TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thiết kế và phát triển thiết bị giá thành
thấp giúp hiệu chuẩn thể tích cho máy thở
tự chế trong các đại dịch
NGUYỄN TIẾN THÀNH
Ngành: Kỹ thuật Y sinh
Giảng viên hướng dẫn: TS. Đào Việt Hùng
Viện: Điện tử - Viễn thông
HÀ NỘI, 4/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thiết kế và phát triển thiết bị giá thành
thấp giúp hiệu chuẩn thể tích cho máy thở
tự chế trong các đại dịch
NGUYỄN TIẾN THÀNH
Ngành: Kỹ thuật Y sinh
Giảng viên hướng dẫn: TS. Đào Việt Hùng
Viện: Điện tử - Viễn thông
HÀ NỘI, 4/2021
Chữ ký của GVHD
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: Nguyễn Tiến Thành
Đề tài luận văn: Thiết kế và phát triển thiết bị giá thành thấp giúp hiệu chuẩn thể
tích cho máy thở tự chế trong các đại dịch.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Y sinh
Mã số SV: CB190180
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
…………………………. với các nội dung sau:
- Chỉnh sửa lỗi về chính tả
- Trình bày, chú thích rõ ràng
Ngày tháng năm 2021
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường Đại học
Bách khoa cùng các thầy cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật Y Sinh đã tận tình giảng
dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong thời gian
qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến TS. Đào Việt Hùng đã tận tình giúp đỡ,
trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài luận văn. Trong
thời gian làm việc với thầy cô, em không chỉ được tiếp thu thêm những kiến thức
bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiêm túc, hiệu quả, đây
là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này.
Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế
nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý
kiến đóng góp từ thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 04 năm 2021
Học viên
Nguyễn Tiến Thành
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Các dòng sản phẩm hỗ trợ hô hấp, điển hình là máy thở là thiết bị chăm sóc
đặc biệt được sử dụng rất rộng rãi, nhất là trong diễn biến phức tạp của đại dịch
COVID-19. Dưới sức ép về số lượng máy thở cần phục vụ, các máy thở tự chế
đang được nghiên cứu và chế tạo rộng khắp thế giới. Vì vậy, hiệu chuẩn thể tích
cho các máy thở nói chung và máy thở tự chế nói riêng được cân nhắc là vấn đề
đặc biệt quan trọng. Tuy nhiên, các phép đo thể tích được áp dụng hiện nay đều
được đo lường gián tiếp thông qua các loại cảm biến. Các phép đo này tồn tại
một nhược điểm lớn là độ chính xác sẽ giảm khi lưu lượng đường khí nhỏ. Do
đó, việc thiết kế và phát triển thiết bị giúp hiệu chuẩn thể tích cho máy thở tự chế
với độ chính xác cao là cần thiết và khẩn cấp trong thời điểm hiện tại.
Nghiên cứu này đề xuất giải pháp thiết kế và phát triển thiết bị giá thành
thấp giúp hiệu chuẩn thể tích cho máy thở tự chế trong các đại dịch sử dụng
nguyên lý của phương pháp đo “water-displacement”. Thể tích khí thông qua hệ
thống dẫn khí kín vào lòng chiếc chuông úp ngược đã được nhấn chìm trong
nước. Sự thay đổi thể tích khí dẫn đến sự dịch chuyển lên xuống của chuông.
Nghiên cứu sử dụng Encoder để đọc chính xác khoảng dịch chuyển này làm tham
số truyền vào cho thuật toán được đề xuất. Thuật toán sẽ đồng thời xử lý sai số
của phép đo, tính toán, và hiển thị thể tích thực của khí đưa vào chuông. Với bộ
đo này, sai số do lưu lượng đường khí nhỏ của các phép đo hiện tại sẽ được cải
thiện và tối ưu. Bên cạnh đó, bộ đo sử dụng những vật liệu sẵn có giá thành thấp
và dễ dàng lắp đặt. Điều này có ý nghĩa lớn, giúp tiết kiệm chi phí và nhất là
trong tình trạng khủng hoảng kinh tế do đại dịch hiện nay. Đồng thời, để kiểm tra
độ chính xác của thuật toán cũng như tính khả thi của hệ thống, học viên đã sử
dụng mạch điện có sẵn và thư viện có sẵn do giảng viên hướng dẫn cung cấp.
