Nghiên cứu công nghệ đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp trên bệnh nhân thở máy và xây dựng phần mềm tính toán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------HỒNG NAM PHONG

Hồng Nam Phong

KỸ THUẬT Y SINH

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ ĐO CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG
GIÁN TIẾP TRÊN BỆNH NHÂN THỞ MÁY
VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT Y SINH

2014B
Hà Nội, Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Hồng Nam Phong

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ ĐO CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG GIÁN
TIẾP TRÊN BỆNH NHÂN THỞ MÁY
VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN

Chun ngành : Kỹ thuật Y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Nguyễn Thái Hà

Hà Nội – Năm 2017


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Hồng Nam Phong
Đề tài luận văn: Nghiên cứu cơng nghệ đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp trên
bệnh nhân thở máy và xây dựng phần mềm tính tốn
Chun ngành: Kỹ thuật Y sinh
Mã số SV: CB140292
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã
sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 28 tháng 12 năm 2017
với các nội dung sau:
1. Bổ sung kết luận sau mỗi chương
2. Đồng nhất ngơn ngữ của các chú thích trong hình vẽ
3. Bổ sung danh mục thuật ngữ và các từ viết tắt

Ngày 29 tháng 12 năm 2017
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn này do chính tơi nghiên cứu. Chương trình phần
mềm tính tốn do tơi xây dựng.
Đề tài luận văn này cho đến nay vẫn chưa được bất kì ai thực hiện và cơng bố.
Trong q trình nghiên cứu tơi có tham khảo một số tài liệu được liệt kê ở cuối luận
văn.
Tơi xin chịu trách nhiệm về những gì tơi cam đoan.

Học viên

HOÀNG NAM PHONG


Mục lục
Mục lục ............................................................................................................................1
Danh sách các hình vẽ..................................................................................................3
Danh sách các bảng ......................................................................................................5
Phần mở đầu ..................................................................................................................6
Chương 1. Tổng quan về máy thở và chuyển hóa năng lượng trong cơ thể....9
1.1 Tổng quan về máy thở ......................................................................................9
1.1.1 Khái niệm về máy thở..................................................................................9
1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý ho ạt động của máy thở áp lực dương ................ 12
1.1.3 Các thông số cơ bản của máy thở............................................................ 16
1.1.4 Các chế độ thở cơ bản............................................................................... 19
1.2 Chuyển hóa năng lượng trong cơ thể ........................................................... 26
1.2.1 Chế độ dinh dưỡng cho bệnh nhân thở máy .......................................... 26
1.2.2 Cung cấp dinh dưỡng cho bệnh nhân thở máy ...................................... 28
1.2.3 Khái niệm chuyển hóa năng lượng ......................................................... 29
1.2.4 Các dạng năng lượng trong cơ thể .......................................................... 31

1.2.5 Nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể ................................................. 32
1.2.6 Chuyển hoá năng lượng trong cơ thể ...................................................... 33
1.2.7 Các nguyên nhân làm tiêu hao năng lượng của cơ thể ........................ 34
1.3 Các phương pháp đo chuyển hóa năng lượng ............................................... 38
1.3.1 Phương pháp đo trực tiếp ......................................................................... 38
1.3.2 Phương pháp đo gián tiếp......................................................................... 39
Chương 2. Phương pháp đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp ....................... 42
1


2.1 Giới thiệu phương pháp.................................................................................... 42
2.2 Tốc độ tiêu thụ Oxy .......................................................................................... 43
2.3 Tốc độ sản sinh CO2 ......................................................................................... 44
2.4 Thương số hô hấp RQ....................................................................................... 46
2.5 Tiêu hao năng lượng (EE) ................................................................................ 48
Chương 3. Thiết bị đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp .................................. 50
3.1 Sơ đồ tổng quan................................................................................................. 50
3.2 Khối đo nồng độ oxy ........................................................................................ 50
3.3 Khối đo nồng độ CO2....................................................................................... 51
3.4 Bẫy nước và lọc khí đầu vào ........................................................................... 52
3.5 Van zero và bộ hấp thụ CO2 ............................................................................ 53
3.6 Cảm biến áp lực chênh áp ................................................................................ 53
3.7 Khối bơm............................................................................................................ 54
Chương 4. Xây dựng phần mềm hỗ trợ tính tốn .............................................. 56
4.1 Giới thiệu phần mềm hỗ trợ tính tốn ............................................................ 56
4.2 Các cơng c ụ và nền tảng xây dựng phần mềm .............................................. 57
4.2.1 Visual studio ............................................................................................... 57
4.2.2 Nền tảng lập trình C# ................................................................................ 60
4.3 Lưu đồ thuật toán của phần mềm .................................................................... 62
4.3 Giao diện phần mềm ......................................................................................... 63

