Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO MINH ĐỨC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHI DƯỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số ngành: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: PGS.TS Trần Xuân Tùy Hướng dẫn 2: PGS.TS Phạm Đăng Phước Đà Nẵng - Năm 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Xuân Tùy PGS.TS Phạm Đăng Phước Phản biện 1: ……………………………………………… Phản biện 2: ……………………………………………… Phản biện 3: ……………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Vào hồi ….giờ… ngày… tháng….năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện quốc gia Việt Nam - Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Tai biến nguyên nhân hàng đầu gây tàn phế nguyên nhân gây tử vong ở nhiều nước giới Thống kê Mỹ, hàng năm có khoảng 795.000 người bị tai biến số người bị 610.000 người 185.000 người tai biến tái phát Các nghiên cứu dịch tễ học 82-92% tai biến nhồi máu não Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), năm có 15 triệu người bị tai biến toàn giới, triệu người chết triệu người bị tàn tật vĩnh viễn Đàn ơng có nguy tai biến cao phụ nữ Đàn ơng có tỷ lệ tai biến 62,8/100.000 dân tỷ lệ tử vong 26,3% Trong phụ nữ có tỷ lệ tai biến 59/100.000 dân tỷ lệ tử vong 39,2% Mặc dù tai biến thường coi bệnh lý người có tuổi 1/3 số tai biến xảy người 65 tuổi Nguy tai biến tăng theo tuổi, người 64 tuổi Việt Nam có 90 triệu dân, số bệnh mắc 200.000 người/năm, số người trẻ tuổi mắc bệnh ngày tăng nhanh, thực gánh nặng cho gia đình xã hội Tai biến mạch máu não để lại hậu nặng nề cho bệnh nhân, số bệnh nhân bị liệt nửa người sau tai biến Tập phục hồi chức cho bệnh nhân sau tai biến trở thành vấn đề xã hội lớn cấp bách Hiện nay, phương pháp tập vận động cho bệnh nhân thường kỹ thuật viên chuyên ngành vật lý trị liệu điều trị chất lượng điều trị chủ yếu phụ thuộc vào kinh nghiệm kỹ thuật viên trị liệu Ở bệnh viện trung tâm hỗ trợ tập phục hồi chức nước, nhu cầu thiết bị phục hồi chức tự động tăng lên đáng kể, thiết bị tự động giúp bệnh nhân thực xác, định lượng hiệu tập luyện Các thiết bị nước đa phần khí chưa có tính tự động cao q trình hỗ trợ tập luyện cho bệnh nhân sau tai biến Trong thập kỷ qua, thiết bị tự động phục hồi chức chi nhận quan tâm ngày tăng từ nhà nghiên cứu bác sĩ phục hồi chức giới Các ứng dụng thiết bị tự động phục hồi chức chi giải phóng sức lao động bác sĩ kỹ thuật viên, thiết bị tự động phân tích liệu trình tập luyện đánh giá tình trạng phục hồi bệnh nhân Do lợi độ xác độ tin cậy, thiết bị tự động phục hồi chức cung cấp cách hiệu để cải thiện kết điều trị phục hồi chức sau tai biến Tuy nhiên, thiết bị nước ngồi có nhược điểm giá thành cao giao diện vận hành điều khiển thường ngôn ngữ nước ngồi gây khó khăn cho người sử dụng Ở Việt Nam, nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi cho bệnh nhân tai biến đề tài cịn cơng trình nghiên cứu cơng bố Bộ Y tế dự thảo Đề án "Phát triển công nghiệp trang thiết bị y tế sản xuất nước đến năm 2025 tầm nhìn đến năm 2030" Mục tiêu Đề án phát triển ngành sản xuất trang thiết bị y tế (TTBYT) nước đồng bộ, đại, đáp ứng hội nhập quốc tế, phù hợp với lực sản xuất mặt hàng mạnh điều kiện kinh tế - xã hội đất nước Từ sở phân tích trước nhu cầu cấp bách xã hội bệnh tai biến, tác giả nhận thấy cần thiết phải triển khai thực đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức chi dưới” Đề tài luận án có tính khoa