nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị kéo giãn cột sống ứng dụng trong vật lý trị liệu

Cácnghiên cứu trong và ngoài nước đã chứng minh được việc KGCS bằng thiết bị KGCSđiều khiên hr động mang lại hiệuquả trị liệu rất tốt đối với các bệnh về cột sống.. Với đối tượng nghiên

TỎNG QUAN

Sơ lược về lịch sử phát triển

Kéo giãncột sống (KGCS) là sự tác động một lực cơ học lên toànbộ cơ thêngười hoặc tòng bộ phận trên cơ thê đê làm giãn cách hoặc cố làm giãn cách các khớp, các không gian đĩa đệm hoặc các mô mềmvà làmgiãn hệ cơ cột sống KGCS có thê thực hiện thủ công (bangtay) hoặc sử dụng chínhtrọng lượng cơthê Mặc dù có thê áp dụng với các kliớp chi, nhưng ứng dụng chủ yếu cùa thiết bị KGCS được thực hiện với các đốt sống lưng, that lưng, ngực vàđốt sống cô.

KGCS là một trong những phương pháp VLTL kinli điên có từ lâu đời (klioàng giữa thế kỳ XVII) Năm 1862, Edwin Smith - người Ai cập đã ring dụng liệu pháp KGCS thủcông nham mục đích điều chinh lệch vẹo và biến dạngcột sống nguyênnhân do còi xtrơng Năm 1933, w Gayle Cruchfield (1900-1972) đã giớithiệuthiếtbịKGCS cô với mục đíchđê khôi phục lại vị trí bình thường cho cột sống.

Vào khoảng những năm 1950 - 1960, James Cyriax -một nhà VLTL đã đề xuất dùng phương pháp KGCS đê điều trị lưng và các clũ Các nghiên cứu và thừ nghiệm lâm sàng được thực hiện đãchứng minh phương pháp KGCS có hiệu quảtôt hơnso với phtrơng pháp nhiệt trị liệu, trị liệu hồng ngoại [1] Theo nghiên círu của James Cyriax [2] cho thấy hiệu quã của liệu pháp KGCS là làm tăng không gian giữa các đốt sống, phục hồi tnrợt kliớp.

Nghiên cứu của Worden và Humphrey (1964) đã chỉ ra rằng liệu pháp kéo giãn cột sống (KGCS) có tác dụng tách biệt các đốt sống, giúp tăng chiều cao cơ thể nếu sử dụng lực kéo phù hợp Trong nghiên cứu này, những người tham gia khỏe mạnh đã được áp dụng lực kéo tối đa 59,9 kg.

15 lần trong 22 ngày, bệnh nhân được chi định nằmngửa trên bàn trượt, lực kéo được tạo ra bang cách giữ cằm và ngực, kéo vùng xương chậu thông qua hệ thống đai kéo, lực kéo được điều chinh 60 phút, 10 phútkéo liên ựic 1 -3 phút nghi, kết quả cho thấy chiều cao đốt sống tăngtừ 8- 11.5 mm.

Nãm 1974, bác sĩ Lind [4] đã đề xuất một liệu pháp trị liệu mới gọi là kéo giãn tự động trong điều trị đau ờ cột sống thắtlưng và thần kinhhông, nghiên cứu này đã cho thấyđược hiệu quả của KGCS là làm giảm tỳ lệ bệnh nhân phải phẫu thuật Mộtnghiên círu khác cũng chứng minh hiệu quả của KGCS, 25% bệnh nliân kliông can phải can thiệp bằng phẫu thuật [5],

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG

Năm 1976, trường đại học Sister Kennyđã xuất bàn cuốn “Chương trình điều trị KGCS that hrng bang trọng lực”, KGCS có kiêm soát lực kéovà bão đàm sự an toànkhi kéo Theo nhóm nghiên cứu WeberH, Ljunggren E, Walker L cho thấyviệc sừ dụng phương pháp KGCS bang trọng lượng cơ thê và kéo giãn bằng tay mang lại hiệu quà giúp giảm đến25% bệnh nhân không cần phẫu thuật TVĐĐ cột sốngthắt lưng [5].

Từ năm 1985, nghiên cứu của Gillstrom et al [6] đã chứng minh hiệu quả của phẫu thuật giảm áp ống sống qua lỗ bên (KGCS) trong điều trị thoát vị đĩa đệm (TVĐĐ) bằng cách cải thiện hình ảnh CT và giảm triệu chứng lâm sàng Sau đó, vào năm 1993, Saunders et al [7] đã chỉ ra rằng KGCS còn có tác dụng nới rộng các khoang đốt sống, giúp điều trị tình trạng vẹo lưng [8].

Năm 1993, Luigi Tesio và Alessandra Merlo [9] đã nghiên cứu cho thấy khi thực hiện KGCS thắt lưng sử dụng bàn kéo điềukliiển lực đối với bệnh nhàn bị đau lưng do TVĐĐ sau 3 tháng điều trị, kết quà 19 trên 30 bệnh nhân đáp ứng, cường độ cơn đau lưng giảm.

Nghiên cứu lâm sàng tại trườngđạihọc SisterKenny năm 1987 về kỹ thuậtKGCS đãmờ ra một loạt các nghiên cứu mới vềhiệu quả cùaliệu pháp KGCS trong trịliệucác bệnh về cột sống Công trình này đã chứng minh được hiệuquả cùa phươngphápKGCS là giúp giảm sự chèn ép cácrễ thần kinh, giảmlệch vẹo cột sống, giảmthê tích TVĐĐ, giảm đau và PHCNvận động của cột sống.

Năm 1967, GS TS Hồ Hữu Lương đã chế tạo ra giường KGCS đa năng kết hợp với noi xông tại Khoa Thần kinhBệnh viện QuânY4 Sau nhiều phiên bản cải tiếnvào năm 1970 và 1988 Năm 1991, phiên bản giường kéo của GS TS Hồ Hữu Lương được cãi tiếnđê đạt hiệu quà trongtrị liệuđê KGCS thắt lưng, cột sống cô và cột sống hrng. [12]

Bệnh đau that lưng và TVĐĐ được GS TS Hồ Hữu Lương áp dụng điều trị nội khoa bang nhiều liệu pháp như nhiệt trị liệu, quangtrị liệu, xoa bóp bấm huyệt, trong sốđó có phương pháp KGCS [12] được tác giả dành một chương đêđề cập đến, chứng tò hiệu quả điều trị cùa liệu pháp này trong bệnh đau that lưng và TVĐĐ. về mặt thiết bị, trên thế giới hiện có rất nhiều loại thiết bị KGCS ra đời, đa dạng về mẫu mã, với công nghệ hiện đại, tuy nhiên giá thành của các thiết bị KGCS nhập

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG khâu khá cao hr vài trămtriệu, do đó nlũều cơ sờ điều trị VLTL trong nước không đũ chi phí đêmua sam các thiếtbị KGCS của mrớcngoài.Ngoài ra, khi có hư hòng thì việc sữa chữa vàthay thế phụ kiện hoặc linh kiện cho các thiết bị nhập khâu cũng gặp nhiều khó khăn Trong kill đó, tại Việt Nam có khá nhiêu thiết bị KGCS ựr chế nhimg chưa đạt hiệu quả vàhay bịhư hòng.

Nhận thấy hiệu quả điều trị bằng phương pháp KGCS và những hạn chế của thiết bị KGCS nhập khẩu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một thiết bị KGCS có thể đáp ứng các tiêu chí giá thành rẻ hơn so với thiết bị KGCS nhập khẩu, linh kiện dễ thay thế và sửa chữa, chương trình điều khiển đơn giản dễ sử dụng, có thể điều chỉnh tùy theo thực tiễn và đạt hiệu quả cao trong điều trị.

“NGHIÊN CỨU, THIÉT KÉ, CHÉ TẠO THIÉT BỊ KÉO GIÀN CỘT SỔNG ÚNG DỤNG TRONG VẬT LÝ TRỊ LIỆU”

Nhiệm vụ khóa luận

Nhiệm vụ chính của khóa luận nghiên círu, thiết kế, chế tạo thiết bị KGCS ứng dụng trong VLTL bao gồm:

- Thiết kế tông thê thiết bị: gồm 06 khối chính.

- Thiết kế khung cơ khí.

- Thiết kế khối điều khiên trung tâm.

- Chọnkliối nguồn, khối điều khiên truyền động, khối động cơ và khối đo lực.

- Thiết kế khối hiên thị.

- Lập trinhchương trình điều khiên.

Chương 1: Giới thiệu tông quan lịch sử, các nghiên cún của phươngpháp KGCS, lý dochọn khóa luận, nhiệmvụ chính và cấu trác củaklióa luận.

Chương 2: Trình bày giảiphẫu và chức năng cột sống, cácbệnh liên quanđen cột sống, tác dụng của phương pháp KGCS, chi định và chống chi định, trình bày 04 quy tắc cơ bản áp dụng trong phương pháp, các phương pháp KGCS.