Kết luận ........................................................................................................................ 66
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 67
Phụ lục .......................................................................................................................... 68

2


Danh sách các hình vẽ
Hình 1. 1 Máy thở và bệnh nhân thở máy ...................................................................9
Hình 1. 2 Máy thở áp lực âm...................................................................................... 10
Hình 1. 3 Máy thở áp lực âm và máy thở áp lực dương ......................................... 12
Hình 1. 4 Sơ đồ tổng quan máy thở áp lực dương ................................................... 13
Hình 1. 5 Hệ thống Oxy trung tâm ............................................................................ 13
Hình 1. 6 Van giảm áp ................................................................................................. 14
Hình 1. 7 Van điện từ tỉ lệ ........................................................................................... 15
Hình 1. 8 Cảm biến lưu lượng.................................................................................... 15
Hình 1. 9 Chế độ thở kiểm sốt.................................................................................. 20
Hình 1. 10 Chế độ thở hỗ trợ/kiểm sốt .................................................................... 21
Hình 1. 11 Chế độ thở bắt buộc ngắt quãng đồng thì .............................................. 22
Hình 1. 12 Chế độ CPAP ............................................................................................ 23
Hình 1. 13 Chế độ PEEP ............................................................................................. 24
Hình 1. 14 Chế độ PCIRV .......................................................................................... 25
Hình 1. 15 Chế độ thở cao tần.................................................................................... 26
Hình 1. 16 Ảnh hưởng của dinh dưỡng tới hơ hấp .................................................. 27
Hình 1. 18 Q trình chuyển đổi từ ATP sang ADP ................................................ 30
Hình 1. 19 Đo chuyển hóa năng lượng trực tiếp ...................................................... 39
Hình 1. 20 Đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp ..................................................... 41

Hình 2. 1 Phương trình chuyển hóa năng lượng ...................................................... 42
Hình 2. 2 Tốc độ tiêu thụ O2 và sản sinh CO2 .......................................................... 43

3


Hình 2. 3 Thương số hơ hấp ....................................................................................... 46
Hình 2. 4 Tiêu hao năng lượng................................................................................... 48
Hình 2. 5 Đồ thị theo dõi EE và RQ.......................................................................... 49

Hình 3. 1 Sơ đồ thiết bị đo chuyển hóa năng lượng ................................................ 50
Hình 3. 2 Cảm biến Oxy thuận từ .............................................................................. 51
Hình 3. 3 Cảm biến đo CO2 ....................................................................................... 52
Hình 3. 4 Bẫy nước và lọc khí đầu vào ..................................................................... 53
Hình 3. 5 Bộ hấp thụ CO2 .......................................................................................... 53
Hình 3. 6 Cấu tạo cảm biến áp suất ........................................................................... 54
Hình 3. 7 Cấu tạo bơm màng...................................................................................... 55

Hình 4. 1 Máy thở có chức năng đo chuyển hóa năng lượng................................. 56
Hình 4. 2 Giao diện phần mềm đo chuyển hóa năng lượng trong máy thở.......... 57
Hình 4. 3 Visual studio ................................................................................................ 58
Hình 4. 4 Ngơn ngữ lập trình C# ............................................................................... 61
Hình 4. 5 Lưu đồ thuật tốn........................................................................................ 62
Hình 4. 6 Phần mềm khi khởi động ........................................................................... 63
Hình 4. 7 Nhập và lưu thơng tin bệnh nhân.............................................................. 64
Hình 4. 8 Kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu nhập vào .............................................. 64
Hình 4. 9 Kết quả tính toán......................................................................................... 65

4


Danh sách các bảng
Bảng 1. 1 Thành phần khí hít vào và thở ra.............................................................. 27

Bảng 1. 2 Xác định dinh dưỡng theo cân nặng ........................................................ 28
Bảng 1. 3 Thành phần khí hít vào và thở ra.............................................................. 40
Bảng 2. 1 Giá trị VO2 và VCO2 theo phương trình Harris-Benedict .................... 45
Bảng 2. 2 Bảng đánh giá thương số hô hấp .............................................................. 47
Bảng 2. 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao năng lượng ..................................... 49