i
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ................................................................. 1
1.1 Máy thở .......................................................................................................... 1
1.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................. 1
1.1.2 Cơ chế hoạt động của máy thở ........................................................... 2
1.1.3 Vai trò của máy thở trong điều trị ...................................................... 4
1.1.4 Những rủi ro khi sử dụng máy thở ..................................................... 5
1.2 Thực trạng về sự thiếu hụt máy thở trong đại dịch Covid-19 trên thế giới và
tại Việt Nam, và sự ra đời của máy thở tự chế ....................................................... 6
1.2.1 Trên thế giới ....................................................................................... 6
1.2.2 Tại Việt Nam ...................................................................................... 7
1.3 Tầm quan trọng của hiệu chuẩn máy thở ...................................................... 8
1.3.1 Định nghĩa hiệu chuẩn ........................................................................ 8
1.3.2 Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn máy thở .................. 8
1.3.3 Nhu cầu hiệu chuẩn thể tích cho máy thở tự chế trong điều kiện thiếu
thốn công cụ ................................................................................................. 10
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ................................................... 12
2.1 Phân tích và đánh giá các phương pháp giúp hiệu chuẩn thể tích máy thở
phổ biến hiện nay ................................................................................................. 12
2.1.1 Phương pháp đo gián tiếp ................................................................. 12
2.1.2 Phương pháp đo trực tiếp ................................................................. 15
2.2 Phương pháp đo nước chiếm chỗ “water-displacement” ............................ 15
2.3 Sai số của phương pháp đo thể tích nước chiếm chỗ .................................. 17
CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP............................................................... 20
3.1 Khái quát phương pháp đề xuất ................................................................... 20
3.2 Kiến trúc tổng quan của hệ thống ................................................................ 20
3.3 Bo mạch điện tử ........................................................................................... 22
3.3.1 VĐK AVR ........................................................................................ 22
3.3.2 Mạch nạp mã nguồn cho VĐK AVR ............................................... 24
3.4 Encoder ........................................................................................................ 26
3.4.1 Định nghĩa ........................................................................................ 26
3.4.2 Cấu tạo chung ................................................................................... 27
3.4.3 Nguyên tắc hoạt động của Encoder .................................................. 27
3.4.4 Nguyên lý hoạt động của Encoder, Led và lỗ .................................. 28
3.4.5 Phân loại Encoder ............................................................................. 28
3.5 Cách đọc tín hiệu từ Encoder ...................................................................... 29
ii
3.5.1 Dùng ngắt ngoài ............................................................................... 29
3.5.2 Dùng Input capture ........................................................................... 29
3.5.3 Dùng chức năng Counter.................................................................. 30
3.6 Đề xuất thuật toán xử lý dữ liệu cho độ chính xác cao ............................... 30
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................... 33
4.1 Phân tích và thiết kế hệ thống chứa khí và đối trọng .................................. 33
4.1.1 Chuông và đối trọng ......................................................................... 33
4.1.2 Thùng chứa và hệ thống dẫn khí kín ................................................ 34
4.1.3 Xi-lanh .............................................................................................. 35
4.2 Encoder và hệ thống con lăn ....................................................................... 36
4.3 Bo mạch điện tử .......................................................................................... 37
4.3.1 Tổng quan ......................................................................................... 37
4.3.2 Sử dụng bo mạch cho kiểm tra thuật toán đề xuất ........................... 39
4.4 Môi trường soạn thảo và nạp mã nguồn ...................................................... 40
4.4.1 Ngôn ngữ lập trình C ........................................................................ 40
4.4.2 Môi trường soạn thảo ....................................................................... 41
4.4.3 Phần mềm nạp mã nguồn ................................................................. 42
4.5 Phần mềm điều khiển dựa trên các thuật toán đề xuất và công cụ được cung
cấp ..................................................................................................................... 42
