Nghiên cứu chế tạo thiết bị kích thích điện tổ hợp

VIỆN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ VIỆN VẬT LÝ Y SINH HỌC WUX BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KÍCH THÍCH ĐIỆN TỔ HỢP CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Đại tá Lê Mạnh Hải CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Viện Vật lý Y Sinh học CƠ QUAN QUẢN LÝ: Sở Khoa học Công nghệ TP HCM NĂM 2011 I MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V Chương 1- CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Một số quy luật .1 1.1.1 Quy tắc Arndt-Schulz 1.1.2 Quy tắc Wilder trạng thái ban đầu 1.1.3 Quy tắc đặc trưng cá thể: 1.1.4 Các quy tắc chuyển trạng thái: 1.2 Điều trị tác nhân điện: 1.2.1 Những sở vật lý: .6 1.2.2 Cơ sở sinh học: 1.2.3 Điện trị liệu, hay điều trị tác nhân điện: 10 Chương 2- KHẢO SÁT CÁC DÒNG ĐIỀU TRỊ BẰNG DÒNG ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ CHATTANOOGA 15 2.1 Các thiết bị sử dụng khảo sát 15 2.2 Các thông số kỹ thuật .15 2.2.1 Trung tần giao thoa .15 2.2.2 Tens 16 2.2.3 MF .18 2.2.4 DF 19 2.2.5 CP 20 2.2.6 Trung tần điều biên .21 2.2.7 GALVANIC 26 2.2.8 Trabert .27 2.2.9 Triangular 28 2.2.10 Vi dòng 29 2.3 Các phác đồ điều trị dựng sẵn .30 2.3.1 Đau cấp (kiểm soát cổng) 30 2.3.1.1 Trung tần giao thoa 30 2.3.1.2 Tens 30 2.3.2 Đau mạn (giải phóng morphin nội sinh) 31 2.3.2.1 Trung tần điều biên 31 2.3.2.2 Tens 31 2.3.3 Tái huấn luyện 31 2.3.3.1 VMS – Muscle Atrophy 31 2.3.3.2 Dịng kích thích mạnh – phản xạ .31 2.3.3.3 Một pha – lien hệ thần kinh 32 II 2.3.4 Làm mạnh 32 2.3.4.1 Dịng kích thích mạnh - Làm mạnh theo nhịp .32 2.3.4.2 Dịng kích thích mạnh - Tăng trương lực 32 2.3.5 Co thắt 33 2.3.6 Nề 33 2.3.6.1 Đau sâu 33 2.3.7 Đau mạn (giải phóng morphin nội sinh) 33 2.3.8 Điều trị mô 34 2.3.8.1 Dòng điện áp cao - Lành vết thương .34 2.3.8.2 Đưa thuốc dòng Galvanic .34 2.3.9 Tổn thương bên 34 2.3.10 Tổn thương kinh niên 34 2.4 Các thiết kế kỹ thuật 34 2.4.1 Bo mạch chủ .34 2.4.2 Bo mạch tín hiệu 35 2.4.3 Thiết kế khí – bố cục máy 36 2.5 Kết chương 37 Chương 3- MẠCH ĐIỀU KHIỂN .38 3.1 Vi điều khiển .38 3.2 Phụ kiện 39 3.3 Mạch giao tiếp 40 3.4 Biến đổ số - tương tự (DAC) 41 3.5 Mạch in PCB 42 3.5.1 Mặt linh kiện (mặt trên) 42 3.5.2 Mặt 42 3.5.3 Bố trí linh kiện 43 3.6 Kết chương 43 Chương 4- LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 44 4.1 Sơ đồ khối (sơ đồ chức năng) 44 4.2 Thiết bị hình điều khiển .45 4.2.1 Thiết bị 45 4.2.2 Các giao diện thao tác 48 4.2.2.1 Màn hình hiển thị thơng tin kênh điều trị 48 4.2.2.2 Màn hình chọn kênh điều trị 48 4.2.2.3 Màn hình chọn dịng điều trị 49 4.2.2.4 Màn hình thơng số dòng trung tần giao thoa 49 4.2.2.5 Màn hình thơng số dịng Tens 50 4.2.2.6 Màn hình thơng số dòng MF 50 4.2.2.7 Màn hình thơng số dịng DF .51 4.2.2.8 Màn hình thơng số dòng CP .51 4.2.2.9 Màn hình thơng số dịng trung tần điều biên 51 4.2.2.10 Màn hình thơng số dòng GALVANIC .52 III 4.2.2.11 Màn hình thơng số dịng Trabert 52 4.2.2.12 Màn hình thơng số dịng Triangular 52 4.2.2.13 Màn hình thơng số dịng Vi dịng .53 Chương 5- CÁC THÔNG SỐ ĐO KIỂM 54 Chương 6- THỬ NGHIỆM LÂM SÀNG 57 Chương 7- KẾT LUẬN .