học mặt lý thuyết thực nghiệm, góp phần phát triển làm chủ công nghệ lĩnh vực trang thiết bị y tế Việt Nam MỤC TIÊU Mục tiêu chung: Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi với tập gấp/duỗi cho khớp háng, khớp gối khớp cổ chân Mục tiêu cụ thể: - Thiết lập phương trình động học động lực học mơ hình nghiên cứu - Thiết lập hàm truyền cấu tịnh tiến, mô đáp ứng độ mơ hình nghiên cứu với điều khiển PID Trượt - Thử nghiệm thiết bị đánh giá kết đạt ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi cho bệnh nhân liệt tai biến (có bậc đến 3) với bậc tự do, sử dụng cấu tịnh tiến dẫn động khớp điều khiển giám sát phần mềm từ máy tính 3.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tổng quan kết hợp với mô phần mềm Matlab kiểm chứng chế tạo thiết bị thực nghiệm 3.3 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu chuyển động có tần suất hoạt động nhiều khớp chi cụ thể chuyển động gấp/duỗi khớp cổ chân, khớp gối khớp háng - Bộ điều khiển áp dụng cho mơ hình điều khiển PID Trượt NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung luận án trình bày chương với cấu trúc sau: - Chương 1: Nghiên cứu tổng quan - Chương 2: Cơ sở lý thuyết mơ hình nghiên cứu - Chương 3: Mơ đáp ứng độ số thông số mơ hình nghiên cứu - Chương 4: Thiết kế thiết bị thực nghiệm kết nghiên cứu thực nghiệm Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: - Luận án góp phần mở rộng thêm mơ hình tốn cho cấu tịnh tiến ứng dụng thiết bị tự động hỗ trợ phục hồi chức chi cho bệnh nhân - Kết luận án làm phong phú thêm giải pháp điều khiển cho thiết bị tự động hỗ trợ phục hồi chức chi - Góp phần phát triển khoa học vào lĩnh vực thiết bị y tế Việt Nam Ý nghĩa thực tiễn: - Với nghiên cứu thiết kế thiết bị có cấu tạo đơn giản luận án làm sở gợi ý cho nhà sản xuất nghiên cứu ứng dụng thiết bị tự động lĩnh vực y sinh vào thực tiễn - Hiện nay, nhu cầu tập luyện phục hồi chức bệnh nhân ngày tăng cao, nghiên cứu thiết bị tự động góp phần đáp ứng nhu cầu điều trị phục hồi chức chi cho bệnh nhân sở y tế Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Trong chương trình bày tổng quan phục hồi chức phương pháp điều trị phục hồi chức cho bệnh nhân sau tai biến Các nghiên cứu lĩnh vực liên quan đề tài, tình hình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi cho bệnh nhân Việt Nam giới Trong đặc biệt ý nghiên cứu thiết bị hỗ trợ phục hồi chức chi cho khớp: khớp cổ chân, khớp gối khớp háng Từ đề xuất phương án thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi 1.1 Khái quát phục hồi chức 1.1.1 Khái niệm phục hồi chức Trong Y khoa cụm từ "Phục hồi chức năng" (PHCN) định nghĩa khả phục hồi hoạt động quan, phận thể người bị suy giảm, rối loạn, bị đi, có nguy làm cho bệnh nhân trở thành người tàn tật PHCN ngành xây dựng sở ngành y học đại Trải qua nhiều năm, công tác Vật lý trị liệu - Phục hồi chức (VLTL - PHCN) đầu tư nghiên cứu nên cho số kết khả quan Nhờ có PHCN mà nhiều người bị hậu vết thương bệnh lý trở lại với sống, lao động, sinh hoạt hàng ngày [1], [2], [3] 1.1.2 Mục đích phục hồi chức 1.1.3 Kỹ thuật tập luyện phục hồi chức 1.1.4 Nhu cầu tập phục hồi chức bệnh nhân tai biến 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngồi Ngày nay, nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức cho chi nước chia thành nhóm sau: - Thiết bị hỗ trợ tập riêng khớp, thiết bị phân thành nhóm sau: + Thiết bị tập khớp cổ chân, thiết bị có