5


Danh mục thuật ngữ và các từ viết tắt
CHCS: Chuyển hóa cơ sở
EE: Tiêu hao năng lượng
ESPEN: Hiệp hội Dinh Dưỡng Lâm Sàng Châu Âu
FiO2: Nồng độ Oxy
I:E : Tỉ lệ thở vào/thở ra
IDE: Mơi trường phát triển tích hợp
IMV: Chế độ thở kiểm sốt ngắt qng
MV: Thơng khí phút
NIDR: Cảm biến hồng ngoại không phân cực
PEEP/CPAP: Áp suất dương cuối thì thở ra / Áp suất đường khí dương liên tục
Pinsp: Áp lực đỉnh thở vào
Ppeak: Áp lực đỉnh
RQ: Thương số hô hấp
RR: Nhịp thở
SDA: Động lực đặc hiệu
SIMV: Chế độ thở bắt buộc ngắt quãng đồng thì
Tinsp: Thời gian thở vào
VCO2: Tốc độ sản sinh Cacbonic
VO2: Tốc độ sản sinh Oxy
VT: Thể tích lưu thơng

VTe: Thể tích lưu thông thở ra

6


Phần mở đầu
Trong những năm gần đây, vấn đề dinh dưỡng cho bệnh nhân thở máy đang rất
được quan tâm và trở thành một trong những yếu tố quyết định đến hiệu quả điều trị
cho bệnh nhân thở máy. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, các thiết bị máy
móc dùng cho bệnh nhân thở máy ngày càng hiện đại, hoạt động ổn định với độ
chính xác cao giúp cho việc đo chuyển hóa năng lượng của bệnh nhân ngày càng dễ
dàng và chính xác hơn. Phương pháp đo chuyển hóa năng lượng trực tiếp với độ
chính xác rất cao nhưng địi hỏi thiết bị máy móc phức tạp và tốn kém dần được
thay thế bằng phương pháp đo chuyển hóa gián tiếp với độ chính xác cao, nhanh
chóng và chi phí thấp hơn. Phương pháp đo năng lượng gián tiếp đã được chấp nhận
rộng rãi là “tiêu chuẩn vàng” để đánh giá chính xác nhu cầu trao đổi chất của bệnh
nhân, theo các hướng dẫn thực hành lâm sàng gần đây của Hiệp hội Dinh Dưỡng
Lâm Sàng Châu Âu (ESPEN).
Ở Việt Nam hiện nay tại hầu hết các bệnh viện đều đã được trang bị máy thở hiện
đại, tuy nhiên chỉ một số ít trong số đó có trang bị tích hợp phần mềm đo chuyển
hóa năng lượng gián tiếp. Hoặc thiết bị có tích hợp phần mềm nhưng người sử dụng
chưa hiểu rõ về mặt kĩ thuật của thiết bị đo, dẫn tới kết quả đo bị sai số. Do đó,
được sự đồng ý của Giảng viên hướng dẫn, Tiến Sĩ Nguyễn Thái Hà, tôi xin chọn đề
tài luận văn: “Nghiên cứu công nghệ đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp trên
bệnh nhân thở máy và xây dựng phần mềm tính tốn”. Nội dung của luận văn
bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về máy thở và chuyển hóa năng lượng trong cơ thể
Chương này giới thiệu tổng quan về máy thở, các thông số và chế độ thở cơ bản,
đồng thời trình bày về quá trình chuyển hóa năng lượng trong cơ thể người, các
phương pháp để đo năng lượng chuyển hóa này.