CHƯƠNG 5. KIỂM THỬ HỆ THỐNG .......................................................... 44
5.1 Cài đặt hệ thống .......................................................................................... 44
5.2 Tiến hành thử nghiệm ................................................................................. 44
5.3 Kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 45
5.4 Bàn luận....................................................................................................... 45
5.4.1 Độ chính xác..................................................................................... 45
5.4.2 Khả năng ứng dụng của đề tài .......................................................... 46
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 48
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 52
iii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Thở máy thông qua ống nội khí quản ..................................................... 1
Hình 1.2 Thở máy thông qua ống mở khí quản ..................................................... 2
Hình 1.3 Thở máy thông qua mặt nạ khí ............................................................... 2
Hình 1.4 Cơ chế thở máy áp lực âm ....................................................................... 3
Hình 1.5 Cơ chế thở máy áp lực dương ................................................................. 4
Hình 2.1 Venturi tube flowmeter ......................................................................... 12
Hình 2.2 Orifice plate flow merter ....................................................................... 13
Hình 2.3 Chế độ đường dẫn “Z” .......................................................................... 14
Hình 2.4 Chế độ đường dẫn “V” .......................................................................... 15
Hình 2.5 Phế dung kế dịch chuyển nước sử dụng bút ghi ................................... 16
Hình 2.6 Phế dung kế dịch chuyển nước sử dụng bút chiếu ................................ 16
Hình 2.7 Cột nước dâng sau khi rút 450 ml khí ra khỏi chuông .......................... 17
Hình 2.8 Hình ảnh minh họa cho kết quả sau khi rút khí ra khỏi chuông ........... 18
Hình 3.1 Mô hình cấu trúc của hệ thống .............................................................. 21
Hình 3.2 Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................ 21
Hình 3.3 Mạch nạp USB ISP ............................................................................... 24
Hình 3.4 Sơ đồ bên trong của mạch nạp .............................................................. 25
Hình 3.5 Các chân cấu hình mạch nạp ................................................................. 25
Hình 3.6 Encoder chuyển động thẳng .................................................................. 26
Hình 3.7 Encoder chuyển động tròn .................................................................... 26
Hình 3.8 Cấu tạo chung của Encoder ................................................................... 27
Hình 3.9 Hệ thống thu phát hồng ngoại và đĩa quay............................................ 27
Hình 4.1 Chuông và đối trọng được sử dụng ....................................................... 33
Hình 4.2 Bình nước Lavie sử dụng làm thùng chứa ............................................ 34
Hình 4.3 Hệ thống dẫn khí từ xi-lanh vào chuông ............................................... 35
Hình 4.4 Xi-lanh dung tích 500 CC ..................................................................... 35
Hình 4.5 Con lăn đơn ........................................................................................... 36
Hình 4.6 Encoder sử dụng để đo khoảng dịch chuyển ......................................... 36
Hình 4.7 Hệ thống con lăn và Encoder sử dụng cho mục đích thử nghiệm ........ 37
Hình 4.8 Bo mạch điện tử được cung cấp ............................................................ 37
Hình 4.9 Sơ đồ mạch in lớp Top .......................................................................... 38
Hình 4.10 Sơ đồ mạch in lớp Bot ......................................................................... 38
Hình 4.11 Các chế độ đếm xung cho Encoder ..................................................... 39
Hình 4.12 Giao diện chọn ngôn ngữ lập trình mong muốn ................................. 41
Hình 4.13 Giao diện Fuse bit và Lock bit ............................................................ 42
Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán của phần mềm ........................................................ 43
Hình 5.1 Hệ thống thử nghiệm ............................................................................. 44
iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt
ASM Assembly language Hợp ngữ
VĐK Microcontroller unit Vi điều khiển
IC Integrated circuit Mạch tích hợp
ADC Analog-to-digital
converter
Bộ chuyển đổi tương tự sang số
KB Kilobyte Ki-lô byte
LCD Liquid-Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng
O
2
Oxy Ô-xi
CO
2
Cacbon đioxit Khí các-bô-nic
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về máy thở và tầm quan
trọng của máy thở trong y tế; thực trạng về sự thiếu hụt máy thở trong đại dịch
Covid-19 trên thế giới và tại Việt Nam; nhu cầu hiệu chuẩn thể tích cho các máy
thở tự chế trong điều kiện thiếu thốn về công cụ. Từ đó xác lập được tầm quan
trọng và tính thiết thực của đề tài.
