- NGUYỄN MẠNH CƯỜNG NÂNG CẤP VÀ HOÀN THIỆN SẢN PHẢM THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHO BỆNH NHÂN SAU ĐỘT QUỴ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH HÀ NỘI – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - NGUYỄN MẠNH CƯỜNG NÂNG CẤP VÀ HOÀN THIỆN SẢN PHẢM THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHO BỆNH NHÂN SAU ĐỘT QUỴ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT Y SINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NÂNG CẤP VÀ HOÀN THIỆN SẢN PHẨM THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHO BỆNH NHÂN SAU ĐỘT QUỴ Giáo viên hƣớng dẫn :TS NGUYỄN PHAN KIÊN Học viên thực hiện : KS NGUYỄN MẠNH CƢỜNG Lớp :Kỹ Thuật Y Sinh Khoá : CH2015B . - TỔNG QUAN 1 1.1 Tai biến mạch máu não, nguyên nhân và xử trí 1 1.2 Phục hồi chức năng cho bệnh nhân tai biến mạch máu não 7 1.2.1 Tập vận động tƣ thế nằm - Tập vận động thụ động chi trên 8 1.2.2 Tập vận động tƣ thế nằm - Tập vận động thụ động chi dƣới 11 1.2.3 Tập ngồi bắt chéo chân 14 1.2.4 Tập di chuyển ở tƣ thế ngồi - Tập đi trên hai mông Một số thiết bị tập luyện phục hồi chức năng đi và đứng cho bệnh nhân tai biến mạch máu não 19 1.3.1 Lịch sử hình thành, phát triển thiết bị hỗ trợ PHCN Giới thiệu thiết bị 20 1.3.3 Phân loại các thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng 22 1.3.4 Nguyên lý làm việc chung 24 CHƢƠNG 2. - MÔ HÌNH HỆ THỐNG TÍCH HỢP HỖ TRỢ TRONG TẬP LUYỆN PHỤC HỒI CHỨC NĂNG 26 2.1 Phân tích nhu cầu thiết bị phục hồi chức năng ở Việt Nam 26 2.2 Khảo sát và phân tích quy trình hỗ trợ tập luyện 27 2.3 Mô hình hệ thống 28 CHƢƠNG 3. - THIẾT KẾ THIẾT BỊ TẬP LUYỆN PHỤC HỒI CHỨC NĂNG ĐI VÀ ĐỨNG CHO BỆNH NHÂN TAI BIẾN MẠCH MÁU NÃO 31 3.1 Yêu cầu thiết kế 31 3.2 Thiết kế sơ đồ khối tổng quát của thiết bị 32 3.3 Thiết kế các cơ cấu cơ khí cho hệ giá đỡ ngƣời 32 3.3.1 Thiết kế khung đỡ 32 3.3.2 Đai treo ngƣời và vật liệu cấu tạo 38 3.3.3 Thiết kế cơ cấu nâng bệnh nhân 39 3.4 Thiết kế bàn chạy 41 3.4.1 Thiết kế cơ khí của bàn chạy 41 3.4.2 Puly truyền động 48 3.5 Thiết kế mạch phần cứng của thiết bị 51 3.5.1 Thiết kế khối bàn phím 52 3.5.2 Thiết kế khối hiển thị 54 3.5.3 Thiết kế khối điều khiển 58 3.5.4 Thiết kế khối điều khiển động cơ 65 3.5.5 Thiết kế khối nguồn 71 3.5.6 Thiết kế khối đo vận tốc 76 3.5.7 Lập trình phần mềm cho chip vi điều khiển 82 3.6 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 84 Chế tạo và tích hợp hệ thống 84 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 3-1: Thiết kế cơ cấu nâng bệnh nhân và vị trí đặt cảm biến lực đo lực nâng 34 Hình 3-2: Thiết kế khung cơ khí của phân hệ hỗ trợ phục hồi chức năng đứng 3535 Hình 3-3: Thiết kế thanh nối máy chạy với song chống trƣớc 366 Hình 3-5: Thiết kế thanh ngang cuối và thanh tay vịn 377 Hình 3-6: Bản thiết kế cuối cùng và các thông số để gia công 377 Hình 3-7: Bảng thông số tăng cáp đƣợc lựa chọn 40 Hình 3-8: Tăng cáp đƣợc sử dụng 41 Hình 3-10: Băng tải dành cho máy chạy bộ 42 Hình 3-11: Kích thƣớc băng tải. - 42 Hình 3-12: Trạng thái của rotor và statortừ pha 1 đến pha 3 433 Hình 3-13: Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ độc lập 444 Hình 3-14: Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ song song. - 455 Hình 3-15: Đƣờng đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song 45 Hình 3-16: Đƣờng đặc tính cơ và sơ đồ đấu dây của ĐC điện một chiều kích từ nối tiếp 46 Hình 3-17: Đặc tính của động cơ kích từ hỗn hợp 46 Hình 3-18: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp phần ứng 47 Hình 3-19: Động cơ chính keo băng tải 488 Hình 3-20: Thông số động cơ 48 Hình 3-21: Sơ đồ khối phần cứng của thiết bị 49 Hình 3-22: Sơ đồ nguyên lý phím bấm 49 Hình 3-23: Sơ đồ nguyên lý thực tế phím bấm 51 Hình 3-24: Sơ đồ nguyên lý mạch điều kiển điện áp 52 Hình 3-25: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển nguồn cho màn hình 53 Hình 3-26: Mạch hoàn thiện của khối hiển thị 54 Hình 3-27: Sơ đồ hệ thống mạch thiết kế bằng AVR Atmega128 64 Hình 3-28: Mạch ổn áp tuyến tính 5v 68 Hình 3-29: Mạch ổn áp tuyến tính dùng IC 7812 và 7912 68 Hình 3-30: Mạch ổn áp tuyến tính dùng IC và 7805 74 Hình 3-31: Mạch nguyên lý khối nguồn 75 Hình 3-32: Mạch hoàn thiện khối nguồn 76 Hình 3-33: Mạch ứng dụng sensor HW_A101 để đo vật nhiễm từ 78 Hình 3-34: Cảm biến tiệm cận 72 Hình 3-35: Phƣơng pháp đo tốc độ dùng cảm biến hiệu ứng 79 Hình 3-36: Calib tốc độ của máy chạy để đảm bảo phụ hợp với bệnh nhân73 Hình 3-37: Calib tốc độ thấp nhất bang tải có thể đạt đƣợc 80 Hình 3-38: Calib tốc tối đa bang tải đạt đƣợc 81 Hình 3-44: Sơ đồ khối của bộ điều khiển tốc độ bằng logic mờ 76 Hình 3-45: Bộ điều khiển mờ cơ bản 83 Bảng 3-5: Bảng chuyển đổi tƣơng tự số của ADC nhanh 3bit Error! Bookmark not defined. - Bảng 3-7: Tính toán thông số cho bộ điều khiển PID Error! Bookmark not defined. - Bảng 3-8: Xác định thông số bộ điều khiển PID dựa vào thực nghiệm 85 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện luận văn Thạc sĩ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: TS.Nguyễn Phan Kiên, ngƣời Thầy ngay từ đầu đã định hƣớng và tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài. - Tôi xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ học tập và tạo điều kiện tốt nhất của các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Điện tử và Kỹ thuật Y sinh, Trung tâm Điện tử Y sinh và các Thầy Cô giáo trong Viện Điện tử - Viễn thông trong thời gian học tập, nghiên cứu, thực hiện luận văn. - Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình, Bạn bè đã luôn động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho Tôi trong quá trình học tập, thực hiện nghiên cứu đề tài. - Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn KS.Nguyễn Mạnh Cƣờng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, tất cả các số liệu và những kết quả nghiên cứu trong luận văn này đều do Tôi nghiên cứu, số liệu hoàn toàn trung thực, không trùng lặp với các đề tài khác và chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ bất kỳ luận văn nào. - Tôi xin cam đoan mọi thông tin, số liệu trích dẫn trong luận văn đều chính xác và đƣợc chỉ rõ nguồn gốc, mọi sự giúp đỡ, tạo điều kiện cho việc thực hiện luận văn đều đã đƣợc cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn KS.Nguyễn Mạnh Cƣờng PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong phục hồi chức năng vận động của ngƣời bệnh liệt nửa ngƣời do tai biến mạch máu não thì phục hồi chức năng bao gồm quá trình tập đứng rất quan