Các nghiên cứu trong nước và thế giới đã chứng minh được việc kéo giãn cột sống bằng thiết bị kéo cột sống điều khiển tự động mang lại hiệu quả trị liệu các bệnh liên quan đến cột sống..
TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP
Sơ lược về lịch sử phát triển của phương pháp
Kéo giãn cột sống là việc tác động lực cơ học lên toàn cơ thể hoặc từng bộ phận để làm giãn cách hoặc cố làm giãn cách các khớp, các không gian đĩa đệm hoặc các mô mềm và giãn hệ cơ cột sống Kéo giãn có thể được thực hiện bằng tay hoặc sử dụng chính trọng lượng cơ thể Mặc dù có thể áp dụng với các khớp chi, nhưng ứng dụng chủ yếu của thiết bị kéo được thực hiện với các đốt sống lưng, thắt lưng, ngực và đốt sống cổ
Kéo giãn cột sống là một trong những phương pháp trị liệu kinh điển có từ lâu khoảng giữa thế kỷ XVII Năm 1862, Edwin Smith là một người Ai cập đã sử dụng phương pháp kéo giãn cột sống bằng tay với mục đích điều chỉnh vẹo cột sống và biến dạng cột sống do còi xương Năm 1933, W Gayle Cruchfield (1900-1972) lần đầu tiên giới thiệu một dụng cụ kéo giãn cột sống cổ với mục đích để khôi phục lại vị trí bình thường cho cột sống
Vào khoảng những năm 1950 – 1960 kéo giãn cột sống được đề xuất bởi nhà vật lý trị liệu James Cyriax dùng điều trị lưng và chi Các nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng cho thấy việc kéo giãn cột sống có hiệu quả tốt hơn trị liệu hồng ngoại, nhiệt trị liệu [1] Theo nghiên cứu của nhà vật lý trị liệu Cyriax [2] cho thấy hiệu quả của liệu pháp kéo giãn là làm tăng không gian giữa các đốt sống, phục hồi khớp, trượt khớp
Một nghiên cứu của Worden and Humphrey [3] năm 1964, kéo giãn cột sống là cách gây ra sự phân tách các đốt sống thì có thể một lực phù hợp sẽ làm gia tăng chiều cao của cơ thể Với đối tượng nghiên cứu sức khỏe tốt lực kéo tối đa 59.9kg, thực hiện 15 lần trong 22 ngày, bệnh nhân được chỉ định nằm ngửa trên bàn trượt, lực kéo được tạo ra bằng cách giữ cằm và ngực, kéo vùng xương chậu thông qua hệ thống đai kéo, lực kéo được điều chỉnh 60 phút, 10 phút kéo liên tục 1-3 phút nghỉ, kết quả cho thấy chiều cao đốt sống tăng từ 8-11,5mm
Năm 1974, bác sĩ Lind [4] đề xuất một phương pháp điều trị mới được gọi là kéo giãn tự động trong điều trị đau thắt lưng và đau thần kinh hông to, nghiên cứu này cho thấy được hiệu quả của kéo giãn cột sống là làm giảm tỷ lệ bệnh nhân phải phẫu thuật Một nghiên cứu khác cũng cho thấy hiệu quả của kéo giãn cột sống, 25% bệnh nhân tránh sự can thiệp của phẫu thuật [5]
Năm 1976, trường đại học Sister Kenny xuất bản cuốn “Chương trình điều trị kéo giãn cột sống thắng lưng bằng trọng lực”, kéo giãn cột sống có kiểm soát lực kéo và đảm bảo tính an toàn khi kéo Theo nhóm nghiên cứu Weber H, Ljunggren E, Walker L cho thấy việc sử dụng phương pháp kéo giãn bằng trọng lượng cơ thể và kéo giãn bằng tay mang lại hiệu quả giúp làm giảm được 25% bệnh nhân phải phẫu thuật thoát vị đĩa đệm cột sống thắt lưng[5]
Năm 1985, Gillstrom R, Ericson K, Hindmarsh T thuộc bệnh viện Karolinska, Stockhom, Thụy Điển [6] thực hiện đánh giá 25 bệnh nhân thoát vị đĩa đệm có chụp cắt lớp (CT scanner) đã chứng minh được có sự thay đổi đĩa đệm thoát vị trên hình ảnh trước và sau khi kéo giãn cột sống, bên cạnh đó còn làm giảm các triệu chứng lâm sàng Năm 1993, Sauders HD, Saunders R [7] đánh giá được hiệu quả của việc kéo giãn cột sống là làm nới rộng các khoang đốt sống, điều trị tật ưỡn lưng [8]
Năm 1993, Luigi Tesio và Alessandra Merlo [9] đã nghiên cứu cho thấy khi thực hiện kéo giãn cột sống thắt lưng sử dụng bàn kéo điều khiển lực đối với bệnh nhân bị đau lưng do thoát vị đĩa đệm sau 3 tháng điều trị, kết quả 19 trên 30 bệnh nhân đáp ứng, cường độ cơn đau lưng giảm
Nghiên cứu lâm sàng tại trường đại học Sister Kenny năm 1987 về kỹ thuật kéo giãn cột sống đã mở ra một loạt các nghiên cứu về lợi ích của phương pháp kéo giãn cột sống trong điều trị các bệnh về cột sống Công trình đã chứng minh được lợi ích của phương pháp kéo giãn cột sống là làm giảm chèn ép rễ thần kinh, giảm thể tích thoát vị đĩa đệm, giảm lệch vẹo cột sống, giảm đau và phục hồi chức năng vận động cột sống
Năm 1967, Giáo sư tiến sĩ Hồ Hữu Lương đã tạo ra giường kéo giãn cột sống đa năng kết hợp với nồi xông tại khoa thần kinh Viện Quân y 4 Sau nhiều phiên bản cải tiến vào năm 1970 và 1988 Năm 1991, phiên bản giường kéo giáo sư tiến sĩ Hồ Hữu Lương được cải tiến để đạt hiệu quả trong trị liệu để kéo giãn cột sống thắt lưng, cột sống cổ và cột sống lưng
Bệnh đau thắt lưng và thoát vị đĩa đệm được bác sĩ Hồ Hữu Lương áp dụng điều trị nội khoa bằng nhiều phương pháp như các nhiệt trị liệu, quang trị liệu, xoa bóp bấm nguyệt… trong số đó có phương pháp kéo giãn cột sống [12] được tác giả dành một chương để đề cập đến, chứng tỏ hiệu quả trị liệu của phương pháp này trong bệnh đau thắt lưng và thoát vị địa đệm
Về mặt thiết bị, trên thế giới có nhiều dòng sản phẩm thiết bị kéo cột sống ra đời, đa dạng về chủng loại, với công nghệ hiện đại, tuy nhiên giá thành của các thiết bị kéo giãn cột sống ngoại nhập khá cao từ vài trăm triệu đến hàng tỷ đồng, nhiều cơ sở điều trị vật lý trị liệu trong nước không đủ kinh phí để đầu tư mua sắm thiết bị kéo giãn cột sống của nước ngoài do giá thành cao hoặc việc sữa chữa thay thế kiện gặp nhiều khó khăn khi hỏng hóc Trong khi đó, tại Việt Nam có khá nhiều thiết bị kéo giãn cột sống tự chế chưa đạt hiệu quả và hay hỏng hóc
Nắm được hiệu quả trị liệu bằng phương pháp kéo giãn cột sống và các hạn chế của thiết bị ngoại nhập, luận văn xây dựng một thiết bị đầu kéo cột sống có thể đáp ứng các tiêu chí giá thành sản phẩm rẻ hơn so với thiết bị kéo cột sống ngoại nhập, linh kiện dễ thay thế và sữa chữa, chương trình điều khiển đơn giản dễ sử dụng, có thể thay đổi tùy vào thực tiễn và đạt hiệu quả trong điều trị Chính vì vậy, tôi xin chọn tên luận văn:
“THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐẦU KÉO CỘT SỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG”
Nhiệm vụ luận văn
Nhiệm vụ chính của luận văn thiết kế chế tạo thiết bị đầu kéo cột sống bao gồm:
- Thiết kế tổng thể hệ thống
- Thiết kế cơ khí hệ thống
- Thiết kế hệ thống điều khiển trung tâm - Thiết kế mạch điều khiển giao tiếp và chuyển động
- Thiết kế chương trình và giao điện điều khiển.