Chương 3: Thực hiện nhiệm vụ chínhcủa khóa luận gồm khảo sát một số thiết bị KGCS trên thị trường, áp dụng cácnguyên lý và phương pháp KGCS tiếnhànhthiết kế phần cứng và lập trình phần mềmcho thiết bị cũa khóa luận và tiến hành đo kiêm lực kéo bằng thiết bị đo lực.

Chương 4: Ket luậnvà hướng phát triên của khóa luận.

Bố cục khóa luận

2.1.1 Đặc điêm giải phẫu cột sống

Cột sống gồm nhiều đốt xươngnối liền nhau, uốn hơi cong nhẹ hình chữ s, kéo dài tìr xương châm đến xương cụt Cột sống bao gồm 33 đốt sống [10][16][17][18]. Cột sống được chia thành 5 phần như hình2.1:

Hình 2 ỉ Cấu trúc giãi phẫu cột sống

- Đoạncột sống côbaogồm7đốt sống ư'r c 1 đến C7, đốt sống cong raphíatrước, dễ bị tôn thương do di chuyên nhiều, thông thường các đốt sống chuyên tiếp C5 - C6, các mõm khớp hơinghiêng dễ gây sai lệch kliớp đốt sống.

- Đoạn cột sống lưng (ngực) bao gồm 12 đốt sống từ TI đen TI2, cột sống thắt lưngcong nliẹ ra phía sau, đoạn đốt sống tìr T2 den T10 di chuyên hrơngđối ít nên bền vững, đoạn đốt sống TI 1 và TI2 và cột song that hrng di chuyên được mọi hướngnên dễ gây sai lệch do chấn thương.

Đoạn cột sống thắt lưng bao gồm 5 đốt sống từ L1 đến L5, cong nhẹ về phía trước, cho phép khả năng vận động cao Đặc điểm này khiến đoạn cột sống thắt lưng dễ bị tổn thương hơn so với các đoạn khác.

- Đoạn cột sống cùng bao gồm 5 đốt sống tìr SI đến S5 cong ra phía sau Đoạn cột sốngcùng dính chung với đoạn cụttạo thành mộtkhối không có các đĩa đệmờ giữa các đốt sống.

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN- T.T.M.NHUNG

Cơ SỞ LÝ THUYẾT

Giải phẫu và chức năng cột sống

2.1.1 Đặc điêm giải phẫu cột sống

Cột sống gồm nhiều đốt xươngnối liền nhau, uốn hơi cong nhẹ hình chữ s, kéo dài tìr xương châm đến xương cụt Cột sống bao gồm 33 đốt sống [10][16][17][18]. Cột sống được chia thành 5 phần như hình2.1:

Hình 2 ỉ Cấu trúc giãi phẫu cột sống

- Đoạncột sống côbaogồm7đốt sống ư'r c 1 đến C7, đốt sống cong raphíatrước, dễ bị tôn thương do di chuyên nhiều, thông thường các đốt sống chuyên tiếp C5 - C6, các mõm khớp hơinghiêng dễ gây sai lệch kliớp đốt sống.

- Đoạn cột sống lưng (ngực) bao gồm 12 đốt sống từ TI đen TI2, cột sống thắt lưngcong nliẹ ra phía sau, đoạn đốt sống tìr T2 den T10 di chuyên hrơngđối ít nên bền vững, đoạn đốt sống TI 1 và TI2 và cột song that hrng di chuyên được mọi hướngnên dễ gây sai lệch do chấn thương.

- Đoạn cột song that hrng bao gom 5 đốt sống từ Ll đến L5, cong nhẹ ra phía trước, di độngnhiều Dovậy đây là đoạn cột sống dê bị tôn thương nhất.

- Đoạn cột sống cùng bao gồm 5 đốt sống tìr SI đến S5 cong ra phía sau Đoạn cột sốngcùng dính chung với đoạn cụttạo thành mộtkhối không có các đĩa đệmờ giữa các đốt sống.

- Đoạn sống cụt bao gồm tìr 3 đến 5 đốtsống.

Trong quá trình phát triên và tnrởng thành, đoạn cột sông lưng và cột sông cụt giữ lại nguyên mầunhư lúc sinh ra được gọi là cột sống chính, cột sống cô và cột sống thắt lưng thayđôi khi trưởngthành [10].

2.1.2 Đoạn vận động cột sông

- Cột sống được clúa thành nhiều đoạn theochức năng: đoạn lưng,đoạnthắt lưng và đoạn cùng cụt Trong mỗi đoạn cột sống, có các đơn vị chức năng được gọi là đoạn vận động.

- Đoạn vận động là đơn vị câu trúc và chức năng của cột sông (hình 2.2), bao gồm: dây chang dọc trước,nhàn nhầy,dây chằng dọcsau, vòng sợi, mâm sụn, các phiến collagen của vòng sợi.

Các phiến colagen của vồng sợi

Hình 2.2 Đoạnvận động cột sông

Đĩa đệm là cấu trúc chuyên biệt nằm giữa các đốt sống, gồm nhân nhầy mềm mại ở trung tâm được bao bọc bởi vòng sợi đàn hồi và mâm sụn Nhờ cấu trúc đặc biệt này, đĩa đệm có tác dụng đệm lực, giúp chuyển động cột sống linh hoạt Tuy nhiên, khi vận động quá mức, nhân nhầy có thể trượt khỏi vị trí gây thoát vị đĩa đệm Ngược lại, vòng sợi gồm nhiều lớp sợi sụn chắc khỏe đan chéo nhau giúp ổn định đĩa đệm Mâm sụn bao phủ măt trên và mặt dưới của thân đốt sống, có phần vành xương bảo vệ, trừ mặt sau trải dài đến mép thân đốt sống Cột sống người có 23 đĩa đệm phân bố giữa các đốt sống cổ, ngực, thắt lưng, không có đĩa đệm ở các đốt sống cùng và đốt xương cụt.

- Khớp đốt sống có các mỏm kliớp thăng cùa các đốt sống tiếp khớp với nhau.

Dây chằng dọc trước bám vào mặt trước của đốt sống và đĩa đệm, trong khi dây chằng dọc sau bám vào mặt sau của thân đốt sống và đĩa đệm Các vị trí có dây chằng bám vào thường rất bền, giúp ngăn đĩa đệm trượt ra khỏi vị trí Tuy nhiên, đĩa đệm thường thoát vị ra các vị trí không có dây chằng bám vào, chẳng hạn như phía sau bên cột sống, làm tăng nguy cơ mắc các tình trạng như thoát vị đĩa đệm.

- Lỗ ghép: cấu tạo bời vùng kliuyết cùa đốt sống trên và đốt sống dưới, lỗ ghép cho các dây thần kinh sống đi tìr tùy sống rangoài, khi bị THCS hay TVĐĐ các rề thần kinh hoặc dây thần kinh sống sẽ bị chèn épgây đau.

2.1.3 Chức năng của cột sống

Cột sống cùa một người trườngthành gom 04 đoạn cong là cô, lưng, thắt hrng và cùng cụt, các đoạn cong này giúp cột sống vận động một cách linh hoạt.

- Chírc năngbảo vệ tủy sống: klũ bịchanthươnghoặc tôn thươngcột sốngsẽ gây ãnh hường cho tĩiy sống.

Cột sống là trụ cột vững chắc để các xương khác bám vào, tạo thành một bộ khung xương cơ thể hoàn chỉnh Do đó, cột sống phải chịu một lực lớn, kể cả lúc nghỉ ngơi lẫn khi vận động Lực này chủ yếu được chịu đựng bởi đĩa đệm - cấu trúc có độ đàn hồi và khả năng chịu lực cực cao Tuy nhiên, khả năng biến dạng và chịu lực của đĩa đệm có giới hạn Hãy xem Hình 2.3 để hiểu chuyển động của cột sống và đĩa đệm khi thay đổi tư thế cơ thể.

—► Chuyển động của đót sóng

-* Chuyẻn động cùa đĩa đệm

Hình 2.3 Dạng chuyên độngcũa đoạnvận động cột sống

TheoNachemson [3] áp lực nộiđĩa đệm (ALNĐĐ) ờ khoang gian đốt L3 - L4 đo được ởcác tư thế khác nhau nhưsau:

Being2.ỉ: ALNĐĐ gian đốt sống L3 - L4

Nằm nghiêng Đứng thẳng Đứng cúi Đứngcúi xách 20 kg

+ Vận động của cột sống được phân theo ba trục: trục dọc thực hiệnđộng tác nghiêng trái/phài, trục ngang thực hiện động tác gập và duỗi, trục đứng thực hiện động tác xoay trái/phài.

Các đoạn cột sống có mức độ vận động khác nhau Đoạn cổ linh hoạt nhất, cho phép nhiều chuyển động Đoạn lưng hạn chế vận động hơn do có xương sườn bám vào Đoạn thắt lưng chịu lực chính của cột sống, chủ yếu gập duỗi, hạn chế nghiêng và xoay Đoạn cùng cụt không vận động được do được cố định.