trọng. - Theo thống kê thì ở Mỹ hàng năm có có khoảng bệnh nhân tai biến mạch máu não mới hoặc tái phát. - Thống kê tại Việt Nam, tỷ lệ bệnh nhân tai biến mạch máu não là dân còn tỷ lệ mắc mới trung bình hàng năm là dân. - Theo thống kê ở các bệnh viện tuyến tỉnh, thành phố qua từng thời kỳ 3-5 năm cho thấy tỷ lệ bệnh nhân vào điều trị nội trú tăng 1,7-2,5 lần. - Tỷ lệ tai biến mạch máu não tăng theo thang tuổi. - Để có thể tạo nên kết quả phục hồi toàn diện, thiết bị trợ giúp ngƣời bệnh tập đứng trong quá trình phục hồi chức năng là một phần không thể thiếu. - Tại Việt Nam hiện nay, tất cả các bệnh viện đa khoa tuyến tỉnh đều đã có khoa Phục hồi chức năng, 240 quận/huyện, 2500 phƣờng/xã đã triển khai phục hồi chức năng. - Tuy vậy, phục hồi chức năng nhất là chức năng vận động cho bệnh nhân tai biến mạch máu não còn đang là vấn đề mới đối với chúng ta. - Chúng ta chƣa có đủ các trang thiết bị chuyên môn dùng cho chuyên khoa này. - Ngoài ra, phục hồi chức năng dựa vào cộng đồng lồng ghép vào hệ thống chăm sóc sức khỏe ban đầu của ngành y tế hiện đang là bƣớc đi chính và là biện pháp chiến lƣợc để giải quyết vấn đề khuyết tật tại Việt Nam. - Nhƣ vậy, nhu cầu về thiết bị trợ giúp phục hồi chức năng vận động nói chung và phục hồi chức năng đứng nói riêng là rất lớn. - Đã có một số công ty trong nƣớc sản xuất các dụng cụ trợ giúp chức năng đứng nhƣ thanh song song, khung tập đứng. - Khi tập luyện, các bệnh nhân phải dùng sức của hai cánh tay để chống lên khung nhằm đỡ trọng lƣợng của cơ thể, giảm tải trọng tác dụng lên đôi chân. - Nhƣ vậy, khả năng thay đổi mức độ tải trọng tác dụng lên đôi chân để phục hồi chức năng đứng không hề có chút định lƣợng nào mà hoàn toàn chỉ là cảm tính, phụ thuộc vào bệnh nhân. - Mức độ hỗ trợ từ bên ngoài hoàn toàn không có. - Thời gian cần thiết để phục hồi chức năng cho bệnh nhân là lâu. - Các thiết bị của nƣớc ngoài thì nhờ có cơ cấu hỗ trợ lực động từ bên ngoài nên tải trọng tác dụng lên đôi chân là thay đổi đƣợc. - Nhờ đó khả năng phục hồi của bệnh nhân cao hơn và thời gian phục hồi cũng nhanh hơn (thời gian tập luyện phục hồi rút ngắn đƣợc 30. - Tuy nhiên giá thành một thiết bị ngoại nhập là khá đắt. - Nhƣ đã nêu ở mục 10.1 thì giá của các thiết bị nhập khẩu thì các nƣớc tiên tiến châu Âu hoặc Mỹ thì ít nhất cũng là 1,5 tỷ. - Trong điều kiện xã hội Việt Nam hiện nay, lƣợng bệnh nhân là nhiều, thời gian tập luyện lâu mà mỗi thiết bị chỉ sử dụng đƣợc cho một bệnh nhân tại một thời điểm nên giá thành nhƣ vậy là chƣa phù hợp. - Các thiết bị do Trung Quốc sản xuất thì giá thành cũng rơi vào khoảng 300-400 triệu đồng cho một thiết bị mà lại không có trợ lực động nên hiệu quả phục hồi chức năng chƣa cao. - Việc ứng dụng các tiến bộ mới của công nghệ điện tử, điều khiển, cơ khí vào nghiên cứu, chế tạo thiết bị trợ giúp phục hồi chức năng đi đứng cho bệnh nhân liệt nửa ngƣời do tai biến mạch máu não là rất cần thiết. - Thiết bị sau khi chế tạo thành công có thể đƣợc ứng dụng tại các khoa, phòng Phục hồi chức năng của các bệnh viện, trung tâm chăm sóc sức khỏe. - Ngoài ra, thiết bị này còn có thể đƣợc sử dụng để phục hồi chức năng đứng cho bệnh nhân tại nhà dƣới sự chỉ dẫn chi tiết, tỉ mỉ của bác sỹ. - Nhờ đó sẽ làm giảm suất đầu tƣ thiết bị của các bệnh viện, trung tâm chăm sóc sức khỏe (do giá thành thấp hơn nhập ngoại), giảm nhập siêu, đồng thời góp phần phát triển một ngành kinh tế kỹ thuật chuyên dụng có khả năng xuất khẩu. - MỤC TIÊU Thiết kế, chế tạo đƣợc thiết bị trợ giúp phục hồi chức năng đứng cho bệnh nhân liệt nửa ngƣời do tai biến mạch máu não. - ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1. - Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là các bệnh nhân liệt nửa ngƣời do tai biến mạch máu não. - Ở đây chúng tôi tập trung vào việc hỗ trợ tập luyện phục hồi chức năng đi lại của các bệnh nhân này. - Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các kỹ thuật điện tử, tin học, điều khiển và cơ khí để thiết kế, chế tạo thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức năng đi đứng cho các bệnh nhân liệt nửa ngƣời do tai biến mạnh máu não tại Việt Nam. - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. - Cách tiếp cận Để đảm bảo có thể thực hiện một khối lƣợng công việc khá lớn là nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức năng đi đứng cho bệnh nhân liệt nửa ngƣời do tai biến mạnh máu não, có độ phức tạp cao, bao gồm nhiều kỹ thuật công nghệ mới, chúng tôi chọn một số cách tiếp cận sau. - Tiếp cận kế thừa: nghiên cứu, khảo sát, tìm hiểu nguyên lí hoạt động, cấu tạo của thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức năng đi đứng hiện có trên thế giới và Việt Nam. - Trên cơ sở tiếp thu các kết quả thu thập đƣợc, xây dựng mô hình, cấu trúc thiết bị phù hợp nhất với điều kiện Việt Nam hiện tại. - Ngoài ra, những bí quyết, kết quả đƣợc tích lũy qua nhiều năm nghiên cứu chế tạo thiết bị của nhóm nghiên cứu cũng sẽ là những đảm bảo có tính thuyết phục cho đề tài này. - Tiếp cận theo hƣớng nghiên cứu cơ sở công nghệ: để đảm bảo tính khoa học, tạo cơ sở cho việc thiết kế những hệ thống thiết bị, đồng thời giảm bớt sự phụ thuộc vào các bí quyết công nghệ của các hãng nƣớc ngoài, việc nghiên cứu thực nghiệm những thông số, quá trình công nghệ chủ yếu của thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức năng đi đứng, thƣờng mang tính đặc thù trong điều kiện môi trƣờng và con ngƣời Việt Nam là hết sức cần thiết. - Tiếp cận theo hƣớng thị trƣờng: nhằm làm cho kết quả của đề tài có thể đi vào và đứng vững lâu dài trong thị trƣờng thiết bị y tế trong nƣớc, có thể tiến ra thị trƣờng ngoài nƣớc. - Phƣơng pháp nghiên cứu Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng bao gồm. - Phƣơng pháp tổng hợp phân tích: tổng hợp các tài liệu liên quan đến bệnh liệt nửa ngƣời do tai biến mạch máu não và các phƣơng pháp tập luyện phục hồi chức năng hiện nay. - Từ những nhận xét đánh giá đó đƣa ra các phƣơng án thiết kế và lựa chọn phƣơng án thiết kế tối ƣu. - Phƣơng pháp thiết kế kèm mô phỏng: thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý và sơ đồ chi tiết các khối của thiết bị thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức năng đi đứng. - Mô phỏng hoạt động của các khối nhằm đảm bảo các sơ đồ đƣợc thiết kế đúng nhƣ yêu cầu. - Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm: lựa chọn các vật tƣ, linh kiện để chế tạo các khối của thiết bị. - Đo lƣờng trong phòng thí nghiệm và hiệu chỉnh tổng thể thiết bị. - Thử