Bố cục luận văn
Chương 1 giới thiệu tổng quan lịch sử, các nghiên cứu của phương pháp kéo giãn cột sống, lý do chọn luận văn và nhiệm vụ chính và cấu trúc của luận văn
Chương 2 trình bày giải phẫu và chức năng cột sống, bệnh liên quan đến cột sống, tác dụng của phương pháp kéo giãn cột sống, chỉ định và chống chỉ định, trình bày 4 quy tắc cơ bản áp dụng trong phương pháp, các phương pháp kéo giãn cột sống
Chương 3 thực hiện nhiệm vụ chính của luận văn gồm khảo sát một số thiết bị kéo cột sống trên thị trường, áp dụng các nguyên lý và phương pháp kéo cột sống luận văn thiết kế phần cứng và phần mềm thiết bị
Chương 4 thực hiện việc đo kiểm các thông số của thiết bị khi hoàn thiện, thử nghiệm lâm sàng, đánh giá sơ bộ kết quả điều trị tại Viện Vật lý y sinh học
Chương 5 kết luận và hướng phát triển của luận văn.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giải phẫu và chức năng cột sống
Đặc điểm giải phẫu cột sống 2.1.1.
Cột sống là nhiều đốt xương nối liền nhau, kéo dài, uốn hơi cong nhẹ hình chữ S từ xương chẩm đến xương cụt Cột sống bao gồm 33 đốt sống [10][16][17][18] Cột sống được chi thành 5 phần
- Đoạn cột sống cổ bao gồm 7 đốt sống từ C1 đến C7, đốt sống cong ra phía trước, dễ bị tổn thương do di chuyển nhiều, thông thường các đốt sống chuyển tiếp C5 – C6, các mỏm khớp hơi nghiêng dễ gây sai khớp đốt sống
- Đoạn cột sống lưng bao gồm 12 đốt sống từ T1 đến T12, cột sống thắt lưng cong nhẹ ra phía sau, đoạn đốt sống từ T2 đến T10 di động tương đối ít nên bền vững, đoạn đốt sống T11 và T12 và cột sống thắt lưng di chuyển được mọi hướng nên dễ gây sai lệch do chấn thương
- Đoạn cột sống thắt lưng bao gồm 5 đốt sống từ L1 đến L5, cong nhẹ ra phía trước, di động nhiều Do vậy đây là đoạn cột sống dễ bị tổn thương nhất
- Đoạn cột sống cùng bao gồm có 5 đốt sống S1 đến S5 cong ra phía sau Đoạn cột sống cùng dính chung với đoạn cụt thành một khối không có các đĩa đệm giữa các đốt sống
- Đoạn sống cụt bao gồm từ 3 đến 5 đốt sống
Hình 2.1 Cấu trúc cột sống
Trong quá trình phát triển và trưởng thành, đoạn cột sống lưng và cột sống cụt giữ lại nguyên mẫu như lúc sinh ra được gọi là cột sống chính, cột sống cổ và cột sống thắt lưng thay đổi khi trưởng thành [10] Đoạn vận động cột sống 2.1.2.
- Chia cột sống thành nhiều đoạn theo chức năng: đoạn lưng, đoạn thắt lưng và đoạn cùng cụt Trong từng đoạn cột sống lại có các đơn vị chức năng gọi là đoạn vận động
- Đoạn vận động là một đơn vị cấu trúc và chức năng của cột sống, bao gồm: khoang gian đốt, nửa phần thân đốt sống trên và đốt sống dưới, dây chằng dọc trước, dây chằng dọc sau, dây chằng vàng, khớp đốt sống và tất cả phần mềm tương ứng
Hình 2.2 Đoạn vận động cột sống – trích dieutridau.com
- Đĩa đệm gian đốt là thành phần cơ bản của đoạn vận động, đĩa đệm có hình thấu kính, hai mặt lồi, bao gồm nhân nhầy ở giữa, bọc quanh nhân nhầy là vòng sợi và mâm sụn [12] Nhân nhầy được cấu tạo bởi một lưới liên kết gồm các sợi mềm ép chặt vào nhau, khi vận động thì nhân nhầy sẽ chuyển dịch về phía trước đối diện chiều vận động, nếu vận động cột sống đột ngột, quá mức thì nhân nhày không kịp dịch chuyển về theo sẽ bị kẹt lại hoặc bật ra khỏi vị trí của nó trong vòng sụn gây nên thoát vị đĩa đệm Vòng sợi bao gồm những sợi sụn rất đàn hồi chắc và đan ngược lấy nhau theo kiểu xoáy ốc, xếp thành từng lớp đồng tâm và gắn chặt vào mâm sụn Mâm sụn bao phủ phần trung tâm của mặt trên và dưới của thân đốt sống, phía trước và hai bên được vành xương ngoại vi vây quanh, phía sau trải ra mép của thân đốt sống Cột sống người có 23 đĩa đệm, giữa đốt sống cổ một và cổ hai, giữa các đốt xương cùng, giữa các đốt xương cụt không có đĩa đệm
- Khớp đốt sống do các mỏm khớp thẳng của các đốt sống tiếp khớp với nhau
- Các dây chằng: dây chằng dọc trước bám ở mặt trước các đốt sống và đĩa đệm, dây chằng dọc sau bám vào mặt sau thân đốt và đĩa đệm, ngoài ra còn các dây chằng vàng, dây chằng liên gai, dây chằng liên ngang Vị trí có dây chằng bám là những vị trí rất vững chắc ít khi nhân nhày thoát vị ra các vị trí này, mà thường thoát vị ra các điểm yếu không có dây chằng bám, vị trí hay gặp là ở phía sau bên cột sống
- Lỗ ghép: tạo bởi khuyết của đốt sống trên và khuyết trên của đốt sống dưới, lỗ ghép cho các dây thần kinh sống đi từ tủy sống ra ngoài, khi cột sống bị thoái hóa hay thoát vị đĩa đệm các rễ hay dây thần kinh sống sẽ bị chèn ép gây đau
Chức năng của cột sống 2.1.3. Ở người trưởng thành, cột sống có 4 đoạn cong là cổ, lưng, thắt lưng và cùng cụt, các đoạn cong này đảm bảo cho cột sống vận động rất linh hoạt
- Chức năng bảo vệ tủy sống: khi chấn thương hay tổn thương cột sống sẽ ảnh hưởng đến tủy sống
- Chức năng làm trụ cột cho các xương khác dính vào tạo nên bộ khung xương của cơ thể Do làm trụ cột nên cột sống phải chịu một trọng tải rất lớn cả lúc nghỉ ngơi lẫn khi hoạt động, trọng tải này lại do đĩa đệm chịu đựng Vì vậy, đĩa đệm là một tổ chức có tính đàn hồi và khả năng chịu lực cao, tuy nhiên, khả năng biến dạng và tính chịu áp lực nén cũng chỉ có giới hạn
Hình 2.3 Dạng chuyển động của đoạn vận động cột sống
Theo Nachemson [3] đã đo áp lực nội đĩa đệm khoang gian đốt L3 - L4 ở các tư thế như sau:
Bảng 2.1 Áp lực nội đĩa đệm gian đốt sống L3 – L4
+ Sự vận động của cột sống theo 3 trục: trục ngang thực hiện động tác gấp và duỗi, trục dọc thực hiện động tác nghiêng trái, nghiêng phải, trục đứng thực hiện động tác xoay trái xoay phải
+ Cử động của các đoạn cột sống: đoạn cổ vận động linh hoạt nhất, đoạn lưng có các xương sườn bám vào nên cử động rất hạn chế, đoạn thắt lưng chủ yếu là động tác gấp duỗi, động tác nghiêng và xoay hạn chế và là đoạn chịu lực chính của toàn bộ cột sống, đoạn cùng cụt cố định không cử động.