1.1 Máy thở
1.1.1 Giới thiệu chung
Máy thở là thiết bị y tế phục vụ cho thở máy. Thở máy hay còn gọi là thông
khí cơ học (nhân tạo) là một hình thức hỗ trợ hay thay thế hoàn toàn chức năng
hô hấp của phổi, lồng ngực và các bộ phận có liên quan. Sự ra đời của việc sử
dụng máy thở cơ học trên toàn thế giới cho bệnh nhân bại liệt vào những năm
1950, máy thở đã hỗ trợ cứu sống cho hàng triệu người [1]. Và từ đó, máy thở
được phổ biến và sử dụng rộng khắp toàn thế giới để hỗ trợ hô hấp cho bệnh
nhân.
Hiện nay, máy thở có nhiều biến thể khác nhau, được áp dụng nhiều công
nghệ tiên tiến hiện đại. Bệnh nhân có thể được hỗ trợ thở máy thông qua ống nội
khí quản hoặc ống mở khí quản (xâm nhập – Hình 1.1 và Hình 1.2) và qua mặt
nạ (không xâm nhập – Hình 1.3) tùy thuộc vào tình trạng của bệnh nhân. Hệ
thống này được kết nối với máy thở để thực hiện nhiều công việc khác nhau: vừa
đẩy hỗn hợp không khí và oxy (O
2
) vào phổi, vừa lấy khí, chất thải ra khỏi lồng
ngực cho đến khi khả năng hô hấp của bệnh nhân hồi phục.
Hình 1.1 Thở máy thông qua ống nội khí quản
2
Hình 1.1 mô tả hỗ trợ thở máy thông qua ống nội khí quản với A là đường
để thổi phồng/xì hơi vòng bít; B là đường chọc hút dịch tiết dưới thanh quản; C
là nắp thanh quản; D là ETT cuff (bóng chèn); E là vùng chứa dịch tiết dưới
thanh quản.
Hình 1.2 Thở máy thông qua ống mở khí quản
Hình 1.3 Thở máy thông qua mặt nạ khí
1.1.2 Cơ chế hoạt động của máy thở
Để thực hiện quá trình thông khí, các máy thở đều hoạt động dựa vào
nguyên lý tạo ra chênh lệch áp lực nhằm đưa khí vào trong và ra ngoài phổi của
bệnh nhân. Muốn tạo ra sự chênh lệch áp lực này, các máy thở có thể áp dụng áp
lực dương, áp lực âm hoặc phối hợp cả hai.
3
1.1.2.1. Máy thở áp lực âm
Hình 1.4 Cơ chế thở máy áp lực âm
Các máy thở áp lực âm tạo ra áp lực âm bên ngoài lồng ngực. Áp lực âm
ngoài lồng ngực làm thành ngực nở ra (phồng lồng ngực) và không khí theo hệ
thống dẫn khí đi vào phổi bệnh nhân. Các máy thở loại này có vẻ rất sinh lý khi
tạo ra nhịp thở giống với nhịp thở tự nhiên; nhưng khó kiểm soát thông khí cho
bệnh nhân và có nhiều hạn chế [2]. Máy thở điển hình cho loại này là “phổi thép”
(“iron lung”).
Nguyên tắc của máy thở áp lực âm được thể hiện trong Hình 1.4:
Hít vào: Bơm hút, tạo ra áp suất âm trong chamber; làm cho lồng ngực
phồng lên dẫn đến áp suất trong lồng ngực giảm; làm cho luồng khí đi vào phổi.
