Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và điều khiển máy thở đơn giản

ĈҤ,+Ӑ&48Ӕ&*,$7P. HCM 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$ ---------------------- 75ѬѪ1*&Ð1*72Ҥ, NGHIÊN CӬU THIӂT Kӂ VÀ Ĉ,ӄU KHIӆN MÁY THӢ ĈѪ1 GIҦN RESEARCH DESIGN AND CONTROL THE BAG VALVE MASK VENTILATOR Chuyên ngành : .ӻWKXұW&ѫÿLӋQWӱ 0mVӕ : 8520114 /8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ƭ 73+Ӗ&+Ë0,1+WKiQJQăP i &{QJWUuQKÿѭӧFKRjQWKjQKWҥL7UѭӡQJĈҥL+ӑF%iFK.KRD± Ĉ+4*± HCM &iQEӝKѭӟQJGүQNKRDKӑF3*6761*8<ӈ17Ҩ17,ӂ1 &iQEӝFKҩPQKұQ[pW3*6761J{4XDQJ+LӃX &iQEӝFKҩPQKұQ[pW761JX\ӉQ+ӳX&ѭӡQJ /XұQYăQWKҥFVƭÿѭӧFEҧRYӋWҥL7UѭӡQJĈҥLKӑF%iFK.KRDĈ+4*7S+&0 QJj\WKiQJQăP WUӵFWX\ӃQ 7KjQKSKҫQ+ӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗP 1. &KӫWӏFK3*6761JX\ӉQ4XӕF&Kt 2. 7KѭNê76/r7KDQK+ҧL 3. 3KҧQELӋQ3*6761J{4XDQJ+LӃX 4. 3KҧQELӋQ761JX\ӉQ+ӳX&ѭӡQJ 5. Ӫ\YLrQ767UҫQ9LӋW+ӗQJ ;iFQKұQFӫD&KӫWӏFK+ӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7UѭӣQJ.KRDTXҧQOêFKX\rQ QJjQKVDXNKLOXұQYăQÿmÿѭӧFVӱDFKӳDQӃXFy &+Ӫ7ӎ&++Ӝ,ĈӖ1* 75ѬӢ1*.+2$&Ѫ.+Ë 3*6761*8<ӈ148Ӕ&&+Ë i ĈҤ, +Ӑ& 48Ӕ& GIA TP.HCM 75ѬӠ1*ĈҤ, +Ӑ& BÁCH KHOA &Ӝ1*+2¬;­ +Ӝ, &+Ӫ 1*+Ƭ$9,ӊ7 NAM ĈӝF Oұ p - 7ӵ do - +ҥQK phúc NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+ҤC SӺ +ӑYj WrQKӑF viên: 75ѬѪ1* CÔNG 72Ҥ, Ngày tháng QăP sinh: 11/01/1996 Chuyên ngành: I. MSHV: 1970140 1ѫL sinh: LONG AN .ӻWKXұW&ѫ ÿLӋQWӱ Mã Vӕ 8520114 7Ç1Ĉӄ TÀI NGHIÊN CӬU THIӂT Kӂ VÀ Ĉ,ӄU KHIӆN MÁY THӢ ĈѪ1 GIҦN II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG - 7uP KLӇX WәQJ quan vӅ tác ÿӝng cӫa ÿҥi dӏch COVID-19 ÿӃQ hӋ thӕng y WӃ và QJѭӡi bӋnh, Wӯÿy ÿiQK giá nhu cҫu cҩp WKLӃW cӫa máy thӣ ÿѫQ giҧn. - Tìm KLӇX các thông sӕ công nghӋ, thông sӕ sinh hӑc và FKӭF QăQJ cӫa máy thӣ thông qua các phân tích các nghiên cӭXOLrQTXDQÿmF{QJEӕ. - Phân WtFK các thuұt toán ÿLӅu NKLӇQ và FKӃ ÿӝ ÿLӅu NKLӇQ cho máy thӣ ÿѫQ giҧn thông qua các nghiên cӭXÿmF{QJEӕ. - ĈӅ xuҩt mӝt thuұW WRiQ ÿLӅX NKLӇQ Fy khҧ QăQJ WKӵF WKLGӉ cho máy thӣ ÿѫQ giҧn. - 7KӵF nghiӋm và ÿiQK JLi thuұt toán WKӵF thi trên máy thӣ ÿѫQJLҧn vӟi SKәL nhân tҥo (phәi giҧ). II. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 22/02/2021 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 13/06/2021 IV. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: PGS.TS. NGUYӈN TҨN TIӂN Tp. HCM ngày « tháng « QăP 2021 CÁN %Ӝ+ѬӞ1* 'Ү1 (+͕ tên và FKͷ ký) &+Ӫ 1+,ӊ0%Ӝ0Ð1 Ĉ¬2 7Ҥ2 (+͕ tên và FKͷ ký) PGS. TS. 1*8<ӈ1 7Ҩ1 7,ӂ1 75ѬӢ1*.+2$&Ѫ.+Ë +ӑWrQYjFKӳNê i LӠI CҦ0Ѫ1 LӡL ÿҫu tiên, em xin gӱi lӡi cҧP ѫQ FKkQ WKjQK Yj VkX Vҳc nhҩW ÿӃn thҫy PGS.TS. NguyӉn Tҩn TiӃQ QJѭӡL ÿm WұQ WuQK Kѭӟng dүQ ÿӏQK Kѭӟng cho em tҥo ÿLӅu kiӋn tӕt nhҩWÿӇ em hoàn thành luұQYăQFӫDPuQK+ѫQWKӃ nӳa, thҫy là nguӗn cҧm hӭQJOjÿӝng lӵFÿӇ em cӕ gҳQJKѫQQӳDWURQJWѭѫQJODLFӫa mình. Em xin cҧP ѫQ ÿӃn tҩt cҧ quý Thҫ\ &{ WURQJ NKRD &ѫ .Kt FNJQJ QKѭ TXê Thҫy/Cô ӣ WUѭӡQJ Ĉҥi HӑF %iFK .KRD 73+&0 ÿm Gҥy dӛ, trang bӏ nhӳng kiӃn thӭc quý báu cho em không chӍ WURQJWUѭӡng hӑc mà cҧ trong cuӝc sӕng. Em xin gӱi lӡi cҧPѫQÿӃQJLDÿuQKDQKHPEҥn bè nhӳQJQJѭӡLÿmOX{QViW FiQKErQHPÿӝng viên, hӛ trӧ em trong suӕt chһQJÿѭӡng hӑc tұp và làm viӋc. CuӕLFQJHPFNJQJ[LQFҧPѫQ3KzQJWKtQJKLӋm trӑQJÿLӇPĈLӅu khiӇn sӕ và Kӻ thuұt hӋ thӕQJÿmWҥRÿLӅu kiӋn thuұn lӧLÿӇ HPFyÿLӅu kiӋn vӯa hӑc vӯa làm. Em xin chân thành cҧPѫQ Hӑc viên 7UѭѫQJ&{QJ7Rҥi ii TÓM TҲT LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ Ĉҥi dӏch COVID-ÿDQJOk\ODQPҥnh mӁ trên phҥm vi toàn cҫu, sӕ QJѭӡi chӃt ÿDQJWăQJOrQKjQJQJj\&29,'-19 gây ra hӝi chӭng suy hô hҩp cҩp tính, rӕi loҥn huyӃt khӕLQKѭÿӝt quӷ, thiӃu máu cөc bӝ cҩp tính và nhӗLPiXFѫWLPGRWҳc