BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ĐĂNG THÂN
PHỤC HỒI KHỚP GỐI SAU MỔ Ở TƯ THẾ NẰM
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT Y SINH
HÀ NỘI, 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN ĐĂNG THÂN
PHỤC HỒI KHỚP GỐI SAU MỔ Ở TƯ THẾ NẰM
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ Y SINH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN HỮU PHÁT
HÀ NỘI, 2018
1
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 3
DANH SÁCH HÌNH VẼ ........................................................................................... 4
DANH SÁCH BẢNG BIỂU...................................................................................... 6
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 7
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................... 8
1.1 Ngành phục hồi chức năng ............................................................................. 8
1.1.1 Khái nim................................................................................................... 8
1.1.2 Mục đích .................................................................................................... 8
1.1.3 Hình thc ................................................................................................... 9
1.1.4 Các kỹ thuật phục hồi chức năng .......................................................... 10
1.2 Xây dựng đề tài nghiên cứu. ......................................................................... 10
1.3 Kết luận chương. ........................................................................................... 10
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT GIẢI PHẪU CHI DƯỚI ......................................... 11
2.1 Lý thuyết giải phẫu cơ chi dưới.................................................................... 11
2.1.1 Cơ vùng mông ......................................................................................... 11
2.1.2 Cơ vùng đùi ............................................................................................. 12
2.1.3 Cơ vùng cẳng chân .................................................................................. 13
2.1.4 Các cơ bàn chân ...................................................................................... 15
2.2 Xương khớp chi dưới .................................................................................... 16
2.2.1 Phức hợp háng ........................................................................................ 16
2.2.3 Phức hợp cổ chân và bàn chân .............................................................. 21
2.3. Phân tích nhu cầu thiết bị phục hồi chức năng ở Việt Nam ..................... 24
2.4. Khảo sát và phân tích quy trình hỗ trợ tập luyện ..................................... 25
2.5. Giới thiệu một số các thiết bị phục hồi chức năng khớp gối chi dưới ..... 26
2.5.1. Thiết bị Nẹp gối ROM 702 .................................................................... 26
2.5.2. Thiết bị Nẹp gối ROM 760 .................................................................... 29
2.5.3. Fisiotek 3000 TS của Anh...................................................................... 30
2.5.4. Hệ thống T-REX của Mỹ ...................................................................... 32
2.6 Kết luận chương ............................................................................................ 33
2
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ ........................................... 34
3.1 Thiết kế khung cơ khí ................................................................................... 34
3.1.1 Môi trường làm việc ............................................................................... 34
3.1.2 Thiết kế chi tiết ........................................................................................ 34
3.1.3 Lắp ghép .................................................................................................. 38
3.2 Truyền chuyển động ...................................................................................... 39
3.2.1 Khái niệm................................................................................................. 40
3.2.2 Đặc điểm .................................................................................................. 41
3.3 Kết luận chương ............................................................................................ 41
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ................................................. 42
4.1 Động cơ bước. ............................................................................................. 42
4.2 Các linh kiện được sử dụng ...................................................................... 46
4.2.1 Vi điều khiển Atmega328 ....................................................................... 46
4.2.2 Module A4988 ......................................................................................... 50
4.2.3 LCD 16x2 ................................................................................................. 51
4.3 Thiết kế mạch nguyên lý ............................................................................... 53
4.4 Thiết kế phần mềm ........................................................................................ 55
4.4.1 Phần mềm CodeVision AVR.................................................................. 55
4.5 Thiết kế mạch in ............................................................................................ 57
4.6 Kết luận chương. ........................................................................................... 62
CHƯƠNG 5: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG. ........................................................ 63
5.1 Lắp đặt và kiểm thử. ..................................................................................... 63
5.2 Khả năng ứng dụng và phát triển của luận văn. ........................................ 66
5.3 Kết luận chương ............................................................................................ 66
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................. 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ..................................................................................... 68
3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trong luận văn là của riêng tôi và nhóm
nghiên cứu của công ty BKAT chưa được công bố trong bất kì công trình nghiên
cứu nào.