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 PHỤ LỤC A .62 PHỤ LỤC B .63 PHỤ LỤC C .64 PHỤ LỤC D .90 PHỤ LỤC E 149 PHỤ LỤC F 154 PHỤ LỤC G 155 IV DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Diễn giải TBVLTL Thiết bị vật lý trị liệu PHCN Phục hồi chức V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tác dụng kích thích sinh học phụ thuộc vào liều kích thích Hình 1.2 Thay đổi nhịp tim, nhịp hô hấp trạng thái nghỉ tĩnh 134 bệnh nhân .2 Hình 1.3 Sự phụ thuộc trình điều hồ nhiệt vào cấu trúc thể Hình 1.4 Các phương thức chuyển trạng thái hệ sinh vật Hình 1.5.Đường cong phép ghi thể tích (Theo Lampert) Hình 1.6: Tính điện dung thể sống với cấu trúc màng điển hình, tương đương hai tụ điện mắc nối tiếp Hình 1.7 : Sự dịch chuyển ion tác dụng lực điện trường 12 Hình 1.8 : Các loại điện cực thường sử dụng trị liệu tác nhân điện .12 Hình 1.9 : Các cách bố trí điện cực khác nhau: dọc ngang 12 Hình 1.10 : Sơ đồ bố trí điện cực thể thực phương pháp Galvanic điện phân: 13 Hình 2.1 Xung Tens 17 Hình 2.2 Xung Tens 18 Hình 2.3 Xung MF .19 Hình 2.4 Xung DF .20 Hình 2.5 Xung CP 21 Hình 2.6 Trung tần điều biên (1) 23 Hình 2.7 Trung tần điều biên (2) 24 Hình 2.8 Trung tần điều biên (3) 24 Hình 2.9 Trung tần điều biên (4) 25 Hình 2.10 Trung tần điều biên (5) .25 Hình 2.11 Trung tần điều biên (6) .26 Hình 2.12 Trung tần điều biên (7) .26 Hình 2.13 Xung GALVANIC 27 Hình 2.14 Xung Trabert .28 Hình 2.15 Xung Tam giác 29 Hình 2.16 Xung Vi dòng 30 Hình 2.17 Bo mạch chủ .35 Hình 2.18 Bo tín hiệu kênh 35 Hình 2.19 Bố trí khí 36 Hình 3.1 Vi điều khiển MSP430F169 38 Hình 3.2 Mạch kết nối linh kiện điện tử 39 Hình 3.3 Các cổng giao tiếp mạch điều khiển 40 Hình 3.4 Mạch điều khiển DAC 41 Hình 3.5 Mặt mạch in 42 Hình 3.6 Mặt mạch in 43 Hình 3.7 Bố trí linh kiện 43 Hình 4.1 Sơ đồ thành phần chức 44 Hình 4.2 WAFER-945GSE IEI 45 Hình 4.3 AFL-408B-N270 IEI 46 Hình 4.4 Lưu đồ hoạt động hình trạng thái 47 Hình 4.5 Cường độ thời gian điều trị 48 Hình 4.6 Màn hình chọn kênh điều trị 49 Hình 4.7 Màn hình chọn dịng điều trị .49 VI Hình 4.8 Màn hình thơng số dịng trung tần giao thoa 50 Hình 4.9 Màn hình thơng số dịng TENS 50 Hình 4.10 Màn hình thơng số dòng MF 50 Hình 4.11 Màn hình thơng số dòng DF 51 Hình 4.13 Màn hình thơng số dịng trung tần điều khiển 52 Hình 4.14 Màn hình thơng số dịng GALVANIC 52 Hình 4.15 Màn hình thơng số dịng TRABERT 52 Hình 4.16 Màn hình thơng số dòng Triangular 52 Hình 4.17 Màn hình thơng số dịng Vi dịng 53 Hình 6.1 Điều trị thiết bị kích thích điện tổ hợp 57 Chương 1- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương giới thiệu số sở lý luận quan điểm tác nhân vật lý (điện) lên thể sống thông qua hiệu ứng sinh học Các sở lý luận công bố tài liệu nghiên cứu chuyên ngành sách giáo khoa điều trị dòng điện Dưới số nguyên lý công bố [1] 1.1 Một số quy luật 1.1.1 Quy tắc Arndt-Schulz Quy tắc nói rằng, liều kích thích yếu khơng có tác dụng,liều đủ mạnh sinh hiệu ứng kích thích,liều mạnh q gây hiệu ứng kìm hãm,cịn liếu q mạnh chí kết thúc sống Quy tắc hiểu rõ,muốn thành công vật lý trị liệu,bên cạnh việc chọn liệu trình điều trị tác nhân đúng,việc xác định xác liều kích thích có vai trị quan trọng,nghĩa phải chọn tham số tác nhân vật lý thật hợp Một thí dụ tương đối đơn giản: Nhiệt liệu pháp Khi lượng nhiệt thích hợp,hiệu ứng kích thích với tác dụng tăng cường tuân hoàn máu ngoại vi;nhiệt lượng nhiều khiến cho mạch máu bị dãn rộng kết lại ứ trệ tuần hồn;cịn nhiệt lớn lại sinh bỏng,chết tế bào(hoại tử) Thí nghiệm thường trích dẫn để mơ tả định luật Arndt- Schulz thí nghiệm Lembke Boenike.Tác giả chiếu xạ quần thể sinh vật nuôi cấy ( tế bào nấm men ) xạ tử ngoại giải C ( UVC, bước sóng 254 nm ) nhiệt độ định 20 C Sự sinh trưởng tế bào nấm men phụ thuộc rõ vào liều chiếu (Hình 1.1 ) Hình 1.1 Tác dụng kích thích sinh học phụ thuộc vào liều kích thích (Mơ lại thí nghiệm Lembke Bonick) Ta nhận thấy rõ ràng vùng liều khác sinh hiệu ứng hồn tồn khác nhau.Có liều khơng có tác dụng (vùng 1), có liều kích thích tăng sinh trưởng quần thể (vùng 2), sau liều kìm hãm chí độc hại sinh hiệu ứng ngược (vùng 3) 1.1.2 Quy tắc Wilder trạng thái ban đầu Wilder khẳng định :”Nếu kích thích thần kinh thực vật hay hoạt động quan chịu chi phối thần kinh thực vật mạnh khả kích thích với liều gây kích thích khả đáp ứng với liều kìm hãm lớn” Mệnh đề dài dịng phức tạp trở thành dễ hiểu ta lấy thí dụ cụ thể Chẳng hạn ta xét bề mặt da, trạng thái hoạt động cao, nghĩa tuần hoàn máu ngoại vi mạnh Nếu tăng thêm nhiệt, hiệu gia tăng tuần hồn máu thu ít.Nhưng hiệu ứng mạnh hẳn, sử dụng kích thích lạnh làm co mạch Chính từ quy tắc hiểu rõ phương pháp, tác nhân mà sinh hiệu ứng ngược chiều (hiệu ứng đối song song tác nhân vật lý) Nguyên thật đơn giản: trạng thái ban đầu hệ khác nhau, chí đối ngược quan chức Do vậy, trạng thái ban đầu huyết áp cao hiệu ứng giảm huyết áp Cịn trạng thái ban đầu huyết áp thấp, tác dụng tác nhân vật lý tăng huyết áp lên Nói chung, xu hướng tổng quát vật lý trị liệu bình thường hố hoạt động chức bị rối loạn thể Trên hình 2.2 ta thấy rõ số liệu điều trị thực tế minh hoạ quy tắc Sau tuần điều trị tác nhân vật lý theo chế độ an dưỡng, nhịp tim, nhịp hô hấp tổng thể 134 bệnh nhân đưa dần trở trạng thái bình thường Hình 1.2 Thay đổi nhịp tim, nhịp hô hấp trạng thái nghỉ tĩnh 134 bệnh nhân sau tuần an dưỡng ( Theo số liệu Hildebrandt ) Tất đường thẳng mô tả biến đổi tham số chạy cho ta thấy xu hướng bình thường hố chức tác dụng