Các bệnh liên quan đến cột sống
Có nhiều bệnh liên quan đến cột sống, chúng tôi chỉ đề cập một số bệnh thường xảy ra trong đại đa số dân cư Bệnh đau thắt lưng: là loại bệnh phổ biến trong dân cư, 82% các trường hợp đau thắt lưng là do thoát vị đĩa đệm cột sống thắt lưng [12]
- Thoát vị đĩa đệm thắt lưng là tình trạng nhân nhầy đĩa đệm cột sống thoát ra khỏi vị trí bình thường trong vòng sợi chèn ép vào ống sống hay các rễ thần kinh sống
Về giải phẫu bệnh có sự đứt rách vòng sợi, về lâm sàng gây nên hội chứng thắt lưng hông điển hình Hầu hết các trường hợp thì bệnh đĩa đệm xảy đến như là một kết quả của sự lão hóa và thoái hóa xảy ra trong đĩa đệm Trong một số trường hợp khác, chấn thương nặng có thể gây ra đĩa đệm bị thoát vị Chấn thương cũng có thể khiến tình trạng bệnh thoát vị đĩa đệm xấu đi [19]
Hình 2.4 Thoát vị đĩa đệm – trích [21]
- Các yếu tố liên quan đến thoát vị đĩa đệm thắt lưng: độ tuổi, giới tính, nghề nghiệp, vị trí thoát vị [12]:
+ Về độ rất hiếm gặp ở trẻ em dưới 15 tuổi và người trên 60 tuổi
+ Về giới tính xảy ra ở nam giới nhiều hơn
+ Về nghề nghiệp thì sự khác biệt giữa lao động chân tay nhẹ và hành chính sự nghiệp tương đương nhau
+ Về vị trí thoát vị đĩa đệm: chủ yếu xảy ra ở hai đĩa đệm cuối L4 và L5, các đĩa đệm khác ít gặp hơn
- Các phương pháp điều trị thoát vị đĩa đệm:
+ Phương pháp điều trị phẫu thuật mang lại hiệu quả tuy nhiên tốn chi phí và xảy ra các biến chứng lâu dài
+ Phương pháp không phẫu thuật sử dụng thuốc và vật lý trị liệu Phương pháp vật lý trị liệu sử dụng các tác nhân vật lý [13] để làm giảm thoát vị như sử dụng tác nhân nhiệt, điện, quang, cơ học trong đó có tác nhân cơ học góp phần để kéo giãn cột sống làm giảm áp đĩa đệm Do vậy phần tiếp theo sẽ đề cập đến tác dụng của kéo giãn cột sống.
Tác dụng của kéo giãn cột sống
- Làm giảm áp lực nội đĩa đệm [19][20], dưới tác dụng của lực kéo giãn dọc theo cột sống, hai thân đốt sống kế cận nhau sẽ tách xa nhau, làm tăng chiều cao khoang gian đốt sống, thể tích khoang đốt sống tăng làm giảm áp lực trong khoang đốt sống, giảm áp lực nội đĩa đệm mang lại hiệu quả
- Làm tăng thẩm thấu nuôi dưỡng đĩa đệm, giúp nhân nhày và đĩa đệm căng phồng trở lại, tăng dinh dưỡng cho đĩa đệm do đó làm giảm quá trình thoái hóa của đĩa đệm
- Giúp thu nhỏ thể tích đĩa đệm bị lồi hoặc thoát vị nếu khối thoát vị chưa bị xơ hóa, tuy nhiên nếu kéo với lực quá lớn, thời gian quá dài làm áp lực nội đĩa đệm giảm quá nhiều dẫn đến tăng thẩm thấu dịch vào đĩa đệm có thể gây phù nề đĩa đệm làm đau tăng
- Làm giãn cơ tích cực: trong bệnh lý đau cột sống, sự kích thích rễ thần kinh và đau làm co cứng phản xạ, sự co cứng có tác động trở lại làm cho đau càng trầm trọng hơn Kéo giãn cột sống trước tiên làm giãn cơ thụ động, giảm co cứng cơ, giảm đau, giảm lệch vẹo cột sống Tuy nhiên khi kéo tăng giảm lực quá nhanh có thể gây kích thích làm tăng co cứng cơ, do đó cần tăng giảm lực từ từ trong bệnh lý đau lưng nặng
- Giải phóng sự chèn ép rễ thần kinh: kéo giãn làm tăng kích thước lỗ tiếp hợp, giảm thể tích khối thoát vị, từ đó làm giảm kích thích rễ thần kinh và giảm đau
- Điều chỉnh sai lệch của khớp đốt sống và cột sống: trong thoát hóa hoặc thoát vị, thể tích đĩa đệm giảm, khoảng cách khoang gian đốt giảm làm di lệch diện khớp đốt sống Các kích thích đau gây co cứng cơ cũng gây lệch vẹo cột sống Sự di lệch này tuy nhỏ nhưng sẽ thúc đẩy quá trình thoái hóa khớp đốt sống và kích thích gây đau tăng lên Kéo giãn cột sống làm điều chỉnh di lệch , đặt lại vị trí khớp đốt sống, điều chỉnh tư thế lệch vẹo cột sống, giúp giảm đau, giảm tiến triển quá trình thoái hóa khớp đốt sống [13]
Kéo giãn cột sống mang lại kết quả rất khả quan [19]:
- Giảm hội chứng đau cột sống: do làm giãn cơ, giảm áp lực nội đĩa đệm làm tăng cường nuôi dưỡng đĩa đệm, giải phóng chèn ép rễ thần kinh, tăng nuôi dưỡng cục bộ
- Tăng vận động của đoạn cột sống bị hạn chế, khôi phục lại hình dáng giải phẫu bình thường của cột sống
- Tạo điều kiện thuận lợi cho đĩa đệm mới bị thoát vị ở mức độ nhẹ và vừa có thể trở lại vị trí cũ.
Chỉ định và chống chỉ định
Việc chỉ định phương pháp kéo giãn cột sống dựa trên tác dụng của phương pháp này, các chỉ định gồm:
- Thoái hóa đốt sống chèn ép rễ thần kinh gây đau lưng, đau thần kinh tọa, đau cổ vai cánh tay
- Thoát vị đĩa đệm vừa và nhẹ, sai khớp đốt sống nhẹ
- Hội chứng đau thắt lưng mạn tính - Hội chứng cong vẹo cột sống không do chấn thương
- Có tổn thương và chèn ép tủy, bệnh ống tủy - Hội chứng đau thắt lưng, đau cột sống cổ cấp tính
- Lao cột sống, u ác tính, viêm tấy áp xe vùng lưng
- Bệnh loãng xương, tăng huyết áp
- Chấn thương cột sống có gãy xương biến dạng
- Viêm đa khớp dạng thấp
- Phụ nữ có thai hoặc đang có kinh nguyệt - Hội chứng đuôi ngựa
- Thoái hóa cột sống, bệnh viêm cột sống
- Bệnh nhân suy tim, suy gan, suy thận nặng Để phát huy được các hiệu quả và tác dụng của việc kéo giãn cột sống, thì chúng ta phải đảm bảo phương pháp kéo theo một số quy luật cơ bản.
Các quy luật cơ bản trong liệu pháp kéo giãn cột sống
Một trong những trở ngại trong chế tạo sản xuất giường kéo tự động là khả năng đáp ứng các yêu cầu cao về các nguyên lý lý sinh cho các thiết bị điều trị kéo giãn cột sống Có 4 quy luật cơ bản trong phương pháp kéo giãn cột sống[14]
Quy tắc Arndt – Schulz – nguyên lý liều kích thích 2.5.1.
Quy tắc này nói rằng, liều kích thích yếu không có tác dụng, liều đủ mạnh sinh ra hiệu ứng kích thích, liều mạnh quá gây ra hiệu ứng kìm hãm, còn liều quá mạnh thậm chí có thể kết thúc sự sống Quy tắc này làm chúng ta hiểu rõ, muốn thành công trong vật lý trị liệu, bên cạnh việc chọn liệu trình điều trị và tác nhân đúng, việc xác định chính xác liều kích thích có vai trò quan trọng, nghĩa là phải chọn các tham số của các tác nhân vật lý thật hợp lý Một thí dụ tương đối đơn giản là sử dụng nhiệt liệu pháp Khi lượng nhiệt thích hợp, hiệu ứng là kích thích với tác dụng tăng cường tuần hoàn máu ngoại vi, nhiệt lượng nhiều quá khiến cho mạch máu bị giãn quá rộng và kết quả lại là ứ trệ tuần hoàn, còn nhiệt rất lớn lại sinh bỏng, chết tế bào (hoại tử)
Trong kéo giãn cột sống phải tuân thủ chặc chẽ quy tắc này, nếu kéo lực quá yếu sẽ không có tác dụng điều trị, nếu kéo lực quá mạnh sẽ gây ra đau nhiều hơn
Do vậy, để đạt được hiệu quả tốt nhất thì cần kéo một lực đủ mạnh để tạo hiệu quả điều trị tốt nhất
Quy tắc của Wilder về trạng thái ban đầu 2.5.2.