Thở ra: Bơm ngừng hút, tạo ra cân bằng áp suất do đó sẽ có chu trình
ngược lại thì hít vào.
1.1.2.2. Máy thở áp lực dương
Các máy thở áp lực dương tạo ra áp lực dương bên trong phổi. Áp lực
dương trong phổi làm cho căng và nở phổi ra. Các máy thở loại này lại tạo ra áp
lực dương trong lồng ngực, ngược với sinh lý nhịp thở tự nhiên. Tuy vậy, đây là
loại máy thở được dùng phổ biến để hỗ trợ hô hấp và cho phép các bác sỹ can
thiệp sâu và kiểm soát tốt hơn thông khí của bệnh nhân.
Nguyên tắc của máy thở áp lực dương được thể hiện trong Hình 1.5:
Hít vào: Tạo ra áp lực dương ở Piston giúp bơm không khí vào phổi.
Thở ra: Ngừng áp lực dương và van thở ra mở làm cho không khí từ phổi
đi ra ngoài.
4
Hình 1.5 Cơ chế thở máy áp lực dương
1.1.3 Vai trò của máy thở trong điều trị
Máy thở là một máy hỗ trợ thở, được sử dụng chủ yếu trong bệnh viện và
các cơ sở phục hồi chức năng. Các vấn đề hoặc tình trạng sức khỏe khiến bệnh
nhân khó thở thì cần sử dụng đến sự trợ giúp của máy thở. Mục đích chính của
thở máy là cải thiện O
2
trong máu và đảm bảo thông khí phế nang cho bệnh nhân.
Sự trợ giúp của thở máy nhằm duy trì hợp lý thông khí phế nang bằng cách
bơm (thổi) hỗn hợp khí mới vào phổi và tạo điều kiện để hỗn hợp khí cũ thải ra
ngoài môi trường. Vì vậy, thở máy còn giúp làm giảm công thở của bệnh nhân
cho đến khi bệnh nhân có khả năng tự thở một cách ổn định; nó đảm bảo rằng
bệnh nhân nhận được đầy đủ O
2
và khí carbon dioxide (CO
2
) được loại bỏ giúp
bệnh nhân nhanh chóng phục hồi khi mỏi cơ hô hấp.
Ngoài ra, thở máy còn giúp chủ động kiểm soát thông khí khi có nhu cầu sử
dụng cùng thuốc trong một số trường hợp cụ thể. Máy thở giúp quá trình hô hấp
của bệnh nhân ổn định trong khi các loại thuốc và phương pháp điều trị giúp họ
hồi phục. Bệnh nhân có thể cần các loại thuốc được cung cấp qua ống thở. Một
số dạng thuốc được sử dụng thông qua ống thở như thuốc dạng khí dung (dạng
xịt). Những loại thuốc này có thể được nhắm đến các mục tiêu trong đường thở
hoặc phổi.
Ba nhóm thuốc chính được cung cấp qua đường hô hấp cho bệnh nhân thở
máy bao gồm thuốc giãn phế quản, corticosteroid và kháng sinh [3]. Hiệu quả
của thuốc phụ thuộc vào liều lượng và vị trí lắng đọng. Lợi ích lâm sàng của
thuốc giãn phế quản cao hơn khi liều hiệu quả được lắng đọng. Tuy nhiên, việc
5
tăng liều sẽ khiến bệnh nhân gặp phải các tác dụng phụ có thể xảy ra (ho, nhịp
tim nhanh, run, …) [4, 5]. Đối với kháng sinh dạng hít, nên tăng nồng độ tối đa
tại vị trí phổi bị nhiễm trùng để có được tác dụng diệt khuẩn hiệu quả theo các
đặc điểm dược động học - dược lực học của thuốc [6].
Vì vậy ta có thể tổng kết lại, những lợi ích chính của thở máy:
Người bệnh không phải dành năng lượng để thở nên cơ hô hấp của người
bệnh có thời gian được nghỉ ngơi.