kích thích.Tất giá trị q lớn so với bình thường thu nhỏ dần.Tất giá trị nhỏ nâng cao Những giá trị ban đầu vốn bình thường khơng thể thay đổi đáng kể Các số khung số bệnh nhân tương ứng, số khung bên phải số % bệnh nhân có chuyển biến tương ứng 1.1.3 Quy tắc đặc trưng cá thể: Một đặc điểm quan trọng vật lý trị liệu phản ứng mang đặc trưng độ nhậy cảm cá thể Mỗi cá thể có đặc tính riêng riêng mình, chí bệnh nhân phản ứng giai đoạn khơng giống Cho nên, nói trên, bên cạnh hiểu biết kiến thức khoa học, bên cạnh việc nắm vững phương pháp, vật lý trị liệu người ta hay đề cao độ nhậy cảm bác sĩ trao đổi thông tin thường xuyên bác sĩ bệnh nhân Sau này, vào sử dụng tác nhân cụ thể, cảm giác bệnh nhân dẫn quan trọng cho điều trị người ta nói tới dạng phản ứng người Ta lấy thí dụ dễ hiểu để minh hoạ thêm cho quy tắc này: người béo người gầy, tương quan với qúa trình điều hồ nhiệt.Với người béo, tỷ lệ diện tích mặt da so với khối lượng thể có giá trị nhỏ, người gầy, số tương đối lớn Kết là, người dạng béo có khả không lớn cho xạ nhiệt mồ hơi: thải nhiệt mơi trường nóng Nhưng bị lạnh, người béo lại có lợi thế: nhiệt chậm Ngược lại, người gầy dễ chịu bị nóng nhanh chóng rét run mơi trừơng lạnh Chính lý mà Kowarschik ( 1958 ) gọi người béo “ no nhiệt” người gầy “đói nhiệt” Mơ tả hình 1.3 cho ta hiểu rõ điều Hình 1.3 Sự phụ thuộc trình điều hoà nhiệt vào cấu trúc thể a) Người béo với thể lớn bề mặt da nhỏ Diện tích trao đổi nhiệt tương đối nhỏ Loại phản ứng: chịu nhiệt ưa lạnh 141 Private Sub nhan_nut_tang_thoi_gian() Dim phut_tuc_thoi As Integer = If list_chon_kenh.SelectedIndex = Then phut_tuc_thoi = Integer.Parse(txtphut_kenh1.Text) If phut_tuc_thoi < 60 Then phut_tuc_thoi = phut_tuc_thoi + End If If phut_tuc_thoi < 10 Then txtphut_kenh1.Text = "0" & phut_tuc_thoi Else txtphut_kenh1.Text = phut_tuc_thoi End If Else phut_tuc_thoi = Integer.Parse(txtphut_kenh2.Text) If phut_tuc_thoi < 60 Then phut_tuc_thoi = phut_tuc_thoi + End If If phut_tuc_thoi < 10 Then txtphut_kenh2.Text = "0" & phut_tuc_thoi Else txtphut_kenh2.Text = phut_tuc_thoi End If End If cap_nhat_mang_thong_tin() End Sub Private Sub bttangthoigian_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) nhan_nut_tang_thoi_gian() End Sub Private Sub nhan_nut_giam_thoi_gian() Dim phut_tuc_thoi As Integer = If list_chon_kenh.SelectedIndex = Then phut_tuc_thoi = Integer.Parse(txtphut_kenh1.Text) If phut_tuc_thoi > Then phut_tuc_thoi = phut_tuc_thoi - End If If phut_tuc_thoi < 10 Then txtphut_kenh1.Text = "0" & phut_tuc_thoi Else txtphut_kenh1.Text = phut_tuc_thoi End If Else phut_tuc_thoi = Integer.Parse(txtphut_kenh2.Text) If phut_tuc_thoi > Then phut_tuc_thoi = phut_tuc_thoi - End If If phut_tuc_thoi < 10 Then txtphut_kenh2.Text = "0" & phut_tuc_thoi Else txtphut_kenh2.Text = phut_tuc_thoi End If End If cap_nhat_mang_thong_tin() End Sub Private Sub