Wilder khẳng định: “Nếu sự kích thích của thần kinh thực vật hay sự hoạt động của cơ quan chịu sự chi phối của thần kinh thực vật càng mạnh thì khả năng kích thích với những liều gây kích thích càng ít và khả năng đáp ứng với những liều kìm hãm càng lớn”
Qua quy tắc này chúng ta sẽ hiểu rõ vì sao cùng một phương pháp, cùng một tác nhân mà có thể sinh ra những hiệu ứng ngược chiều nhau Lý do của điều này là trạng thái ban đầu của hệ là khác nhau, đối ngược nhau trong cùng một cơ quan
Lấy một ví dụ về việc sử dụng thuốc điều trị huyết áp cơ thể người, nếu huyết áp cao thì sử dụng thuốc hạ huyết áp mục đích là làm giảm huyết áp, tuy nhiên sẽ không thể sử dụng thuốc cùng loại để điều trị huyết áp thấp Do vậy, nếu trạng thái ban đầu là huyết áp cao thì hiệu ứng sẽ làm giảm huyết áp, ngược lại nếu trạng thái ban đầu là huyết áp thấp thì tác dụng của tác nhân vật lý là làm gia tăng huyết áp
Xu hướng tổng quan của vật lý trị liệu là bình thường hóa các hoạt động chức năng đang bị rối loạn của cơ thể
Chính từ quy tắc Wilder được áp dụng cho phương pháp kéo cột sống với hướng kéo làm giãn cột sống Các tác nhân nén cột sống không có tác dụng điều trị Tuy nhiên hoạt động kéo – nhả sẽ có hiệu tốt hơn chỉ kéo và giữ
Quy tắc về đặc trưng cá thể 2.5.3.
Một đặc điểm rất quan trọng trong vật lý trị liệu là những phản ứng mang đặc trưng độ nhạy cảm cá thể Mỗi cá thể có đặc tính rất riêng của riêng mình, và thậm chí ngay ở từng bệnh nhân phản ứng ở từng giai đoạn cũng có thể không giống nhau Cho nên, như đã nói ở trên, bên cạnh sự hiểu biết kiến thức khoa học, bên cạnh việc nắm vững phương pháp, trong vật lý trị liệu người ta rất hay đề cao độ nhạy cảm của bác sĩ và sự trao đổi thông tin thường xuyên giữa bác sĩ và bệnh nhân
Khi đi vào sử dụng các tác nhân cụ thể, cảm giác của bệnh nhân là một chỉ dẫn quan trọng cho điều trị Áp dụng quy tắc này vào thiết bị kéo cột sống, thiết bị phải thay đổi được các thông số như lực kéo, thời gian kéo trong một vùng khá rộng (với lực kéo tối đa là 90kg, thời gian điều trị lên đến 99 phút)
Các quy tắc về chuyển trạng thái
Gubanov (1978) đã mô tả ba dạng khả dĩ trong chuyển trạng thái của hệ sinh vật, bao gồm cả quá trình phản ứng của cơ thể đối với tác dụng của tác nhân vật lý Đáng chú ý là ba dạng đường cong này rất phù hợp với các tiến trình điều trị thường găp phải trong lâm sàng Trong hầu hết các sách giáo khoa hay chuyên luận về vật lý trị liệu, các tác giả cũng thường viết về các giai đoạn khủng hoảng hay các nghịch lý sinh ra do tác nhân vật lý Đấy chính là các hiện tượng liên quan đến xuất phát giả hay độ lệch dư Nắm được quy luật về chuyển trạng thái, bệnh nhân sẽ không còn hoang mang trong những diễn biến có tính thử thách như thế, đặc biệt là ở các trường hợp xuất phát giả
Quy tắc chuyển trạng thái được thiết bị kéo cột sống thể hiện bằng việc trong một chu trình kéo cần có những pha kéo xen lẫn các pha nhả Trong đó pha nhả thường có kéo dài khỏang 1-5 giây
Các quy tắc trên đòi hỏi các thiết bị điều trị phải có khả năng tự động điều chỉnh tham số theo thời gian ngay trong một lần điều trị và phù hợp với từng cá thể Chính vì vậy, yêu cầu về công nghệ - nhất là khả năng phối hợp liệu trình là khó khăn về công nghệ
Sau đây, xin giới thiệu một số phương pháp cơ bản trong kéo giãn cột sống để chúng ta có thể hiểu được hoạt động của một thiết bị kéo cột sống.
Phương pháp kéo giãn cột sống
Phương pháp lực kéo giãn liên tục 2.6.1.
Lực kéo giãn tác động liên tục và không thay đổi lên một vùng của cột sống trong suốt quá trình kéo Phương pháp này có nhược điểm khó xác định được lực kéo thích hợp, khó điều chỉnh lực kéo phù hợp đối với từng bệnh nhân, bệnh nhân khó đáp ứng trong điều trị Tuy nhiên, phương pháp này có một vài ưu điểm là thiết bị kéo đơn giản, rẻ tiền và dễ triển khai
Kéo bằng trọng lực cơ thể 2.6.1.1 Đây là phương pháp kéo giãn có từ thế kỷ XVII, sử dụng đai cố định ở nách, ngực hay đầu bệnh nhân, lực kéo chính là trọng lượng cơ thể Lực phân bố đều từ chỗ cố định trở xuống và mang tính định lượng tương đối, phụ thuộc vào khả năng chịu đựng và trọng lượng bệnh nhân Ưu đểm của phương pháp này là đơn giản rẻ tiền, được sử dụng ở những cơ sở không có thiết bị kéo hiện đại Nhược điểm của phương pháp không tập trung kéo vào vùng cần kéo, hiệu quả kéo thấp, bệnh nhân cảm thấy khó chịu, ma sát làm giảm lực kéo Khởi đầu nên để ở độ dốc 45 0 so với mặt sàn, tăng dần độ dốc sau các lần kéo, thời gian kéo ban đầu 10 phút, sau đó tăng dần lên tối đa 20 phút tùy theo khả năng chịu đựng của bệnh nhân [20]
Hình 2.5 Kéo giãn cột sống cổ bằng trọng lực cơ thể
Kéo giãn bằng lực đối trọng 2.6.1.2
Là phương pháp kéo giãn liên tục bằng trọng lực phần cột sống định kéo được nối với đai kéo và dây kéo rồi thông qua một hệ thống ròng rọc nối với hệ thống trọng lực là bao cát, túi nước hoặc quả tạ
- Kéo giãn cột sống cổ: tư thế ngồi kéo và tư thề nằm kéo Đối với phương pháp kéo cổ lực kéo phải đạt 10% trọng lượng cơ thể để thắng được áp lực khoang gian đốt sống, sau đó tăng dần lên tối đa 30% trọng lượng cơ thể, thời gian kéo khởi đầu là 10 phút sau đó tăng dần tối đa 20 phút a b.