Chương 2: Phương pháp đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp

7


Chương này trình bày chi tiết về cơ sở lý thuyết của phép đo chuyển hóa năng
lượng gián tiếp.
Chương 3: Thiết bị đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp
Chương này mô tả chi tiết về nguyên lý hoạt động các bộ phận của một thiết bị
đo chuyển hóa năng lượng gián tiếp.
Chương 4: Xây dựng phần mềm hỗ trợ tính tốn
Tìm hiểu về các cơng cụ để xây dựng nên phần mềm để giúp các nhà lâm sàng
tính tốn mức độ chuyển hóa năng lượng của bệnh nhân từ các thông số đo được
trên máy thở. Đồng thời giới thiệu giao diện phần mềm được xây dựng.
Luận văn chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu xót, tơi rất biết ơn và kính
mong sự góp ý, chỉnh sửa của các Thầy, Cô trong Hội đồng cho bài luận văn, cũng
như cho phần mềm được hoàn thiện và bổ sung thêm các chức năng hữu ích và
thuận tiện hơn.
Tơi xin chân trọng cám ơn Giảng viên hướng dẫn – Tiến Sĩ Nguyễn Thái Hà đã
tận tình chỉ báo và hướng dẫn giúp tơi hồn thiện đề tài luận văn này. Cũng xin gửi
lời cám ơn chân thành đến các bạn đồng nghiệp đã cung cấp các tài liệu hữu ích
giúp tơi có tài liệu tham khảo để thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và người thân đã luôn ở bên cạnh và động
viện trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Học viên
HỒNG NAM PHONG

8

Chương 1. Tổng quan về máy thở và chuyển hóa
năng lượng trong cơ thể
1.1 Tổng quan về máy thở
1.1.1 Khái niệm về máy thở
Máy thở là một thiết bị cơ khí tự động được thiết kế để cung cấp tất cả hoặc một
phần công việc mà cơ thể phải tạo ra để đưa khí chứa oxy vào và ra khỏi phổi. Việc
đưa khí vào và ra khỏi phổi được gọi là thơng khí nhân tạo. Thơng khí nhân tạo có
thể thay thế một phần hoặc thay hoàn toàn nhịp tự thở của bệnh nhân.

Hình 1. 1 Máy thở và bệnh nhân thở máy

Theo định nghĩa lực: F = m.a. Trong vật lý, lực được đo theo áp suất. Trong quá
trình hơ hấp, các cơ hơ hấp co bóp làm cho thể tích lồng ngực tăng lên. Sự tăng thể
tích lồng ngực sẽ gây ra sự chênh lệch áp suất giữa phổi và khơng khí bên ngồi. Sự
khác biệt áp suất này đủ làm cho khơng khí đi vào trong phổi và do đó diễn ra q
trình hít vào. Các máy thở phải cung cấp được lực thở mà bình thường nó được tạo
ra bởi các cơ hơ hấp. Việc này có thể được thực hiện theo hai cách. Và đây cũng là
cơ sở đầu tiên để phân loại máy thở. Tuỳ theo, hoặc tạo ra một áp suất âm ở bên
9


ngoài lồng ngực hoặc tạo ra một áp suất dương vào trong phổi mà tương ứng sẽ có
máy thở tạo áp suất âm và máy thở tạo áp suất dương.
Máy thở tạo áp suất âm là loại máy thở được phát minh đầu tiên. Những máy
thở này được gọi là máy thở Body Tank (Body Tank Respirator) hoặc "Phổi sắt",
được phát minh năm 1928 bởi Drinker và Shaw. Đúng như tên gọi của nó, khi sử
dụng loại máy thở này bệnh nhân được đặt trong một xylanh kín tới cổ. Xung quanh
cổ bệnh nhân được đệm kín bởi đệm bọt cao su để tránh bị dò áp suất. "Phổi sắt"
làm việc bằng cách tạo ra một áp suất âm trong xylanh nhờ một bộ phận giống như
bộ tạo chân không. Việc này sẽ tạo ra một “áp suất khơng khí phụ” xung quanh bên

ngoài lồng ngực. Đầu và cổ bệnh nhân được đặt trong áp suất khí quyển. Kết quả là
tạo ra sự chênh lệnh áp suất và sự chênh lệch áp suất này đủ để nâng lồng ngực lên
(tuân theo định luật Boyle), do đó sẽ điều chỉnh áp suất trong phổi theo sự tăng thể
tích lồng ngực và làm cho khơng khí từ bên ngồi đi vào trong phổi.

Hình 1. 2 Máy thở áp lực âm

Máy thở loại này đã làm việc tương đối hiệu quả đối với các bệnh nhân
khơng có các dấu hiệu hơ hấp bất thường như đối với các bệnh nhân bị liệt hô hấp.
Nhưng nó khơng có hiệu quả đối với các bệnh nhân có dấu hiệu bị rối loạn hơ hấp.
Hơn nữa việc tạo áp suất âm ở bụng đã làm ảnh hưởng tới tuần hồn máu ở bụng và
có thể gây sốc (gọi là Tank shock). Các vấn đề khác đối với loại máy thở này là kích
10