Hà nội, ngày tháng 04 năm 2018
Học viên
NGUYỄN ĐĂNG THÂN
4
DANH SÁCH HÌNH V
Hình 2.1 : Cơ vùng mông .......................................................................................... 11
Hình 2.2 .Cơ vùng đùi ............................................................................................... 12
Hình 2.3: Cơ chậu- thắt lưng ..................................................................................... 12
Hình 2.4: Cơ vùng cẳng chân .................................................................................... 13
Hình 2.5: Cơ chày trước ............................................................................................ 13
Hình 2.6 Cơ duỗi các ngón chân dài ......................................................................... 14
Hình 2.7 : Cơ duỗi ngón chân cái dài ....................................................................... 14
Hình 2.8: Cơ mác dài và ngắn ................................................................................... 14
Hình 2.9: Cơ tam đầu ................................................................................................ 15
Hình 2.10: Cơ mu chân ............................................................................................. 15
Hình 2.11 Cơ gấn các ngón chân ngắn ..................................................................... 16
Hình 2.12: Cơ vuông gan chân.................................................................................. 16
Hình 2.13 : Sự khác nhau giữa đai chậu nam và nữ ................................................ 17
Hình 2.14 : Các dây chằng của khớp cùng chậu ...................................................... 18
Hình 2.15 : Vận động khớp cùng chậu ở mặt phẳng đứng dọc : gấp và duỗi .......... 19
Hình 2.16: Khớp háng ............................................................................................... 20
Hình 2.17 : Xương chậu hỗ trợ vận động đùi .......................................................... 21
Hình 2.18 Xương bàn chân ....................................................................................... 22
Hình 2.19: Các dây chằng cổ và bàn chân ................................................................ 23
Hình 2.20: thiết bị nẹp gối ROM 782 ....................................................................... 27
Hình 2.21: Hướng dẫn sử dụng thiết bị ..................................................................... 28
Hình 2.22: Nguyên lý thiết bị .................................................................................... 29
Hình 2.23: Hướng dẫn sử dụng thiết bị ..................................................................... 30
Hình 2.24: kiểu dáng thiết bị ..................................................................................... 31
Hình 2.25: Hình ảnh thiết bị ...................................................................................... 32
Hình 3.1: Chọn loại bản vẽ ....................................................................................... 35
Hình 3.2: Chọn mặt phẳng 2D .................................................................................. 35
Hình 3.3: Bản vẽ 2D .................................................................................................. 36
Hình 3.4: Dựng mô hình 3D ..................................................................................... 36
Hình 3.5: Chọn bề dày cho vật thể ............................................................................ 37
Hình 3.6: Vật thể được tạo thành .............................................................................. 37
Hình 3.7: Chọn bản vẽ tháo lắp ................................................................................. 38
Hình 3.9: Lắp ghép thiết bị hoàn chỉnh trên bản vẽ .................................................. 38
Hình 3.10: Cơ cấu vitme ........................................................................................... 40
Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động của vitme .............................................................. 40
Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển động cơ bước................................................................. 43
Hình 4.2 : Điều khiển góc ......................................................................................... 44
nh 4.3: Điều khiển động cơ bước .......................................................................... 45
Hình 4.4: Động cơ bước dùng trong thiết kế ............................................................ 46
Hình 4.5: Sơ đồ chân VĐK Atmega328 ................................................................... 47
Hình 4.6: Cấu trúc VĐK Atmega328 ........................................................................ 47
Hình 4.7: Chức năng phụ của các thanh ghi ............................................................. 48
5
Hình 4.8: Module A4988 .......................................................................................... 50
Hình 4.9: Sơ đồ điều khiển Module A4988 .............................................................. 51
Hình 4.10 : LCD 16x2 ............................................................................................... 52
Hình 4.11: Sơ đồ chân LCD16x2 .............................................................................. 52
Hình 4.12: Module A4988 được tạo ......................................................................... 53
Hình 4.13: Module A4988 được tạo ......................................................................... 54
Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý ...................................................................................... 54
Hình 4.15: Cửa số xác nhận tạo Project .................................................................... 56
Hình 4.16: Thẻ tùy chọn chip .................................................................................... 56
Hình 4.17: Cửa sổ soạn thảo ..................................................................................... 57
Hình 4.18: Công cụ tạo bo viền, khoảng cách .......................................................... 58
Hình 4.19: Xác định kích thước ................................................................................ 58
Hình 4.20: Kết thúc quá trình Add footprint ............................................................. 59
Hình 4.21: Chuyển qua chế độ vẽ mạch in ............................................................... 59
Hình 4.22: Mạch in hoàn chỉnh ................................................................................. 60
Hình 4.23: Mạch thực tế ............................................................................................ 61
Hình 4.24 : Thiết kế Panel ......................................................................................... 61
Hình 5.1: Sản phẩm thực tế ....................................................................................... 63
Hình 5.2: Góc chụp khác của sản phẩm .................................................................... 63
Hình 5.3 : Phần đỡ đùi .............................................................................................. 64
Hình 5.4 : Phần đỡ cẳng chân ................................................................................... 64
Hình 5.5 : Phần đỡ cẳng chân sau khi kéo dài .......................................................... 65
Hình 5.6 : Vitme gắn với khung ................................................................................ 65
6
DANH SÁCH BNG BIU
Bảng 4.1 : Thông số kỹ thuật của VĐK Atmega328 ........................................................... 50
7
PHN M ĐẦU
Chi dưới một bộ phận quan trọng của thể con người. Hỗ trợ cho các
hoạt động đơn giản hoặc các hoạt động phức tạp. Chân cũng bộ phận đỡ toàn bộ
trọng lượng cơ thể, giữ thăng bằng cho con người.