Hình 2.6 Kéo giãn cột sống cổ bằng đối trọng tư thế ngồi (a) và nằm (b)
- Kéo giãn cột sống thắt lưng: Đặt bệnh nhân tư thế nằm trên giường, đai cố định ngang đốt sống L3 ôm lấy bờ sườn, đai kéo đặt ngang đốt sống L5 ôm lấy bờ trên xương chậu đai kéo được nối với dây kéo vắt qua hệ thống ròng rọc, túi nước hoặc bao cát, giường kéo tốt nhất được chia thành hai phần, phần cố định phía trên, phần trượt phía dưới di động để giảm ma sát Trọng lượng kéo khởi đầu là phải đạt 50% trọng lượng cơ thể bệnh nhân, sau đó tăng dần tối đa 80% trọng lượng cơ thể bệnh nhân, thời gian kéo ban đầu 10 phút sau đó tăng dần đến tối đa 20 phút [13]
Hình 2.7 Kéo giãn cột sống thắt lưng bằng đối trọng
Phương pháp kéo giãn dưới nước 2.6.1.3
Là phương pháp kéo liên tục kết hợp với thủy trị liệu, gồm một bể nước sâu 2m có thể dùng nước ấm giúp tăng cường giãn cơ giảm đau, kéo theo trục thẳng đứng được cố định bằng phao ở cổ hay nách, lực kéo bằng tạ móc và đai kéo thắt lưng
Phương pháp kéo ngắt quãng 2.6.2. Đây là phương pháp kéo hiện đại, lực kéo có thể thay đổi trong quá trình kéo để tránh gây mỏi cơ và căng thẳng kéo dài cho cột sống Phương pháp này khắc phục được các nhược điểm của phương pháp kéo liên tục, bệnh nhân cảm thấy dễ chịu hơn Có nhiều kiểu kéo ngắt quãng:
- Kéo ngắt quãng không lực nền: hay lực nền bằng 0, chế độ này làm cho sự thay đổi về lực kéo lớn có thể làm cho cột sống không đủ thời gian thích nghi
- Kéo ngắt quãng có lực nền: làm cho cột sống vừa có đủ thời gian nghỉ hợp lý vừa không bị thay đổi lực quá nhiều
Trong các thiết bị kéo giãn cột sống, sử dụng biểu đồ kéo ngắt quãng, khắc phục được phương pháp kéo liên tục, giúp bệnh nhân đáp ứng điều trị tốt hơn
Hình 2.8 Biểu đồ phương pháp kéo ngắt quãng
- T1: thời gian tăng lực - T2: thời gian kéo – giữ lực kéo - T3: thời gian giảm lực
- T4: thời gian giữ lực nền
Tùy vào từng loại bệnh mà đặt lực kéo và lực nền cho phù hợp [2], thông thường lực nền tối thiểu phải bằng 50% trọng lượng cơ thể bệnh nhân và lực kéo phải lớn hơn lực nền 5-10kg không vượt quá 80% cơ thể bệnh nhân [13] Thông thường lực kéo khởi đầu nên để 65% trọng lượng cơ thể bệnh nhân các lần kéo tiếp theo tăng dần lên 80% trọng lượng cơ thể áp dụng nguyên lý liều kích thích
Thời gian kéo duy trì lực kéo 30 - 40 giây, thời gian giữ lực nền 20-30 giây, tốc độ kéo nhanh chậm tùy thuộc vào tình trạng bệnh lý của bệnh nhân, nếu bệnh nhân đau nhiều cần tăng tốc độ kéo, ngược lại giảm tốc độ kéo Tổng thời gian kéo nên tăng dần, lần đầu khoảng 15 phút, lần tiếp theo tăng dần thời gian thêm 1 phút, thời gian kéo tối đa 20 phút cho một lần trị liệu
Sử dụng giường trượt để giảm ma sát giữa giường kéo và bệnh nhân Theo nghiên cứu của Lee và Evans [15]
Hình 2.9 Vị trí lực kéo tác động lên giường và xương chậu
Trong đó: Ftrac = lực kéo F h = phương ngang so mới F trac Fv = phương thẳng đứng so với Ftrac Rt: phản lực phần trên
R p : phản lực phần xương chậu Wt: trọng lượng trên xương chậu Wp: trọng lượng phần xương chậu và phần bụng P: lực giữ phần đai ngực
Bệnh nhân nằm trên giường trượt, bàn trượt sao cho vị trị giãn cách giữa hai mép giường phải nằm giữa hai vùng Wp và Wt, hai chân cong lại một gốc gần 90 độ [15]
Phương ngang Fh và phương dọc Fv tạo ra hợp lực Ftrac Giả sử Ftrac = 35kg thì ta có:
Fh5 x cos(18 0 ) = 33 kg Fv= 35 x sin (18 0 ) = 10 kg
Fh đóng vai trò là thành phần cung cấp hiệu quả lực kéo cơ học Lực này sẽ bằng với lực đai phần đai ngực giữ phần phía trên cơ thể người nhưng ngược dấu
Kết luận
Trong chương này, các nội dung đã thực hiện:
- Trình bày giải phẫu và chức năng cột sống, bệnh đau thắt lưng điển hình là thoát vị đĩa điệm cột sống thắt lưng
- Trình bày tác dụng chỉ định, chống chỉ định của phương pháo kéo giãn cột sống, 4 nguyên lý cơ bản chi phối áp dụng trong phương pháp kéo giãn cột sống, phương pháo kéo giãn liên tục và ngắt quãng, kỹ thuật kéo
Từ hiệu quả trị liệu của phương pháp kéo giãn cột sống trong điều trị các bệnh về đau và phương pháp kéo giãn cột sống, chương tiếp theo luận văn khảo sát các thiết bị kéo giãn cột sống và thiết kế, lập trình điều khiển thiết bị đầu kéo cột sống.
THIẾT KẾ ĐẦU KÉO CỘT SỐNG
Khảo sát các thiết bị kéo cột sống điều khiển tự động
Thiết bị kéo cột sống 4759 TX® Traction Unit của Mỹ 3.1.1. Đặc tính kỹ thuật thiết bị:
Kích thước : 196 x 71 x 81cm Trọng lượng : 60 kg Thời gian điều trị : 1 ~ 45 phút Điện nguồn : AC 140 - 240V, 50/60 Hz
Hiển thị lực kéo giãn: đơn vị là kg hoặc lbs
Lực kéo : 1-100 kg, lực nền 0 – 99 kg Thời gian giữ lực và thời gian nghỉ : 0 - 99 giây Điều khiển: sử dụng màn hình cảm ứng 5 inch
Hình 3.1 Đầu kéo cột sống 4759 TX® Traction Unit của Mỹ
Hình 3.2 Cấu trúc bên trong của thiết bị
- Một số chức năng nổi bật của thiết bị:
Chế độ chọn vị trí điều trị: giúp người sử dụng chọn vị trí cần kéo và hệ thống sẽ điều chỉnh thông số phù hợp
Hình 3.3 Màn hình chọn vị trí điều trị
Phác đồ điều trị : ấn định thông số điều trị theo từng mặt bệnh
Bảng 3.1 Thông số phác đồ điều trị
STT TÊN BỆNH TỐI ĐA TỐI THIỂU Kéo lên Xả TỐC ĐỘ
BỆNH ĐAU TK TỌA NHẸ
(RADICULOPATHY MILD) 25kg 9kg 3nấc/3s 3nấc/1s 50% 31phút 2
BỆNH ĐAU TK TỌA VỪA
(RADICULOPATHY MODERATE) 25kg 9kg 8nấc/10s 8nấc/1s 30% 30phút 3
BỆNH ĐAU TK TỌA NẶNG
(RADICULOPATHY SEVERE) 20kg 9kg 9nấc/10s 9nấc/1s 30% 32phút 4
CÁC BỆNH VỀ TỦY SỐNG
(MYELOPATHY) 18kg 9kg 8nấc/10s 8nấc/1s 50% 31phút
(SPONDYLOSIS) 28kg 14kg 5nấc/10s 5nấc/1s 100% 31phút 6
(SPONDYLOSISTHESIS) 18kg 0 kg 5nấc/10s 5nấc/1s 30% 21phút 7
(TRAIN/SPASM) 28kg 0 kg 6nấc/10s 6nấc/1s 30% 21phút
TRƯỢT ĐỐT SỐNG ĐOẠN CÙNG CỤT
(SACROILIAC TRAIN) 25kg 9kg 3nấc/3s 3nấc/1s 50% 31phút
CÁC HỘI CHỨNG BỀ MẶT KHỚP
(FACET JOIN SYNDROM) 18kg 9kg 5nấc/10s 5nấc/1s 50% 31phút
- Màn hình chính hiển đầy đủ các thông tin thông số chế độ đang điều trị
Hình 3.4 Màn hình chính của thiết bị
Thiết bị Eltrac 471 Enraf-nonious (Hà lan) 3.1.2.
Eltrac 471 là thiết bị kéo cột sống đa năng công cụ lý tưởng trong điều trị kéo giãn Máy cho phép kéo nhiều chế độ liên tục, ngắt quãng, kéo phối hợp tùy theo lựa chọn của bác sĩ Máy không cho phép đặt lực trên 200N (20kg) trực tiếp, mà phải thông qua phím đặc biệt trên bảng điều khiển Điều này đảm bảo độ an toàn cao, loại trừ rủi ro đặt nhầm lực khi kéo cổ Các thông số điều trị đặt được dễ dàng, đơn giản: Lực thềm trên, dưới, tốc độ thay đổi lực, thời gian giữ lực và tổng thời gian điều trị Thiết bị chào giá khoảng 7.000 USD
Hình 3.5 Thiết bị đầu kéo 471 Enraf-nonious Hà Lan
- Thông số kỹ thuật Máy kéo có các chế độ làm việc: liên tục, ngắt quãng Lực kéo: 0-90 kg, lực nền: 0-90kg
Thời gian kéo: Đặt được 0-60 phút Thời gian giữ lực nền: do tự đặt Màn hình: 2 màn hình LED, hiển thị các thông số cài đặt, tốc độ thay đổi lực; lực kéo trong thời gian thực
Nguồn cấp: 220 V, 50Hz Một số tính năng nội bật trong điều trị Máy không cho phép đặt lực trên 200N (20kg) trực tiếp, mà phải thông qua phím đặc biệt trên bảng điều khiển Điều này đảm bảo độ an toàn cao, loại trừ rủi ro đặt nhầm lực khi kéo cổ
Các thông số điều trị đặt được dễ dàng, đơn giản: Lực thềm trên, dưới, tốc độ thay đổi lực, thời gian giữ lực và tổng thời gian điều trị
Máy có phím dừng khẩn cấp, đặt trong tay bệnh nhân, cho phép bệnh nhân ngắt điều trị khẩn cấp nếu cảm thấy khó chịu trong quá trình kéo
Thiết bị SST-100 của hãng STRATEK ( Hàn quốc) 3.1.3.