Cơ thể bệnh nhân có thời thời gian hồi phục và nếu cần, có thêm sự trợ
giúp của thuốc cùng đường ống thở.
Giúp người bệnh nhận đủ O
2
và loại bỏ CO
2
.
Bảo vệ đường hô hấp và ngăn ngừa tổn thương do hít phải dịch từ dạ dày.
Tuy nhiên cần lưu ý, thở máy không làm lành bệnh của người bệnh. Thay
vào đó, thở máy cho phép người bệnh có tình trạng ổn định trong khi bác sĩ sử
dụng thuốc và phương pháp điều trị khác để điều trị bệnh hoặc chấn thương.
1.1.4 Những rủi ro khi sử dụng máy thở
Có nhiều chấn thương và tình trạng có thể gây suy hô hấp và cần đến sự trợ
giúp của thở máy, bao gồm:
Chấn thương đầu.
Các bệnh liên quan đến phổi.
Chấn thương tủy sống.
Bệnh bại liệt.
Đột quỵ.
Hội chứng suy hô hấp sơ sinh.
Hội chứng suy hô hấp cấp tính (ARDS).
Nhiễm trùng huyết.
Ngoài ra, các bác sĩ còn sử dụng máy thở cho những người sau phẫu thuật
sẽ không thể tự thở do thuốc mê.
Có nhiều loại máy thở khác nhau và mỗi loại cung cấp các mức hỗ trợ khác
nhau. Bác sĩ và các nhân viên y tế sẽ sử dụng tùy thuộc vào tình trạng của mỗi
người. Có một vấn đề cần lưu tâm đến để có thể giảm thiểu ảnh hưởng xấu của
thở máy với bệnh nhân là những rủi ro khi sử dụng máy thở:
Rất dễ bị nhiễm trùng phổi mà có thể khó điều trị.
6
Máy thở có thể gây tổn hại phổi điển hình là xẹp phổi, xảy ra khi phổi
không giãn nở hoàn toàn, làm giảm lượng O
2
đi vào máu.
Bệnh nhân có thể hít phải các chất lạ vào đường thở (ví dụ như nước bọt),
xảy ra do áp suất không khí cao hoặc nồng độ O
2
cao gây phù phổi; tràn khí
màng phổi liên quan đến việc không khí rò rỉ từ phổi vào không gian ngay bên
ngoài gây đau, khó thở.
Nếu phải thông lỗ để đưa ống thở vào khí quản, đường thở có thể bị chảy
máu.
Ống thở có thể làm hỏng dây thanh quản và gây khó khăn để nói chuyện,
là hậu quả của cục máu đông trong ống nội khí quản hoặc vết loét do nằm một tư
thế trong thời gian dài.
Nếu một người nằm máy thở trong thời gian dài sẽ mê sảng, có thể dẫn
đến sang chấn tâm lý hoặc rối loạn căng thẳng sau chấn thương.
Ngoài ra, hoạt động và cử động của bệnh nhân bị hạn chế đáng kể khi
đang thở máy.
1.2 Thực trạng về sự thiếu hụt máy thở trong đại dịch Covid-19 trên thế giới
và tại Việt Nam, và sự ra đời của máy thở tự chế
1.2.1 Trên thế giới
Đại dịch COVID-19 là một bệnh truyền nhiễm do Coronavirus mới gây ra.
Đây là một căn bệnh nguy hiểm và rất dễ lây lan bắt nguồn từ Vũ Hán, Trung
Quốc vào cuối tháng 12 năm 2019 [7]. Hiện tại đại dịch này đã lan rộng ra toàn
cầu mà chưa có phương pháp điều trị đặc hiệu. Một khi Covid-19 thâm nhập vào
cơ thể thì gần như bất kì cơ quan nào cũng đều chịu tổn thương. Trong đó hai lá
phổi chính là “mặt trận” chính, chịu nhiều sự tàn phá nhất từ mầm bệnh nguy
hiểm này. Tình trạng sức khỏe và sự hồi phục của bệnh nhân gần như phụ thuộc
hoàn toàn vào sức đề kháng cũng như có hay không mắc bệnh nền của người
bệnh. Chỉ trong thời gian ngắn ba tháng từ ngày bùng dịch, đại dịch đã gây ảnh
hưởng đến 2.1 triệu người và gây ra cái chết cho hơn 145 nghìn bệnh nhân [8].