2.2 Các bệnh vê cột sông

Tác dụng của KGCS

Giúp giảm áp lực lên đĩa đệm (ALNĐĐ), dưới tác động của lực kéo dọc theo cột sống, hai đốt sống kề cận nhau sẽ tách xa ra, làm tăng chiều cao và thể tích của khoang đốt sống Điều này giúp giảm áp lực trong khoang đốt sống, mang lại hiệu quả đáng kể trong việc giảm ALNĐĐ.

- Giúp tăngsự thâm thấuđênuôidưỡngđĩa đệm, làmđĩa đệm và nhân nhầy căng phồng, làm giàu dinh dưỡng cho đĩa đệm, từđó giúp giảm quá trình thoái hóa đĩa đệm.

- Làm thu nhò thê tích đĩa đệm thoátvị hoặc bị lồi klii khối TVĐĐ chưaxơhóa.

- Giúp giãn cơ tích cực: KGCS giúp làm giãn cơ một cách thụ động, giảm đau, giâm co cứng cơ, giâm lệch vẹo cột sống Tuy nhiên nếu tăng giảm lực kéo quá nhanh có thê kích thích gâytăngco cứng cơ, vì vậy với bệnh nhân bị đau hrng nặng phải tăng giâm lực kéo chậm rãi theo tìrngmức.

- Giúp giải phóng chèn ép rề thần kinh: kéo giãn làm tăng kích thước lỗ ghép, giảm thê tích khối TVĐĐ, hr đó giúp giâmđau và giảmsự kích thích rễ thần kinh.

- Điều chinh lệch vẹo khớp đốt sống và cột sống: trong THCS hoặc TVĐĐ, thê tíchđĩa đệmvà klioàng cách klioang gian đốtgiảm dẫn đến dilệch diện khớp đốt sống Các kích thíchđau làmcocứng cơ cũng gây lệchvẹo cột sống Sự dilệch tuy khônglớn nhưngsẽ làm đây nhanh quá trình THCS và kích thích làm tăng câm giác đau KGCS giúp điều chinh sự di lệch, vị trí khớp đốt sống đirợc đặt lại, tư thế lệch vẹo cột sống được điều chinh, giúpgiảm đau và giảm tiến triển cùa quá trình THCS [13].

Kéo giãn cột sống mang lại kết quả rất khảquan [19]:

- Giảm hộichứngđaucột sống:làmgiãncơ, giúp giâmALNĐĐ,tăng cường nuôi dưỡng đĩa đệm, giải phóng chèn ép rễ thần kinh, tăng cường nuôi dường cục bộ.

- Tăng cường sự vận động đoạn cột sống bị hạn chế, giúp khôiphục hình dạng bình thường cùa cột sống.

Chỉ định và chống chỉ định

Việc chi định phương pháp KGCS dựa trên hiệu quàmang lại, các chi định gom:

- THCS chèn ép rề thầnkinh gây đau lưng, đau thầnkinh tọa, đau cô vai,

- TVĐĐ mức độ vừa và nhẹ, sai lệch kliớpđốt sốngmực độ nhẹ.

- Hội chứng đau thắthrng mạn tính.

- Hội chứng lệch vẹo cột sống không do chan thương.

- Bệnh nhânbị tôn thương tĩiyhoặc chèn ép tủy, bệnh nliân có bệnh về ốngtĩiy.

- Bệnhnliânbị đau cột sống cô cấp tínli hoặc có hội chứng đauthắt lưng,

- Bệnhnhân bị lao cột sống, bệnhnhâncó khối u áctính, bệnh nhân bị viêm hoặc áp xe vùng hrng.

- Bệnhnhân bị loãng xương, bênh nhânbị tăng huyết áp.

- Bệnh nliân bị chấn thương ở cột sống mà có gãy hoặc biến dạngxương.

- Bệnhnhân bị viêm đa khớp dạng thấp.

- Phụ nữ đang mang thai hoặc có kinh nguyệt.

- Bệnh nhậnbị THCS hoặc bị viêm cột sống.

- Bệnhnhân bị suy tim, suygan, suythậnnặng. Đê phát huy tối đa hiệu quà và tác dụng của việcKGCS,thì chúngta phải đàm bảo phương pháp kéo theomộtsố quy luật cơbàn.

Các quy luật cơ bản trong liệu pháp KGCS

Một vài diêm khó khăn trong việc chế tạo và sân xuất tlũết bị KGCS là khả năng đáp ứng được các yêu cầu về nguyên lý hoạt độngcả về vật lý và y sinhcho các thiết bị KGCS Có 04 quy luật cơ bản trong phươngpháp KGCS [14]:

- Quy luật Arndt - Schulz - Nguyên lý liều kích thích

- Quyluật của Wilder về trạng thái ban đầu

- Quy luật về đặc trưng cá thê

- Các quy luật về chuyên trạng thái

Các quy định an toàn thiết bị y tế yêu cầu thiết bị phải có khả năng điều chỉnh các thông số trong thời gian thực, theo từng lần điều trị và phù hợp cho từng đối tượng bệnh nhân Điều này đặt ra yêu cầu cao đối với công nghệ thiết bị y tế, đảm bảo tính an toàn, hiệu quả và chính xác trong quá trình điều trị.

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG nghệ,đặc biệt là khã năng điều chinh liệu trình trịliệu cho phù hợp cũngrấtkhó.

Sau đây, chúng tôi giới thiệu một số phương pháp cơbản trong KGCS đêchúng ta có thê hiêu được nguyên lý hoạt động của thiết bị KGCS.

Phương pháp KGCS

2.6.1 Phương pháp lực kéo giãn liên tục

Lựckéo giãn tác động liên tục và không thay đôi lên mộtvùngcũa cột sốngtrong suốt thời gian kéo Nhược điêm của phương pháp này là klió có thê xác định được lực kéo phù hợp, khó điều chinh lực kéo phùhợp cho từng bệnh nliân, làm bệnh nhân khó đáp ứng trong điều trị Tuy nhiên, phương pháp này có một vài ưu điêm là thiết bị kéo đơngiàn, chi phí thấp vàdề triên khai.

2.6.1 ỉ Kéo giãn bằng trọng lire cơ thê Đây là phươngpháp KGCS từ thế kỷ XVII, sir dụng đai cố định phần nách, ngực hoặc đầu của bệnh nhân, lực kéo chính là trọng lượng cơ thê (hình 2.5) Lực kéo phân bố đều từ phần được cố định trờ xuống và có tính định lượng tương đối, tùy vào khânăng chịu lực và cân nặng của bệnh nhân Ưu diêm cùaphương phápnày là chiphí thấp, đơn giãn, được sử dụng ờcác cơ sờ khôngcó thiết bị KGCShiện đại Nhirợcdiêm làkhôngtập trung kéovào vùngcầnkéo, hiệu quả KGCS thấp, bệnh nhân câmthấykhó chịu, ma sát làm giàm lực kéo Klii bắt đầu kéo nên đê ờ độ ngliiêng 45 độ so với mặt sàn, tăng dan độ dốc sau các lần kéo, thời gian kéo batđầu là 10 phút, sau đó tăng dần lên, nhưng tối đa 20phút tùy theokhả năng chịu lực củabệnh nhân [20].

Hình 2.5 KGCScô băng trọng ìực cơ thê

2.6.1.2 Kéo giãn bằng ỉ ực đối trọng

Là phươngpháp KGCS liên tục bang trọng lực, đoạn cột sống cần kéo đirợc nối với đai kéo và dây kéo, sau đó nối với hệ thống trọng lực là bao cát, túi nước hoặc quả tạ banghệ thống ròng rọc.

- KGCS cô: tư thế ngồi kéo và tư thề nằm kéo (lùnli 2.6) Đối với phương pháp kéo cô, lực kéo phải đạt 10% trọng lượng cơ thê đê cao hơn áp lực khoang gian đốt sống, sau đó tăng dần lên tối đa 30% so với trọng lượng cơ thê, thời gian kéo ban đầu là 10 phút sau đó tăng dần lên tốiđa 20 phút.

Hình 2.6 KGCS cô bằng lực đối trọng tư thế ngồi (a) và nằm (b)

- KGCSthắt hrng: Bệnh nhân nam lên giường, đặtđaicố định ngang đốt sống L3 ôm lấy bờ srrờn, đặt đai kéo ngangđốt sống L5 ôm lấy bờ trên xương chậu, nối đai kéo với dây kéo qua hệ thống ròng rọc, túi nước hoặc bao cát (hình 2.7) Giường kéo nên chia thànli haiphần: phần cốđịnli phía trên,phần trượt phía dưới có thêdịchchuyên đê giảmma sát Trọng lượng kéo ban đầu phải đạt 50% sovới trọng lượng cơ thê bệnh nhân, sau đó tăng dần tốiđa 80% trọng lượng cơ thê bệnli nhàn, thời gian kéo ban đầu là 10 phút, sau đó tăng dần đen tối đa 20 phút [13].

Hình 2.7 KGCS thất lưng bằng lực đối trọng

2.6.1.3 Phươngpháp kéo giãn kết họp thủy trị liệu

Là phương pháp KGCS liên tục kết họp với thủytrị liệu, gồm 01 bê nước có độ sâu 02 mét, có thê sử dụng nước ấm đê làm tăng cường giãn cơ giúp giảm đau, kéo theotip thăng đứng cố định bang phao ờnáchhoặc cô, lực kéo được đặtbang tạ và móc vào đaikéo ờ phần that lưng.