nghӁn ÿӝng mҥch lӟn, viêm não, tәQWKѭѫQJWKұn cҩp tính và viêm mҥFKPiX7Uѭӡng hӧp bӋnh nhân COVID-ÿDQJPҳc bӋnh nӅn hoһc sӭFÿӅ kháng yӃu cҫQÿѭӧc hӛ trӧ thӣ oxy bҵng máy thӣ7X\QKLrQFKLSKtÿҫXWѭPi\WKӣ rҩt cao, sӕ Oѭӧng máy thӣ tҥLFiFFѫVӣ y tӃ ӣ ViӋt Nam còn rҩt hҥn chӃ7URQJNKLÿyQӃu dӏch COVID-19 lan rӝQJQKѭFiFQѭӟc khác trên toàn thӃ giӟi, ngành thiӃt bӏ y tӃ sӁ NK{QJÿӫ cung cҩSFKRÿҥi dӏch và cӭu bӋnh nhân. Vì vұy, viӋc nghiên cӭu chӃ tҥo máy thӣ BVM là cҫn thiӃW ÿӇ phөc vө bӋnh nhân suy hô hҩp nhҽ, bӋnh nhân chuyӇn viӋn, bӋnh nhân sӱ dөng tҥi nhà, dӉ vұn hành và sӱ dөng cho bӋQKQKkQ&KăPVyF\WӃ OjÿLӅu cҫn thiӃt vì nhiӅu bӋnh nhân COVID-19 cҫn máy thӣ. Bên cҥQKÿyÿһFÿLӇm cӫa túi AMBU là làm bҵng silicon, tính chҩt cӫa hӋ thӕng sӁ WKD\ÿәi theo thӡi gian nên sӁ không có mô hình toán cӕ ÿӏQK'RÿyOXұn án này trình bày nhӳQJWiFÿӝng cӫa ÿҥi dӏFKÿӃQÿӡi sӕQJFRQQJѭӡi, phân tích các nghiên cӭXWUѭӟFÿk\iSGөng thuұt WRiQ ÿLӅu khiӇQ NK{QJ P{ KuQK ÿӇ ÿLӅu khiӇn máy thӣ BVM (máy thӣ mһt nҥ có van túi), và các thí nghiӋPÿӇ kiӇm tra hiӋu quҧ cӫa thuұt toán. Tҩt cҧ nӝi dung sӁ ÿѭӧc trình bày trong luұQYăn này. iii ABSTRACT The COVID-19 pandemic is an infection on a global around the world that the number of deaths is increasing every day. The COVID-19 is causing acute respiratory distress syndrome, thromboembolic disorders like acute ischemic strokes, myocardial infarction induced by major artery blockage, encephalitis, acute kidney damage, and vasculitis. In case the COVID-19 patients are infected with underlying disease or weak resistance who need to be supported with oxygen by a ventilator. In Vietnam, the number of ventilators in medical facilities is very limited because the investment cost of ventilators is very high. If the COVID-19 outbreak spreads like other countries worldwide, the medical device industry will not be enough to provide for the pandemic and save patients. Therefore, the research and manufacture of a BVM ventilator are necessary to save patients with mild respiratory failure, transfer patients, patients to use at home, and easy to operate for the clinicians. Medical care is very necessary for many COVID-19 patients who need ventilators. Besides, the characteristics of the AMBU bag being made of silicon so the properties of the system will change over time. Thus, this thesis analyzes the impacts of the pandemic on people's lives, the previous research, the model-free control algorithm to control the BVM ventilator (bag valve mask ventilator), and experiments to test the efficiency of the model-free control. All content will be presented in this thesis. iv LӠ,&$0Ĉ2$1 LuұQYăQQj\OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭu cӫDFiQKkQW{Lÿѭӧc thӵc hiӋQGѭӟi sӵ Kѭӟng dүn cӫa PGS.TS.NguyӉn Tҩn TiӃn. Các sӕ liӋu, nhӳng kӃt luұQÿѭӧc trình bày trong luұQ YăQ Qj\ KRjQ WRjQ WUXQJ WKӵc, không sao chép. Hӑc viên có tham khҧo các tài liӋu liên quan nhҵm khҷQJÿӏnh thêm sӵ tin cұy. ViӋc tham khҧo các nguӗn tài liӋXÿmÿѭӧc thӵc hiӋn trích dүn và ghi nguӗn tài liӋu tham khҧo. Tôi xin hoàn toàn chӏu trách nhiӋm vӅ lӡLFDPÿRDQQj\ Hӑc viên 7UѭѫQJ&{QJ7Rҥi v MӨC LӨC NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+ҤC SӺ ..........................................................................i LӠI CҦ0Ѫ1 ............................................................................................................ ii TÓM TҲT LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ ........................................................................... iii ABSTRACT ...............................................................................................................iv LӠ,&$0Ĉ2$1 ....................................................................................................... v MӨC LӨC..................................................................................................................vi DANH MӨC BҦNG BIӆU .................................................................................... viii DANH MӨC HÌNH ҦNH .........................................................................................ix DANH MӨC CÁC THUҰT NGӲ VIӂT TҲT .........................................................xi &+ѬѪ1*7ӘNG QUAN....................................................................................... 1 1.1 Giӟi thiӋu chung..............................................................................................1 Ĉһt vҩQÿӅ .......................................................................................................4 1.3 Mөc tiêu và phҥPYLÿӅ tài ..............................................................................5 1.3.1. Mөc tiêu ...................................................................................................5 1.3.2. PhҥPYLÿӅ tài ..........................................................................................6 &+ѬѪ1*&Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT VÀ CÁC NGHIÊN CӬU LIÊN QUAN .......... 8 &ѫVӣ lý thuyӃt .........................................................................................8 2.1. 2.1.1. &ѫVӣ sinh hӑc vӅ hô hҩp ............................................................8 2.1.2. &ѫVӣ lý thuyӃt vӅ máy thӣ .......................................................15 2.1.3. &ѫVӣ lý thuyӃt vӅ thuұt toán Model-free control .....................21 2.2. Các nghiên cӭu liên quan ......................................................................24 2.3. KӃt luұn ..................................................................................................29 &+ѬѪ1*;Æ<'ӴNG GIҦI THUҰ7Ĉ,ӄU KHIӆN MÁY THӢ ................... 31 3.1. Cҩu trúc tәng quát hӋ thӕng ...................................................................31 3.2. Cҩu trúc giҧi thuұWÿLӅu khiӇn ................................................................33 3.3.1. Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn Volume control ......................................36 3.3.2. Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn Pressure control ......................................38 3.3. Xây dӵng mô hình thӵc nghiӋm ...............................................39 vi &+ѬѪ1*7+,ӂT Kӂ BӜ Ĉ,ӄU KHIӆN MODEL FREE CONTROL CHO MÁY THӢ BVM ...................................................................................................... 41 4.1. ThiӃt kӃ bӝ ÿLӅu khiӇn Model-free control cho máy thӣ BVM .............41 4.2. Mô phӓng bӝ ÿLӅu khiӇn iPI cho máy thӣ BVM ...................................45 4.3. KӃt quҧ thӵc nghiӋPYjÿiQKJLi ..........................................................48 &+ѬѪ1*.ӂT LUҰ19¬+ѬӞNG PHÁT TRIӆN.......................................... 52 5.1 KӃt luұn .........................................................................................................52 +ѭӟng phát triӇn ...........................................................................................52 CÔNG BӔ KHOA HӐC ........................................................................................... 