thước của nó, nhiễu và rất khó đảm bảo các yêu cầu an toàn trong việc cách ly bệnh
nhân.
Năm 1939 Drinker và Collins đã cố gắng khắc phục các vấn đề còn tồn tại
đối với loại máy thở này và đã chế tạo ra loại máy thở có cùng nguyên lý như máy
thở tạo áp suất âm nhưng chỉ bao bọc vùng lồng ngực. Loại máy mới này đã loại bỏ
được vấn đề ảnh hưởng tới tuần hoàn máu vùng bụng nhưng cịn các vấn đề khác
vẫn khơng khắc phục được.
Các máy thở tạo áp suất dương tạo ra một lực hô hấp thông qua việc tạo một
áp suất dương trong phổi. Khơng khí được đưa ra khỏi máy thở thơng qua một cơ
cấu cơ khí có dạng piston hoặc ống thổi hoặc nhờ áp lực của khí có áp suất cao làm
tăng áp suất trong phổi và do đó làm phổi nở rộng ra.
Máy thở tạo áp suất dương xuất hiện đầu tiên vào những năm 1950. Từ đó
đến nay máy thở tạo áp suất dương đã trải qua nhiều thay đổi nhưng nổi bật lên là
cơ chế điều khiển được sử dụng trong hệ thống của chúng. Điều này có thể thấy ở
sự thay đổi qua ba thế hệ máy:

 Thế hệ thứ nhất được đặc trưng bởi cơ cấu điều khiển bằng khí nén. Thêm
nữa các thiết bị này sử dụng các bộ nén khí có định thời và các bộ điều chỉnh
để cung cấp áp khí cho phổi.
 Vào cuối những năm 1960 các máy thở bắt đầu được sản xuất dựa trên các
công nghệ điện tử tương tự tích hợp cho các phần tử điều khiển của chúng.
Các máy thở này thuộc loại máy thở thế hệ thứ hai.
 Thế hệ thứ ba của máy thở xuất hiện trên thị trường vào những năm đầu thập
kỷ 80 của thế kỷ 20 cùng với sự xuất hiện của bộ vi xử lý. Với cơng nghệ
tích hợp cao của các bộ vi xử lý, các máy thở hiện nay có thể điều khiển tốt
hơn (thơng qua các hệ thống phân tán của chúng), cải thiện một bước rõ rệt
tính an tồn và tiêu tốn ít năng lượng.

11


Hình 1. 3 Máy thở áp lực âm và máy thở áp lực dương

Máy thở được chỉ định khi bệnh nhân có suy hơ hấp cấp hoặc mạn tính, nghĩa là
khi bệnh nhân có thiếu oxy, giảm thơng khí phế nang hoặc cả hai.
Mục đích quan trọng nhất của máy thở dùng trên bệnh nhân suy hô hấp cấp là
nhằm cải thiện tình trạng trao đổi khí và làm giảm công thở cho bệnh nhân. Thở
máy giúp cải thiện được tình trạng trao đổi khí là vì cải thiện được tình trạng thơng
khí tưới máu (V/Q) nhờ đó làm giảm được hiện tượng shunt sinh lý của phổi.
1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy thở áp lực dương
Phần lớn các máy thở trên thị trường hiện nay đều là máy thở áp lực dương vì
những ưu điểm của nó. Cấu tạo chung của máy thở áp lực dương như sau:

12

Hình 1. 4 Sơ đồ tổng quan máy thở áp lực dương

Nguồn oxy, khí nén
Là nguồn oxy, khí nén áp lực cao cung cấp cho máy thở hoạt động (thông thường
đầu ra là 4-6 bar). Nguồn oxy có thể là oxy bình hoặc oxy trung tâm của viện.
Nguồn khí nén thơng thường là loại máy nén khí khơng dầu chun dụng dùng
trong y tế.

Hình 1. 5 Hệ thống Oxy trung tâm

Bộ giảm áp oxy, khí nén

13


Bộ giảm áp có tác dụng giảm áp lực từ nguồn khí trung tâm xuống cịn 25psi để
cho máy thở hoạt động và giữ áp lực đầu ra ổn định ở áp lực này cho dù áp lực đầu
vào có thay đổi. Van được điều khiển bằng các ống Pilot chính xác, có khả năng giử
áp lực đầu ra ở một giới hạn định trước. Khi áp lực tăng cao hơn mức đã định thì
Pilot và van chính sẽ đóng lại.