Và tính đến đầu tháng 7 năm 2020, trong tổng số 8 triệu trường hợp mắc bệnh đã
có hơn 450 nghìn ca tử vong trên toàn cầu [9]. Đây là những con số rất đáng báo
động nói lên sự nguy hiểm và khả năng lây lan của đại dịch này.
7
Đại dịch Covid-19 cực kì nguy hiểm đã làm cho rất nhiều bệnh nhân phải
nhập viện hay trung tâm điều trị với tình trạng hô hấp khó khăn và có những
người phải cần sự trợ giúp của máy thở ngay lập tức. Hoặc nếu không, nhiều
người cũng cần sự trợ giúp của máy thở sau một thời gian nhập viện. Máy thở là
một trong những thiết bị y tế quan trọng bậc nhất và cần thiết để giữ cho bệnh
nhân nhiễm Covid-19 mức độ nặng còn sống sót. Theo thống kê của Tổ chức Y
tế Thế giới cứ sáu bệnh nhân Covid-19 thì có một người khó thở mức độ nặng và
có thể cần đến sự trợ giúp của máy thở [10]. Theo báo cáo từ Đại học Imperial
College London, ước tính rằng 30% bệnh nhân nhập viện do Covid-19 được cho
là cần thở máy [11]. Tuy nhiên, hiện tại các bệnh viện đang thiếu hụt máy thở
trầm trọng [12, 13]. Vào tháng 3 năm 2020, các dự báo đã được đưa ra về sự cạn
kiệt nguồn cung cấp máy thở ở New York [14]. Thống đốc Andrew M. Cuomo
của New York cũng đã nói “Chúng tôi cần 30000 máy thở. Chúng tôi có 11000”
[15]. Vì vậy trên thế giới, vấn đề đáp ứng nhu cầu sử dụng máy thở của bệnh
nhân được đặc biệt chú ý và nhanh chóng chuẩn bị hơn bao giờ hết.
Đối mặt với sự thiếu hụt nghiêm trọng này, các bác sĩ cũng như kỹ sư đã nỗ
lực đưa ra các giải pháp để sản xuất máy thở tự chế chi phí thấp và có thể nhân
bản rộng rãi [16]. Các nhà nghiên cứu cũng bắt đầu với sáng kiến này để chung
tay chống lại đại dịch Covid-19 với các công bố gần đây của mình [17, 18, 19,
20, 21]. Sử dụng cách tiếp cận này để chống lại đại dịch COVID-19 được xem là
cách tối ưu và đầy hứa hẹn [22]. Một số nghiên cứu đã công bố cho thấy sáng
kiến máy thở tự chế rất khả thi và phù hợp với tình trạng khủng hoảng kinh tế
toàn cầu do đại dịch hiện nay. Nhìn chung, việc nghiên cứu và tìm ra các giải
pháp thiết kế máy thở tự chế phục vụ cho các đại dịch như đại dịch COVID-19 là
rất cần thiết. Điều này giúp tiết kiệm chi phí sản xuất, thời gian cũng được rút
ngắn vì vậy có thể nhanh chóng phục vụ số lượng máy thở lớn trong các đại dịch.
1.2.2 Tại Việt Nam
Trong cuộc chiến chống dịch Covid-19 đang diễn ra căng thẳng trên toàn
thế giới, máy thở cũng chính là một trong những "vũ khí" quan trọng nhất của
Việt Nam chúng ta. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết, 1/6 số người bệnh
Covid-19 sẽ chuyển sang giai đoạn trầm trọng hơn, lá phổi bị tàn phá dẫn đến