Hình 3.6 Thiết bị kéo cột sống SST-100 của Hàn Quốc
- Thông số kỹ thuật Nguồn điện cung cấp: 220V, 60Hz Công suất tiêu thụ: 150W
Trọng lượng kéo giãn: 1 - 80 Kg
Thời gian kéo giãn từng phần: 1 ~ 99 phút
Chế độ: Liên tục – ngắt quãng – kết hợp
Thời gian hoạt động: 1 ~ 99 phút Có âm thanh cảnh báo khi hoàn tất hãng STRATEK – Hàn Quốc sản xuất
- Một số tính năng nổi bật trong điều trị Có thể nhập, lưu giá trị cơ bản riêng để thực hiện chương trình kéo giãn từng vùng Chức năng điều khiển bằng giọng nói để thông báo bắt đầu và kết thúc kéo giãn Có thể điều khiển góc kéo và lực kéo Thiết kế giúp thoải mái, hiệu quả và an toàn khi sử dụng Chức năng giường nhiệt Sản phẩm SST-100 có giá chào bán 120 triệu đồng tại Tp Hồ Chí Minh
Thông số kỹ thuật và tính năng thiết bị của luận văn 3.1.4.
Dựa vào các thông số kỹ thuật của các thiết bị đã khảo sát, thiết bị đầu kéo cột sống của luận văn đề xuất thông số kỹ thuật và tính năng như sau :
- Nguồn điện : 220V – 50 Hz - Lực kéo cơ bản: 0 – 80 kg - Lực nền : 0 – 70 kg - Chế độ : Liên tục và ngắt quãng - Thời gian kéo: 1-99 phút
- Thời gian giữ lực kéo: 1-90 giây - Thời gian giữ lực nền: 1-99 giây - Tốc độ: 3 mức tốc độ
- Chương trình: 10 chương trình có thể chọn và lưu thông số
Với các yêu cầu về thông số kỹ thuật, phần tiếp theo trình bày thiết kế phần cứng thiết bị và phần mềm điều khiển.
Thiết kế phần cứng thiết bị
Sơ đồ thiết kế tổng thể hệ thống điều khiển 3.2.1.
Hình 3.7 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống thiết bị đầu kéo
Hệ thống điều khiển thiết bị đầu kéo gồm có 6 khối chính:
- Khối điều khiển trung tâm: bao gồm mạch hệ thống nhúng mini2440 của hảng friendlyARM, CPU của Samsung , Sử dụng khối hiển thị là màn hình cảm ứng 7 inch Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ chứa chương trình điều khiển chính, kết nối tới khối điều khiển giao tiếp và màn hình cảm ứng người sử dụng có thể điều khiển chương trình
- Khối cung cấp nguồn: sử dụng công nghệ nguồn xung tổ ong Đây là bộ nguồn chuyển đổi 220V xoay chiều sang 5V và 24V để cung cấp nguồn cho khối điều khiển trung tâm và khối giao tiếp điều khiển
- Khối điều khiển giao tiếp: là khối mạch điện để đo cảm biến lực và các giao tiếp kết nối đến khối điều khiển trung tâm và khối điều khiển chuyển động Nhiệm vụ của khối này tiếp nhận các lệnh điều khiển từ khối điều khiển trung tâm, có tín hiệu phản hồi do tích hợp khuếch đại cảm biến lực về khối điều khiển trung tâm
- Khối điều khiển chuyển động: là mạch điều khiển động cơ điện một chiều có chổi than DC, khối này kết nối đến khối giao tiếp điều khiển để nhận tín hiệu điều khiển không có tín hiệu phản hồi
- Động cơ DC: là động cơ điện một chiều DC24V 35W của hãng EXEM Hàn Quốc với hộp số 200:1, được kết nối đến khối điều khiển chuyển động
- Cảm biến lực: tải trọng tối đa 100Kg, tín hiệu đầu ra của cảm biến lực được kết nối đến bộ khuếch đại tín hiệu lực ở khối điều khiển giao tiếp
Thiết kế khung cơ khí 3.2.2.
Khung cơ khí đầu kéo là thành phần chịu lực lên đến 90 kg, do vậy việc chọn chất liệu làm khung phải là chất liệu chịu lực tốt, thiết kế gia công cơ khí chính xác
Chi tiết công việc thiết kế khung cơ khí như sau:
Công cụ thiết kế khung cơ khí 3.2.2.1
- Phần mềm thiết kế cơ khí : sử dụng phần mềm solidwork 3D phiên bàn 2012 đây là phần mềm chuyên dùng thiết kế trong nhiều ngành như xây dựng, cơ khí chính xác, điểm mạnh của chương trình khi luận văn chọn thiết kế: thiết kế trực quan, dễ tiếp cận và thể hiện mô hình 3D
- Gia công: thuê gia công cơ khí
Khung chịu lực tạo bởi hai tấm bakerlit chịu lực song song đặt trên một tấm nhôm chịu lực có gắn một trục kéo Ưu điểm của tấm Bakerlit là dễ thi công, so với tấm nhôm hay sắt độ bền của tấm Bakerlit là tương đương nhau Trục kéo được quay bởi hệ thống truyền lực từ bánh xe răng li hợp gắn chắc chắn vào thân máy bằng ổ bi, có thể cách ly động cơ bằng khóa điện từ Đầu trục có một thiết bị tự cuốn khi có lực giật nhẹ Cũng trên khung chịu lực có đặt một cảm biến lực và hệ thống ròng rọc được thiết kế để lực kéo từ cáp ép lên cảm biến lực là cực đại (vuông góc) Khung máy có lỗ vít để gắn động cơ DC
Thông số của tấm bakelit 3.2.2.3
- Thông số cơ học của nhựa bakelit như bảng tham khảo sau:
Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật tấm bakerlit màu cam Đặc tính Đơn vị Giá trị Ổn định nhiệt (liên tục) ° C ≥ 140 Ổn định nhiệt (thời gian ngắn) ° C ≥ 300
Hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính Kx 10 Độ Bền Va Đập KJ / m2 ≥ 67 Độ bền uốn vuông góc với laminations MPa ≥ 120
Nén sức mạnh vuông góc với Sức ép MPa ≥ 250 Độ bền kéo MPa ≥ 100 Độ Bền Kéo Đứt N ≥ 600 Điện trở cách điện sau khi ngâm tẩm trong nước Ω ≥ 1.0 × 10 8
Bản thiết kế kỹ thuật 3.2.2.4
Bản vẽ kỹ thuật được thiết kế trên phần mềm SolidWork 2010, SolidWork 2010 là phần mềm thiết kế chuyên nghiệp về bãn vẽ và mô hình cơ khí chế tạo
Hình 3.8 Bản vẽ 2D khung cơ khí
Mô hình 3D khung cơ khí 3.2.2.5
Vỏ máy và mô hình 3.2.2.6
Vỏ được thiết kế bằng tấm nhựa PVC hoặc bằng tôn sơn tĩnh điện,
Hình 3.10 Mô hình đầu kéo hoàn chỉnh
Thiết kế khối điều khiển trung tâm 3.2.3.
Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị đầu kéo cột sống Cho nên đòi hỏi phải cần một bộ xử lý thông minh và nhanh để đáp ứng các lệnh điều khiển của người dùng
Mạch xử lý trung tâm 3.2.3.1
Mạch xử lý trung tâm sử dụng là mạch hệ thống nhúng mini2440 của hãng FriendlyArm, sử dụng chíp vi xử lý cấu trúc ARM-S3C2440 của hãng Samsung, có lõi là cấu trúc ARM920T với tốc độ 400MHz (tần số thường dùng) và 533 MHz ( tần số đỉnh)
Hình 3.11 Sơ đồ khối của vi xử lý S3C2440 cùa Samsung
Bảng 3.3 Bảng thông số kỹ thuật của mạch hệ thống nhúng mini2440
Hình 3.12 Mạch hệ thống nhúng Mini2440
Khối hiển thị gồm màn hình 7 inch của friendlyARM sử dụng để hiển thị chương trình điều khiển, đi kèm với màn hình là màn hình cảm ứng điện trở, dùng để điều khiển chương trình của thiết bị
Hình 3.13 Mạch hệ thống nhúng mini2440 và màn hình cảm ứng 7 inch
Mạch hệ thống nhúng mini2440 và màn hình 7 inch được phân phối bởi công ty thegioiic.com, nên việc thay thế sửa chữa trở nên dễ dàng
Sử dụng bộ nguồn xung của hãng SwitchWell dạng tổ ong với điện áp đầu ra 5V sử dụng cho mạch hệ thống nhúng mini2440 và 24V sử dụng cho mạch điều khiển giao tiếp và động cơ
Hình 3.14 Bộ nguồn xung 24V và 5V của hãng SwitchWell Đây là sản phẩm nguyên khối và được bán rộng rãi trên thị thường điện tử
Cảm biến đo lực, chốt từ và khối mạch điều khiển giao tiếp 3.2.5.
