Thiết kế, chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cho trẻ nhỏ

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương Cơ sở lý thuyết yêu cầu phục hồi chức 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Cơ sở lý thuyết bệnh yêu cầu phục hồi chức 10 1.2.1 Nguyên nhân 10 1.2.2 Hệ 14 1.2.3 Điều trị 15 1.3 Một số phương pháp phục hồi chức sau tai biến 16 1.3.1 Bố trí giường nằm cho bệnh nhân liệt nửa người 16 1.3.2 Phục hồi chức cho bệnh nhân liệt nửa người tai biến mạch máu não 17 1.4 Tính cấp thiết việc thực đề tài 53 Chương Phân tích thiết kế hệ thống 55 2.1 Các công cụ sử dụng thiết kế hệ thống 55 2.1.1 Giới thiệu phần mềm vẽ solidworks 55 2.1.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế mạch mô 60 2.2 Thiết kế chi tiết 62 2.2.1 Thiết kế hệ thống giá treo bệnh nhân 63 2.2.2 Thiết kế hệ thống băng tải 77 2.3 Thiết kế mạch điều khiển động 82 2.3.1 Nguyên lý điều khiển động 82 2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển động 85 Chương 3.Kết kết luận 103 3.1 Sản phẩm ban đầu sau lắp ráp 103 3.2 Đánh giá sơ thiết kế sản phẩm 107 3.3 Dự kiến phát triển tương lai 108 3.4 Kết luận 108 Tài liệu tham khảo 109 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, viết luận văn tìm tòi nghiên cứu thân Các số liệu luận văn có thực, kết nghiên cứu ý tưởng tác giả trích dẫn nguồn gốc cụ thể, rõ ràng Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ chưa công bố phương tiện thông tin Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm mà cam đoan Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Học viên Nguyễn Hoài Nam MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình Hệ thống Gait Trainer Mỹ (trái) Locomat Thụy Sỹ (phải) Hình Bố trí giường nằm cho bệnh nhân 16 Hình Nằm nghiêng phía bên liệt 17 Hình Nằm nghiêng phía bên lành 18 Hình Nằm ngửa tay duỗi dọc thân 18 Hình Tập gấp 19 Hình Tập khép 20 Hình Tập xoay 20 Hình Tập tư nằm sấp 20 Hình 10 Tập gấp duỗi 21 Hình 11 Tập sấp ngửa cẳng tay 21 Hình 12 Tập gấp duỗi cổ tay 22 Hình 13 Tập nghiêng trụ nghiêng quay 22 Hình 14 Tập gấp duỗi 22 Hình 15 Tập dạng khép 23 Hình 16 Tập gấp duỗi khớp ngón 23 Hình 17 Tập đối chiếu ngón với ngón khác 23 Hình 18 Tập gấp duỗi khớp háng 24 Hình 19 Tập dạng khép khớp háng 24 Hình 20 Tập xoay khớp háng 25 Hình 21 Tập duỗi khớp háng 25 Hình 22 Tập tư nằm ngửa 25 Hình 23 Tập tư nằm sấp 26 Hình 24 Tập kéo ép khớp gối 26 Hình 25 Tập bệnh nhân nằm ngửa 26 Hình 26 Tập bệnh nhân nằm sấp 27 Hình 27 Tập quay khớp cổ chân 27 Hình 28 Tập khớp ngón chân 27 Hình 29 Cách hỗ trợ tay 28 Hình 30 Cách hỗ trợ tay 28 Hình 31 Ức chế co cứng toàn thân 29 Hình 32 Tư ức chế co cứng 29 Hình 33 Tập ức chế co cứng tay 29 Hình 34 Tập với người giúp 29 Hình 35 Tự tập 29 Hình 36 Tư ban đầu 30 Hình 37 Tư thứ 30 Hình 38 Tư 30 Hình 39 Ức chế co cứng đai vai 31 Hình 40 Tập tay tư 31 Hình 41 Tập tay tư 31 Hình 42 Tập tư nằm ngửa 31 Hình 43 Tập tư nằm nghiêng 32 Hình 44 Tư nằm nghiêng bên lành hai chân gấp 32 Hình 45 Tập tư 32 Hình 46 Tập tư 32 Hình 47 Tập tư 33 Hình 48 Tập tư 33 Hình 49 Tập tư 33 Hình 50 Tập tư 33 Hình 51 Tập tư 34 Hình 52 Tập tư 34 Hình 53 Tập tư 34 Hình 54 Tập tư 10 34 Hình 55 Tập tư 11 34 Hình 56 Tư 35 Hình 57 Tư 35 Hình 58 Tư 35 Hình 59 Tư 35 Hình 60 Tư 35 Hình 61 Tư 36 Hình 62 Tư 36 Hình 63 Tư 36 Hình 64 Tư 36 Hình 65 Tư 37 Hình 66 Tư chuẩn bị 37 Hình 67 Tập gấp duỗi 37 Hình 68 Tư 37 Hình 69 Tư 37 Hình 70 Tập giữ 90o 38 Hình 71 Duỗi 90o 38 Hình 72 Tập gấp duỗi hẳn 38 Hình 73 Tập chân 38 Hình 74 Vị trí khớp gối 45o 39 Hình 75 Tập góc gấp khác 39 Hình 76 Tư chuẩn bị 39 Hình 77 Tập gấp duỗi chân liệt 40 Hình 78 Gấp khớp gối, háng 40 Hình 79 Tập gấp ngả khớp gối 40 Hình 80 Khép dạng khớp háng 40 Hình 81 Tập ngả khớp gối 40 Hình 82 Tư nằm thư giãn 41 Hình 83 Tập nằm ngửa gấp chân liệt tối đa 41 Hình 84 Tập gấp duỗi tối đa 41 Hình 85 Tập đạp xe 41 Hình 86 Tập nâng chân liệt 41 Hình 87 Bắt chéo chân liệt 42 Hình 88 Tập dồn trọng lượng lên mông, chân phải 42 Hình 89 Tập dồn trọng lượng lên mông, chân trái 42 Hình 90 Dồn sang mông bên liệt 43 Hình 91 Dồn sang mông bên lành 43 Hình 92 Tư trung gian 43 Hình 93 Nghiêng bên phải 43 Hình 94 Nghiêng bên trái 44 Hình 95 Tập ngồi mông 44 Hình 96 Nghiêng phải chống tay 44 Hình 97 Nghiêng phải hạ thấp 44 Hình 98 Nghiêng trái chống tay 44 Hình 99 Nghiêng trái hạ thấp 44 Hình 100 Đi phía mông liệt 45 Hình 101 Đi phía mông lành 45 Hình 102 Tư ngồi 46 Hình 103 Ngồi ghế có tay, dựa 46 Hình 104 Tập cúi ngồi ghế 46 Hình 105 Tập vận động hai bên 46 Hình 106 Chỉnh tư ngồi giường ghế 47 Hình 107 Tập ngồi thẳng lưng 47 Hình 108 Tư chuẩn bị 48 Hình 109 Tập ngồi bước 48 Hình 110 Tập ngồi bước 48 Hình 111 Tư nằm bắt đầu 49 Hình 112 Tập ngồi dậy bước 49 Hình 113 Tập ngồi dậy bước 49 Hình 114 Tư ngồi ban đầu 50 Hình 115 Ngồi quay bên liệt 50 Hình 116 Giữ ngồi thẳng 50 Hình 117 Ngồi quay bên lành 50 Hình 118 Tập nghiêng bên phải 50 Hình 119 Tập nghiêng bên trái 51 Hình 120 Tập ngồi cúi trước 51 Hình 121 Tập gấp duỗi gối 51 Hình 122 Gấp duỗi chân liệt 51 Hình 123 Tập lên xe lăn 52 Hình 124 Tập lên xe lăn 52 Hình 125 Tập lên xe lăn 52 Hình 126 Minh họa thiết kế SolidWorks 58 Hình 127 Biểu tượng sau cài SolidWorks 2016 58 Hình 128 Màn hình làm việc 59 Hình 129 Hộp thoại New SolidWorks Doccument 59 Hình 130 Giao diện SolidWorks môi trường Assembly 60 Hình 131 Phần mềm Proteus 61 Hình 132 Giao diện khởi động Orcad 61 Hình 133 Giao diện Orcad 62 Hình 134 Nguyên lý hệ thống 63 Hình 135 Tổng quan khung treo 64 Hình 136 Bảng chi tiết 64 Hình 137 Tính toán khung treo 65 Hình 138 Minh họa hình 3D 65 Hình 139 Tính toán dầm khung 66 Hình 140 Bảng mô tả tính toán 67 Hình 141 Thanh dầm 68 Hình 142 Minh họa trường hợp 70 Hình 143 Phần tử hữu hạn 71 Hình 144 Giá treo kiểu chéo 72 Hình 145 Hình chi tiết đế phải 73 Hình 146 Hình chi tiết đế trái 73 Hình 147 Hình chi tiết đứng 