Hình 1. 6 Van giảm áp

Van điện từ và cảm biến lưu lượng
Van và cảm biến lưu lượng có tác dụng điều khiển lượng khí vào bệnh nhân
tương ứng với cài đặt của người sử dụng. Ngoài ra van và cảm biến lưu lượng cũng
có tác dụng điều chỉnh nồng độ khí oxy đưa vào bệnh nhân theo ý muốn của người
sử dụng. Van lưu lượng là loại van điện từ tỉ lệ, tức là van có thể đóng mở nhiều hay
ít phụ thuộc vào điện áp cấp vào van. Khi khơng cấp điện cho van, lị xo sẽ ép pít
tơng chặn dịng khí đầu vào, do đó lưu lượng đầu ra sẽ bằng 0. Khi cấp điện áp cho

van, tùy thuộc điện áp cấp nhiều hay ít mà lực hút lên pít tơng sẽ thay đổi, giúp thay
đổi lưu lượng đầu ra.

14


Hình 1. 7 Van điện từ tỉ lệ

Cảm biến lưu lượng thường dùng loại gia nhiệt, thành phần gia nhiệt cung cấp
nhiệt độ vào dịng khí, có hai cảm biến nhiệt độ đặt trước và sau phần tử gia nhiệt
để theo dõi nhiệt độ. Dựa vào mật độ của loại khí đã biết trước (oxy hoặc khơng
khí), và sự chênh lệch nhiệt độ của hai cảm biến nhiệt độ sẽ tính ra được lưu lượng
của khí.

Hình 1. 8 Cảm biến lưu lượng

Cảm biến oxy và cảm biến áp lực
Cảm biến oxy giúp theo dõi nồng độ phần trăm khí oxy thở vào để hiển thị lên
màn hình. Cảm biến oxy có thể dùng cơng nghệ điện hóa (cần phải thay thế dịnh kì)
hoặc cơng nghệ thuận từ (khơng cần thay thế định kì).
Cảm biến áp lực đo và hiển thị áp lực thở vào cho bệnh nhân, khi áp lực máy thở
cung cấp cho bệnh nhân lớn hơn mức ngưỡng, áp lực sẽ được được xả ra bên ngoài
để đảm bảo cho bệnh nhân.
Van thở ra và cảm biến lưu lượng thở ra
15


Van thở ra cũng sử dụng một van điện từ tỉ lệ, trong chu kì thở vào, pít tơng của
van thở ra đẩy màng van thở ra đóng lại, giúp khí thở đi vào bệnh nhân thay vì đi ra
ngồi. Trong chu kì thở ra, pít tơng co lại làm van thở ra mở ra, cho phép khí trong

phổi bệnh nhân đi ra ngoài. Trong trường hợp người sử dụng muốn cài đặt mức áp
lực dương cuối kì thở ra (PEEP), thì trong kì thở ra van thở ra khơng mở hồn tồn
mà pít tơng vẫn đẩy một lực lên màng van thở ra bằng với mức PEEP.
Cảm biến lưu lượng thở ra sử dụng loại gia nhiệt tương tự như cảm biến lưu
lượng thở vào. Cảm biến lưu lượng dùng để đo lưu lượng dịng khí thở ra, cùng với
thời gian thở ra từ đó tính tốn được thể tích khí lưu thơng thở ra (MVe) và hiển thị
ra màn hình.
1.1.3 Các thơng số cơ bản của máy thở
Các máy thở ngày nay đưa ra nhiều lựa chọn cho các bác sỹ để điều chỉnh sao
cho phù hợp với các yêu cầu của bệnh nhân. Dưới đây là một số tham số sử dụng
trong quá trình thiết lập máy thở:
Thể tích lưu thơng (VT): được đo theo millilit (ml), tham số này xác định lượng
thể tích để cấp cho bệnh nhân trong một nhịp thở máy.
Nhịp thở (RR) Được đo bằng lần thở/phút (bpm), tham số này xác định tần số
cho việc điều khiển thở.
Lưu lượng đỉnh (Flow): Được đo bằng lít/phút (lpm), tham số này điều khiển
tốc độ dịng khí cấp cho bệnh nhân trong q trình thở máy.
Nồng độ Oxy (FiO2): Tỷ lệ oxy, tham số này điều khiển nồng độ oxy trong khí
đưa vào phổi bệnh nhân.
Áp suất dương cuối thì thở ra / Áp suất đường khí dương liên tục
(PEEP/CPAP) Được đo theo cmH2O, tham số này xác định tỷ số áp suất trong
đường khí so với áp suất khí quyển.
Độ nhạy (Sensitivity): có thể được đo theo cmH2O hoặc lpm, phụ thuộc vào kiểu
hệ thống kích phát. Tham số này xác định độ lớn của lực thở yêu cầu đối với bệnh
16


nhân trước khi máy cấp ra một nhịp thở được hỗ trợ, hoặc độ lớn giá trị lưu lượng
trong trường hợp thở tự phát.
Ngưng nhịp thở vào (Inspiratory Pause): Được đo bằng giây, tham số này xác

