Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm ơ thể

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm thể BÙI VĂN DĨNH dinhyhct@gmail.com Ngành Điện tử - Viễn Thông Giảng viên hƣớng dẫn: TS Trần Anh Vũ Viện: Điện tử - Viễn thông _ Chữ ký GVHD Hà Nội, 6/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132019771000000 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn nghiên cứu mình, trước tiên tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tồn thể Thầy Cơ giáo Bộ môn Kỹ thuật y sinh, Viện Điện tử Viễn thông tận tình giảng dạy truyền đạt cho tơi kiến thức vô quý báu suốt trình học tập áp dụng vào thực tiễn công tác Đặc biệt xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Trần Anh Vũ, người đồng hành nhiệt tình hướng dẫn bảo tơi suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp Thầy người đặt yêu cầu, ý tưởng tiền đề để nghiên cứu, chế tạo thiết kế ứng dụng vào thực tiễn cơng tác Qua tơi chân thành cảm ơn bạn học viên môn đồng hành, tham luận chia sẻ kiến thức học tập kiến thức chuyên môn với tơi suốt q trình học tập, đặc biệt tập thể lớp Kỹ thuật y sinh 2018A Cảm ơn tập thể đội ngũ Y Bác sĩ Bệnh viện Y học cổ truyền Bộ Công an bệnh nhân nhiệt tình phối hợp tiến hành thử nghiệm đánh giá sản phẩm nghiên cứu thiết kế thời gian qua Xin chân thành cảm ơn! i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC ii DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii LỜI NÓI ĐẦU viii TÓM TẮT LUẬN VĂN .x CHƢƠNG XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Khảo sát phương pháp đánh giá thăng 1.1.2 Khảo sát thiết bị đo thăng có sẵn 1.2 Hệ thống đề xuất 11 1.3 Mục đích đề tài 12 1.4 Kết luận chương 12 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 2.1 Ý tưởng thiết kế: 13 2.2 Thiết kế phần cứng: .14 2.2.1 Thiết kế khí: 14 2.2.2 Thiết kế hệ thống thu nhận xử lý liệu .19 2.2.3 Kết nối phần cứng 29 2.3 Thiết kế phần mềm: .31 2.3.1 Yêu cầu đặt 31 2.4 Kết luận chương 44 CHƢƠNG HIỆU CHUẨN VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ HỆ THỐNG .45 3.1 Hiệu chuẩn loadcell .45 3.1.1 Đối với khối lượng nhỏ: 45 3.1.2 Đối với khối lượng lớn: 46 ii 3.1.3 Kết hiệu chuẩn loadcell: 48 3.2 Hiệu chuẩn hệ thống 50 3.2.1 Các bước hiệu chuẩn vật nặng: 51 3.2.2 Kết thực nghiệm: .52 3.3 Kết luận chương 54 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 55 4.1 Quá trình thử nghiệm 55 4.2 Phương pháp phân tích liệu 56 4.3 Các bước vận hành thiết bị 58 4.4 Kết 58 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC .63 iii DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Abbreviations (Các từ viết tắt) HUST RLTB Explaination (Giải thích) Hanoi University of Science and Technology Dịch thuật Đại học khoa học công nghệ Rối loạn thăng CoG Calibration LCD F1 , F2, F3, F4 Trọng tâm thể Hiệu chuẩn Màn hình hiển thị Lần lượt lực tác dụng lên loadcell 1, 2, 3, Loadcell Cảm biến khối lượng ADC CoM COP MD Center of Pressure Mean distance RD Resultant distance RMS dis v Root mean square distance Mean velocity f Mean