74 Hình 148 Hình chi tiết đứng 74 Hình 149 Hình chi tiết ngang 75 Hình 150 Hình chi tiết gá nối 75 Hình 151 Hình chi tiết cấu tay cầm 76 Hình 152 Hình chi tiết gá đỡ tời 76 Hình 153 Minh họa cấu tạo nguyên lý hoạt động băng tải 77 Hình 154 Thiết kế tổng thể băng tải 78 Hình 155 Chi tiết chống phải 79 Hình 156 Chi tiết chống trái 79 Hình 157 Chi tiết L phải 80 Hình 158 Chi tiết L trái 80 Hình 159 Chi tiết L phải 81 Hình 160 Chi tiết L trái 81 Hình 161 Giá đỡ động 82 Hình 162 Mạch nguyên lý 85 Hình 163 Mạch in 86 Hình 164 Mạch thật 86 Hình 165 Khối nguồn 87 Hình 166 Khối điều khiển 87 Hình 167 Khối điều khiển động Servo 88 Hình 168 Khối điều khiển động DC 88 Hình 169 Khối truyền thông 89 Hình 170 Loadcell CAS BCL100 90 Hình 171 Cấu tạo Loadcell CAS BCL100 90 Hình 172 Sơ đồ khối IC HX711 92 Hình 173 Sơ đồ chân IC HX711 92 Hình 174 Sơ đồ thiết kế khối chuyển đổi tương tự số sử dụng ADC 24-bit HX711 94 Hình 175 Sản phẩm ban đầu 103 Hình 176 Phía khung treo 104 Hình 177 Phía - chân khung treo 105 Hình 178 Chi tiết tời nâng hạ tay cầm 106 Hình 179 Băng tải 107 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khoa học kỹ thuật đại ngày phát triển có đóng góp to lớn vào thay đổi tiến toàn xã hội Kỹ thuật y học đại khoa học công nghệ hỗ trợ mang tới nhiều bước tiến có ý nghĩa to lớn giúp chẩn đoán điều trị bệnh ngày xác hiệu Tại bệnh viện Việt Nam có nhiều máy móc thiết bị y tế đại khai thác sử dụng hiệu Trong phục hồi chức vận động người trình tập đi, đứng quan trọng Để tạo nên kết phục hồi toàn diện, thiết bị trợ giúp người bệnh tập đứng phần thiếu Tại Việt Nam nay, tất bệnh viện đa khoa tuyến tỉnh có khoa Phục hồi chức năng, 240 quận/huyện, 2500 phường/xã triển khai phục hồi chức Tuy vậy, phục hồi chức vấn đề Chúng ta chưa có đủ trang thiết bị chuyên môn dùng cho chuyên khoa Ngoài ra, phục hồi chức dựa vào cộng đồng lồng ghép vào hệ thống chăm sóc sức khỏe ban đầu ngành y tế bước biện pháp chiến lược để giải vấn đề khuyết tật Việt Nam Như vậy, nhu cầu thiết bị trợ giúp phục hồi chức vận động nói chung phục hồi chức đứng nói riêng lớn Đã có số công ty nước sản xuất dụng cụ trợ giúp chức đứng song song, khung tập đứng Tuy nhiên, dụng cụ đơn giản, tính tùy biến cao Khi tập, bệnh nhân phải dùng sức hai cánh tay chống lên khung đỡ trọng lượng thể, giảm tải trọng tác dụng lên đôi chân Như vậy, khả thay đổi mức độ tải trọng tác dụng lên đôi chân để phục hồi chức đứng hoàn toàn phụ thuộc vào bệnh nhân Mức độ hỗ trợ từ bên hoàn toàn Thời gian cần thiết để phục hồi chức cho bệnh nhân lâu Các thiết bị nước nhờ có cấu hỗ trợ lực động từ bên nên tải trọng tác dụng lên đôi chân thay đổi Nhờ khả phục hồi bệnh nhân cao thời gian phục hồi nhanh (thời gian tập luyện phục hồi rút ngắn 30%) Tuy nhiên giá thành thiết bị ngoại nhập đắt Giá thiết bị nhập nước tiên tiến châu Âu Mỹ 1,5 tỷ Trong điều kiện xã hội Việt Nam nay, lượng bệnh nhân nhiều, thời gian tập luyện