định khoảng thời gian dừng trước khi thở ra do đó kéo dài chu kỳ thở.
 Waveform: Tham số này điều khiển dạng đồ thị biểu diễn lưu lượng dịng
khí được cấp tới bệnh nhân trong q trình thở máy. Có 4 dạng sóng được
sử dụng rộng rãi là:
 Sóng vng: Cấp một lưu lượng khí ổn định bằng giá trị thiết lập của lưu
lượng đỉnh.
 Sóng tăng: Cấp lưu lượng có dạng tăng tuyến tính cho tới khi đạt được lưu
lượng đỉnh.
 Sóng giảm: Cấp lưu lượng bằng giá trị thiết lập của lưu lượng đỉnh sau đó
giảm dần.
 Sóng sin: Cấp lưu lượng có dạng sóng hình sin, trong đó giá trị lớn nhất
bằng giá trị thiết lập của lưu lượng đỉnh.
Thể tích thở dài (Sigh Volume): được đo theo milliliters (ml), tham số này điều
khiển thể tích khí cấp ra trong một nhịp thở dài (sigh breath).
Nhịp thở dài (Sigh Rate): Được đo bằng số lần thở dài trong 1 giờ.
Áp lực đỉnh thở vào (Pinsp): Được đo bằng cmH2O, tham số này điều khiển áp
suất hít vào cực đại cấp cho bệnh nhân trong một nhịp thở máy có áp suất được điều
khiển.
Thời gian thở vào (Tinsp): Được đo bằng giây, tham số này điều khiển thời gian
pha hít vào của chu kỳ thở.
Tỉ lệ thở vào: thở ra (I:E): Tham số này điều khiển hệ số hít vào/thở ra trong
mối quan hệ với tần số thở máy. Ví dụ, nếu tần số thở máy là 10 bpm, như vậy thời
gian tổng một nhịp thở gồm cả hít vào và thở ra là 6 giây. Bằng việc thiết lập hệ số

17


I:E là 1:1, điều này có nghĩa là thời gian một pha hít vào và thời gian một pha thở ra
đều là 3 giây.
Các báo động: Có nhiều lựa chọn báo động khác nhau. Các báo động này làm

tăng vai trị của máy thở trong việc chăm sóc bệnh nhân bằng việc cải thiện tính an
tồn cho bệnh nhân. Các báo động hoặc có thể được thiết lập bởi nhân viện vận
hành hoặc được giám sát một cách tự động.
Giới hạn báo động: Các báo động này được thiết lập bởi các bác sỹ theo các
tham số phù hợp với bệnh nhân. Một số trong các báo động trên là thụ động (Ví dụ
như có báo động âm thanh nhưng khơng có sự can thiệp tương ứng để khắc phục
các tình trạng đó) và với các báo động tích cực thì khi xảy ra báo động thì ngồi
việc đưa ra các tín hiệu âm thanh và ánh sáng thì máy cũng đưa ra các đáp ứng để
ngăn chặn tình trạng báo động.
Báo động tự động: Các báo động này không được thiết lập bởi nhân viên vận
hành. Nếu các báo động này được kích hoạt nó sẽ chỉ ra trạng thái có thể gây nguy
hiểm nghiêm trọng tới bệnh nhân, do vậy đây là những cảnh báo tích cực và sẽ có
sự cố gắng để ngăn chặn trạng thái đó ngay lập tức.
Các thông số theo dõi: Để giúp các bác sỹ có thể theo dõi q trình điều trị cũng
như theo dõi phản ứng của bệnh nhân, máy thở cung cấp một số tham số giám sát
và hiển thị chúng trên màn hình. Dưới đây là một số tham số chính được theo dõi:
 VTe: Thể tích thở ra trong một chu kỳ thở
 MV: Thể hiện thể tích thở ra trong một chu kỳ thở (thở máy và thở tự
phát) theo thời gian.
 Thơng khí phút tự phát: Thể hiện thể tích thở ra trong một chu kỳ thở tự
phát của bệnh nhân theo thời gian.
 Kiểu thở: Chỉ ra kiểu thở cấp cho bệnh nhân: Được điều khiển
(Controlled) hay được hỗ trợ (Assisted) hay thở tự phát (Spontaneous).
 Ppeak: Áp suất đỉnh hít vào của lần thở trước.
18