2.6.2 Phương pháp kéo ngắt quãng Đây là phươngpháp KGCS hiện đại, lực kéo có thê thay đôi trong quá trình kéo đê tránh làm mòi cơ và gây căng thăng kéo dài cho cột sống Phương pháp này khắc phục được các nhược diêm của phương pháp kéo liêntục, bệnh nhân cảm thấy dễ chịu hơn Có nhiều kiêu kéo ngắt quãng:

- Kéo ngắt quãng không có lực nền (lực nền bằng kliông): chế độ này có sự thay đôi lớn và nhanhvề lựckéo, có thê làmcột sống không có đù thời gian đêthíchnghi.

- Kéo ngắt quãng có lực nền: không có sự thay đôi quá nhanh và nhiều về lực kéo, giúp cột sống có đù thời gianđê thíchnghi.

Ở thiết bị kéo giãn cột sống bằng phương pháp kéo ngắt quãng giúp khắc phục hạn chế của phương pháp kéo liên tục Kỹ thuật kéo ngắt quãng giúp bệnh nhân đáp ứng tốt hơn với quá trình điều trị Vì phương pháp này thay đổi lực kéo trong suốt quá trình kéo, giúp tránh làm mỏi cơ và căng thẳng kéo dài ở cột sống Các kiểu kéo ngắt quãng được mô tả trong hình 2.8.

Hình 2.8 Biêu đồphương pháp kéo ngất quãng

- Hình 1: kéo ngắt quãng không có lực nền

- Hình 2: kéo ngắt quãngcó lực nền

- b: thời gian kéo- giữ lực kéo

- d: thời gian không kéo - ghì lực nền

Tùy vào từng loại bệnh mà đặt lực kéo và lực nen cho phù hợp [2], thông thường lực nền ít nhất phải klioàng 50% trọng lượng cơthê bệnh nhân và lực kéo phải lớnhơn 5 - 10 kgso với lực nền, nhưng không quá 80% trọng lượng cơ thê bệnh nhân [13] Thôngthường lực kéo ban đầu nên đê 65% trọng lượng cơ thê bệnhnhân,các lần kéo tiếp theo tăng dan lên 80% trọng lượng cơ thê áp dụng nguyên lý liều kích thích.

Thời gian kéo duy trì lực kéo 30 -40 giây, thời gian ghì lực nền 20- 30 giây, tốcđộkéonhanh hay chậm tùy thuộc vào tìnhtrạng bệnhcũa bệnh nhân, nếu bệnhnhân đau nhiều cần tăng tốc độ kéo, ngược lại giảm tốc độ kéo Tôngthời gian nên tăng dần, lần đầu khoảng 15 phút, lantiếp theo tăng dần thời gian thêm 1 phút, thời gian kéo tối đa20 phút chomột lân trị liệu.

Sử dụnggiườngtrượt đê giảm ma sátgiữa giường kéo và bệnhnhân(hình 2.9) Theo nghiên cứu cùa Lee và Evans [15]

Hình 2.9 Vị tríỊực kéo tác động ìên giường vàxưongchậu

Trong đó: Ftrac= lực kéo

Fh= phương ngang so với Ftrac

Fv= phương thăng đírng sovới Ftrac

Rt: phản lực phần trên

Rp: phản lực phần xương chậu wt: trọng hrợng trên xương chậu wp: trọnglượngphan xương chậu và phầnbụng P: lực giữ phầnđai ngực.

Bệnh nhân nằm trên giường trượt, bàn tiượt sao cho vị trí giãn cách giữa hai mép giirờng phải nam giữa hai vìing Wp và Wt, hai chân cong lại một góc gần 90 độ [15] Phương ngang Fh vàphương dọc Fv tạo ra họp lực Ftrac Giả sử Ftrac = 35kg thi ta có:

Fh = 35xcos(18°) = 33kg Fv5xsin(18°)= 10kg

Fh có vai trò là thành phần cung cấp hiệu quả lựckéo cơhọc Lực này sẽ bằng với lực đaiphầnđai ngực giữ phầnphía trên cơ thê người nhưngngược dấu

Trong chương này, các nội dung đã thực hiện:

- Trình bày giải phẫu và chức năng cột sống, bệnli đau thắt lưng điên hình là TVĐĐ cột sống thắt lưng.

- Trình bày về chiđịnh và chống chi định của phương pháp KGCS.

- 04 nguyên lý cơ bản chi phối áp dụng trongphương pháp KGCS, phương pháp KGCS liên tục và ngắt quãng, kỹ thuật kéo.

Từ hiệu quã trị liệu của phương pháp KGCS trong điều trị các bệnh về đau và phương pháp KGCS, chươngtiếp theo khóa luận khảo sát các thiếtbị KGCS và thiết kế, lập trình phầnmềmđê điều kliiên thiết bị KGCS.

ỉ 3 Phương pháp kéo giãn kết họp thủy trị liệu

Là phương pháp KGCS liên tục kết họp với thủytrị liệu, gồm 01 bê nước có độ sâu 02 mét, có thê sử dụng nước ấm đê làm tăng cường giãn cơ giúp giảm đau, kéo theotip thăng đứng cố định bang phao ờnáchhoặc cô, lực kéo được đặtbang tạ và móc vào đaikéo ờ phần that lưng.

2.6.2 Phương pháp kéo ngắt quãng Đây là phươngpháp KGCS hiện đại, lực kéo có thê thay đôi trong quá trình kéo đê tránh làm mòi cơ và gây căng thăng kéo dài cho cột sống Phương pháp này khắc phục được các nhược diêm của phương pháp kéo liêntục, bệnh nhân cảm thấy dễ chịu hơn Có nhiều kiêu kéo ngắt quãng:

- Kéo ngắt quãng không có lực nền (lực nền bằng kliông): chế độ này có sự thay đôi lớn và nhanhvề lựckéo, có thê làmcột sống không có đù thời gian đêthíchnghi.

- Kéo ngắt quãng có lực nền: không có sự thay đôi quá nhanh và nhiều về lực kéo, giúp cột sống có đù thời gianđê thíchnghi.

Trong các thiết bị KGCS, sừ dụng biêu đồ kéo ngắt quãng, khắc phục được phương pháp kéo liên tục, giúp bệnh nhân đáp ling quá trình trị liệu tốt hơn Phương pháp kéo ngắt quãng nghĩa là có thê thay đôi lực kéotrong quátrình kéo, tránh làm mòi cơ và gây căng thăng kéo dài cho cột sống Các kiêu kéo ngắt quãng được mô tả như hình 2.8 dưới đây:

Hình 2.8 Biêu đồphương pháp kéo ngất quãng

- Hình 1: kéo ngắt quãng không có lực nền

- Hình 2: kéo ngắt quãngcó lực nền

- b: thời gian kéo- giữ lực kéo

- d: thời gian không kéo - ghì lực nền

Tùy vào từng loại bệnh mà đặt lực kéo và lực nen cho phù hợp [2], thông thường lực nền ít nhất phải klioàng 50% trọng lượng cơthê bệnh nhân và lực kéo phải lớnhơn 5 - 10 kgso với lực nền, nhưng không quá 80% trọng lượng cơ thê bệnh nhân [13] Thôngthường lực kéo ban đầu nên đê 65% trọng lượng cơ thê bệnhnhân,các lần kéo tiếp theo tăng dan lên 80% trọng lượng cơ thê áp dụng nguyên lý liều kích thích.

Thời gian kéo duy trì lực kéo 30 -40 giây, thời gian ghì lực nền 20- 30 giây, tốcđộkéonhanh hay chậm tùy thuộc vào tìnhtrạng bệnhcũa bệnh nhân, nếu bệnhnhân đau nhiều cần tăng tốc độ kéo, ngược lại giảm tốc độ kéo Tôngthời gian nên tăng dần, lần đầu khoảng 15 phút, lantiếp theo tăng dần thời gian thêm 1 phút, thời gian kéo tối đa20 phút chomột lân trị liệu.

Sử dụnggiườngtrượt đê giảm ma sátgiữa giường kéo và bệnhnhân(hình 2.9) Theo nghiên cứu cùa Lee và Evans [15]

Hình 2.9 Vị tríỊực kéo tác động ìên giường vàxưongchậu

Trong đó: Ftrac= lực kéo

Fh= phương ngang so với Ftrac

Fv= phương thăng đírng sovới Ftrac

Rt: phản lực phần trên

Rp: phản lực phần xương chậu wt: trọng hrợng trên xương chậu wp: trọnglượngphan xương chậu và phầnbụng P: lực giữ phầnđai ngực.

Bệnh nhân nằm trên bàn trượt, bàn trượt nằm ngang sao cho vị trí của bệnh nhân nằm giữa hai vị trí Wt và Wp, hai chân bệnh nhân gập lại với góc gần 90 độ Hai lực tác động lên bệnh nhân là lực kéo ngang Fh và lực nâng dọc Fv tạo ra hợp lực Ftrac Giả sử Ftrac = 35kg.

Fh = 35xcos(18°) = 33kg Fv5xsin(18°)= 10kg

Fh có vai trò là thành phần cung cấp hiệu quả lựckéo cơhọc Lực này sẽ bằng với lực đaiphầnđai ngực giữ phầnphía trên cơ thê người nhưngngược dấu

Kết luận

Trong chương này, các nội dung đã thực hiện:

- Trình bày giải phẫu và chức năng cột sống, bệnli đau thắt lưng điên hình là TVĐĐ cột sống thắt lưng.

- Trình bày về chiđịnh và chống chi định của phương pháp KGCS.

- 04 nguyên lý cơ bản chi phối áp dụng trongphương pháp KGCS, phương pháp KGCS liên tục và ngắt quãng, kỹ thuật kéo.

Tiếp nối hiệu quả trị liệu của phương pháp Kích thích điện qua da (KGCS) trong điều trị bệnh lý đau, chương tiếp theo của khóa luận sẽ tập trung nghiên cứu về các thiết bị KGCS Cụ thể, chương này sẽ giới thiệu về thiết kế và lập trình phần mềm để điều khiển các thiết bị KGCS.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚƯ

Tìm hiểu các thiết bị KGCS

3 1.1 Thiết bị KGCS lưng, cổ - Triton Traction Unit 4749

Hãng: DJO LLC/ Chattanooga - USA

Hỉnh 3.1 Thiết bịKGCSìưng, cổ - Triton Traction Unit 4749

Tính năng kỹ thuật cùa thief bị:

- Thiết bị có các chế độ kéo: che độ Static (kéo tĩnh), chế độ Intermittent (kéo gián đoạn), chế độ Cycling (kéo theo chu kỳ) và kết hợp cãba chế độ trên.

- Có thê cài đặt và theo dõi thời gian độc lập cho từng giai đoạn: giai đoạn tăng/giảm lực kéo và giai đoạn kéo chính.

- Thiết bị có ba mức tốc độ: 30%, 50% và 100%.

- Có thê cài đặt lực kéo theo tìrng bước: chống căng cơ vàkiêm tra khả năngchịu lực cùa bệnli nhân tnrớc khi kéo.

- Nhiều chi định trị liệu: Cervical traction (kéo đốt sổng cô), Lumbar traction (kéo đốt sống lưng), kéo theo chương trình cài sẵn, kéo theo dir liệu lưutrong thẻ bệnhnhân.

- Có hìnhảnhgiải phẫu bệnhhọc giúp dê dàng tracứu các kỹ thuật điều trị, cách thức thắt đai vàcác chương trình điều trị.

- Màn hình căm ứngLCD màu, giao diện có thê xoay270 độ (hình 3.2).

- Có thê cài đặt lên đến 80 chế độ kéo và lập trinh sẵn trongmáy.

- Lưu trữ thông số điều trị dề dàng, có biêu đồ đánhgiá mức độđau trong máy và trong thẻ bệnh nhân Che độ an toàn cao: có công tắc dừng khâncấp dành cho bệnh nhân.

- Có chức năng nâng cấpkéo kết hợpvới đođiện cơ (EMG).

Hình 3.2 Màn hìnhhiên thị chọn vịtríđiêu trị TSKT của thiết bị:

- Bước kéo: 1-9 bước (liên ựichoặc ngắt quãng)

- Cấp an toàn: Class I, Type B

3 1.2 Thiết bị KGCS nâng hạ điện ET 800 + EU300

Tính năng kỹ thuật cha thiết bị:

Thiết bị điều trị KGCS bao gồm đầu điều trị mã ET800v và giường KGCS điều khiển điện mã EU300, được sử dụng rộng rãi trong điều trị các bệnh lý về cột sống tại các cơ sở y tế và phòng khám Vật lý trị liệu - Phục hồi chức năng trên toàn quốc.

Hình 3.3 Thiết bịKGCS nâng hạ điện ET 800 +EU300 Đau kéo ET800 (hình 3.4) là một hệ thống kéo cực kỳ dễ vận hành trong các loại máy KGCS Hệ thống này đirợc trang bị công dừng khân cap dành cho bệnh nhân, giúp cho bệnh nhân có thê kiêm soát hoàn toàn trong tìnli huống khàn cấp Đầukéo ET800 có thê sử dụng với các loại giường kéo khác nhau.

Hỉnh 3.4 Đầu kéo ET800 cùa thiếtbịKGCS

- Màn hình: hiên tlụ lực kéo thực tế, lực kéo cài sẵn, hiên thị quá trinli thay đôi lựckéo

- Tốc độ kéo: liên tục hoặc tùy chỉnh

- Chế độ kéo: liên tục, ngắt quãng và kết hợp hai chế độ

- Lực kéo tĩnh, gián đoạn vàtuần hoàn

- Tự động điều chinh lực kéo

- Kiêmsoát tốc độ thay đôi

- Cài đặt lực tốithiêu và tốiđa 2,5 - 91 kg

- Báo động bằng âm thanh giám sát lực kéo

- Giám sát điện tử liêntục về lực kéo

- Nguồn cung cấp: 100-120 VAC / 220-240 VAC

- Côngsuấttiêu thụ tối đa: 150 VA

Hình 3.5 Giườngkẻo EU300 cùa thiếtbị KGCS

- Chiều dài: 2390mm (phầnchân 740 mm, phầnđầu 410 mm, phầnđờ lưng/hông310 mmX 2 )

- Nâng cao tối đa: 910 mm

- Nâng hạ phần đầu: -20 - 80 độ

- Nâng phần chân: 0độ đến 87 độ

- Phần giữa giường có thê điều chỉnh nâng: 0 -26 độ

- Góc xoayngang: 60 độ - 0 độ-60 độ

- Cơ chếnâng: điều klũên điện

3 1.3 Thiết bị KGCS BTL- 6000 Traction

Tính năng kỹ thuật của thiết bị:

- Hệ thống sữ dụng giirờng kéo 3 đoạn(hình 3.6)

- Giường cóphần tựa đầucó thê điều chinh gócnghiêng

- Chế độ kéo: tĩnh, ngắt đoạn, chuỗi

- Có thê cài đặt chuôi chương trình lênđến 99 phân đoạn

- Có chương trình warmup với 4 chế độ: tuyến tính, bậc thang, tam giác, chĩr nhật

- Có chương trình cool down với 3 chế độ: tuyến tính, bậc thang, tam giác

- Các tư thế kéo lưng: nam ngira, nằm sấp, nam nghiêng

- Có đaikéo cho côchân vàhông

- Các hr thế kéocô: ngồi, nằm ngừa

- Tự động phát hiện quá tải

- Cho phép cài đặt âm thanlicủa máy klii bat đầu, tạm dừng, kết thúc điều trị

- Cho phép lựa chọn hiên thị màu sắccác mục trên màn hìnli dựa trênmàu sắc có sẵn

- Có thê cài đặt che độ màn hình chờ, thời gianựrđộng tắt màn hìnhhoặc tắt máy

- Cho phép cài đặt mật khâu cho máy

- Có thê hiên thị cácthông so: soserial, loại thiết bị Firmware ID,

- Công tắc ngắt chươngtrìnhcho bệnhnhân

- Có chức năng hiệuchuân ựĩ động

— Giao diện màn hình cảm ứng màu 5.7 inch (hình 3.7)

Hình 3.7 Giao diện màn hình thiết bị BTL- 6000 Traction

- Có thê điều chinh độcao bằng điện 42 - 95 cm

- Chế độ: tĩnh, ngắt đoạn, chuỗi

- Chiểu dài giường: 2100 mm (phần chân 1150 mm, phầnthân 500mm)

- Chiều cao có thê điều chình bangđiện

- Độ cao có thêđiều chinh: 420 - 950 mm

- Thời gian kéo: 1:00-99:59 phút:giây

- Thời gian giữ/Thời gian nghỉ: 1-999 giây

- Phụ kiện tiêu chuẩn: Công tắc bệnh nhân kèm giá đỡ

- Bộ ốc vít lap đặt

Tính năng và TSKT thiết bị của khóa luận

Dựavào các tínhnăng và TSKT của các thiết bị đã khảo sát, chúng tôi đưa ra tính năng và TSKT cho thiết bị KGCS của khóa luậnnhư sau:

- Chế độ kéo: liêntục và ngắt quãng

- Thời gian giữ lực kéo: 1-99 giây

- Thời gian giữlực nen: 1-99 giây

Thiết kế phần cứng thiết bị

3.3.1 Sơ đồ thiết kế tổng thể thiết bị

Thiết bị kéo giãn gom có 06 kliối chính (hình 3.8):

Hình 3.8 So'đô khôi tông thê thiêtbị kéo giãn

- Khối điều khiên trung tâm: là một bo mạch chính chứa các IC chính ATMEGA

1284 làm nhiệm vụ điều khiên hiênthị chính và truyền thông với các IC ATMEGA

16 làmnhiệmVỊInhậnlệnh điều khiêndongười sử dụng đưa ra và truyền tín hiệu cho khối điều khiên truyền động.