Cảm biến lực là thiết bị tích hợp cho phép đo được lực tác động lên nó
Hình 3.15 Vị trí cảm biến lực
Cảm biến lực được sử dụng trong thiết kế đầu kéo là cảm biến lực tải trọng 100Kg của hãng Curiotec Hàn Quốc
Thông số kỹ thuật của cảm biến lực Curiotec CBCD:
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của cảm biến lực 100Kg CBCD
Tên thông số Đơn vị tính Giá trị - đặc tính
Tải trọng Loadcell Kg 100kg
Vật liệu Nhôm Điện áp biến đổi mV/V 2.0 mV/V±0.2 Điện trở đầu vào Ω 400 ± 20Ω Điện trở đầu ra Ω 350 ± 3.5Ω
Nhiệt độ làm thay đổi tín hiệu %Load/10 °C ±0.028
Quá tải tối đa %of rat.cap 200 Điện trở cách điện MΩ >2000 Độ dài dây tín hiệu m 1,6m-2m
Hình 3.16 Hệ thống tạo lực kéo bằng cách tính lực đo từ cảm biến
Chức năng của chốt từ trong thiết bị đầu kéo dùng để làm bộ ly hợp cho hệ chuyển động giữa động cơ và trục cuốn dây của khung cơ khí
Hình 3.17 A-Chốt từ , B-Vị trí chốt từ trên thiết bị đầu kéo
Hình 3.18 Cấu tạo chốt từ của hãng Ledex dạng kéo
Thông số kỹ thuật của chốt từ sử dụng trong thiết bị
Bảng 3.5 Thông số chốt từ
Mã hiệu – hãng sản xuất STA Pull tupular 192206-228-Ledex
Loại chốt từ Kéo Đường kính thân 2.54 cm
Mạch giao tiếp điều khiển 3.2.6.
Khối mạch giao tiếp điều khiển có chức năng giao tiếp với với khối điều khiển trung tâm, giao tiếp với khối điều khiển chuyển động và khuếch đại thuật toán tín hiệu từ cảm biến lực, điều khiển chốt từ
Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp điều khiển
Sử dụng phần mềm Altium Designer 14 để thiết kế mạch điện
H1 được kết nối đến CONN4 của mạch hệ thống nhúng mini2440, IC1 dùng để chuyển đổi nguồn 24V sang 5V để cung cấp cho ICL7660, ICL7660 dùng để biến đổi điện áp 5V thành -5V cung cấp cho INA128 của bộ khuếch đại cảm biến lực, PC817 là một OpTO cách ly sử dụng để bật tất MosFET IRF540 dùng để đóng ngắt chốt từ trong bộ ly hợp
Lập trình phần mềm điều khiển
Phần mềm điều khiển đáp ứng được các yêu cầu, thông số kỹ thuật đã đề ra ở đầu chương, phần mềm giao tiếp người dùng dể sử dụng Code chương trình kèm theo trong phần phụ lục A
Công cụ phát triển phần mềm 3.3.1.
- Phần mềm được viết dựa trên nền tảng window CE 6.0 , đây là một hệ điều hành nhúng của Microsoft, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp, với giao diện và tính đa nhiệm nên luận văn chọn window CE 6.0 làm nền tản phát triển phần mềm
- Công cụ và ngôn ngữ phát triển phần mềm : Visual Studio 8.0 và ngôn ngữ lập trình C# đây cũng là một sản phẩm của Microsoft, là công cụ khá mạnh được sử dụng rộng rãi trong việc gia công phần mềm, thiết kế giao diện và lập trình đơn giản nên luận văn chọn làm công cụ phát triển phần mềm
Lưu đồ hoạt động của phần mềm 3.3.2.
Hình 3.24 Lưu đồ hoạt động phần mềm
Trong chương trình của thiết bị đầu kéo của luận văn, xin đề xuất một phương pháp kéo ngắt quãng và thời gian kéo
Hình 3.25 Biểu đồ kéo ngắt quãng
Trong hình, lực kéo và lực nền được đặt bằng tay, trong đó:
- T0: thời gian kéo lên từ lúc bắt đầu cho đến khi bằng lực kéo
- T1: thời gian giữ lực kéo - T2: thời gian giữ lực nền - T3: thời gian xả khi kết thúc Với T0 và T3 phụ thuộc vào tốc độ kéo nhanh hay chậm, Như vậy, tổng thời gian một liệu trình kéo T
- Khởi động : Màn hình khởi động , quá trình khởi tạo các thông số về driver thiết bị, cân chỉnh cảm ứng , kiểm tra phần cứng và khởi tạo phần mềm điều khiển
Hình 3.26 Màn hình khởi động
- Màn hình chính : nạp giao diện điều khiển và dữ liệu chương trình đã nạp sẵn cấu hình mặc định Cấu hình mặc định là P1, chương trình điều khiển chỉ có một màn hình giao diện điều khiển, màn hình chọn chương trình và bảng số
Nút >: dùng để vào màn hình chọn chương trình
Nút và : dùng để điều chỉnh lực kéo và lực nền thông Nút : thay đổi tốc độ kéo Có 3 mức 30%, 50%, 100%
Bảng 3.7 Thông số mức tốc độ
Tốc độ kéo trung bình 10 kgF/8 giây ± 5% 10kgF/2s ± 5% 10kgF/1.16s ± 5%
Nút :kết thúc chương trình chính Nút : Bắt đầu chương trình chính, thiết bị sẽ hoạt động Nút : điều chỉnh qua lại giữa 2 chế độ ngắt quãng và liên tục
- Màn hình chọn chương trình: việc sử dụng nhiều pháp đồ điều trị khác nhau đối với mỗi ca bệnh, và việc phải đặt đi đặt lại một cấu hình mất nhiều thời gian và công sức, màn hình chọn chương trình giúp giải quyết các vấn đề trên, trong màn hình chọn chương trình có tất cả 10 chương trình từ P1 đến P10 Khi chọn một chương trình nào đó, chương trình tự động chuyển về màn hình chính và nạp cấu hình cho chương trình đó
Hình 3.28 Màn hình chọn chương trình
Bảng 3.8 Định dạng cấu hình chương trình
Nhấn nút chương trình sẽ tự động lưu lại toàn bộ cấu hình cho chương trình đang chọn
- Bảng số: sử dụng điều chỉnh các giá trị cho chương trình điều khiển chính
Hình 3.29 Màn hình bảng số
Chương trình điều khiển ở chế độ ngắt quãng của thiết bị là được chia ra làm 3 giai đoạn, giai đoạn kéo giai đoạn điều trị, giai đoạn xả và kết thúc Cả 3 giai đoạn này nhằm tạo ra sự thích nghi trong điều trị
Hình 3.30 Ba giai đoạn của chương trình điều khiển
- Giai đoạn kéo lên và giai đoạn điều trị (giai đoạn I và II) : bao gồm các bước kéo lên, thời gian kéo và thời gian nghĩ Lực kéo đặt cho mỗi bước là hệ số giữa lực kéo và số bước kéo lên Lưu đồ hoạt động của chương trình
Hình 3.31 Lưu đồ trạng thái chương trình giai đoạn kéo lên và điều trị
Mô tả lưu đồ trạng thái chương trình giai đoạn kéo lên và điều trị DC là tín hiệu điều khiển động cơ, N là số bước kéo lên tối đa 09 bước, Fđ là lực đo được bởi cảm biến lực, Fn là lực nền do người dùng đặt, Fk là lực kéo do người dùng đặt, Tk là thời gian đặt giữ lực kéo, Tn là thời gian đặt giữ lực nền, Tg là thời gian giữ mặc định là 10s
- Giai đoạn giảm (giai đoạn III) : Khi thời gian còn lại bằng với tổng số bước giảm nhân với thời gian giảm được đặt trong cấu hình chương trình thì quá trình giảm xảy ra, giai đoạn giảm giúp cho cơ thể hồi phục dần trạng thái ban đầu của cơ thể
Với Tout là thời gian điều trị, N là số bước giảm, Tg là thời gian giảm (Tg giây), Fk là lực tính được bằng hệ số giựa lực kéo với số bước giảm, Fk cập nhật sau mỗi trạng thái
Hình 3.32 Lưu đồ trạng thái điều khiển giai đoạn III
Chương trình tự động kiểm soát lực 3.3.5.