frequency Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Trọng tâm thể Trung tâm áp lực Khoảng cách trung bình từ điểm trọng tâm tới gốc tọa độ Khoảng cách điểm tới gốc tọa độ Khoảng cách bình phương trung bình Vận tốc trung bình dao động trọng tâm Tần số góc điểm trọng tâm SD Standard deviation ố Độ lệch choể phép Sw Sway area Diện tích ước tính bao quanh đường dẫn điểm tọa độ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số sản phẩm so sánh tiêu biểu 10 Bảng 2.1 Bảng tóm lược khảo sát loại mica có thị trường 18 Bảng 2.2 Sơ đồ chức Trung tâm ứng dụng đo áp suất 32 Bảng 2.3 Bảng mô tả chức 33 Bảng 2.4 Bảng sơ đồ sở liệu 34 Bảng 2.5 Bảng Bác sĩ 35 Bảng 2.6 Bảng Bệnh nhân .36 Bảng 2.7 Bảng Đăng ký .36 Bảng 2.8 Bảng thông tin liên quan 36 Bảng 2.9 Bảng ngày đo bệnh nhân 36 Bảng 2.10 Bảng thông số đo 37 Bảng 2.11 Bảng kiểm tra .38 Bảng 2.12 Bảng giao diện đăng nhập 38 Bảng 2.13 Bảng liệu thông tin quản lý bệnh nhân 39 Bảng 2.14 Bảng đăng ký giao diện biểu mẫu 40 Bảng 2.15 Bảng giao diện biểu mẫu đo 41 Hình 2.18 Sơ đồ tọa độ COP phụ thuộc vào đo thời gian .42 Bảng 2.16 Giao diện biểu mẫu 43 Bảng 3.1 Bảng giá trị trung bình loadcell từ 5kg đến 40kg 47 Bảng 3.2 Bảng kết calibration cho bốn loadcell .49 Bảng 3.3 Bảng giá trị hiệu chuẩn bốn loadcell 50 Bảng 3.4 Bảng kết sau lần hiệu chuẩn 53 Bảng 4.1 Bảng đồ thị kết tính tốn thơng số bệnh nhân 59 Bảng 4.2 Bảng đồ thị đánh giá trình điều trị bệnh nhân 59 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Giao diện biểu mẫu iBalance Premium 10 Hình 1.2 Tóm tắt quy trình iBalance Premium 11 Hình 2.1 Phương pháp phân tích điểm rơi trọng tâm thể 14 Hình 2.2 Thiết kế khí thiết bị .15 Hình 2.3 Bảng điều khiển 15 Hình 2.4 Mơ hình hộp Mica sau cắt ghép 16 Hình 2.5 Hình minh họa Mica gồm nhiều chủng loại màu sắc 17 Hình 2.6 Hình ảnh hệ thống sau hoàn thành 19 Hình 2.7 Sơ đồ khối hệ thống 20 Hình 2.8 Giới thiệu Strain Gauge .22 Hình 2.9 Mơ tả hoạt động Loadcell 24 Hình 2.10 Cảm biến khối lượng loadcell .25 Hình 2.11 Mạch cầu cân Wheatstone 25 Hình 2.12 Bộ ADC 24 bit HX711 27 Hình 2.13 Arduino UNO R3 28 Hình 2.14 Mạch nguyên lý thiết bị 29 Hình 2.15 Mơ hình kết nối Loadcell HX711 30 Hình 2.16 Mơ hình kết nối HX711 Arduino .30 Hình 2.17 Đóng hộp hệ thống thu nhận xử lý liệu 31 Hình 3.1 Hiệu chuẩn hệ thống với khối lượng nhỏ .46 Hình 3.1 Hiệu chuẩn hệ thống với khối lượng lớn 46 Hình Đồ thị giá trị hiệu chuẩn loadcell .49 Hình 3 Đồ thị giá trị hiệu chuẩn loadcell .49 Hình 3.4 Đồ thị giá trị hiệu chuẩn loadcell 50 Hình 3.5 Đồ thị giá trị hiệu chuẩn loadcell 50 vii LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, có nhiều phát minh ứng dụng vào thực tiễn nhằm phục vụ cho sống người Với nhiều công nghệ đại, phát minh sáng chế đóng góp thành tựu to lớn, thiết thực lĩnh vực đời sống xã hội Đặc biệt, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật đại lĩnh vực y tế tạo lên bước đột phá lớn việc hỗ trợ chẩn đoán điều trị bệnh cho bệnh nhân Y Bác sĩ Việc ứng dụng trang thiết bị y tế đại ngày khẳng định tầm quan trọng thiếu hệ thống y tế