- Khối nguồn: Sử dụng nguồn xung Đây là bộ nguồn chuyên đôi tìr 220 VAC sang

24 VDC và 5 VDC đê cấp nguồn cho kliối điểu kliiên tiling tâm và các kliối chức năng của thiết bị.

- Khối điều khiên truyền động: là khối mạch làm nhiệm vụ điều khiên động cơ DC hoạt độngtheo tínhiệu tìĩ khối điềuklũên tiling tâm.

- Khối động cơ: là độngcơđiệnmộtchiều 24 VDC - 15 w đượckết nối đếnkhối điều khiên truyền động.

- Khối hiên thị: là màn hình LCD hiên thị rõ cácthông sốnhư thờigian tông, lựckéo cao nliất, lựckéo nền, tốcđộ kéo của động cơ.

- Khối đo lực: Tài trọng tối đa 200 kg, tín hiệu đầu ra được kết nốiđen bộkhuếch đại lực ờ khối điềukhiên trung tâm.

3.3.2 Thiết kế khung cơ khí

Killingcơ kill của thiết bị KGCS là thành phần chịu lực lên đến 99 kg, do vậy cầnphảiGVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG chọnvật liệu chịu lực tốt, dễ thiếtkế và gia công.

- Thiết ke khung: Chúng tôi chọn sửdụngvật liệu nhôm đêlàmkhung cơ kill chịulực ưu diêm của nhôm là chịu lực tốt, dễ thi công, không bị ri sét và độ bền cao Trục kéo hoạt động nliờ hệ thống truyền lực tìr bánh răng li hợp được gắn chắc chắn vào killing nhôm bằng ô bi và có thê lyđộngbánh răng bang khóa điệntừ Đau trục kéo có gan lòxo ựr cuốn dây kéo Trên phần khung nhômcó gan các bánh xe ròng rọc đê dẫn hirớng dây, cảmbiến lực được cố định trênkhung và ròngrọc đêđo lực kéo.

- Bân thiết kế khung cơ khí:

Hình 3.9 Bân vẽkích thướckhung cơ khí

Hình 3 JO Bân vẽ khung cơ khí ì ấp ráp

Hình 3.1 J Khung cơ khí lấp ráp hoàn thiện

3.3.3 Thiết ke khối điều khiên trung tâm

Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị KGCS, đòi hỏi bộ vi điều khiển phải xử lý chính xác các lệnh điều khiển của người sử dụng Sau khi nghiên cứu và thực hành với vi điều khiển ATMEGA, chúng tôi quyết định sử dụng dòng vi điều khiển này cho thiết bị Khối điều khiển trung tâm gồm 4 IC với nhiệm vụ lưu trữ chương trình và điều khiển chính:

- IC ATMEGA 1284 (MAIN2): Là IC chính chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu và giao tiếp với các IC chức năngnhư ICUl (ATMEGA 16) và IC U2 (ATMEGA 16) thông qua ICU4(ATMEGA 16) Giao tiếpgiữa các ICchúng tôi sửdụngkiêu truyền nhận dữ liệu không đong bộ, gồmhai đường truyền vànhận dữliệu độc lập (trong đóchân truyềnlà TX và chân nhận là RX) Sơ đồ nối chân cùa IC MAIN2 nhưhình 3.12:

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG main : _ 5V 5V

PB0/XCK/TO PA0/ADC0 40 DB0 R21 10k

PB2/INT2 AINO PA2/ADC2 38 DB2 10k

PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7

PDO/RXD PDITXD PD2/INT0 PD3/1NT1 PD4/OCB1 PD5/OCA1

TMS/PC3 TCK/PC2 SDAPCI

Hình 3.12: Hình sơ đồ nối chân ctìa IC MAIN2

IC Ul (ATMEGA 16): Đảm nhận nhiệm vụ chính là đọc giá trị điện trở (lực) thay đổi của cảm biến lực Loadcell NS1-200 thông qua mạch chuyên đổi Loadcell HX711 Chi tiết sơ đồ nối chân của IC Ul được thể hiện trực quan tại hình 3.13 trong bài viết.

PB0/XCK/TO PA0/ADC0 PB1/T1 PA1/ADC1 PB2/INT2/AIN0 PA2/ADC2 PB3/OC0/AIN1 PA3/ADC3 PB4/SS PA4/ADC4 PB5/MOS1 PA5/ADC5 PB6/M1SO PA6/ADC6 PB7/SCK PA7/ADC7 RESET AREF vcc GND GND AVCC XTAL2 TOSC2/PD7 XTAL1 TOSC1/PC6 PD0/RXD TD1/PC5 PD1/TXD TDO/PC4 PD2/INT0 TMS/PC3 PD3/1NT1 TCK/PC2 PD4/OCB1 SDA/PC1 PD5/OCA1 SCL PCO PD6/ICP1 OC2/PD7

Hình 3.13: Hình sơđồ nối chân cùa IC UI

- IC U2: Làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ IC MAIN và truyền túi hiệu điều klúên cho khối mạch truyền động Sơđồ nối chân của IC U2nhir hình 3.14:

PBO XCK TO PB1/T1 PB2/INT2/AIN0 PB3/OC0/AIN1

PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 AREF GND

40 dataO kgl 2 39 datal kg2 3 38 data2 kg3 4 37 data3 kư4 5 36 data4 kg5 6

PB5/MOS1 PB6/MISO PB7/SCK RESET

5V Ekcv rì NHA ill — 11 GND

XTAL2 XTAL1 PDO/RXD PD1/TXD PD2/1NT0 PD3/INT1 PD4/OCB1 PD5 OCA1 PD6/1CP1

TOSC1/PC6 TDI/PC5 TDO/PC4 TMS/PC3 TCK/PC2 SDA/PC1 SCL/PCO OC2/PD7

Hình 3.14: Hình sơđồ nối chân cũa IC U2

- IC U4: Nhận tương tác từ người dùng thông qua các phím nhấn trên giao diện của thiết bị đê cài đặtcác thông số thời gian, lực kéo, tốc độ kéo, chương trình kéo, kiêu kéo, đê truyềndữ liệucho IC MAIN hiên thị lên mànhình Sơđồ nối chân cùa IC U4 (ATMEGA16) như hình 3.15:

PB0/XCK/TO PA0/ADC0 PBiưi PA1/ADC1 PB2/INT2/AIN0 PA2/ADC2 PB3/OC0/A1N1 PA3/ADC3 PB4/SS PA4/ADC4

8 PB6/MISO PA6 ADC6 PB7/SC K PA7/ADC7

XTAL2 TOSC2/PD7 XTAL1 TOSC1/PC6 PD0.RXD TDI/PC5

PD2/INT0 TMS/PC3 PD3/INT1 TCK/PC2 PD4/OCB1 SDAPC1 PD5/OCA1 SCL/PC0 PD6/1CP1 OC2/PD7

Hình 3.15: Hình sơđồ nối chân cùa ỈC U4

Ngoài ra, trên bo mạch điều khiển trung tâm còn có các giắc kết nối như P8, P9 để kết nối với các phím chức năng trên giao diện, giắc Encoder để kết nối với Encoder, P7 kết nối với bo mạch cầu điều khiển motor, P5 kết nối với bo HX711, P12 kết nối nguồn nuôi 5 VDC, P13 kết nối tới công tắc an toàn Sơ đồ nguyên lý chi tiết của khối điều khiển trung tâm có trong phần Phụ lục I.

Mạch inkhối xử lý tiling tâmđược thiết kế như hình 3.16:

Hình 3.16 Mạch in khối xứ ìỷtrung tâm

Bo mạchin khối xử lý trung tâmsaukhi lắplinh kiện hoànthiện có dạngnhưhình 3.17:

Hình 3.17 Bomạch in khối xữ ìý trung tâm đà ìắp linh kiện hoàn thiện

Sử dụng bộ nguồn xungdạng tô ong nlnr hình 3.18, với điện áp đầu vào là 220 VACvà điện áp đầu ra là 24 VDC cho mạch điều khiênđộng cơvà 5 VDC cho kliối điều khiên

Hình 3.18 Bộ nguồnxung24 VDC và Bộ nguồn xung 5 VDC

Bộ nguồn xung này là sànphâm phô biếntrên thịtrường, có thê tìm mua dễ dàng.

3.3.5 Chọn khối điều khiên truyền động

Mạch sừ dụng làmạch như hình 3.19 Bomạch này là sàn phâmphô biếntrên thị trường, có thê tìm mua dề dàng.

Hình 3.19 Bo mạch điều khiên truyền động

3.3.6 Chọn khối động cơ Động cơ là thành phần tạo ra lực kéo cùa thiết bị KGCS, đê động cơ đũ mạnh và kéo nliẹ nhàng tlii cần chọn loại động cơcó độ bền cao và phải có bộ hộp số chia lớn Động cơsử dụng trong thiết bị là loại độngcơ DC hoạt động vớiđiện áp 24V (hình 3.20).