54 TÀI LIӊU THAM KHҦO......................................................................................... 82 vii DANH MӨC BҦNG BIӆU Bҧng 2-1. Giá trӏ các thông sӕ ÿLӅu chӍnh cӫa máy thӣ ÿѫQJLҧn.............................10 Bҧng 2-2. Mӕi quan hӋ giӳa chiӅu cao - giӟi tính - thӇ tích khí cҫn thiӃt ................15 Bҧng 2.3ѬXYjQKѭӧFÿLӇm cӫa các kiӇu máy thӣ .................................................17 Bҧng 2-4. Thông sӕ máy thӣ GjQKFKRWUѭӡng hӧp sau phүu thuұt. .........................20 Bҧng 2-5. Thông sӕ máy thӣ GjQKFKRWUѭӡng hӧp bӋnh lý thҫQNLQKFѫ ...............20 Bҧng 2-6. Thông sӕ máy thӣ GjQKFKRWUѭӡng hӧSWăQJiSOӵc nӝi sӑ. ...................20 Bҧng 2-7. Thông sӕ máy thӣ GjQKFKRWUѭӡng hӧSFѫQKHQFҩp..............................21 Bҧng 2-8. Thông sӕ máy thӣ dành cho trѭӡng hӧp tәQWKѭѫQJSKәi cҩp ARDS. ....21 Bҧng 3-1. Thông sӕ máy thӣ BVM ..........................................................................40 Bҧng 3-2. Thông sӕ phәi nhân tҥo ............................................................................40 Bҧng 5-1. Thông sӕ giӟi hҥn cӫa hӋ thӕng cho thӵc nghiӋm ...................................53 viii DANH MӨC HÌNH ҦNH Hình 1-1. Sӕ Oѭӧng bài báo nghiên cӭu vӅ máy thӣ JLDLÿRҥn 1996-2020 (Ngu͛n dͷ li͏u tͳ IEEE.org) .........................................................................................................3 Hình 1-2. Tình hình dӏch bӋnh ...................................................................................4 Hình 2-1. BiӇXÿӗ áp suҩt mӝt chu kǤ nhӏp thӣ vӟi chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích .......11 Hình 2-2. BiӇXÿӗ áp suҩt mӝt chu kǤ nhӏp thӣ vӟi chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn áp suҩt........12 Hình 2-3. BiӇXÿӗ OѭXOѭӧng mӝt chu kǤ nhӏp thӣ vӟi chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích. .12 Hình 2-4. BiӇXÿӗ OѭXOѭӧng mӝt chu kǤ nhӏp thӣ vӟi chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn áp suҩt. ..13 Hình 2-5. BiӇXÿӗ thӇ tích mӝt chu kǤ nhӏp thӣ vӟi chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích. .....14 Hình 2-66ѫÿӗ cҩu tҥo thành phҫn chính cӫa mӝt máy thӣ [56]............................19 Hình 2-7. Máy thӣ cӫDWUѭӡQJÿҥi hӑc MIT (Mӻ)....................................................24 Hình 2-8. Nguyên lý tҥo ra dòng khí tӯ túi AMBU .................................................25 Hình 2-9. HӋ thӕQJFѫNKtPi\WKӣ BreaThU ..........................................................25 Hình 2-10. Mô hình cӫDÿҥi hӑc MIT cung cҩp thông sӕ cho nghiên cӭu ...............26 Hình 2-11. ChӭFQăQJ&$0Yӟi hӋ thӕQJÿѭӧFÿӅ xuҩt (T có là lӵFFăQJ ............27 Hình 2-12. Nguyên lý, mô hình tҥo dòng khí tӯ túi AMBU và mӕi liên hӋ giӳa thӇ WtFKNKtOѭXWK{QJYjJyF&$0................................................................................28 Hình 2-13. 6ѫÿӗ ÿLӅu khiӇn vòng kín cӫa máy thӣ YjÿѭӡQJÿһc tuyӃn biӇu hiӋn mӕi quan hӋ giӳa góc CAM và thӇ WtFKNKtOѭXWK{QJ .............................................28 Hình 2-14. Nguyên lý tҥo dòng khí tӯ túi AMBU bҵng tay kҽp kim loҥi và vít-me. ...................................................................................................................................29 Hình 3-1. Cҩu túc tәng quát cӫa máy thӣ ÿѫQJLҧn..................................................31 Hình 3-2. Chu trình dòng khí cӫa máy thӣ ...............................................................32 Hình 3-3. 6ѫÿӗ GzQJÿLӅu khiӇn máy thӣ ...............................................................33 Hình 3-4. /ѭXÿӗ giҧi thuұWÿLӅu khiӇn máy thӣ BVM ............................................34 Hình 3-5. /ѭXÿӗ FKѭѫQJWUuQKKRPLQJFӫa máy thӣ BVM ....................................35 Hình 3-6 /ѭXÿӗ giҧi thuұt cӫa chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích ......................................36 Hình 3-7. Dҥng sóng lý thuyӃt trong chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích..............................37 Hình 3-8. /ѭXÿӗ giҧi thuұt cӫa chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn áp suҩt ......................................38 Hình 3-9. Dҥng sóng lý thuyӃt trong chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn áp suҩt. .............................39 ix Hình 3-10. Hình ҧnh mô hình máy thӣ BVM thӵc nghiӋm .....................................39 Hình 4-1. 6ѫÿӗ khӕi bӝ ÿLӅXNKLӇQL3,FKRPi\thӣ BVM .....................................46 Hình 4-2. ĈiSӭQJÿLӅXNKLӇQP{SKӓng hӋ BVM ..................................................47 Hình 4-3. ĈiSӭQJÿLӅXNKLӇQWKӇWtFKEҵng bӝ ÿLӅXNKLӇQL3, ...............................47 Hình 4-4. Sai sӕ ÿLӅXNKLӇQWKӇWtFKEҵng bӝ ÿLӅXNKLӇQL3, ...................................48 Hình 4-5. Ĉӗ thӏ biӇu thӏ mӕi liên hӋ giӳDÿLӋQiSYjOѭXOѭӧng khí .......................48 Hình 4-6. ĈiSӭng cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn ‹ trong chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích ...........49 Hình 4-7. ĈiSӭQJÿҫu ra cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn iPI trong chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn thӇ tích. .50 Hình 4-8 ĈiSӭQJÿҫu ra cӫa bӝ ÿLӅu khiӇn iPI trong chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇn áp suҩt. ...51 x DANH MӨC CÁC THUҰT NGӲ VIӂT TҲT CPAP Continuous Positive Airway Pressure BIPAP Biphasic Positive Airway Pressure PEEP Positive End-Expiratory Pressure IPAP Inspiratory Positive Airway Pressure WHO World Health Organization ADRS Acute Respiratory Distress Syndrome ECMO Extracorporeal Membrane Oxygenation AMBU Acrificial Manual Breathing Unit PIP Peak Inspiratory Pressure PIF Peak Inspiratory Flow BVM Bag Valve Mask Ventilator MFAC Model-Free Adaptive Controller MFAC MIT Massachusetts Institute of Technology IBW Ideal Body Weight MFC Model Free Control HEPA High Efficiency Particulate Air xi &+ѬѪ1*7ӘNG QUAN 1.1 Giӟi thiӋu chung Coronavirus 2019 (COVID-19) là hӝi chӭng hô hҩp cҩp tính nghiêm trӑng, tên gӑi mӝWÿҥi dӏFKYjFiFKÿһt tên vӟL³&2´OjYLӃt tҳt cӫDYLU~WFRURQD³9,´GQJGLӉn tҧ YLU~WYj³'´Wӵa cho bӋQKOjQăPEQJSKiWGӏch [1] Ĉҥi dӏch COVID-19 có nguӗn gӕc tӯ chӧ EX{QEiQ ÿӝng vұt hoang dã ӣ tӍQK9NJ+iQ7UXQJ4Xӕc cuӕLQăP 2018 và bùng phát toàn cҫXYjRQăP[2-7]Ĉҥi dӏch có nhiӅXJLDLÿRҥn và nhiӅu biӃn chӫng vi-rút mӭFÿӝ nguy hiӇPFjQJWăQJFDR[8-9]eo sӕ liӋu tӯ tә chӭc Y tӃ thӃ giӟi (WHO), sӕ QJѭӡi nhiӉm bӋQKOjQJѭӡi, sӕ ca tӱ vong 4.180.146 tính ÿӃn ngày 26/7/2021 trên toàn cҫu [10]. Khó có thӇ WѭӣQJ WѭӧQJ ÿѭӧc tình trҥng dӏch bӋnh ngày càng khó kiӇPVRiWYjOjPÿҧo lӝQÿLFXӝc sӕng cӫDFRQQJѭӡi trên toàn cҫu [11-12]. HӋ thӕng y tӃ ӣ các quӕFJLDFNJQJÿmWKLӃt lұp nhӳng tuyӃn phòng thӫ ÿӕi vӟi ÿҥi dӏFKÿѭDPӑLQJѭӡi vào hoàn cҧnh phҧi thích nghi, sinh hoҥt, làm viӋc trong trҥng WKiL³EuQKWKѭӡng mӟL´[13]. Ӣ thӡLÿLӇm dӏch mӟi bùng phát, các quӕFJLDFKѭDÿiQK JLiÿ~QJPӭFÿӝ nguy hiӇm và khҧ QăQJҧQKKѭӣng nghiêm trӑQJÿӃQÿӡi sӕng, kinh tӃ, xã hӝi cӫDÿҥi dӏch nên vүQFKѭDTXDQWkPÿ~QJPӭc dүn ÿӃn dӏch bùng phát vӟi tӕFÿӝ khӫng khiӃp và nhanh chӕQJWKjQKÿҥi dӏch toàn cҫu. Sӵ WiFÿӝng cӫDÿҥi dӏch thӇ hiӋn ӣ ÿӡi sӕQJQJѭӡLGkQNKyNKăQNLQKWӃ chұm phát triӇn cùng vӟLÿyOjVӵ quá tҧLÿӃn vӟi ngành y tӃ. Sӵ quá tҧi này thӇ hiӋn rõ nhҩt ӣ các quӕc gia có thu nhұp bình quân thҩSYjFiFQѭӟFÿDQJSKiWWULӇn [14 -16]1Jѭӡi thӵc hiӋn nhiӋm vө tuyӃQÿҫu chӕng dӏFK ÿy Oj FiF \ EiF Vƭ, y tá, nhân viên y tӃ hӑ FNJQJ UѫL YjR WUҥng thái làm viӋc vӟi FѭӡQJÿӝ cao và áp lӵc rҩt lӟQ7KrPYjRÿyVӵ lây lan quá nhanh cӫDÿҥi dӏch nên các thiӃt bӏ y tӃ FNJQJGҫn cҥn kiӋt và thiӃu hөt nghiêm trӑng. COVID-19 có phѭѫQJWKӭc lây truyӅQNK{QJÿLӇn huQK&RQÿѭӡng lây nhiӉm phә biӃn nhҩW Yj OjP FKR ÿҥi dӏch bùng phát mҥnh mӁ ÿy Oj WLӃp xúc qua không khí khi QJѭӡi nhiӉm bӋnh thӣ ra các giӑt bҳn và các hҥt rҩt nhӓ có chӭa vi-rút. COVID-ÿѭӧc FKLDSKѭѫQJWKӭc lây lan qua ba cách chính: hít vào không khí khi ӣ gҫQQJѭӡi bӏ nhiӉm bӋQKÿDQJWKӣ ra nhӳng giӑt nhӓ và các hҥt có chӭa vi-U~WÿӇ nhӳng giӑt nhӓ và các hҥt có chӭa vi-U~WUѫLYjRPҳWPNJLKRһc miӋQJÿһc biӋt là thông qua sӵ bҳn tóe và tia xӏt 1 QKѭ KR KRһc hҳW KѫL FKҥm vào mҳW PNJL KRһc miӋng bҵng tay có vi-U~W WUrQ ÿy [17]. Dҩu hiӋu mҳc bӋnh cӫa COVID-WѭѫQJWӵ QKѭEӋnh cҧPF~PWK{QJWKѭӡng, các dҩu hiӋu phә biӃn bao gӗm: sӕt, ho khan, mӋt mӓi; mӝt sӕ dҩu hiӋu ít gһS KѫQ QKѭ ÿDX nhӭFÿDXKӑng, tiêu chҧy, viêm kӃt mҥFÿDXÿҫu, mҩt vӏ giác hoһc khӭu giác, da nәi mҭn hay ngón tay hoһc ngón chân bӏ tҩ\ÿӓ hoһc tím tái; và mӝt sӕ triӋu chӭng nghiêm trӑQJQKѭNKyWKӣÿDXKRһc tӭc ngӵc, mҩt khҧ QăQJQyLKRһc cӱ ÿӝng [18]. Theo nhӳng tài liӋXÿmÿӅ cұp, viӋc biӇu thӏ các triӋu chӭng còn tùy thuӝc vào thӇ trҥng cӫa tӯng cá nhân. Có nhӳQJQJѭӡi biӇu hiӋQErQQJRjLQKѭQJYӟi nhӳng biӃn chӫQJÿһc biӋt vӅ sau thì hҫXQKѭEӋnh nhân có biӇu hiӋn rҩt nhҽ hoһc không có bҩt kì biӇu hiӋQQjRQKѭQJ vүn nhiӉm bӋnh [19]. Chính vì nhóm các bӋnh nhân hӑ không có bҩt cӭ dҩu hiӋu nào biӇu hiӋQErQQJRjLÿӇ nhұn biӃt nên cӵFNuNKyNKăQWURQJF{QJWiFWUX\YӃt và khoanh vùng bӋQKQKkQÿӇ ÿѭDÿӃn khu cách ly tұp trung [20-21]. COVID-19 có khҧ QăQJJk\QKLӉm trùng nһng ӣ QJѭӡi, dүQÿӃn các tình trҥng nguy hiӇPQKѭYLrPSKәi, hӝi chӭng suy hô hҩp cҩp tính (ARDS), nhiӉm trùng huyӃt, và bӝi nhiӉm [22] do mӝW FѫQ EmR F\WRNLQH Jk\ UD %mR F\WRNLQH Oj Pӝt thuұt ngӳ khoa hӑc ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ miêu tҧ quá trình phҧn ӭng dӳ dӝi cӫa hӋ miӉn dӏch OLrQTXDQÿӃn bӋnh truyӅn nhiӉm ÿһc biӋt là các bӋnh truyӅn nhiӉP OLrQ TXDQ ÿӃn virus [23] &ѫQ EmR cytokine có thӇ là mӝt dҥng cҩp tính phҧn ӭng quá viêm có thӇ gây ra bӋnh nghiêm trӑng trong mӝt sӕ tình huӕng, bao gӗm cҧ vi rút nhiӉm trùng, bӋnh ác tính, nhiӉm trùng huyӃWYjVX\ÿDFѫTXDQ%Ӌnh nhân bӏ bӋnh nһng vӟi COVID-19 trҧLTXDFiFFѫQEmR F\WRNLQHÿѭӧFFKROjFyWLrQOѭӧng xҩu và tӹ lӋ tӱ vong FDRKѫQ&iFGҩu hiӋu nghiêm trӑng khác nhau cӫa COVID-19 ӣ nhӳng bӋQKQKѭKӝi chӭng suy hô hҩp cҩp tính, rӕi loҥn huyӃt khӕi tҳc mҥFKQKѭÿӝt quӷ do thiӃu máu cөc bӝ cҩp tính và nhӗLPiXFѫWLP do tҳc nghӁQÿӝng mҥch chính, viêm não, tәQWKѭѫQJWKұn cҩp tính, và viêm mҥch máu [24-26]. Mӝt sӕ nghiên cӭX ÿm FKӭng minh, có khoҧng 15±30% nhӳng bӋnh nhân bӏ nhiӉm COVID-19 ÿmSKiWWULӇn nһng và cҫn sӵ hӛ trӧ cӫa thiӃt bӏ ECMO [27]. Trong NKLÿyWҩt cҧ các quӕc gia trên toàn cҫXÿһc biӋt là các quӕFJLDÿDQJSKiWWULӇQÿӅu gһp phҧi vҩQ ÿӅ vӅ sӕ Oѭӧng và phân phӕi ECMO. ViӋc sӱ dөng máy ECMO lҥi gһp mӝt sӕ NKyNKăQQKѭSKkQSKӕi thiӃt bӏ, sӱ dөQJ(&02ÿjRWҥo, bӕ trí nhân sӵ, lұp kӃ hoҥch ECMO và phân bә nguӗn lӵc [28]Ĉҥi dӏch COVID-19 ÿm Jk\ UDVӵ thiӃu hөt 2 trong ngành thiӃt bӏ y tӃ ÿһc biӋW Oj FiF Qѭӟc thu nhұp thҩp [29-30]), chҷng hҥQ QKѭ thiӃt bӏ bҧo hӝ (PPE), bӝ dөng cө thӱ nghiӋm, thiӃt bӏ QKѭPi\WKӣ [31], và máy chөp X-quang [32]ĈiQJNӇ là tình trҥng làm viӋc quá tҧi vӅ thӡi gian cӫDFiFEiFVƭYj\Wi làm viӋFWURQJOƭQKYӵc hӗi sӭc cҩp cӭu. Trong mӝt sӕ WUѭӡng hӧp, vұn chuyӇn trong và ngoҥi bӋnh viӋn [33] bӋnh nhân nһng cҫn hӛ trӧ máy thӣ [34]hoһc xách tay máy thӣ ÿѭӧc sӱ dөQJÿӇ vұn chuyӇn vì mӝt sӕ nghiên cӭu hiӋQFyÿmFKӭng minh rҵng sӱ dөng AMBU thӫ công có thӇ dүQ ÿӃQ WiF ÿӝng tiêu cӵc do nhӏp thӣ thҩW WKѭӡng [35] +ѫQ nӳa, , máy ECMO yêu cҫXEiFVƭOkPVjQJÿѭӧFÿjRWҥo bài bҧQÿӇ vұQKjQKGRÿyYLӋc bә sung mӝt máy thӣ ÿѫQJLҧQÿӇ giҧi quyӃt tình trҥng quá tҧLÿѫQYӏ cҩp cӭu và tai nҥn QKѭFiFKJLҧm áp lӵc cho ngành y tӃ. 45 41 40 37 35 32 31 30 27 26 26 26 23 25 20 20 20 17 15 14 15 11 10 23 13 10 8 7 10 9 8 6 5 5 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 0 Hình 1-1. Sӕ Oѭӧng bài báo nghiên cӭu vӅ máy thӣ JLDLÿRҥn 1996-2020 (Ngu͛n dͷ li͏u tͳ IEEE.org) Mӝt sӕ nӛ lӵFÿӇ tҥo ra mӝt máy thӣ (Hình 1-1) dӉ vұn chuyӇn, dӉ sӱ dөng, chi phí thҩp [36-42]trong y tӃ FiFOƭQKYӵc viӋn trӧ ÿmÿѭӧc trình bày. Ta có thӇ thҩy rҵng trong +uQKWUuQKEj\[XKѭӟQJWăQJYӑt các nghiên cӭu vӅ máy thӣ giá thành thҩp, dӉ chӃ tҥRWURQJJLDLÿRҥQVDXQăPWăQJQKDQKPjÿӍQKÿLӇPOjQăPYӟi 41 công bӕ khoa hӑc). Tuy nhiên, bӋnh nhân bӏ suy hô hҩp cҩp tính mà nguyên nhân tràn khí 3 màn phәi cӫa hӑĈLӅu này dүQÿӃn viӋc thӣ cӵc kǤ NKyNKăQGRÿyÿzLKӓi phҧLÿLӅu trӏ bҵng cách sӱ dөng máy thӣ có chӭFQăQJSKӭc tҥS'RÿyVӵ cҫn thiӃt cӫa mӝt máy thӣ ÿӇ vұn chuyӇQDQWRjQYjFKăPVyFJLҧm nhҽ các triӋu chӭng bӋnh là mӝt trong nhӳng viӋc nәi bұW WURQJ ÿӧt bùng phát COVID-19. Bên cҥQK ÿy OLӋu pháp dành cho bӋnh nhân là thiӃt lұp trong khi sӱ dөng máy thӣ BVM là giӕng nhau vӟi các chӃ ÿӝ ÿLӅu khiӇQFѫEҧQÿLӅu khiӇn thӇ WtFKÿLӅu khiӇn áp suҩt) so vӟi máy thӣ WKѭѫQJPҥi. Do ÿyYLӋFÿLӅu trӏ tҥo ra cho bӋnh nhân an toàn hiӋu quҧ, tránh lây nhiӉm COVID-19 cho bӋnh nhân tҥi tuyӃQFKăPVyFEDQÿҫu. NӃu bӋQKQKkQÿѭӧc vұn chuyӇn mӝt cách chính xác, và cai sӟm khӓi thӣ máy sӁ làm giҧPFѫQEmRF\WRNLQHJLҧm tӹ lӋ tӱ YRQJQKѭӣ FiFQѭӟc phát triӇn. Ngoài ra, máy thӣ ÿѫQJLҧn có thӡLJLDQÿjRWҥo ngҳn cho nhân viên bӋnh viӋn nên có thӇ sӱ dөng tӕt kӏp thӡi ӣ FKăPVyFWX\ӃQÿҫXFKăPVyF Hình 1-2. Tình hình dӏch bӋnh Riêng ӣ ViӋW1DPWtQKÿӃn thӡLÿLӇm hiӋn tҥi tình hình dӏFKÿmGLӉn biӃn vô cùng phӭc tҥSYjNKyOѭӡng. ViӋW1DPÿmWUҧLTXDÿӧt bùng dӏch và thӡLÿLӇm hiӋn tҥLÿDQJ Ojÿӧt dӏch thӭ 4 vӟi các biӃn thӇ vô cùng nguy hiӇm. Vӟi sӕ FDWăQJQKDQKFKyQJPӛi QJj\WtQKÿӃn thӡLÿLӇm ngày 26/07/2021 sӕ QJѭӡi chӃt là 524 ca, tәng sӕ ca mҳFYѭӧt mӕFFDĈLӅu này dүQÿӃn nhu cҫu vӅ máy thӣPi\(&02FNJQJÿDQJOjEjL toán nan giҧi và rҩt khó giҧi quyӃt. 1.2 Ĉһt vҩQÿӅ 1KѭÿmWUuQKEj\ӣ phҫn tәng quan, hiӋn nay tình hình dӏch COVID-ÿDQJGLӉn ra nhiӅXJLDLÿRҥn và vô cùng phӭc tҥp. Ӣ tҥi mӛi thӡLÿLӇm, kӍ lөc vӅ sӕ ca mҳc và sӕ ca 4 tӱ YRQJÿӅu có thӇ ÿҥt cӝt móc mӟi. Song song vӟLÿyQKӳng tҩPJѭѫQJӣ các quӕc gia phát triӇQQKѭ0ӻ và Châu Âu ngành y tӃ ÿmÿӕi mһt rҩWNKyNKăQYӟLÿҥi dӏFKYjUѫL vào tình trҥng khӫng hoҧng mӝt thӡi gian dài. Mһc khác, trang thiӃt bӏ phөc vө cho ngành y tӃ cӫa ViӋW1DPFNJQJFzQQKLӅu hҥn chӃ vì thӃ khi dӏch bùng phát lҥi là mӝt nәi lo không hӅ nhӓ. Trong thӡi kǤ ÿҥi dӏch, máy thӣ FѫKӑc là thiӃt bӏ cҫn thiӃt nhҩWÿӇ ÿLӅu trӏ cho tҩt cҧ các bӋnh nhân bao gӗm bӋnh nhân COVID-19 và bӋnh nhân cúm cҫn phҧi sӱ dөng thiӃt bӏ hӛ trӧ thӣ. Tuy nhiên, bӋnh nhân COVID-19 bӏ suy hô hҩp cҩp tính gây rò rӍ dӏFKÿӃn phәi hay còn gӑi là tràn dӏch màn phәLĈLӅu này dүQÿӃn khó thӣ do ÿy Fҫn phҧL ÿLӅu trӏ bҵng máy thӣ có chӭF QăQJ SKӭc tҥp (ECMO), các máy thӣ này WKѭӡng có sӕ Oѭӧng hҥn chӃ và tұp trung chӫ yӃu ӣ các bӋnh viӋn, thành phӕ lӟn. Trong thӡi kì COVID-19, ngoài nhӳng bӋnh nhân COVID-19 nһng ( cҫn dùng máy thӣ có chӭF QăQJ SKӭc tҥp) thì còn tӗn tҥi rҩt nhiӅu bӋnh nhân COVID-19 không có triӋu chӭng hoһc triӋu chӭng nhҽ, bӋnh nhân có thӇ tӵ hô hҩSQKѭQJNKҧ QăQJÿiSӭng cӫa phәLNK{QJÿѭӧFQKѭQJѭӡLEuQKWKѭӡng, bӋnh nhân sӕQJÿӡi sӕng thӵc vұt, bӋnh nhân ÿDQJWURQJJLDLÿRҥn cai máy thӣ «Yjÿһc biӋWOjGQJÿӇ vұn chuyӇn bӋnh nhân trong và ngoài viӋn. Có mӝt thӵc tӃ, hҫu hӃt trên nhӳng xe cӭXWKѭѫQJFKX\Ӈn bӋnh nhân hiӋn tҥLNK{QJÿѭӧc trang bӏ máy thӣ, các nhân viên y tӃ phҧLGQJWD\EySEyQJ$0%8ÿӇ duy trì nhӏp thӣ FNJQJQKѭ ÿӝ FăQJ[ҽp cӫa phәi bӋnh nhân. Khi di chuyӇn ӣ các chһng ÿѭӡQJ[DQKѭOLrQWӍnh thì các yӃu tӕ vӅ FѭӡQJÿӝ, nhӏp bóp, áp suҩWYjOѭXOѭӧng không khí sӁ NK{QJÿѭӧFÿҧm bҧo trong thӡi gian dài. Tәng hӧp tӯ nhӳng thӵc tӃ vӅ xã hӝi và cҧ trong nghiên cӭu khoa hӑc, thҩu hiӇu ÿѭӧc nhӳng vҩQÿӅ ÿDQJWӗQÿӝng hiӋn tҥLÿӇ hӛ trӧ các thiӃt bӏ hiӋQÿҥi, nhҵm giҧm áp lӵc cho ngành y tӃ trong viӋc khám bӳa bӋnh, phòng chӕng dӏFK«ÿӅ tài nghiên cӭu thiӃt kӃ YjÿLӅu khiӇn máy thӣ ÿѫQJLҧQÿѭӧFÿӅ xuҩWQKѭPӝt giҧi pháp góp phҫn vӅ mһt khoa hӑc, tҥRFѫVӣ cho các nghiên cӭu tiӃSWKHRÿӗng thӡi mong muӕQÿyQJJyS trong viӋc giҧPÿLiS Oӵc không chӍ trong thӡLNu ÿҥi dӏch COVID-19 diӉn ra mà còn nhӳng ӭng dөng vӅ sau cӫa hұu COVID-19. 1.3 Mөc tiêu và phҥPYLÿӅ tài 1.3.1. Mөc tiêu 5 LuұQYăQWұp trung vào viӋFWuP KLӇX WәQJ quan vӅ tác ÿӝng cӫa ÿҥi dӏch COVID-19 ÿӃQ hӋ thӕng y WӃ và QJѭӡi bӋnh, Wӯÿy ÿiQK giá nhu cҫu cҩp WKLӃW cӫa máy thӣ ÿѫQ giҧn. Tìm KLӇX các thông sӕ công nghӋ, thông sӕ sinh hӑc và FKӭF QăQJ cӫa máy thӣ thông qua các phân tích các nghiên cӭXOLrQTXDQÿmF{QJEӕ. LuұQYăQWUuQKEj\YLӋc thiӃt kӃ bӝ ÿLӅu khiӇn cho máy thӣ ÿѫQJLҧQWUrQFѫVӣ tӯ [43]. Mөc tiêu là thiӃt lұp và kiӇm tra VѫEӝ mô hình bӝ ÿLӅu khiӇn máy thӣ cho máy thӣ ÿѫQJLҧn có thӇ cung cҩp khҧ QăQJ ÿLӅu khiӇn thӇ WtFK NKt OѭX WK{QJ WURQJ JLӟi hҥn cӫa áp suҩt. ThӇ WtFK NKt OѭX WK{QJ ÿѭӧF[iFÿӏnh bҵng cách tәng hӧSOѭXOѭӧng không khí liên tөc theo thӡi gian sau mӛi chu kǤ nhӏp thӣ. Mӝt sӕ kӏch bҧQÿѭӧc thӵc hiӋQÿӇ ÿiQKJLiKLӋu suҩt cӫa máy thӣ ÿѫQ giҧn vӟi phәi nhân tҥo (phәi giҧ). Máy thӣ ÿѫQJLҧQÿѭӧFÿӇ xuҩt có thӇ giҧi quyӃt các vҩQÿӅ sau: tҥo ra thiӃt bӏ vӟi giá thành thҩp, dӉ chӃ tҥo tӯ nhӳng vұt liӋu sҹn có; trang bӏ cho nhӳng bӋnh nhân cҫn máy trӧ thӣ trong quá trình di chuyӇQQKѭWUDQJEӏ cho xe cҩp cӭu liên tӍnh, thành phӕ thay vì sӱ dөQJ SKѭѫQJ iQ EyS EyQJ EҵQJ WD\ QKѭ KLӋn nay; sӱ dөng cho bӋnh nhân WURQJJLDLÿRҥn cai máy thӣ; sӱ dөng cho bӋQKQKkQÿDQJWURQJJLDLÿRҥQÿӡi sӕng thӵc vұt; dùng cho bӋnh nhân bҩt tӍnh, mҩt ý thӭc, nhӳQJQJѭӡi có mӭFÿӝ tuân thӫ cӫa phәi WѭѫQJWӵ QKѭSKәi cӫDQJѭӡi khӓe mҥQKQKѭQJNK{QJWKӇ tӵ thӣ; sӱ dөng tҥi nhà cho các bӋQKQKkQQKjNK{QJFyÿLӅu kiӋn chӳa trӏ tҥi bӋnh viӋn trong thӡi gian dài. 1.3.2. PhҥPYLÿӅ tài Nӝi dung chính cӫa luұQYăQWұp trung vào: + ĈӅ tài lӵa chӑn mô hình thӱ nghiӋm là máy thӣ ÿѫQJLҧn dùng nguyên lý bóp bóng $0%8ÿӇ tҥRUDOѭXOѭӧQJNKtÿҫu ra ( thӵc nghiӋm trên máy thӣ có nguyên lý giӕng QKѭQKkQYLrQ\WӃ bóp túi $0%8ÿӇ tҥRUDOѭXOѭӧng khí cho bӋnh nhân). ĈӅ xuҩWSKѭѫQJiQÿLӅu khiӇn và thӵc nghiӋm mô hình vӟi máy thӣ ÿѫQJLҧn (giӟi hҥn 350ml-700ml). 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu kӃt hӧp: mô phӓng và thӵc nghiӋm nhұn diӋn. ĈLӅu khiӇn các thông sӕ cӫa máy thӣ ÿѫQgiҧn trong 2 chӃ ÿӝÿLӅu khiӇn thӇ tích và ÿLӅu khiӇn áp suҩt. 6 + Thӵc nghiӋm máy diӉQ UD WURQJ ÿLӅu kiӋQ P{L WUѭӡQJ EuQK WKѭӡng cӫa phòng thí nghiӋm và áp dөng thӱ nghiӋm kӃt quҧ trên phәi nhân tҥo (phәi giҧ). ĈӕLWѭӧQJPi\KѭӟQJÿӃQÿӇ áp dөng: bӋnh nhân di chuyӇn liên tӍnh, thành phӕ; bӋnh nhân cai máy thӣ, dùng cho bӋnh nhân bҩt tӍnh, mҩt ý thӭc, nhӳQJ QJѭӡi có mӭF ÿӝ tuân thӫ cӫa phәLWѭѫQJWӵ QKѭSKәi cӫDQJѭӡi khӓe mҥQKQKѭQJNK{QJWKӇ tӵ thӣ; Sӱ dөng tҥi nhà cho các bӋQKQKkQQKjNK{QJFyÿLӅu kiӋn chӳa trӏ tҥi bӋnh viӋn trong thӡi gian dài. 7