 Áp lực đường thở trung bình (Pmean): Chỉ giá trị áp suất trung bình trong
đường khí trong một phút trước đó.
 Áp lực cao nguyên: Chỉ ra áp suất đường khí trong thời gian dừng hơ hấp.

Giá trị này dùng để tính tốn sự đáp ứng tĩnh.
 Nhịp thở tổng cộng: Biểu thị tổng số lần thở (Cả thở máy và thở tự phát)
được cấp ra trong một phút trước đó.
 Thời gian áp suất dương: Biểu diễn thời gian áp suất dương được cấp
trong đường khí cao hơn đường cơ sở (baseline) 1cmH2O trong lần thở
bắt buộc trước. Tham số này thường được thấy trên các máy thở cho trẻ sơ
sinh.
1.1.4 Các chế độ thở cơ bản
Chế độ thở kiểm soát
Chế độ điều khiển của máy thở chỉ được cấp cho bệnh nhân trong kiểu thở được
điều khiển (kiểu thở cưỡng bức). Chế độ này hỗ trợ cho các bệnh nhân khơng cịn
khả năng tự hơ hấp. Các máy thở được kích hoạt bởi một nhịp đặt trước và sự thở
được kết thúc theo các biến chu kỳ đã đặt.

19


Hình 1. 9 Chế độ thở kiểm sốt

Chế độ thở được hỗ trợ/kiểm soát
Chế độ thở được hỗ trợ/kiểm soát của máy thở cho phép bệnh nhân khởi đầu một
quá trình thở. Nhịp thở là nhịp thiết lập trước của máy và khi có bất kỳ sự thở tự
phát của bệnh nhân. Trong trường hợp không thấy sự gắng thở của bệnh nhân thì
quá trình thở cưỡng bức được cấp ra. Nếu máy thở nhận thấy có sự cố gắng thở thì
chế độ thở được hỗ trợ được áp dụng để hỗ trợ cho q trình hơ hấp của bệnh nhân.
Quá trình thở được hỗ trợ và cưỡng bức sẽ kết thúc sau khi biến chu kỳ đạt tới giá
trị thiết lập trước.

20

Hình 1. 10 Chế độ thở hỗ trợ/kiểm sốt

Chế độ thở IMV (Intermittent Mandatory Ventilation - Chế độ thở kiểm soát
ngắt quãng).
Chế độ IMV của máy thở cho phép bệnh nhân có thể thở tự phát giữa hai lần thở
có điều khiển. Trong chế độ này, máy sử dụng một nhịp thở cố định để cấp cho bệnh
nhân và bệnh nhân chỉ có thể thở tự phát trong khoảng giữa hai nhịp thở máy. Một
nhược điểm của chế độ này là nếu bệnh nhân gắng thở trong nhịp thở máy thì máy
vẫn thực hiện cấp khí ra như bình thường. Kết quả là xảy ra hiện tượng “bội thở”,
thể tích khí trong một lần thở có thể lớn q mức bình thường và áp suất đỉnh
đường khí tăng cao. Để loại bỏ vấn đề này chế độ thở bắt buộc không liên tục đồng
bộ SIMV (Synchronous Intermittent Mandatory Ventilation) đã ra đời.
Chế độ thở bắt buộc ngắt quãng đồng thì (SIMV).
Trong chế độ thở SIMV máy thở được đồng bộ với quá trình thở tự phát của bệnh
nhân để tránh hiện tượng “bội thở”. Sự đồng bộ được thực hiện bằng việc chia nhịp
hô hấp thành các chu kỳ SIMV và bệnh nhân có thể thở tự phát trong các chu kỳ
này. Nếu máy thở khơng nhận được tín hiệu thể hiện sự nỗ lực thở của bệnh nhân
thì máy sẽ thực hiện quá trình thở bắt buộc ở thời điểm bắt đầu của chu kỳ SIMV
tiếp theo
21