hướng nghiên cứu: nhóm tập trung vào tập gấp/duỗi cho khớp cổ chân; nhóm tập trung vào tập cho bậc tự khớp cổ chân + Thiết bị tập khớp gối - Thiết bị hỗ trợ tập khớp chi dưới, thiết bị phân thành nhóm sau: + Thiết bị tập + Thiết bị tập cố định 1.3.1 Các công trình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức cho khớp chi 1.3.2 Các công trình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức cho khớp chi 1.3.3 Các thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi thương mại hóa Phân tích tổng quan: Từ cơng trình nghiên cứu trình bày, nghiên cứu thiết bị phục hồi chức chi chia làm nhóm sau: - Nhóm hỗ trợ tập cho khớp: Khớp cổ chân với công trình [14], [15], [16], [18] Khớp gối với cơng trình [21], [24], [25], khớp háng [43] Ưu điểm nhóm khớp tập trung điều khiển cho động tác tập khớp nên hiệu cao Nhược điểm: điều trị khớp - Nhóm thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức cho khớp chi bao gồm: + Nhóm thiết bị tập đi: Thiết bị bao gồm bậc tự cho khớp chi hỗ trợ cho bệnh nhân trình tập [26], [29], [31], [30], [39], [40], [41] Ưu điểm nhóm hỗ trợ cho bệnh nhân lấy lại tầm vận động chân sau bị tai biến Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, điều khiển yêu cầu tính xác cao, tập cho bệnh nhân có sức mạnh sau tai biến + Nhóm thiết bị tập cố định: Thiết bị bao gồm bậc tự (khớp háng, khớp gối khớp cổ chân) hỗ trợ cho bệnh nhân trình phục hồi sau tai biến [33], [34], [35], [36], [37], [38] Ưu điểm nhóm hỗ trợ cho bệnh nhân lấy lại tầm vận động chân sau bị tai biến Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, điều khiển yêu cầu tính xác cao Hiện nay, thiết bị hỗ trợ cho bệnh nhân sau tai biến lấy lại tầm vận động thay cho kỹ thuật viên điều trị nghiên cứu rộng rãi Đối với bệnh nhân tai biến có bậc đến yêu cầu cần phải thực tập phục hồi chức sớm tốt [1], thiết bị tập cố định hỗ trợ cho bệnh nhân tập chi tư ngồi nằm có nhiều ưu điểm cho việc điều trị Qua phân tích cơng trình cơng bố cho thấy lĩnh vực số vấn đề cần nghiên cứu bổ sung: - Cơ cấu chấp hành: Các mơ hình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi vị trí nằm ngồi trước thường sử dụng động xoay chiều [37], [44], [45], [46], [47] sử dụng động chiều [48], [49], [50], [51], [52] với công suất lớn Các nghiên cứu [37], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [52] có kết hợp với truyền đai để dẫn động khớp chi dưới, với mơ hình thêm khâu đàn hồi toán trở nên phức tạp xét đến truyền đai, kết cấu thiết bị có cấu tạo phức tạp Trong luận án đề xuất cấu dẫn động khớp cấu tịnh tiến Ưu điểm là: có kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp điều khiển - Mơ hình tốn: Các nghiên cứu xây dựng phương trình động lực học theo phương trình Lagrange cho thiết bị [37], [44], [46], [49] Mơ hình theo lực tác dụng lên thiết bị [45], [50] theo lực khớp tạo [52] Một số nghiên cứu xây dựng mơ hình theo vùng làm việc khớp [47], [51] Ngồi ra, có tác giả xây dựng mơ hình động lực học biểu diễn quan hệ mô men dòng điện động [48] Trong luận án này, mơ hình tốn cấu tịnh tiến thiết lập sở mối quan hệ điện áp động điện động lực học thiết bị Đây mơ hình nghiên cứu có khác biệt so với cơng trình nghiên cứu trước - Bộ điều khiển: Một số nghiên cứu sử dụng điều khiển trở kháng [45], [52] kết hợp điều khiển trở kháng với điều khiển PI [37], kết hợp điều khiển trở kháng với điều khiển Mờ [48] Ngoài ra, điều khiển PID áp dụng [44], [50] kết