nghiệm thực tế: thử nghiệm thực tế, đánh giá hiệu năng của thiết bị. - TỔNG QUAN 1.1 Tai biến mạch máu não, nguyên nhân và xử trí Tai biến mạch não xảy ra khi động mạch cung cấp oxy và chất dinh dƣỡng cho một vùng não bị vỡ hoặc tắc đột ngột bởi cục máu đông. - Bệnh nhân có thể bị liệt, hôn mê thậm chí tử vong tuỳ thuộc vào diện tích vùng mão bị ảnh hƣởng và mức độ trầm trọng của tổn thƣơng. - Đó là lý do tại sao việc nhận biết các dấu hiệu cảnh báo tai biến mạch não và xử trí ngay là rất quan trọng. - Tai biến mạch não đƣợc chia làm hai nhóm chính: Chảy máunão do vỡ mạch máu não, thƣờng liên quan với huyết áp cao hoặc dị dạng mạch máu não. - Nhũn não xảy ra khi một nhánh động mạch não bị tắc thƣờng do 3 nguyên nhân chính là mảng xơ vữa, cục tắc bắn từ xa tới và nhũn não do giảm tƣới máu não. - Các chuyên gia y tế đã chỉ ra rằng có 8 nguyên nhân chính gây nên tai biến mạch máu não hay đột quỵ. - Tùy thuộc vào vị trí tổn thƣơng của nhu mô não, bệnh nhân sẽ có những sự suy giảm tƣơng ứng ở các chức năng vận động, cảm giác, khả năng suy nghĩ và diễn đạt. - Sau đột quỵ, bệnh nhân có thể có một vài trong các hậu quả sau đây: Yếu nhẹ nửa ngƣời hoặc liệt hoàn toàn nửa ngƣời (liệt hẳn một bên cơ thể) Giảm và mất cảm giác một bên cơ thể. - Giảm thị lực và (hoặc) giảm thị trƣờng, tức nhìn bị hạn chế Mất khả năng kiểm soát cảm xúc và thay đổi tâm trạng. - Thay đổi về nhận thức, tức các vấn đề về trí nhớ, khả năng đánh giá, giải quyết vấn đề hoặc kết hợp tất cả những khả năng này. - Thay đổi hành vi, tức thay đổi tính cách, có ngôn ngữ và hành động không thích hợp 3 Nhiều công trình điều tra và nghiên cứu khoa học cho kết quả: 50% bệnh nhân tai biến mạch máu não sống sót để lại di chứng trong đó 92,96% di chứng về vận động. - 50% bệnh nhân phụ thuộc trong các hoạt động tự chăm sóc. - 71% giảm khả năng lao động. - 66% mất khả năng lao động. - 92% ngƣời bệnh liệt nửa ngƣời đang sống tại gia đình và cộng đồng vẫn có nhu cầu tập luyện phục hồi chức năng. - Phƣơng pháp điều trị Điều trị cấp cứu đột quỵ phụ thuộc vào việc đang có một cơn đột quỵ thiếu máu cục bộ chặn một động mạch - loại phổ biến nhất - hay đột quỵ xuất huyết liên quan đến chảy máu vào não. - Để điều trị đột quỵ thiếu máu cục bộ, bác sĩ nhanh chóng phải khôi phục lại lƣu lƣợng máu đến não. - Nhanh chóng điều trị không chỉ cải thiện cơ hội sống sót, nhƣng cũng có thể làm giảm các biến chứng của đột quỵ có thể đƣợc gây ra: Aspirin: Aspirin là điều trị tốt nhất đã đƣợc chứng minh ngay lập tức sau khi một cơn đột quỵ thiếu máu cục bộ làm giảm khả năng có đột quỵ. - Trong phòng cấp cứu, có khả năng sẽ nhận đƣợc một liều aspirin. - Liều có thể khác nhau, nhƣng nếu đã dung aspirin hàng ngày cho hiệu quả làm loãng máu, có thể muốn thực hiện một lƣu ý để các bác sĩ biết nếu đã có aspirin. - Các loại thuốc làm loãng máu nhƣ warfarin (Coumadin), heparin và clopidogrel (Plavix) cũng có thể đƣợc dùng, nhƣng không đƣợc sử dụng thông thƣờng nhƣ aspirin để điều trị khẩn cấp. - TPA là một loại thuốc tiêu cục máu đông-busting mạnh giúp một số ngƣời đã có một cơn đột quỵ hồi phục đầy đủ hơn. - Tuy nhiên, tiêm tĩnh mạch TPA có thể chỉ trong cửa sổ 4, 5 giờ xảy ra đột quỵ
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt