Nghiên cứu chế tạo thiết bị kích thích điện tổ hợp

VIỆN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ VIỆN VẬT LÝ Y SINH HỌC W U X BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KÍCH THÍCH ĐIỆN TỔ HỢP CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Đại tá Lê Mạnh Hải CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Viện Vật lý Y Sinh học CƠ QUAN QUẢN LÝ: Sở Khoa học Công nghệ TP. HCM NĂM 2011 I MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V Chương 1- CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 1.1. Một số quy luật cơ bản 1 1.1.1. Quy tắc Arndt-Schulz. 1 1.1.2. Quy tắc của Wilder về trạng thái ban đầu 2 1.1.3. Quy tắc về đặc trưng cá thể: 3 1.1.4. Các quy tắc về chuyển trạng thái: 4 1.2. Điều trị bằng tác nhân điện: 6 1.2.1. Những cơ sở vật lý: 6 1.2.2. Cơ sở sinh học: 8 1.2.3. Điện trị liệu, hay điều trị bằng tác nhân điện: 10 Chương 2- KHẢO SÁT CÁC DÒNG ĐIỀU TRỊ BẰNG DÒNG ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ CHATTANOOGA 15 2.1. Các thiết bị sử dụng trong khảo sát 15 2.2. Các thông số kỹ thuật 15 2.2.1. Trung tần giao thoa 15 2.2.2. Tens 16 2.2.3. MF 18 2.2.4. DF 19 2.2.5. CP 20 2.2.6. Trung tần điều biên 21 2.2.7. GALVANIC 26 2.2.8. Trabert 27 2.2.9. Triangular 28 2.2.10. Vi dòng 29 2.3. Các phác đồ điều trị dựng sẵn 30 2.3.1. Đau cấp (kiểm soát cổng) 30 2.3.1.1. Trung tần giao thoa 30 2.3.1.2. Tens 30 2.3.2. Đau mạn (giải phóng morphin nội sinh) 31 2.3.2.1. Trung tần điều biên 31 2.3.2.2. Tens 31 2.3.3. Tái huấn luyện cơ 31 2.3.3.1. VMS – Muscle Atrophy 31 2.3.3.2. Dòng kích thích cơ mạnh – mất phản xạ 31 2.3.3.3. Một pha – mất lien hệ thần kinh 32 II 2.3.4. Làm mạnh cơ 32 2.3.4.1. Dòng kích thích cơ mạnh - Làm mạnh cơ theo nhịp 32 2.3.4.2. Dòng kích thích cơ mạnh - Tăng trương lực cơ 32 2.3.5. Co thắt cơ 33 2.3.6. Nề 33 2.3.6.1. Đau sâu 33 2.3.7. Đau mạn (giải phóng morphin nội sinh) 33 2.3.8. Điều trị mô 34 2.3.8.1. Dòng điện áp cao - Lành vết thương 34 2.3.8.2. Đưa thuốc bằng dòng Galvanic 34 2.3.9. Tổn thương bên trong 34 2.3.10. Tổn thương kinh niên 34 2.4. Các thiết kế kỹ thuật 34 2.4.1. Bo mạch chủ 34 2.4.2. Bo mạch tín hiệu 35 2.4.3. Thiết kế cơ khí – bố cục máy 36 2.5. Kết chương 37 Chương 3- MẠCH ĐIỀU KHIỂN 38 3.1. Vi điều khiển 38 3.2. Phụ kiện 39 3.3. Mạch giao tiếp 40 3.4. Biến đổ số - tương tự (DAC) 41 3.5. Mạch in PCB 42 3.5.1. Mặt linh kiện (mặt trên) 42 3.5.2. Mặt dưới 42 3.5.3. Bố trí linh kiện 43 3.6. Kết chương 43 Chương 4- LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 44 4.1. Sơ đồ khối (sơ đồ chức năng) 44 4.2. Thiết bị và màn hình điều khiển 45 4.2.1. Thiết bị 45 4.2.2. Các giao diện thao tác 48 4.2.2.1. Màn hình hiển thị thông tin của kênh điều trị 48 4.2.2.2. Màn hình chọn kênh điều trị 48 4.2.2.3. Màn hình chọn dòng điều trị 49 4.2.2.4. Màn hình thông số của dòng trung tần giao thoa 49 4.2.2.5. Màn hình thông số của dòng Tens 50 4.2.2.6. Màn hình thông số của dòng MF 50 4.2.2.7. Màn hình thông số của dòng DF 51 4.2.2.8. Màn hình thông số của dòng CP 51 4.2.2.9. Màn hình thông số của dòng trung tần điều biên 51 4.2.2.10. Màn hình thông số của dòng GALVANIC 52 III 4.2.2.11. Màn hình thông số của dòng Trabert 52 4.2.2.12. Màn hình thông số của dòng Triangular 52 4.2.2.13. Màn hình thông số của dòng Vi dòng 53 Chương 5- CÁC THÔNG SỐ ĐO KIỂM 54 Chương 6- THỬ NGHIỆM LÂM SÀNG 57 Chương 7- KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC A 62 PHỤ LỤC B 63 PHỤ LỤC C 64 PHỤ LỤC D 90 PHỤ LỤC E 149 PHỤ LỤC F 154 PHỤ LỤC G 155 IV DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Diễn giải 1 TBVLTL Thiết bị vật lý trị liệu 2 PHCN Phục hồi chức năng V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tác dụng kích thích sinh học phụ thuộc vào liều kích thích 1 Hình 1.2 Thay đổi nhịp tim, nhịp hô hấp ở trạng thái nghỉ tĩnh của 134 bệnh nhân 2 Hình 1.3. Sự phụ thuộc của quá trình điều hoà nhiệt vào cấu trúc cơ thể. 3 Hình 1.4. Các phương thức chuyển trạng thái của hệ sinh vật 4 Hình 1.5.Đường cong trong phép ghi thể tích (Theo Lampert) 6 Hình 1.6: Tính điện dung của cơ thể sống với các cấu trúc màng điển hình, nó tương đương hai tụ điện mắc nối tiếp 9 Hình 1.7 : Sự dịch chuyển các ion dưới tác dụng của lực điện trường 12 Hình 1.8 : Các loại điện cực thường sử dụng trong trị liệu bằng tác nhân điện. 12 Hình 1.9 : Các cách bố trí điện cực khác nhau: dọc và ngang 12 Hình 1.10 : Sơ đồ bố trí điện cực trên cơ thể khi thực hiện phương pháp Galvanic và điện phân: 13 Hình 2.1 Xung Tens 1 17 Hình 2.2 Xung Tens 2 18 Hình 2.3 Xung MF 19 Hình 2.4 Xung DF 20 Hình 2.5 Xung CP 21 Hình 2.6 Trung tần điều biên (1) 23 Hình 2.7 Trung tần điều biên (2) 24 Hình 2.8 Trung tần điều biên (3) 24 Hình 2.9 Trung tần điều biên (4) 25 Hình 2.10 Trung tần điều biên (5) 25 Hình 2.11 Trung tần điều biên (6) 26 Hình 2.12 Trung tần điều biên (7) 26 Hình 2.13 Xung GALVANIC 27 Hình 2.14 Xung Trabert 28 Hình 2.15 Xung Tam giác 29 Hình 2.16 Xung Vi dòng 30 Hình 2.17 Bo mạch chủ chính 35 Hình 2.18 Bo tín hiệu kênh 1 35 Hình 2.19 Bố trí cơ khí 36 Hình 3.1 Vi điều khiển MSP430F169 38 Hình 3.2 Mạch kết nối linh kiện điện tử 39 Hình 3.3 Các cổng giao tiếp trên m ạch điều khiển 40 Hình 3.4 Mạch điều khiển DAC 41 Hình 3.5 Mặt trên mạch in 42 Hình 3.6 Mặt dưới mạch in 43 Hình 3.7 Bố trí linh kiện 43 Hình 4.1 Sơ đồ thành phần chức năng 44 Hình 4.2 WAFER-945GSE của IEI 45 Hình 4.3 AFL-408B-N270 của IEI 46 Hình 4.4 Lưu đồ hoạt động các màn hình trạng thái 47 Hình 4.5 Cường độ và thời gian điều trị 48 Hình 4.6 Màn hình chọn kênh điều trị 49 Hình 4.7 Màn hình chọn dòng điều trị 49 VI Hình 4.8 Màn hình thông số của dòng trung tần giao thoa 50 Hình 4.9 Màn hình thông số của dòng TENS 50 Hình 4.10 Màn hình thông số của dòng MF 50 Hình 4.11 Màn hình thông số của dòng DF 51 Hình 4.13 Màn hình thông số của dòng trung tần điều khiển 52 Hình 4.14 Màn hình thông số của dòng GALVANIC 52 Hình 4.15 Màn hình thông số của dòng TRABERT 52 Hình 4.16 Màn hình thông số của dòng Triangular 52 Hình 4.17 Màn hình thông số của dòng Vi dòng 53 Hình 6.1 Điều trị bằng thiết bị kích thích điện tổ hợp 57 1 Chương 1- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này giới thiệu một số cơ sở lý luận trên quan điểm tác nhân vật lý (điện) lên cơ thể sống thông qua các hiệu ứng sinh học. Các cơ sở lý luận này được công bố trong các tài liệu nghiên cứu chuyên ngành cũng như các sách giáo khoa về điều trị bằng dòng điện. Dưới đây là một số nguyên lý cơ bản được công bố trong [1]. 1.1. Một số quy luật cơ bản. 1.1.1. Quy tắc Arndt-Schulz. 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 liếu quá mạnh thậm chí có thể kết thúc sự sống. Quy tắc này là 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 th ật hợp. Một thí dụ tương đối đơn giản: Nhiệt liệu pháp. Khi lượng nhiệt thích hợp,hiệu ứng là kích thích với tác dụng tăng cường tuân hoàn máu ngoại vi;nhiệt lượng nhiều quá khiến cho mạch máu bị dãn quá rộng và kết quả lại là ứ trệ tuần hoàn;còn nhiệt rất lớn lại sinh bỏng,chết tế bào(hoại tử). Thí nghiệm thường được trích dẫn để mô tả định luật Arndt- Schulz là thí nghiệm của Lembke và Boenike.Tác giả đã chiếu xạ quần thể sinh vật nuôi cấy ( tế bào nấm men ) bằng bức xạ tử ngoại giải C ( UVC, bước sóng 254 nm ) ở nhiệt độ hằng định 20 0 C. Sự sinh trưởng tế bào nấm men phụ thuộc rất rõ vào liều chiếu (Hình 1.1. ) Hình 1.1 Tác dụng kích thích sinh học phụ thuộc vào liều kích thích. 2 (Mô phỏng lại thí nghiệm của Lembke và Bonick) Ta nhận thấy rõ ràng các vùng liều khác nhau sinh ra các hiệu ứng hoàn toàn khác nhau.Có những liều không có tác dụng (vùng 1), có những liều kích thích tăng sự sinh trưởng của quần thể (vùng 2), sau đó là liều kìm hãm và thậm chí là độc hại khi sinh ra hiệu ứng ngược (vùng 3). 1.1.2. Quy tắc của Wilder về trạng thái ban đầu 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”. Mệnh đề dài dòng và phức tạp này sẽ trở thành dễ hiểu nếu ta lấy một thí dụ cụ thể. Chẳng hạn ta xét bề mặt da, đang ở trạng thái hoạt động cao, nghĩa là tuần hoàn máu ngoại vi khá mạnh. Nếu bây giờ tăng thêm nhiệt, thì hiệu quả gia tăng tuần hoàn máu sẽ thu được rất ít.Nhưng hiệu ứng sẽ mạnh hơn hẳn, nếu sử dụng kích thích lạnh làm co mạch. Chính từ quy tắc này chúng ta sẽ hiể u rõ vì sao cùng một phương pháp, cùng một tác nhân mà có thể sinh ra những hiệu ứng ngược chiều (hiệu ứng đối song song của các tác nhân vật lý). Nguyên do thật đơn giản: trạng thái ban đầu của hệ là khác nhau, thậm chí là đối ngược nhau ở cùng một cơ quan chức năng. Do vậy, nếu trạng thái ban đầu là huyết áp cao thì hiệu ứng sẽ là giảm huyết áp. Còn nếu trạng thái ban đầu là huyết áp quá thấp, thì tác dụng của tác nhân vật lý là tă ng huyết áp lên. Nói chung, xu hướng tổng quát của vật lý trị liệu là bình thường hoá các hoạt động chức năng đang bị rối loạn của cơ thể. Trên hình 2.2. ta thấy rõ những số liệu điều trị thực tế minh hoạ quy tắc này. Sau 4 tuần điều trị bằng tác nhân vật lý theo chế độ an dưỡng, nhịp tim, nhịp hô hấp của tổng thể 134 bệnh nhân đều được đưa dần trở về trạng thái bình thường. Hình 1.2 Thay đổi nhịp tim, nhịp hô hấp ở trạng thái nghỉ tĩnh của 134 bệnh nhân sau 4 tuần an dưỡng ( Theo số liệu của Hildebrandt ). 3 Tất cả các đường thẳng mô tả sự biến đổi của các tham số đều chạy về chính giữa cho ta thấy xu hướng bình thường hoá chức năng của các tác dụng kích thích.Tất cả các giá trị quá lớn so với bình thường đều được thu nhỏ dần.Tất cả những giá trị quá nhỏ được nâng cao. Những giá trị ban đầu vốn bình thường không thể hiện một sự thay đổi nào đáng k ể. Các số trong khung chỉ số bệnh nhân tương ứng, số ngoài khung bên phải là số % bệnh nhân có chuyển biến tương ứng. 1.1.3. Quy tắc về đặc trưng cá thể: Một đặc điểm rất quan trọng trong vật lý trị liệu là những phản ứng mang đặc trưng độ nhậy cảm cá thể. Mỗi cá thể có đặc tính rất riêng của riêng mình, và thậm chí ngay ở từng bệnh nhân ph ản 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 nhậy cảm của bác sĩ và sự trao đổi thông tin thường xuyên giữa bác sĩ và bệnh nhân. Sau này, khi đi vào sử dụng các tác nhân cụ thể, cảm giác của bệnh nhân là một chỉ dẫn quan trọng cho điều trị. ở đây người ta nói tới dạng phản ứng của từng người. Ta lấy một thí dụ dễ hiểu để minh hoạ thêm cho quy tắc này: người béo và người gầy, trong tương quan với qúa trình điều hoà nhiệt.Với người béo, tỷ lệ diện tích mặt da so với khối lượng cơ thể có giá trị nhỏ, trong khi ở người g ầy, con số này tương đối lớn. Kết quả là, ở người dạng béo chỉ có một khả năng không lớn lắm cho bức xạ nhiệt và thoát mồ hôi: thải nhiệt kém trong môi trường nóng. Nhưng khi bị lạnh, người béo lại có lợi thế: anh ta mất nhiệt cũng chậm hơn. Ngược lại, người gầy dễ chịu khi bị nóng và nhanh chóng rét run trong môi trừơng lạnh. Chính vì lý do này mà Kowarschik ( 1958 ) đã gọi người béo là “ no nhiệt” và người gầy là “đói nhiệt”. Mô tả trên hình 1.3. cho ta hiểu rõ điều này hơn. Hình 1.3. Sự phụ thuộc của quá trình điều hoà nhiệt vào cấu trúc cơ thể. a) Người béo với cơ thể khá lớn và bề mặt da nhỏ. Diện tích trao đổi nhiệt tương đối nhỏ. Loại phản ứng: kém chịu nhiệt nhưng ưa lạnh [...]... điện tử, một trong những hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất Điện tích này bằng 1,6 x 10 -19 C ( Coulomb ) Trong các nguyên- phân tử có hai loại điện tích: điện tích âm (ở điện tử) và điện tích dương (ở 7 hạt nhân, cấu tạo bởi proton mang điện dương và notron không mang điện) .Thông thường,các nguyên phân tử trung hoà về điện, nghĩa là tổng điện tích âm bằng tổng điện tích dương Dưới một tác động nào đó... pháp điện trị liệu là phương pháp mở đầu và chiếm tỷ trọng lớn nhất 1.2.1 Những cơ sở vật lý: Điện tích, điện trường: Dưới khái niệm điện , ta hiểu đó là điện tích, dòng điện và điện trường cũng như trường điện từ.Trong phạm vi cuốn sách này, ta hiểu rằng, trong tự nhiên có một điện tích nguyên tố- phần điện tích không thể chia nhỏ hơn nữa trong thế giới vật chất Đó chính là điện tích chứa trong một điện. .. xứng điện tích qua màng và từ đó sinh ra điện thế màng tế bào Sự tồn tại điện thế màng là một đặc trưng quan trọng của sự sống tế bào, và quá trình biến đổi của điện thế màng liên quan chặt chẽ đến các chức năng sống của tế bào Các tác dụng kích thích lên tế bào cơ và tế bào thần kinh cùng sự lan truyền kích thích dọc theo các tế bào đó, các phép đo điện tim- điện não- điện cơ đều liên quan đến điện. .. của các điện tử, các ion dương và ion âm vô cùng quan trọng Dòng điện: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích trong môi trường dẫn điện. Có hai môi trường dẫn điện điển hình và quen thuộc: dây dẫn và dung dịch điện lý.Máu và các dịch sinh học khác dẫn điện như một chất điện lý vì trong đó có nhiều loại ion khác nhau có độ linh động cao Muốn có dòng điện phải có sự chênh lệch điện thế... dào dịch- tức là dẫn điện tốt 10 Dođó, dẫn điện theo kiểu tụ điện là một tính chất cơ bản về mạt điện của cơ thể sống Nói khác đi, người ta nói các mô của cơ thể mang tính điện dung rõ rệt Điện sinh lý: Trong điện thụ động, với tư cách là một tụ điện, màng tế bào giữ vai trò quan trọng trong độ dẫn điện của cấu trúc sống Trong điện sinh lý, do tính chất bán thẩm của màng, do cơ chế vận chuyển tích... chặt chẽ giữa kích thích và phản ứng khiến nhiều tác giả sử dụng mạch máu trong da để nghiên cứu các quy luật trong lĩnh vực vật lý trị liệu Mỗi kích thích, dù là cơ, nhiệt hay điện, đều gây ra ở các mạch máu trên da trước hết là một phản ứng định xứ.Sau đó hiệu ứng được truyền tới các mô hay cơ quan nằm sâu phía dưới qua con đường thần kinh, kết quả là tất cả các tổ chức này đều bị kích thích Một kỹ... quang 15 Chương 2- KHẢO SÁT CÁC DÒNG ĐIỀU TRỊ BẰNG DÒNG ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ CHATTANOOGA Chương này báo cáo các kết quả nghiên cứu các tham số vật lý của thiết bị ngoại nhập cho 9 chương trình điều trị chuẩn của Chattanooga và 10 loại dòng thông dụng 2.1 Các thiết bị sử dụng trong khảo sát Máy đo dạng sóng Ocsiloscope 2 kênh Điện trở công suất Đồng hồ điện tử AVO Máy Chattanooga, tài liệu kỹ thuật 2.2 Các... quan đến điện thế màng tế bào 1.2.3 Điện trị liệu, hay điều trị bằng tác nhân điện: Điện trị liệu bao gồm tất cả các phương pháp chữa bệnh trong đó tác nhân điện được sử dụng một cách trực tiếp Người ta cho rằng điện trị liệu khởi nguồn từ sự ứng dụng cá điện để chữa bệnh từ năm 200 trước công nguyên Sau này người ta biết rằng những xung phát ra từ loài các điện có điện áp cỡ 50- 80 V và có tần số 200... đã có dấu hiệu hoại thư .Kích thích như trường hợp 1.5 a, tuy nhiên không có hiệu ứng dãn mạch 1.2 Điều trị bằng tác nhân điện: Điện là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất và phổ biến nhất của vật lý học.Phạm vi ứng dụng của điện trong xã hội và trong đời sống có thể nói là phong phú đến mức vô giới hạn, do điện năng có thể biến đổi thành hầu hết các dạng năng lượng khác Từ điện năng- một dạng năng... độ dẫn điện của dung dịch đẳng trương ở 37 0 C là 0,019 Các mô trong cơ thể được cấu tạo từ các tế bào được bao bọc bởi dịch mô ( dịch gian bào ) Mỗi tế bào liên quan đến hai môi trường dẫn điện tương đối tốt là dịch gian bào và dịch nội bào ( bào chất ), bị ngăn cách bởi một lớp dẫn điện kém là màng tế bào Mỗi hệ thống như vậy hoạt động như một tụ điện và được đặc trưng bằng một giá trị của điện dung . CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ VIỆN VẬT LÝ Y SINH HỌC W U X BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ KÍCH THÍCH ĐIỆN TỔ HỢP CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Đại tá Lê Mạnh Hải CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Viện. lan truyền kích thích dọc theo các tế bào đó, các phép đo điện tim- điện não- điện cơ đều liên quan đến điện thế màng tế bào. 1.2.3. Điện trị liệu, hay điều trị bằng tác nhân điện: Điện trị. Điện tích, điện trường: Dưới khái niệm điện , ta hiểu đó là điện tích, dòng điện và điện trường cũng như trường điện từ.Trong phạm vi cuốn sách này, ta hiểu rằng, trong tự nhiên có một điện