lâu mà thiết bị sử dụng cho bệnh nhân thời điểm nên giá thành chưa phù hợp Chính thế, luận văn đề xuất nghiên cứu chế tạo sản xuất thiết bị hỗ trợ phục hồi chức đặc biệt cho trẻ nhỏ Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: - Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức đứng, có tính tương đương với máy dùng nước tiên tiến, chi phí giá thành sản xuất thấp nhiều phù hợp với nước ta - Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn thiết bị hỗ trợ phục hồi chức đứng cho trẻ nhỏ Đưa yêu cầu kỹ thuật, tính thực tế cần thiết cho trình phục hồi chức đứng, từ lên phương án nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị có tính phù hợp, đặc biệt với đối tượng trẻ nhỏ trình phục hồi sau bệnh di tật - Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tìm hiểu số hệ thống thiết bị phục hồi chức nước tiên tiến, tìm yêu cầu, chức hoạt động, nguyên lý hoạt động phục vụ việc phục hồi chức Nghiên cứu tổng quan bước phục hồi chức người bệnh, nhu cầu vận động thực tế nhằm xây dựng thiết bị phù hợp Nghiên cứu, ứng dụng KHCN vào trình thiết kế sản phẩm nhằm đảm bảo tính khoa học tính xác, tuổi thọ, độ bền sản phẩm Tóm tắt cô đọng nội dung đóng góp tác giả: Nội dung luận văn nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức cho trẻ nhỏ Kết nghiên cứu cuối đề tài sản phẩm có khả ứng dụng thực tế, có độ xác tương đương thiết bị ngoại chức năng, đồng thời đảm bảo yêu cầu thực tiễn ứng dụng cho ngành phục hồi chức Việt nam Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp tổng hợp phân tích: tổng hợp tài liệu liên quan đến bệnh liệt nửa người tai biến mạch máu não phương pháp tập luyện phục hồi chức Từ đưa phương án thiết kế lựa chọn phương án thiết kế tối ưu Phương pháp thiết kế: thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý sơ đồ chi tiết khối thiết bị thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức đứng Thử nghiệm thực tế: thử nghiệm thực tế, đánh giá hiệu thiết bị cải tiến Chương Cơ sở lý thuyết yêu cầu phục hồi chức 1.1 Giới thiệu chung Tai biến mạch máu não loại bệnh lý thường gặp nhiều nguyên nhân khác nhau, gây tử vong nhanh, tỷ lệ tử vong cao Đây loại bệnh để lại nhiều di chứng nặng nề, đặc biệt di chứng vận động đi, đứng dẫn đến khuyết tật hay tàn tật vận động nhiều Tai biến mạch máu não xảy tất người, không phân biệt nghề nghiệp, giới tính, địa phương, hoàn cảnh kinh tế, xã hội Tai biến mạch máu não gặp lứa tuổi thường xảy với người lứa tuổi lao động người cao tuổi có nhiều cống hiến cho nghiệp xây dựng bảo vệ đất nước Họ đáng hưởng chăm sóc toàn diện vả y tế xã hội Ngày nay, với tiến y học phương tiện chẩn đoán trang thiết bị đại, số người bị tai biến mạch máu não cứu sống ngày nhiều Tuy nhiên, điều có nghĩa số người bị di chứng tàn tật tai biến mạch máu não tăng lên Nhu cầu phục hồi chức cho người bệnh liệt nửa người tai biến mạch máu não nhiều đa dạng Phục hồi chức cho người bệnh liệt nửa người tai biến mạch máu não để phòng ngừa làm giảm tối đa di chứng, tạo hội bình đẳng sớm đưa người bệnh trở lại hòa nhập với sống độc lập họ gia đình cộng đồng Hình Hệ thống Gait Trainer Mỹ (trái) Locomat Thụy Sỹ (phải) Ở nước tiên tiến giới Mỹ, Anh, Pháp, Nhật…các nghiên cứu mô hình vận động người tập trung thực Các thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức vận động thử nghiệm thực tế thương mại hóa Hiệu mà chúng đem lại to lớn Bệnh nhân phục hồi chức nhanh hơn, hiệu (thời gian tập luyện phục hồi rút ngắn 30%) Các bác sỹ nhiều thời gian để hướng dẫn Đối với thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức vận động chi kể đến số hệ thống điển Gait Trainer hãng Biodex – Mỹ hay Locomat hãng Hocoma – Thụy Sỹ (hình 1) Hệ thống Gait Trainer Mỹ hệ thống trợ giúp tập luyện phục hồi chức vận động sử dụng nhiều bệnh viện Mỹ Hệ thống trợ giúp bệnh nhận trình tập luyện phục hồi chức Giá thành hệ thống vào khoảng 2,0 tỷ đồng Trong đó, hệ thống Locomat Thụy Sỹ hệ thống tập luyện phục hồi chức vận động tổng thể có kết hợp với tập dạng trò chơi Hệ thống sử dụng nhiều bệnh viện châu Âu Mỹ Tuy nhiên, giá thành lại rất đắt, tầm 15 tỷ Theo thống kê Việt Nam có khoảng 7,8% dân số tương đương với 6,1 triệu người người bị khuyết tật chức vận động, thị giác, thính giác, ngôn ngữ Trong đó, số người bị khuyết tật chức vận động chiếm tỷ lệ cao lên đến 35,5% Đội ngũ chuyên gia phục hồi chức ta chưa đủ, trang thiết bị tập luyện thiếu thốn, chủ yếu thiết bị tập luyện cổ điển, thông thường Cũng có số công ty sản xuất trang bị hỗ trợ lại thiết bị giản đơn khung đỡ, gậy chống…Một số nghiên cứu chuyên sâu trang thiết bị hỗ trợ lại xe lăn tự hành dành cho người khuyết tật nhóm tác giả Đại học Bách khoa Hà Nội thực Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết hỗ trợ tập luyện phục hồi chức vận động bắt đầu ý tới Ví dụ đề tài nghiên cứu, thiết kế thiết bị tập luyện khớp cổ tay, cổ chân nhóm tác giả khác Đại học Bách khoa Hà Nội thực Tuy nhiên thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức lại bệnh nhân Như nói đề tài nghiên cứu hướng tới việc thiết kế thiết bị hỗ trợ tập luyện phục hồi chức lại bệnh nhân 1.2 Cơ sở lý thuyết bệnh yêu cầu phục hồi chức 1.2.1 Nguyên nhân Các chuyên gia Trung tâm tế bào Hiện Đại Quảng Châu đã chỉ rằng: Nguyên nhân gây đô ̣t quy ̣ có nguyên nhân chính, tìm hiể u nguyên nhân gây bê ̣nh, kip̣ thời chẩ n đoán, có tác du ̣ng viê ̣c điề u tri ̣đô ̣t quy.̣ - Tăng huyết áp và xơ vữa đô ̣ng ma ̣ch là nguyên nhân chính gây đô ̣t quy:̣ Mô ̣t số dữ liê ̣u đã cho thấ y, 93% bê ̣nh nhân xuấ t huyế t naõ có tiề n sử bi ̣cao huyế t 10 Qua phân tích trên, thiết kế mạch hình phù hợp với yêu cầu kỹ thuật mạch Code: void Delay hx711_us(void) { delay_ms(1); } unsigned long int HX711_Read(void) { unsigned long int count; unsigned char i; HX711_DOUT=1; Delay hx711_us(); HX711_SCK=0; count=0; while(HX711_DOUT); for(i=0;i