btgiamthoigian_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) nhan_nut_giam_thoi_gian() End Sub 142 Private Sub list_IFC_4pole_SelectedIndexChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles list_IFC_4pole.SelectedIndexChanged, list_info_IFC_4Pole.SelectedIndexChanged End Sub Private Sub nhan_nut_tang_cuong_do() If list_chon_kenh.SelectedIndex = Then If timer_kenh1.Enabled = True Then Dim cuong_do_tuc_thoi As Integer = Double.Parse(txtcuong_do_kenh1.Text) * 10 If list_chon_dong.SelectedIndex = Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi / 10 If cuong_do_tuc_thoi < 1000 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi End If Else If cuong_do_tuc_thoi < 20 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 Else If cuong_do_tuc_thoi < 100 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 Else If cuong_do_tuc_thoi < 400 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + 10 txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 Else If cuong_do_tuc_thoi < 800 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + 50 txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 End If End If End If End If End If End If Else If timer_kenh2.Enabled = True Then Dim cuong_do_tuc_thoi As Integer = Double.Parse(txtcuong_do_kenh2.Text) * 10 If list_chon_dong.SelectedIndex = Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi / 10 If cuong_do_tuc_thoi < 1000 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + txtcuong_do_kenh2.Text = cuong_do_tuc_thoi End If Else If cuong_do_tuc_thoi < 20 Then 143 cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + txtcuong_do_kenh2.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 Else If cuong_do_tuc_thoi < 100 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + txtcuong_do_kenh2.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 Else If cuong_do_tuc_thoi < 400 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi + 10 cuong_do_tuc_thoi / 10 + 50 cuong_do_tuc_thoi / 10 txtcuong_do_kenh2.Text = Else If cuong_do_tuc_thoi < 800 Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi txtcuong_do_kenh2.Text = End If End If End If End If End If End If End If cap_nhat_mang_thong_tin() End Sub Private Sub bttangcuongdo_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) nhan_nut_tang_cuong_do() End Sub Private Sub nhan_nut_giam_cuong_do() If list_chon_kenh.SelectedIndex = Then Dim cuong_do_tuc_thoi As Integer = Double.Parse(txtcuong_do_kenh1.Text) * 10 If list_chon_dong.SelectedIndex = Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi / 10 If cuong_do_tuc_thoi > Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi - txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi End If Else If cuong_do_tuc_thoi Then cuong_do_tuc_thoi = cuong_do_tuc_thoi - txtcuong_do_kenh1.Text = cuong_do_tuc_thoi / 10 End If ElseIf cuong_do_tuc_thoi