Máy chỉ cần nguồn khí nén truyền năng lượng cho máy hoạt động, nguồn khí này cũng là nguồn cấp khí thở cho bệnh nhân. Các thông số thở được điều chỉnh không phải bằng các mạch điện tử mà bằng các hệ thống khí nén nhỏ bé nhưng rất phức tạp. Máy thở tự động có nhiều loại nhưng loại cơ bản nhất là loại tự động cung cấp một thể tích thông khí (Tidal volume) cố định theo chu kỳ (time cycled). Một số máy có chức năng giúp thở bằng tay (manual breathing), giúp thở theo yêu cầu (Demand breathing) nhờ vào bộ phận nhận biết bệnh nhân tự thở (trigger), thở CPAP, theo dõi… Một máy giúp thở tự động của công ty OTWO Máy thở tự động là các thiết bị nhỏ gọn nhưng không hề đơn giản. Mỗi công ty đều có cách thiết kế riêng và thường được đăng ký bằng sáng chế. Trong bài viết này, chúng ta cùng tìm hiểu sơ lược cách thức hoạt động của máy thở tự động qua một thiết kế máy cấp cứu tự động cầm tay của công ty O-TWO (Canada). Thiết kế này được cấp bằng sáng chế tại Mỹ và có số đăng ký: 5520170
Cấu tạo bên ngoài: Hình 1 Thiết bị gồm có một vỏ bao bọc bên ngoài được thiết kế gọn gàng, có thể nắm trong lòng bàn tay (12), một ngõ vào khí cao áp (14), một ngõ ra để nối với mặt nạ (16). Ngoài ra, thiết bị còn có một thanh trượt điều chỉnh thời gian (18) và nút để thực hiện điều khiển giúp thở bằng tay (20) Sơ đồ nguyên lý bên trong Hình 2 Hình vẽ trên thể hiện sơ đồ nguyên lý bên trong của thiết bị bao gồm một bộ điều chỉnh áp suất (30), một công tắc điều khiển chính (32), van thời gian (34), bộ phận dẫn dòng khí (36), rotor điều chỉnh lưu lượng (38), màng (40), van thở theo yêu cầu (42), van ngắt tự động (44) và van chống đóng kín. Bộ điều chỉnh áp suất (30) sẽ được nối với nguồn khí cao áp (khoảng 3 – 5 bar). Khí từ bộ điều chỉnh áp suất này sẽ theo ống dẫn (50) tới một ống góp (manifold) (52), khí cũng theo ống dẫn (53) tới ống góp thứ hai (54). Từ ống góp (52), khí theo ống dẫn (56) tới bộ điều chỉnh thời gian và theo ống dẫn (58) đến van ngắt tự động (44). Từ ống góp (54), khí theo ống dẫn (60) tới công tắc chính (32) và ống dẫn (62) tới van thở theo yêu cầu (42). Một đầu công tắc chính (32) được nối với ống góp thứ ba (66) bằng ống dẫn 64, một đầu khác nối với bộ điều chỉnh thời gian (34) qua ống dẫn (68). Ống góp thứ ba (66) qua ống dẫn (70) được nối với vòi thứ nhất (72) nằm một bên của rotor điều khiển lưu lượng (38) nằm bên trong của bộ phận dẫn dòng khí (36). Ống góp thứ ba (66) này qua ống dẫn (74) cũng được nối với vòi thứ hai (76) nằm trên phía đối diện của rotor. Ống góp (66) này còn được nối với van chống đóng kín (46) qua ống dẫn (78) Vòi (76) cung cấp khí cho ống dẫn (80), ống dẫn (80) lại được kết nối ống góp (82), ống góp (82) được nối với bộ điều chỉnh thời gian (34) qua ống dẫn (84). Ống góp (82) qua ống dẫn (86) được nối với van ngắt tự động (44) qua một bộ giới hạn dòng (87) Dưới đây ta tìm hiểu chi tiết hơn về cách thức hoạt động của thiết bị qua việc tìm hiểu hoạt động các bộ phận quan trọng đã nêu ở trên Bộ điều chỉnh áp suất (hình 2): Bộ điều chỉnh áp suất gồm khoang áp suất (90) và khoang chứa pit tông (92), có chứa một pít tông được giữ bởi lò xo (96). Trục van (98) nối pít tông một van dạng chữ O (100). Khi nối đầu vào của bộ điều áp với nguồn khí có áp suất lớn, dòng khí sẽ có xu hướng đẩy van chữ O bịt đầu vào khoang áp suất. Áp suất nguồn khí càng lớn, van càng bị đẩy mạnh. Tuy nhiên khoang áp suất sẽ không bị bịt kín hoàn toàn nhờ lực cản từ lò xo. Sự cân bằng của hai lực này giúp duy trì lưu lượng dòng khí đi vào thiết bị ôn định. Bộ điều chỉnh áp suất này thông thường được sử dụng với áp suất ổn định và tương đối thấp (3-5 bar). Nếu muốn sử dụng khí từ bình khí oxy y tế thông thường, phải sử dụng thêm một bộ điều áp để có nguồn khí ra ổn định Công tắc chính (hình 3): Hình 3 Công tắc chính gồm khoang chứa van (102) và khoang chứa pít tông (104). Van (108) được nối với pít tông (110). Một lò xo (112) đẩy pít tông (110) trên một “vị trí mở”. Van (108) thường ở trạng thái mở ống dẫn (60), do đó khí có thể từ bộ điều chỉnh áp suất (30), theo ống dẫn (64) đi vào bộ phận dẫn dòng khí (36) Tuy nhiên khi có khí từ ống dẫn (68) đến pít tông (110) và áp suất này đủ thắng lực của lò xo, pít tông này sẽ di chuyển xuống và bịt kín ống dẫn (60) và ngăn dòng khí đi vào ống dẫn (64) Khi áp suất trong ống dẫn (68) giảm xuống, lò xo lại đẩy pít tông về vị trí cũ để khí có thể đi từ ống dẫn (60) vào ống dẫn (64) Bộ phận điều chỉnh thời gian (hình 3): Bộ điều chỉnh thời gian có một khoang chứa van phía trên (114) và một khoang chứa pít tông ở dưới (116). Một van (118) trong khoang (114) được nối với một pít tông 120 trong khoang 116. Bình thường, van (118) bị ép xuống bởi lò xo (122). Khi có khí nén từ ống dẫn (84) vào pít tông (120) khiến cho van (118) di chuyển lên trên chống lại lò xo (122). Khi không có khí nén, pít tông lại di chuyển ngược lại nhờ lực ép của lò xo. Sự di chuyển lên xuống này sẽ lần lượt nối ống dẫn (68) với công tắc chính (32) và ống dẫn (56) hoặc nối ống dẫn (68) với môi trường bên ngoài (124) giúp giải phóng áp suất trong ống dẫn (68) và công tắc chính (32). Như vậy, sự chuyển động lặp lại theo chu kỳ của pít tông (120) và van (118) trong bộ điều chỉnh thời gian sẽ đóng và mở pít tông (110) và van (108) trong công tắc chính (32). Từ đó sẽ lần lượt tắt, mở nguồn khí nén cấp cho ống dẫn (64) theo một thời gian chính xác. Khi khí nén được bơm vào ống dẫn (64), nó sẽ được dẫn đến ống góp (66) và ống dẫn (70) đến vòi (72), từ đó cấp khí thở cho bộ phận dẫn dòng khí (36) thông qua cơ chế mở dòng của rô to điều chỉnh dòng (38) (xem hình 6 và giải thích ở phần tiếp theo). Đồng thời khí cũng được bơm vào ống dẫn (74) đến vòi (76). Tại đây, khí di chuyển qua một lỗ nhỏ hơn nhiều(xem giải thích thêm ở phần sau) trong rô to điều chỉnh dòng (38) đến ống dẫn (80) và ống góp (82) rồi ống dẫn (84) để đến bộ điều chỉnh thời gian (34). Bộ phận dẫn dòng khí – flow body (hình 4, 6): Hình 4 Bộ phận dẫn dòng gồm một bộ phận có dạng hình trụ (130), phía dưới hình trụ này là một bộ phận có dạng khuôn (132). Bộ phận (132) này có một khoang chứa van (133), một ngõ thở ra (134). Cuối bộ phận này được gắn với đầu nối để gắn mặt nạ thở (16). Ngõ thở ra (134) được đóng bằng một van cần gạt một chiều (135). Một đầu bộ phận (132) có bề mặt dạng chữ S để khớp với màng có độ linh động (136). Màng này sẽ đóng ngõ (134) nhưng trong trường hợp không có khí nén trong bộ phận hình trụ (130), lò xo sẽ đẩy màng lên và mở ngõ (134). Màng (136) đè lên một van ở giữa dạng cần gạt (137) giúp đóng kín khoang và cong xuống khi áp suất trong bộ phận (130) tăng lên. Bộ phận (130) còn có ống dẫn định thời gian (138), một ống dẫn dòng theo nhu cầu trung tâm (139). Hai ống dẫn này đều nối với khoang 133. Trong chế độ tự động, khí được cấp từ vòi 72 theo chu kỳ xác định. Trong bộ phận (130) có một rô to điều chỉnh lưu lượng (38) đã nói trong các phần trước. Rô to này gồm ống (140) và một đĩa (142). Thanh trượt (18) được nối với ống (140) Hình 6 Như mô tả trong hình 6, đĩa (142) bao gồm nhiều lỗ để dẫn khí (144 – 144) và các vòi phun điều khiển thời gian (146 – 146). Các lỗ (144) có đường kính khác nhau để thay đổi lưu lượng khí vào bệnh nhân và thường được xác định trước, trong trường hợp này là sáu, cách đều nhau. Một vòi phun thứ 3 (147) được đặt tại vị trí tương ứng với một ống riêng biệt để sử dụng trong trường hợp điều khiển bằng tay. Có 5 vòi phun điều khiển thời gian, đường kính thay đổi lần lượt từ lớn đến nhỏ, cũng được bố trí cách đều nhau. Các lỗ (144) và các vòi phun (146) được bố trí tương ứng thành từng cặp đối xứng với nhau trên đĩa (142). Khi kéo thanh trượt (18), đĩa (142) có thể quay. Khi đó, một trong các vòi phun điều chỉnh thời gian (146) sẽ khớp với vòi (76) và 1 lỗ (144) tương ứng sẽ khớp với vòi (72). Vòi phun (72) sẽ được nối với ống dẫn (138), trong khi vòi phun (76) được nối với ống dẫn (77) rồi đến ống dẫn (80) để về bộ điều chỉnh thời gian. Vì kích thước các cặp lỗ (144) và vòi phun (146) là khác nhau nên lưu lượng qua chúng sẽ khác nhau. Kết luận: Như vậy, nhờ một hệ thống khí nén rất phức tạp, thiết bị có thể tự động bơm khí giúp thở với thể tích thở và tần số được định trước. Nhằm tăng cường khả năng giúp thở và tính an toàn, các máy thở tự động còn có thêm các bộ phận để giúp thở theo yêu cầu, thở CPAP, các van an toàn,…Bạn đọc có thể tìm hiểu thêm về các bộ phận này trong tài liệu gốc (xem mục Tài liệu tham khảo bên dưới). Tài liệu tham khảo: 1. AUTOMATIC RESUSCITATOR, United States Patent, Patent Number: 5,520,170 (tải nguyên văn tài liệu tại đây ) 2. Website công ty O-TWO, http://www.otwo.com
|