hợp PID với điều khiển thích nghi [49] Trong luận án này, điều khiển đề xuất PID Trượt so sánh đáp ứng điều khiển để chọn điều khiển phù hợp Bộ điều khiển Trượt với ưu điểm khả đáp ứng tốt với thay đổi tải nhiên nhược điểm có tượng dao động Tổng kết Chương 1: Nghiên cứu thiết bị tự động hỗ trợ tập phục hồi chức chi nhiều tác giả nước quan tâm Thiết bị tự động giúp bác sĩ điều chỉnh theo dõi thơng số bệnh nhân trình tập luyện Qua nghiên cứu tổng quan, khẳng định việc nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi phát triển với kỹ thuật công nghệ cao Tuy nhiên, với hãng sản xuất thiết bị cơng trình nghiên cứu yêu cầu khả độ xác chế tạo Hình 2.16 Mơ hình cấu tay quay trượt ngược 2.7.1 Khớp háng 2.7.2 Khớp gối 2.7.3 Khớp cổ chân 2.8 Thiết lập phương trình động lực học mơ hình Mơ hình tính tốn động lực học trình bày Hình 2.20 Với khâu biểu diễn cho cấu dẫn động khớp háng, khâu biểu diễn cho cấu dẫn động khớp gối, khâu biểu diễn cho cấu dẫn động khớp cổ chân Để thiết lập phương trình động lực học, sở lý thuyết trình bày tiến hành phân tích động lực học khớp Hình 2.20 Mơ hình tính tốn động học lực học 12 Phương trình động lực học khớp biểu diễn phương trình 2.81 tham số xác định thể Phụ lục Q1 D11 Q D 21 Q3 D31 D12 D22 D32 D13 1 C11 C12 C13 1 G1 D23 C21 C22 C23 G2 (2.81) D33 3 C31 C32 C33 3 G3 Kết luận Chương 2: Trong chương này, lý thuyết tầm vận động khớp chi tập vận động chức cho khớp chi trình bày Cơ sở lý thuyết động học động lực học robot giới thiệu làm tiền đề cho việc thiết lập phương trình động học động lực học cho khớp mơ hình nghiên cứu Mơ hình nghiên cứu đề xuất với bậc tự dẫn động cho khớp chi (khớp cổ chân, khớp gối, khớp háng) Chương MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG Q ĐỘ MỘT SỐ THƠNG SỐ CỦA MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 3.1 Mơ hình hóa hàm truyền khâu dẫn động khớp 3.1.1 Mơ hình nghiên cứu cấu dẫn động khớp 3.1.2 Thiết lập phương trình động lực học hàm truyền cấu tịnh tiến Cơ cấu chấp hành cấu tịnh tiến gồm thành phần sau: Động điện chiều; Hộp giảm tốc; Trục vít me Mơ hình động lực học cấu tịnh tiến thể Hình 3.3 Phương trình động lực học thiết bị vận động khớp cổ chân gồm phần: phần điện phần khí theo [76], [77], [78], [79], [80] Sơ đồ hàm truyền biểu diễn mối quan hệ điện áp điều khiển góc quay cấu dẫn động trình bày Hình 3.5 13 Hình 3.3 Mơ hình động lực học cấu tịnh tiến Hình 3.5 Sơ đồ khối hàm truyền cấu dẫn động 3.2 Mô đáp ứng mơ hình nghiên cứu 3.2.1 Mơ đáp ứng với điều khiển PID Bộ điều khiển PID nhiều tác giả nghiên cứu ứng dụng để điều khiển cho robot với ưu điểm tính linh hoạt dễ sử dụng Sơ đồ điều khiển cho cấu dẫn động khớp với điều khiển PID thể Hình 3.9 Ud s es kP Ua s kI kD s s U s ia s KA Ra La s T1s T2 s a3 s K Hình 3.9 Sơ đồ điều khiển vịng kín điều khiển PID 14 s 3.2.2 Kết mô đáp ứng với điều khiển PID 3.2.3 Mô đáp ứng với điều khiển Trượt Hiện điều khiển Trượt nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực điều khiển robot [17], [20] Trên sở lý thuyết trình bày chương 2, xây dựng sơ đồ điều khiển Trượt trình bày Hình 3.17 Hình 3.17 Sơ đồ điều khiển vịng kín điều khiển Trượt 3.2.4 Kết mô đáp ứng với điều khiển Trượt 3.2.5 So sánh đáp ứng điều khiển Hình 3.40 So sánh đáp ứng cấu dẫn động khớp cổ chân với điều khiển PID Trượt 15 Hình 3.41 So sánh đáp ứng cấu dẫn động khớp gối với điều khiển PID Trượt Kết mô đáp ứng điều khiển PID Trượt với cấu dẫn động khớp thể Hình 3.40 Hình 3.41 Chương THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Thiết kế thiết bị 4.1.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị 4.1.2 Thiết kế kết cấu khí Bản vẽ thiết kế 3D phần mềm Inventor mơ hình dẫn động khớp chi trình bày Hình 4.5, khớp có phận đỡ phận bệnh nhân Khớp cổ chân có đế đỡ bàn chân điều chỉnh chiều cao phù hợp với thể trạng người tập Với khớp gối khớp háng có phận điều chỉnh chiều dài phù hợp với tư tập 16 Hình 4.5 Thiết bị hồn thiện phần mềm Inventor 4.1.3 Thiết kế mạch điều khiển 4.1.4 Thiết kế phần mềm điều khiển 4.1.5 Xây dựng lưu đồ thuật toán 4.1.6 Lắp ráp thiết bị Các chi tiết lắp ráp cụm chi tiết lại với kết cấu hồn chỉnh trình bày Hình 4.19 Hình 4.19 Kết cấu hồn chỉnh mơ hình 17 4.2 Thử nghiệm thiết bị 4.2.1 Thử nghiệm người bình thường Thiết bị tiến hành thử nghiệm tình nguyện viên với thơng số chiều cao cân nặng khác Hình 4.24 Kết thử nghiệm khớp cổ chân với góc tập 00 - 450 Hình 4.25 Kết thử nghiệm tập khớp gối với góc tập 00 - 600 18 4.2.2 Thử nghiệm thiết bị bệnh nhân Thiết bị triển khai Khoa Phục hồi chức Bệnh viện Đa khoaTtrung ương Quảng Nam để khảo sát đánh giá hiệu vận hành tính an tồn thể Hình 4.32 Hình 4.32 Kết thử nghiệm tập bệnh nhân 4.3 Kết bàn luận 4.3.1 Kết Thiết bị thực tế: Thiết bị lắp ráp hồn thiện kết cấu khí mạch điều khiển, kết thể Hình 4.19 Thiết bị đáp ứng tập cho chi bệnh nhân, với tư tập ngồi nằm nhờ nút bấm điều chỉnh tự động Ngoài ra, có phận điều chỉnh kích thước chiều ngang bệnh nhân phù hợp với phận dẫn động chi Tầm vận động khớp cổ chân (00-800), khớp gối (00-1350), khớp hàng (00-900) Ứng dụng điều khiển Trượt xây dựng giao diện điều khiển giám sát từ máy tính phần mềm Visual Basic cho thiết bị Thử nghiệm người bình thường: 19 Thiết bị thử nghiệm tình nguyện viên, kết đáp ứng cấu dẫn động khớp thiết bị thể Hình 4.23 đến Hình 4.31 Kết cho thấy sai số góc quay thiết bị khớp (cổ chân, khớp gối, khớp háng) nhỏ phạm vi ±10 Thử nghiệm bệnh nhân: Kết thể Bảng 4.2 Bảng 4.3 cho thấy thiết bị đánh giá đạt yêu cầu 100% tiêu chí vận hành tính an tồn Thiết bị đảm bảo u cầu vận hành cho bệnh nhân tập luyện dễ dàng với tập khớp chi Hơn thiết bị đảm bảo tính an tồn điều kiện quan trọng trình tập luyện bệnh nhân, điều giúp bệnh nhân an tâm tập với thiết bị Kết thể Bảng 4.4 Bảng 4.5 cho thấy thiết bị đánh giá đạt yêu cầu 97% tiêu chí vận hành đạt yêu cầu 100% tính an toàn Kết thiết bị đảm bảo yêu cầu vận hành cho bệnh nhân tập luyện dễ dàng với tập khớp chi có tính an tồn cho bệnh nhân q trình vận hành Qua tháng thực hỗ trợ tập cho 15 bệnh nhân tập có bệnh nhân tập riêng khớp gối, bệnh nhân tập riêng khớp cổ chân bệnh nhân tập khớp cổ chân khớp gối Kết thể Bảng 4.6 cho thấy trước sau điều trị cho bệnh nhân có cải thiện đáng kể tầm vận động khớp Kết cho thấy thiết bị có hiệu cơng tác hỗ trợ điều trị cho bệnh nhân 4.3.2 Bàn luận Sau lắp ráp thiết bị tiến hành thử nghiệm người bình thường bệnh nhân, kết đánh giá thiết bị thể sau: 20 Về kết cấu thiết bị Thiết bị với bậc tự dành cho khớp chi (khớp cổ chân, khớp gối, khớp háng) với phạm vi hoạt động khớp đảm bảo theo tầm vận động khớp chi người sở lý thuyết trình bày chương So sánh với cơng trình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức thể Bảng 4.7 Hình 4.33 Kết cho thấy thiết bị sử dụng cấu dẫn động có cấu tạo đơn giản so sánh với thiết bị công trình khác (cơng trình đến 11) Tầm vận động khớp háng 00 đến 900 tương đương với thiết bị cơng trình 6, 10 Tầm vận động khớp gối 00 đến 1350 tương đương với thiết bị cơng trình 3, Khớp cổ chân có tầm vận động 00 đến 800 thiết bị có tầm vận động cao Nhìn chung so với thiết bị (cơng trình đến 11) thiết bị có tầm vận động khớp chi thỏa mãn tầm vận động khớp cho bệnh nhân Hình 4.33 Biểu đồ so sánh tầm vận động khớp thiết bị 21 Về điều khiển thiết bị + Với khớp cổ chân: So sánh với cơng trình nghiên cứu thiết bị tập trung tập khớp cổ chân [14], [15] sai số góc quay hai động tác gấp/duỗi gần tương đương (1 so với 0.70 0.80), điều chứng tỏ thiết bị dẫn động khớp cổ chân đáp ứng yêu cầu tập luyện cho bệnh nhân + Với khớp gối: So với nghiên cứu mơ chương thực nghiệm cho sai số góc quay lớn hơn( 10 > 0.50) điều ảnh hưởng cảm biến đo lực ma sát khớp gây Tuy nhiên, so sánh với cơng trình nghiên cứu thiết bị tập trung tập khớp gối [96], [97] sai lệch góc quay tương đương (10 so với 0.60 10) Chứng tỏ thiết bị thực cho khớp gối tập với sai số nhỏ đáp ứng yêu cầu tập cho bệnh nhân + Với khớp háng: Qua Bảng 4.8 Hình 4.40 kết cho thấy thiết bị có điều khiển phần mềm theo dõi điều khiển khác với cơng trình nghiên cứu khác Kết thử nghiệm cho sai số góc tương đương với cơng trình nghiên cứu số thiết bị [44], [47], [49] KẾT LUẬN CHUNG CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN ÁN Qua thời gian thực luận án “Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức chi dưới”, luận án hoàn thành với cấu trúc chương phần phụ lục Trong đó, thể đầy đủ mục tiêu nội dung nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm Một số kết nghiên cứu luận án tác giả công bố 04 báo đăng tạp chí nước ngồi 03 thuộc tạp chí ISI-ESCI Ngồi ra, tác giả công bố 04 báo cáo khoa học đăng kỷ 22 yếu hội nghị quốc tế Scopus 01 báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị chuyên ngành nước Tất công bố liên quan đến đề tài nghiên cứu luận án Các kết luận án là: Về nghiên cứu lý thuyết: 1) Xây dựng mơ hình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức chi cho bệnh nhân tai biến sử dụng cấu tịnh tiến để dẫn động gấp duỗi cho khớp cổ chân, khớp gối khớp háng Thiết lập phương trình động học phương trình động lực học cho cấu dẫn động khớp Xây dựng hàm truyền cấu tịnh tiến sơ đồ khối sở biến đổi Laplace đại số sơ đồ khối 2) Áp dụng điều khiển PID điều khiển Trượt để mô đáp ứng hệ Matlab/Simulink, so sánh đáp ứng độ điều khiển Qua kết mơ đáp ứng mơ hình nghiên cứu với điều khiển PID điều khiển Trượt kết điều khiển Trượt có sai số nhỏ thời gian đáp ứng nhanh Đây sở để lựa chọn điều khiển cho thiết bị thực nghiệm Về thực nghiệm: 1) Thiết kế chế tạo hồn chỉnh mơ hình nghiên cứu tập phục hồi chức chi Xây dựng thành công phần mềm điều khiển theo dõi thông số tập luyện bệnh nhân theo thời gian thực từ máy tính Giao diện viết ngơn ngữ Tiếng Việt nên giúp người vận hành thao tác dễ dàng Thiết bị đạt yêu cầu chung an toàn điện cấp Giấy chứng nhận Thử nghiệm thiết bị số 021219/VTTBĐGCL ngày 02 tháng 12 năm 2019 Viện trang thiết bị cơng trình (Bộ Y tế) 23 2) Đã tiến hành thử nghiệm 10 tình nguyện viên kết cho thấy thiết bị đảm bảo yêu cầu tính an tồn vận hành Thiết bị cho sai số góc quay khớp ± 10 sử dụng điều khiển Trượt, kết phù hợp với kết nghiên cứu lý thuyết mô 3) Đã tiến hành khảo sát đánh giá thiết bị sở y tế Khoa Phục hồi chức - Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam Thiết bị tiến hành đánh giá 100 lượt tập bệnh nhân 100 lượt đánh giá bác sĩ kỹ thuật viên, kết đánh giá cho thấy thiết bị đảm bảo tiêu chí an tồn kỹ thuật, thiết bị phù hợp công tác hỗ trợ tập luyện cho bệnh nhân tổn thương chi Hướng nghiên cứu tiếp theo: Tuy đạt kết nghiên cứu số tồn sau: Thiết bị thực nghiệm cồng kềnh, tính thẩm mỹ chưa cao Chỉ đánh giá hiệu vận hành an toàn sử dụng mà chưa đánh giá tác động đến hiệu kinh tế - xã hội Luận án nghiên cứu đối tượng áp dụng bệnh nhân tai biến mạch máu não, nhiên thiết bị nghiên cứu phát triển để áp dụng cho bệnh nhân bị tổn thương chi khác Sau số đề xuất hướng nghiên cứu nhằm hoàn thiện phát triển kết luận án: 1) Nghiên cứu hồn thiện cho thiết bị có tính thẩm mỹ 2) Nghiên cứu thực nghiệm với số lượng bệnh nhân lớn 3) Tiếp tục nghiên cứu sâu để thử nghiệm đánh giá hiệu điều trị thiết bị với bệnh nhân 4) Nghiên cứu phát triển thêm nhiều chế độ tập luyện phù hợp với nhiều đối tượng bệnh nhân bị tổn thương chi 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Dao Minh Duc, Tran Xuan Tuy, Pham Dang Phuoc, Ngo Quoc Anh, Le Thi Thuy Tram (2022), “Study on the ankle rehabilitation device”, Archive of Mechanical Engineering (AME), vol.69(01), pp 147-163 (ISI-ESCI Index) Dao Minh Duc, Tran Xuan Tuy, Pham Dang Phuoc (2021), “Study on the Lower Extremity Rehabilitation Device RHleg”, International Journal of Online and Biomedical Engineering (iJOE), vol.17(11), pp 141-156 (November Publish, ISI-ESCI Index) Dao Minh Duc, Tran Xuan Tuy, Pham Dang Phuoc (2021), “A Study on the Response of the Rehabilitation Lower Device using Sliding Mode Controller”, Engineering, Technology & Applied Science Research, vol.11(4), pp 7746-7751 https://doi.org/10.48084/etasr.4312 (ISI-ESCI Index) Minh Dao, D., Dang Phuoc, P., Xuan Tuy, T., & Thuy Le, T (2017), “Research on reading muscle signals from the EMG sensor during knee flexion — Extension using the Arduino Uno controller”, 2017 IEEE International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), pp 270-273 doi:10.1109/atc.2017.8167632 (Scopus Index) Duc, D M., Le Tram, T T., Tuy, T X., & Phuoc, P D (2018), “Study on Response of Knee Rehabilitation Actuator using PID Controller”, 2018 4th IEEE International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD), pp 353358 doi:10.1109/gtsd.2018.8595589 (Scopus Index) Minh Duc, D., Thuy Tram, L T., Dang Phuoc, P., & Xuan Tuy, T (2019) “Study on Ankle Rehabilitation Device Using Linear Motor”, 2019 IEEE International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), pp 573-576 doi:10.1109/icsse.2019.8823118 (Scopus Index) Duc D M, Pham Dang Phuoc, Tran Xuan Tuy, Tram Thuy Le (2018), “Study on the transient response of lower limb rehabilitation actuator using the pneumatic cylinder”, Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology, vol 9(2), pp 65-72 doi : 10.14203/j.mev.2018.v9.65-72 Dao Minh Duc, Pham Dang Phuoc, Tran Xuan Tuy, Le Thi Thuy Tram (2018) “Research on Control Actuator Rehabilitation for Knee Flexion - Extension using The Arduino Uno Controller”, Proceeding of International Conference on MMMS, Da Nang, Vietnam on May 18-19, pp 532-541 Đào Minh Đức, Phạm Đăng Phước, Trần Xuân Tùy (2018), “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển trượt cho thiết bị tập phục hồi chức khớp gối sử dụng khí nén”, Kỷ yếu Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ VCME 2018