Xuất phát từ thực tế này, đòi hỏi người phải nghiên cứu phát minh chế tạo nhiều trang thiết bị y tế tiên tiến, đại với nhiều chủng loại, linh kiện vật tư, cảm biến điện tử tinh vi để phục vụ công tác thay sửa chữa khắc phục thiết bị gặp cố hỏng hóc nhằm đảm bảo đáp ứng tốt công tác hỗ trợ cho đội ngũ Y Bác sĩ tác nghiệp khám chữa bệnh cho bệnh nhân Và linh kiện vật tư, cảm biến sinh học đòi hỏi cần phải nghiên cứu chế tạo Một số đó, nghiên cứu đánh giá trọng tâm thể lĩnh vực quan trọng ứng dụng nhiều lĩnh vực như: thể thao, sinh trắc học, y tế, điều trị phục hồi chức Vì nghiên cứu thực đề tài: “Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm thể” Đây đề tài nên chưa có nhiều nghiên cứu thực đề xuất Việt Nam Trong thời gian làm đề tài tốt nghiệp, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp bảo nhiệt tình từ thầy giáo, ban lãnh đạo đồng nghiệp nơi làm việc, gia đình bạn bè Tơi chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình dạy truyền đạt cho tơi kiến thức q báu để tơi thực đề tài Đặc biệt, trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo viii trực tiếp hướng dẫn Tiến sĩ Trần Anh Vũ, Thầy định hướng, giúp đỡ, dẫn nhiệt tình với ý kiến góp ý q báu, giúp tơi hiểu rõ ràng đồng thời khắc phục vướng mắc thời gian thực đề tài Trong trình thực đề tài tránh khỏi thiếu sót, tơi mong tiếp tục nhận ý kiến đóng góp thầy để đề tài tơi hồn thiện Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô giáo! Học viên thực Bùi Văn Dĩnh ix TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống tiền đình gồm phận tai não xử lý thông tin cảm giác bị ảnh hưởng để kiểm soát cân chuyển động mắt Nếu điều kiện di truyền môi trường, xảy mà khơng rõ ngun nhân Nó gây trạng thái cân thay đổi tư thế, làm cho chóng mặt loạng choạng dễ bị ngã dễ bị chẩn đốn nhầm hội chứng tiền đình Bệnh nhẹ nghiêm trọng nhiều trường hợp Rối loạn tiền đình xuất vài ngày, kéo dài để lại nhiều di chứng cân bằng, khó khăn, mờ mắt, chân tay, tê, run, yếu mệt mỏi, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người bệnh Nếu để thời gian dài mà khơng điều trị, gây bệnh khác rối loạn thần kinh, nhồi máu tim huyết áp thấp Hiện Việt Nam, thiết bị hỗ trợ chẩn đoán mức độ hỗ trợ thực hành điều trị rối loạn tiền đình cịn hạn chế giá trị nhập nước đắt đỏ Do bác sĩ thường chẩn đoán mức độ rối loạn tiền đình dựa kinh nghiệm cá nhân thông qua kiểm tra lâm sàng Nghiên cứu phát triển biện pháp đánh giá mức độ rối loạn tiền đình hỗ trợ q trình chẩn đốn, kết hợp xây dựng tập sử dụng công nghệ thực tế ảo tiên tiến trình điều trị rối loạn tiền đình mang lại lợi ích lớn chăm sóc sức khỏe cộng đồng, cần nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phát hội chứng rối loạn tiền đình có giá thành hợp lí để đánh giá q trình điều trị bệnh tiền đình Việt Nam Với mục đích đánh giá trọng tâm thể cách đơn giản hỗ trợ thiết thực cho Bác sĩ chẩn trị bệnh cho bệnh nhân, tơi nghiên cứu, tìm hiểu tiến hành thực đề tài “Thiết kế hệ thống đánh giá trọng tâm thể” Đề tài gồm chương:  Chương 1: Xác định vấn đề x