Chương trình có nhiệm vụ tự động điều soát lực, khi lực đo được vượt quá lực đặt hệ thống điều khiển động cơ nhả dây , ngược lại hệ thống sẽ nhả dây cho đến khi lực được cân bằng chương trình chạy ngầm không có giao diện riêng
Hình 3.33 Lưu đồ thuật toán kiểm soát lực
Yêu cầu của thuật toán kiểm soát lực là động cơ phải được điều chỉnh tốc độ quay phù hợp và việc đọc lực kéo phải thường xuyên và liên tục trong quá trình máy đang hoạt động, tần số đo lực là 1 mili giây/ lần đo
Chương trình kiểm soát an toàn 3.3.6.
Kết luận
Thông qua chương này, luận văn đã trình thiết kế sơ đồ khối tổng thể của hệ thống, các khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối giao tiếp điều khiển, khối điều khiển chuyển động, và lập trình điều khiển thiết bị, các lưu đồ thuật toán điều khiển, kiểm soát lực Luận văn đã thiết kế được một thiết bị đầu kéo hoàn thiện theo nhiệm vụ luận đặt ra Mã nguồn và thiết kế phần cứng được thể hiện ở phụ lục A,C
ĐO KIỂM VÀ THỰC NGHIỆM LÂM SÀNG
Đo kiểm
Hình ảnh thực nghiệm của thiết bị đầu kéo 4.1.1.
Thiết bị đầu kéo cột sống hoàn chỉnh bao gồm : 01 thiết bị nền, 01 dây công tắc an toàn, dây cáp nguồn, chương trình điều khiển kèm theo
Hình 4.1 Thiết bị đầu kéo cột sống Đo kiểm 4.1.2.
Thiết bị đầu kéo cột sống được đo kiểm tại phòng đo lường Viện Vật Lý Y Sinh Học Thiết bị đo bao gồm: thiết bị đo lực Force Gauge FG-5100 của hãng Lutron, tải trọng tối đa 100kg, sử dụng cảm biến lực hình chữ Z, chức năng hiển thị lực kg, N, lb
Hình 4.2 Thiết bị đo lực FG-5100
Phương pháp đo kiểm: Sử dụng bàn kéo được thiết kế để giữ đầu kéo
Hình 4.3 Bàn giữ thiết bị dùng để đo kiểm
Thiết bị đầu kéo cột sống được đặt trên bàn kéo, thiết bị đầu kéo được giữ cố định bằng các ốc vít tay nắm, đầu dây kéo được giữ vào cảm biến lực chữ Z của thiết bị đo FG-5100
Hình 4.4 Đo kiểm lực kéo thiết bị đầu kéo bằng FG-5100
Về lực kéo: lực kéo đặt 12 kg , kết quả cho thấy sai số < 10%
Bảng 4.1 Kết quả đo lực kéo
Lần đo Lực đo FG-5100 Lực đo trên thiết bị
Về thời gian kéo: đơn vị giây, sai số thời gian < 15%
Bảng 4.2 Đo kiểm thời gian kéo
Lực đo (kg) Thời gian kéo lên (giây)
Thời gian nhả dây (giây)
Thống kê, đánh giá bước đầu sử dụng thiết bị đầu kéo trên bệnh nhân 4.1.4. tại Viện Vật Lý Y Sinh Học
Viện Vật lý Y Sinh học là cơ sở nghiên cứu có giường bệnh, với lĩnh vực chuyên môn là Vật lý trị liệu và laser y học Từ khi mới thành lập (1989) đến nay, Viện đã có nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng các tác nhân vật lý điện, kéo giãn cột sống, từ, laser, siêu âm
Hình 4.5 Kéo giãn cột sống tại Viện Vật lý y sinh học
Viện Vật Lý Y Sinh Học đã triển khai một thiết bị kéo cột sống Traction Unit của hãng Chatanoga và đưa vào sử dụng năm 2000, đáp ứng được nhu cầu điều trị kéo giãn cột sống
Thiết bị đầu kéo cột sống của luận văn đã đưa vào thử nghiệm lâm sàng ngày 28/09/2015 và được phòng y học Viện vật lý y sinh học đánh giá cao khả năng điều trị tương đương thiết bị ngoại nhập, thao tác đơn giản bằng giao diện tiếng việt, thiết bị vẫn còn một vài lỗi nhỏ nhưng đã điều chỉnh và sửa đổi theo yêu cầu của phòng y học Trong quá trình điều trị đến nay không có ca bệnh nào gặp sự cố nguy hiểm
Tại Viện Vật Lý Y Sinh Học chưa có một khảo sát thống kê đánh giá chính thức về số lượt bệnh nhân điều trị bằng phương pháp kéo giãn cột sống Số liệu khảo sát và thống kê thu thập được bằng phần mềm quản lý bệnh nhân tại Viện Vật lý Y Sinh học từ ngày 05/01/2015 đến ngày 03/11/2015, có tổng cộng 543 lượt bệnh nhân sử dụng phương pháp kéo cột sống bằng máy Bảng số liệu ở Phụ lục B được thống kê và khảo sát thực tế bệnh nhân điều trị kéo giãn cột sống bằng thiết bị đầu kéo của luận văn tại phòng điều trị vật lý trị liệu Viện Vật Lý Y Sinh Học từ ngày 02/10/2015 đến ngày 03/11/2015
Các số liệu thống kê trong chương này sử dụng phần mềm thống kê SPSS 16.0
Dựa vào bảng thống kê Phụ Lục B, tổng số có 44 lượt bệnh nhân chỉ định trên thiết bị của luận văn không điều trị trên thiết bị kéo khác tại đơn vị, trong đó theo mặt bệnh có 21 lượt bệnh nhân thoát vị đĩa đệm chiếm 47,73%, các bệnh khác liên quan đến cột sống 16 lượt bệnh nhân chiếm 36,36%, bệnh thoái hóa cột sống 7 lượt chiếm 15,91%
Hình 4.6 Biểu đồ phân bố mặt bệnh
Qua biểu đồ phân bố hình 4.6, số lượt bệnh thoát vị đĩa đệm chiếm đa số Do vậy luận văn chỉ chọn khảo sát những bệnh nhân bị thoát vị đĩa đệm trước và sau khi điều trị kéo giãn cột sống trên thiết bị đề tài nghiên cứu thiết kế
Bảng 4.3 Tần suất độ tuổi
Như vậy, qua khảo sát số liệu độ tuổi ở bảng 4.3 cho thấy khả năng bị thoát vị đĩa đệm xảy ra nhiều trong khoảng tuổi lao động từ 29 – 63 tuổi , độ lệch chuẩn là 9.977 tuổi
Phương pháp đánh giá hiệu quả của thiết bị thông qua việc sử dụng thang điểm đau VAS (Visual Analogue Scale) VAS là công cụ để đánh giá kết quả điều trị dựa trên đánh giá mức độ đau của bệnh nhân trước và sau khi điều trị
Hình 4.7 Thang điểm đau VAS
Kết quả thống kê 21 bệnh nhân khảo sát ý kiến của 21 bệnh nhân thoát vị đĩa đệm thông qua thang điểm đau như sau
Hình 4.8 Biểu đồ VAS trước điều trị và sau điều trị
Bảng 4.4 Mức độ VAS trước và sau điều trị 21 bệnh nhân thoát vị đĩa đệm
Trung bình 4.5714 2.5714 Độ lệch chuẩn 1.1212 1.5991
Như vậy, kết quả chỉ số thang đau VAS trước và sau khi điều trị ở biểu đồ hình 4.9, đa số bệnh nhân có kết quả đáp ứng tốt.
Kết luận
Trong chương này luận văn đã trình bày các nội dung:
- Hình ảnh thực tiễn thiết bị đầu kéo cột sống điều khiển tự động của luận văn - Đo kiểm thiết bị bằng thiết bị đo lực
- Hình ảnh thử nghiệm và đã đánh giá một số ca bệnh có kết quả trong điều trị của thiết bị Kết luận thiết bị hoạt động tốt và hiện vẫn đang được sử dụng tại phòng điều trị vật lý trị liệu Viện Vật Lý Y Sinh Học.