Hình 3.20 Động cơ 24VDC-15W sữdụngcho thiết bị KGCS

Lập trình chương trình điêu khiên

Cảm biến đo lực được chúng tôi chọn là là cảm biến lực có tải trọng tối đa 200 kg của hãng MA VIN như hình 3.21 đểđo lực kéo.

Hình 3.21 Câm biến ìực kéoNSỈ của hãngMAVIN

3.3.8 Thiết kế khối hiển thị

Khối hiên thị sửdụng màn hình GLCDnhư hình 3.22 đê hiên thị giao diện chương trinh và các thôngsố cài đặt của thiết bị.

3.4 Lập trình chưong trình điều khiên

Chương trình điều khiên cầnđáp ứng được các yêu cầu và TSKT đã đềra ở đầu chương, đê giao tiếp giữa người sừ dụng và thiết bị Phan code của chương trình điều khiên có trong phần Phụ lục II của klióa luận.

3.4.1 Công cụ phát triển phần mềm

- Chương trình điều khiên đượcviết bằng Phan mềm CodeVisionAVR, là môi trường phát triên tích hợp phan mềmchovi điều klũên ATMELAVR, được sừ dụng đêviết và nạp chương trình cho ICdòng ATMEGA.

- Ngôn ngữ lập trình được sử dụng đê viết chương trình điều khiên cho thiết bị củaGVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG khóa luận là ngôn ngữ c - ngôn ngữ đa năng và mạnh mẽ được phát triên bời Microsoft và hiện đang rất phô biếntrên thị trường.

3.4.2 Lưu đồ hoạt động của phần mềm

Liru đồ hoạt động cùaphần mềm có quy trình như hình3.23:

Hình 3.23 Lưu đồ hoạt động phần mềỉn

Qua quá trình khảo sát các thiết bị KGCS nhập khẩu, chúng tôi lựa chọn ứng dụng hai phương pháp kéo là kéo ngắt quãng (hình 3.24) vàkéo liêntục (hình 3.25).

Trong hình 3.24, lực kéo là lực nền được đặt bangtay, trong đó:

- TO : thời giankéo lêntừ lúc bắt đầu cho đen khi bằng lực kéo

- T1 : thời gian giữ lực kéo

- T2 : thời gian giữ lực nền

- T3 : thời gianxả khi kết thúc

Nhir vậy, tông thời gian kéo một liệu trìnhkéo (T) được tínhbang công thức:

Hình 3.24 Biêu đô kéo ngắt quàng

Khikhời động, thiết bị sẽ được nạp chương trình mặc định là p 1, chương trình này là chương trình ngắtquãngvà người dùngsẽ thao tác trênphím nhấn đê chọn các thông số điều trịnhư:

Trong hình 3.25, lực kéo là được đặt bằngtay, trong đó:

- TO : thời giankéo lên ừr lúc bắtđầu cho đến khi bằng lực kéo

- T12 : thời gian giữ lực kéo

- T3 : thời gianxã khi kết thúc

Như vậy, tông thờigian kéo một liệu trìnhkéo (T) được tínhbang công thức:

Khikhời động, thiết bị sẽ được nạp chương trình mặc định là P2, chương trình này là chương trình liên tục và người dùng sẽ thao tác trên phím nhãn đê chọn các thông số điều trị như:

Hình 3.25 Biêu đôkéo ỉiên tục

Chương trìnli điềukhiên ờ che độ ngắt quãng cùa thiết bị được chia thành bagiai đoạn nhưhình 3.26: giai đoạn điềutrị, giai đoạn xảvà kếtthúc.

Giai đoạn A Giai doạn B Giai đoạn c

Hình 3.26 Ba giai đoạn cùa chương trình điêu khiên

- Giaiđoạnkéo và giai đoạn điều trị(Giai đoạn A, B): Bao gồmcácbước kéo, thời gian kéo và thời gian nghi Lực kéođặtchomỗi bước kéo Lưuđo hoạt độngcủachương trình như hình 3.27:

Hình 3.27 Lưu đồ trạng thái chương trình giai đoạn kéo và điều trị

Mô tả lưu đồ trạng thái chương trình giai đoạn kéo lên và điều trị DC làtín hiệu điều khiên độngcơ, N là số bước kéo lên, Fđ là lực đo được bời cảm biến lực, Fn là lực nền do người dùng đặt, Fk là lực kéo do ngirời dùng đặt, Tk là thờigian đặt ghì lực kéo, Tn là thời gian đặt ghì lực nền, Tg là thời gian giữmặc địnli là 10s.

-Giai đoạn giảm (giai đoạnC): Kill thời giancòn lạibang với tông số bước giảm nliân với thời giangiảm được đặttrong cấuhình chương trình thì quá trình giảm xây ra, giai đoạn giảm giúp cho cơ thê hồi phục dần trạng thái ban đầu Với Tout là thời gian điều trị, N là số bước giảm, Tg là thời gian giảm, Fk cập nhật sau mỗi trạng thái (hình 3.28).

Hình 3.28 Lưu đồ trạng thái điều khiêngiai đoạn c

3.4.5 Chương trình tự động kiêm soát lực

Chương trìnhcó nhiệm vụ tự độngkiêm soát lực, khi lực đo vượt quá lực đặt hệ thống điều kliiên động cơ nhả dây, ngược lại hệ thống sẽ nhả dây cho đen khi lực được cân bang nliư hni đồ trong hình 3.29.

Hình 3.29 Lưu đô thuật toán kiêm soát Jực

Yêu cầu của thuật toán kiêm soát lực là động cơ phải điềuchinh được tốcđộ quay thích hợp và việc đọc lực kéophải thường xuyên và liêntục trong suốtquá trìnhthiết bịđang hoạt động, tầnsố đo lực là 5 ms/lần đo.

3.4.6 Chương trình kiêm soát an toàn

Trên khối thiết bị có một giắc hai chân (giac P4) sử dụng đê nối với công tắc an toàn (hình 3.30), mục đích công tắc nàyđê đảm bão thiết bị luôn trong trạng thái sẵn sàng ngắtkhân cap kill xảyra sự cố cho người dùng và bệnhnhân Trong quá trình điều trị, nếu hệ thống lỗi người sửdụng cóthênhấn nút khàn cấp (trên tay cầm an toàn màu xanh

- hình 3.31) đêhệ thốngngắt kết nối với chương trình điềukhiên và chuyên motor sang trạng thái nhả dây vàphát còi báo động trênthiết bị đê thông báo thiết bị đang ờ trạng thái bị lỗi.

Hình 3.30 Sơ đồ mạch nổi với công tấc an toàn

Hình 3.3 J Công tấcan toàn cầm tay

Hoàn thiện thiết bị và tiến hành đo kiêm kết quả

3.5.1 Hình ảnh thiết bị KGCS (hình 3.32)

Thiết bị KGCS hoànchinhbao gồm: 01 máy chính, 01 dây công tắc an toàn, 01 dây cáp nguồn.

3.5.2 Hình ảnh thiết bị đo lực

Thiết bị KGCS được đo bằng thiết bị đo lực Force Gauge FG-5100 của hãng Lutron, có tải trọng tối đa là 100 kg Thiết bị sử dụng cảm biến lực chữ z và có chức năng hiển thị lực, giúp đo lường độ lực tác động lên vật thể một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 3.33 Thiết bịđo ỉực Force GaugeFG-5100

Thiết bị được đặt cố định trên bàn đo và cố định bang các ốc víttay nam, đau dâykéo được giữ vào cảm biến lực chữ z của thiết bị đo Force Gauge FG-5100.

Chúng tôi thực hiện đo kiêm lực kéo lần lượt ờ các số kg thê hiệnờ băng3.1 và kếtquà đo cho sai số ±5%.

Being 3.J Thông sốđo ỉực kẻo bằng máy đo ỉực Force Gauge FG-5100

Lầnđo Lực đo FG-5100 (kg) Lực đo trênthiết bị (kg)

Thông quachươngnày, khóaluận đã trình bày thiết kế sơđồkhốitôngthê của hệ thống: kliốiđiều khiển trung tâm, khối nguồn, kliối điều khiên truyền động, khối động cơ, khối hiênthị, khối đo lực; cũng như các hru đồ thuật toán điều khiển và kiêm soát lực kéo Khóa luận đã thiết kế được một thiết bị KGCS hoàn thiện theo nhiệm vụ đã đặt ravà được đo đạc bang máy đo lực kéo.

CHƯƠNG 4: KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẺN 4.1 Ket luận

Trong quá trình thực hiện khóa luận, nhóm nghiên cứu đã phải đối mặt với áp lực từ sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực thiết bị VLTL và KGCS trong nước và quốc tế Mặc dù thiết bị KGCS chế tạo vẫn còn những hạn chế, nhưng nhờ nỗ lực không ngừng, nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện khóa luận với sản phẩm thiết bị KGCS đạt yêu cầu.

Chương trình điều khiên cùa thiết bị chạy ôn định, kliông gặp bất kỳ sự cố nào trong quátrình hoạt động.

Thiết bị KGCS của khóa luận sử dụngcác phụ kiện, linh kiện sẵn có ờ ViệtNam, chức năng tương đươngnhư thiết bị nhập khâu, chi phí của thiết bị thấp hơn rất nhiều lần so với mộtthiếtbị nhập khâu.

