh báo gián tiếp qua ứng dụng trên điện thoại thông minh có kết nối mạng.
4.3.6.1 Cảnh báo bằng âm thanh, ánh sáng
Khi khối điều khiển phát tín hiệu cảnh báo, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo trực tiếp thông qua âm thanh và ánh sáng Cụ thể, âm thanh cảnh báo được phát ra từ còi chip, trong khi ánh sáng cảnh báo sẽ nhấp nháy từ màn hình LCD, giúp tối ưu hóa mạch điện và giảm ô nhiễm ánh sáng trong không gian phòng bệnh.
4.3.6.2 Cảnh báo qua ứng dụng a) Kit thu phát wifi NodeMCU
Kit NodeMCU được thiết kế để hỗ trợ thực hiện các dự án điều khiển và giám sát thiết bị qua Internet một cách nhanh chóng và tiết kiệm Dựa trên chip Wifi SoC ESP8266, kit này dễ sử dụng nhờ tích hợp mạch nạp với chip CP2102 Nó đi kèm với thư viện kết nối WiFi hỗ trợ TCP, UDP, HTTP, mDNS, SSDP và DNS Servers Ngoài ra, kit còn cho phép cập nhật OTA, sử dụng Filesystem với bộ nhớ Flash hoặc thẻ SD, và điều khiển các thiết bị ngoại vi như servos qua SPI và I2C.
• Có đầy đủ các chân I/O (digital/analog/pwm/timer) giúp thực hiện khá nhiều dự án và tích hợp nhiều thiết bị
• 10 chân GPIO từ D0 – D10, có chức năng PWM, IIC, giao tiếp SPI, 1- Wire và ADC trên chân A0
Kết nối mạng WIFI cho phép người dùng sử dụng như điểm truy cập hoặc trạm máy chủ để lưu trữ và truy cập dữ liệu, đồng thời kết nối internet để tải lên hoặc lấy dữ liệu một cách hiệu quả.
• Tích hợp tốt với các giao thức mạng như HTTP, MQTT (hiện đang free khá nhiều)
• Chi phí phù hợp cho các dự án Internet of Things (IoT)
Hình 4.9 Hình ảnh và sơ đồ chân kit NodeMCU
Kit NodeMCU có nhiều ứng dụng hữu ích như điều khiển thiết bị từ xa qua website, sử dụng giọng nói để điều khiển thông qua ESP8266, và gửi thông báo đến điện thoại thông minh có kết nối mạng.
K ế t lu ận chương
Chương 4 đã nêu ra phương pháp phát hiện bọt khí sử dụng trong hệ thống Bênh cạnh đó, sơ đồ khối và chi tiết các khối trong hệ thống cũng được đã được thể hiện chi tiết