Mỗi chân được điều khiển bởi một bán cầu não. Chân phải được bán cầu não
trái chỉ huy ngược lại. Mỗi người hai chân, khớp gối khớp quan trọng nhất
của chân. Chi phối toàn bộ hoạt động của chân.
Ngày nay, nhiều người do tai nạn dẫn đến suy giảm hoặc mất khả năng vận
động chi dưới. Điều y m họ mất nhiều khả năng lao động từ đôi chân, ảnh
hưởng trực tiếp đến cuộc sống của họ. Vì vậy để giúp những người tàn tật hòa nhập
vào cộng đồng, giúp hkhả năng lao động sinh hoạt dễ dàng hơn trong cuộc
sống tôi đã nghiên cứu đề tài: Thiết kế thiết bị phục hồi chức năng khớp gối
thế nằm.
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu cấu tạo khớp gối, chi dưới ngành phục
hồi chức năng từ đó đưa ra phương pháp cụ thể thiết kế thiết bị phục hồi chức năng
khớp gối cho bệnh nhân. Yêu cầu là chế tạo ra thiết bị có thể gập duỗi linh hoạt theo
cử động của chân nhờ vào chuyển động của động cơ.
Đối tượng: người gặp chấn thương khớp gối cần được hồi phục để giúp họ
thể hoạt động linh hoạt và hòa nhập cộng đồng..
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trên lý thuyết và làm sản phẩm thực tế.
Đây một đề tài ý nghĩa thực tiễn lớn, có tính khả thi, thể phát triển
lên thành sản phẩm thương mại.
Sau đây là phn trình bày ni dung ca lun văn.
Chương 1: Gii thiu chung.
Chương 2: Lý thuyết cơ bản v gii phẫu chi dưới.
Chương 3: Thiết kế và gia công cơ khí.
Chương 4: Thiết kế bng mch điu khin.
Chương 5: Vận hành thiết b phc hi chức năng.
8
CHƯƠNG 1: GII THIU CHUNG
1.1 Ngành phục hồi chức năng
PHCN một ngành được y dựng trên sở y hc hiện đại c điển, tri qua
mt thi gian nghiên cu, ng dng phát triển, PHCN đã chứng minh s đóng
góp to ln ca mình trong y hc nói chung.
1.1.1 Khái nim
mt chuyên ngành y hc, nghiên cuáp dng mi bin pháp như y học tr
liu, tr liệu…. Nhằm hn chế tối đa kinh phí cho người bnh. K thut phc hi
nhằm làm cho ngưi tàn tt có th thc hiện được tối đa những chức năng đã bị hn
chế hoc mt do khiếm khuyết, giúp cho người tàn tt th sống đc lp tối đa,
hòa nhp cộng đồng, có cơ hội bình đẳng và tham gia vào các hoạt đng xã hi.
Phc hi chức năng dung bin pháp vt tri liệu để tr li c chức năng bị
khiếm quyết cho người tàn tt, những người b tai nn giao thông tai nn lao
động. Nhm giúp h x trí tốt hơn với tình trng tàn tt ca mình khi cộng đng.
Không ch luyn tp người tàn tt thích nghi với môi trưng sống mà còn tác động
vào môi trường to nên khi thng nhất cho quá trình hòa đồng của người tàn tt.