Dựa trên các kết quả đã đạt được của khóa luận, chúng tôi mong muốn tiếp tục phát triên đê hoàn thiện thiết bị KGCS, có thêứng dụngvào trong trị liệu. Đặtnềnmóngchocác đetài nghiên cím sản xuất thiết bị KGCS trong nước, hướng đenlàmchủ công nghệ đê chếtạo thiết bị dựa trênnguồnvậttư, linh kiện có sẵn tại Việt Nam Với mục tiêu giảmgiá thành củasản phâm, đê cóthêcạnhtranhđược với các thiết bị KGCS nliập khâu, giúp cho mọicơ sờ điều trịVLTL đều có klià năng trang bị được.

Sử dụng động cơ chuyên động không chòi than đê tăng mức độ mịn khi kéo cho thiết bị, tăng tuôi thọ của thiết bị, killing cơ kill sử dụng chất liệu có độ ben cao hơn. Tích hợp các khối hệ thống điệnthành một khối duy nhất nhằm giảm nguy cơ hư hòng của thiết bị Tông hợp nhiều số liệu chì địnhcùa bác sĩ về bệnh đau cột sống, đê tạo ra mộtbộ phác đồ điều trị chuân cho thiết bị thích hợpvới thê chất người Việt Nam.

[1] M H Cameron, Elsevier “Physical AgentsinRehabilitation: From Research to Practice”, 4th Edition, Portland, 2013.

[2] J Cyriax, "Textbook ofOrthopedic Medicine",Vol I, Diagnoisi of Soft Tissue Lesions, London, BailliereTindall, 1982.

[3] A Nachemsonand J Moms, "Invivo measurementsofintradiscal pressure”,

[4] , G Lind, “Treatment of Low Back Pain and Sciatica”, Thesis Univ, of Linkoping, 1974.

[5] A Ljunggren et al “Autotraction versus Manual Traction in Patients with Prolapsed Lumbar Discs”, RehabilitationMed, 1984.

[6] R Gillstrom et al “Computed tomography examination ofthe influence of autotractionon herniation ofthe lumbardisc”, Arch Ortho and Trauma Surg, Vol 104, No.5, Dec.1985.

[7] H Sauders and R Saunders “Evaluation, Treatment and Prevention of MusculoskeletalDisorders”, MN: Education Opportunities,Bloomington, 1993.

[8] R Cailiet, “Low Back Pain Syndrome”, Philadelphia: F.A Davis Company, 1988.

[9] T Luigi and Alessandra Merlo,“Autotractionversus passive traction: An open controlled study lumbar disc herniation”, Arch Phys Rehabil, 1993.

[10] Prof Pamela K Levangie et al, “Joint Structure & function: A Comprehensive Analysis”, Fourth Editor, chap.4 The Vertebral Column, 2005.

II] A Nachemson and J Morris, “Invivo measurements of intradiscalpressure”,

[12] Ho Hữu Lương Dau that lưng và thoát vị đĩa đệm NXB Y học Hà Nội, 2012.

[13] Học viện Quân Y, Vật lý trịliệu vàphục hồi chức năng NXB Quânđội nhân dân, Hà Nội, 2014.

[14] Vũ Công Lập và cộng sự, Các tác nhân thường dùng trong vật lý trị liệu, NXB Y học, 2005.

[15] Lee and Evans, “Loads in the lumbar spine during traction therapy”, Australian Journalof Physiotherapy, Vol 47, 2001.

[16] Tran Phương Phương và Tran Trà My, “Giải phẫu cột sống”, Internet:

, 2015. https://www.dieutri.vn/giaiphaunguoi/giai-phau-cot-song

[17] Phạm Thị Mai, “Cấu tạo giải phẫu sinh lý cột sống cô” Internet:

, 2019. https://suckhoeloisong.vn/news/view/cau-tao-giai-phau-sinli-ly-cot-song-co-r

[18] Joseph H McMordie; Vibhu Krishnan Viswanathan; Christopher c Gillis,

“Cervical Spine Fractures Overview”, Internet: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK448129/, lastupdate: April 3, 2023.

[19] Mai Trang Dũng, “Kéo giãn cộtsống” Internet: vat-ly-tri-lieu/co-hoc/keo-gian-cot-song.html, post on 21/06/2022. https://www.dieutridau.com/

[20] Mai Trang Dũng, “Phương pháp kéo giãn cột sống cô” Internet:

, poston 05/10/2023. https://www.dieutridau.com/vat-ly-tri-lieu/co-hoc/phuong-phap-keo-gian-cot-song- co.html

[21] Mai Trang Dũng, “Phương pháp kéo giãn cột song that lưng”, Internet:

, post on 02/10/2023. https://www.dieutridau.com/vat-ly-tri-lieu/co-hoc/phuong-phap-keo-gian-cot-song- that-lung.html

[22] Judy A Clarke; Maurits van Tulder; Stefan Blomberg; Henrica DeVet; Geert J.M.G van derHeijden;Gert Bronfort andLexBouter, “Traction forlow-back pain with or without sciatica”, 2007.

PHỤ LỤC I: BẢN VẺ CHI TIẾT MẠCH ĐIÈƯ KHIẺN TRUNG TÂM

^Ịhn^^M^^mỊ-LLílỊlỉlllỊ-lll^ỊLỈlllỉỊ-lLl^^llll^llLiO - 11,11

GVHD: ThS ĐỏKHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG

PHỤ LỤC II: CODE CHƯƠNG TRÌNH ĐIÊU KHIẺN

// chuông trinh nap IC ATMEGA16 - BÀN PHÍM

//#define close PINC.4 unsigned int tql.tq2.tq3.tq4.tq5.tq6.tq7; unsigned chartime, 1c,pro,lctg,weighttg,timetg,protg,force,biendem9,forcetg; unsigned int PCLK1 ,PDT 1,status1,tangchi,giamchl,status 10,weight; unsigned int timebandaujik,force 111,force112; unsigned char forcebyteO,forcebyteOL,forcebyteOH,forcebyteOLtg,forcebyteOHtg; unsigned char speed,speedtg,dd,demset,demsettg,dong,mo,motg; unsigned char biendeml ,biendem2,biendem3,biendem4,biendem5,biendem6; void USART_Transmit(unsigned char dkl) while (!(UCSRA &( 1ôUDRE))); //doi bo dem truyen rong

UDR = dkl; t voidquetbanphim(unsignedint dlay)

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG í if(program== 1) tq 1 =2; if ((program=0)&&(tql>l)) tql++; if (tql>dlay) tql=O; demset= 1; if (nutweight= 1) tq2=2; if ((nutweight=0)&&(tq2>l)) tq2++; if(tq2>dlay) tq2=0; demset=2; if (nuttime=l) tq3=2; if ((nuttime=0)&&(tq3>l)) tq3++; if(tq3>dlay) tq3=0; demset=3; if (nutforce=l) tq4=2; if((nutforce=0)&&(tq4>l)) tq4++; if(tq4>dlay) if (nutspeed==l) tq5=2; if((nutspeed=0)&&(tq5>l)) tq5++; if(tq5>dlay) tq5=0;

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN- T.T.M.NHUNG demset=6; quetbanphim(lO); force 1 = PINB; fore e=( fore e 1+2 )/4;

// get datatest force if((csO=O)&&(csl=l)) forcebytel= PINB; if((csO=l)&&(csl=l)) forcebyte2= PINB;

// forcebyte25; forcebyte 1H =forcebyte1 ằ4; forcebyte IL = forcebyte1 & OxOF; forcebyte2H = forcebyte2 ằ4; forcebyte2L= forcebyte2 & OxOF; if ((forcebyte 1L>forcebyte1 Ltg)| Kforcebyte 1Ldatatg)||(data100) luckeo-H-; bieni=0;

/* biendem++; if (biendem>1000) bieni++; biendem=0; if(bieni>100) luckeo—; bieni=0;

GVHD: Ths Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN- T.T.M.NHUNG

// chuông trinh nap IC ATMEGA 16 - ĐO Lực

Variable declarations include PORTD.6 as output, unsigned integers for various purposes (tq, dem, kiemtra, load, abc, i), and unsigned long integers (value, value1, value Itg) Additional unsigned integers (demi, fore, foretg, foredv, forec) and unsigned ints (td, demtime) are also declared The outpulse() function loops until inload equals 1, and another loop iterates while dem is less than 25.

GVHD: ThS Đỏ KHOA BÌNH SVTH: N.V.MẬN - T.T.M.NHUNG if(inl=l)

{ outload = 1; tq=l; if((inl=O)&&(tq=D) outload=0; tq=O; if(demvalue 1 tg) 11 (value 1

Tiêu đề	Thiết Bị Kéo Giãn Cột Sống Ứng Dụng Trong Vật Lý Trị Liệu
Tác giả	Nguyễn Văn Mận, Trần Thị Mỹ Nhung
Người hướng dẫn	ThS. Đỗ Khoa Bình
Trường học	Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Y Sinh
Thể loại	Khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp.HCM

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	3,84 MB