1.1.2 Mục đích
PHCN được s dng gim thiu những tác động tiêu cc khi con ngươi bị khiếm
quyết không di chuyển đưc, cho phép bnh nhân ly li s t tin, linh hot không
gây đau đớn giai đoạn đầu để thúc đẩy phc hồi đạt được mt kết qu tích cc.
Các mc tiêu ca việc điều try gm:
- Phòng nga cng cơ và khp
- Thúc đy quá trình tái to và cha bnh ca sn và dây chng b hư hỏng
- Nhanh hơn t máu / dch tái hp thu
- Ci thin bch huyết và tun hoàn máu
- Giúp cho người tàn tt có cuc sng t lp tối đa.
9
- Giúp ngưi tàn tt hòa nhập được vi cộng đồng, hi th làm vic
để có thu nhp bớt đi một gánh nng cho xã hi.
Nói ngn gn n, PHCN là một phương pháp sáng tạo v khoa hc k thut, áp
dng để điu tr giúp người bnh tiến trin và tn dng tối đa có th đưc nhng kh
năng còn lại v th cht, tinh thần để t giúp người bnh tr thành ngưi ích tr
li cộng đồng.
1.1.3 Hình thc
Trên thế gii hin nay có 3 hình thc PHCN:
a, PHCN da vào các trung tâm phc hi chc năng.
Hình thức này đưc trin khai t trưc đến nay nhiều nưc trên thế gii.
+ Ưu điểm: Kết qu phc hồi nhanh hơn phục hồi đưc cho nhiều trường hp
bnh nhân khó nh đội ngũ Y bác S chuyên môn k thut cao nhiu
trang thiết b hiện đi.
+ Nhược điểm: Bt tin cho nhng bnh nhân người khuyết tt xa, ch gii
quyết cho đưc mt s ít ngưi và chi phí cao.
b,PHCN ngoi vin : Cán b chuyên khoa ca các vin, các trung tâm xuống các địa
phương trực tiếp tp luyn, phc hồi cho người bnh.
+ Ưu điểm: c cán b chuyên khoa trc tiếp tp luyn nên s tiến b nhanh
hơn, số người tàn tật được tp luyn có nhiều hơn hình thức trên.
+ Nhược điểm: Chi phí cao, không đủ cán b s người tàn tật đưc tp luyn
cũng không đưc nhiu.
c,PHCN da vào cộng đồng
Ngưi tàn tật đưc tp luyn phc hi ngay ti cộng đồng bng thân nhân
người tàn tt và cộng đồng
10
1.1.4 Các k thut phc hi chức năng
Hin nay có tt c 7 k thut phc hi chức năng :
Vt lý tr liu
Vận động tr liu
Ngôn ng tr liu
Hot đng tr liu
Giáo dc đc bit
Dng c, thiết b PHCN
Tâm lý tr liu
1.2 Xây dựng đề tài nghiên cứu.
Hướng đi của đề tàilàm thế nào để tạo ra được một sản phẩm thiết bị phục
hồi chức năng chi ới với chức năng chuyển động các khớp nối một ch linh
hoạt, ththay đổi độ dài theo kích thước cẳng chân của bệnh nhân, thể điều
chỉnh các chế độ điều trị một cách linh hoạt với chi phí ít nhất thể. Để làm được
điều đó ta cần giải quyết được những vấn đề sau:
Tìm hiểu lý thuyết giải phẫu chi dưới
Xây dựng mô hình thiết bị mô phỏng trên bản vẽ 3D.
Chọn vật liệu thiết kế.
Xây dựng phương án điều khiển động cơ bước.
Xây dựng mạch điều khiển
Lắp ráp điều chỉnh vận hành mô hình trên thực tế.
Sản xuất thiết bị hoàn chỉnh từ mô hình thực tế.
1.3 Kết luận chương.
Chương này giới thiệu về chuyên ngành phục hồi chức năng, các đóng góp to
lớn của ngành này trong y học hiện đại . Biết được các hình thức của phục hồi chức
năng , đồng thời phân tích được ưu nhược điểm của các phương pháp đó, tìm hiểu
được các kỹ thuật phục hồi chức năng để ta có thể biết thêm được ý nghĩa, mục đích
thực hiện đề tài. Chương kế tiếp sẽ trình y về thuyết chung về giải phẫu chi