Phụ hồi khớp gối sau mổ ở tư thế nằm

Giới thiệu một số các thiết bị phục hồi chức năng khớp gối chi dưới .... Vì vậy để giúp những người tàn tật hòa nhập vào cộng đồng, giúp họ có khả năng lao động và sinh hoạt dễ dàng hơn

GIỚI THIỆU CHUNG

Ngành phục hồi chức năng

PHCN là một ngành được xây dựng trên cơ sở y h c hiọ ện đại và c ổ điển, tr i qua ả m t th i gian nghiên c u, ng d ng và phát triộ ờ ứ ứ ụ ển, PHCN đã chứng minh s ự đóng góp to l n c a mình trong y h c nói chung ớ ủ ọ

Là m t chuyên ngành y h c, nghiên c u và áp d ng m i biộ ọ ứ ụ ọ ện pháp như y học trị liệu, lý tr ịliệu… Nhằm h n ch tạ ế ối đa kinh phí cho ngườ ệi b nh K thu t ph c h i ỹ ậ ụ ồ nhằm làm cho người tàn t t có th ậ ểthực hiện đượ ối đa nhữc t ng chức năng đã bị ạn h chế ho c m t do khi m khuyặ ấ ế ết, giúp cho người tàn t t có th sậ ể ống độ ậc l p tối đa, hòa nh p cậ ộng đồng, có cơ hội bình đẳng và tham gia vào các hoạt động xã h ội.

Phục h i chồ ức năng là dung bi n pháp v t lý tri liệ ậ ệu để ả ạ tr l i các chức năng bị khi m quy t ế ế cho người tàn t t, nhậ ững người b tai n n giao thông và tai n n lao ị ạ ạ động Nh m giúp h x trí tằ ọ ử ốt hơn với tình tr ng tàn t t c a mình khi cạ ậ ủ ở ộng đồng Không ch luy n t p ỉ ệ ậ người tàn t t thích nghi vậ ới môi trường sống mà còn tác động vào môi trường t o nên kh i th ng nhạ ố ố ất cho quá trình hòa đồng của người tàn t t ậ

PHCN đượ ử ục s d ng gi m thi u nhả ể ững tác động tiêu c c khi ự con ngươi bị khi m ế quy t không di chuyế ển được, cho phép b nh nhân l y l i s t ệ ấ ạ ự ự tin, linh ho t không ạ gây đau đớ ở giai đoạn đầu để thúc đẩ n y ph c hụ ồi đạt được m t k t qu tích c c ộ ế ả ự Các mục tiêu của việc điều tr này g m: ị ồ

- Phòng ngừa cứng cơ và kh p ớ

- Thúc đẩy quá trình tái t o và chạ ữa bệnh của sụn và dây ch ng b ằ ị hư hỏng

- Nhanh hơn tụ máu / d ch tái h p thu ị ấ

- Cải thiện b ch huy t và tu n hoàn máu ạ ế ầ

- Giúpcho người tàn tật có cuộc sống t l p tự ậ ối đa.

- Giúp người tàn t t hòa nhậ ập được v i cớ ộng đồng, xã h i và có ộ thể làm việc để có thu nh p bậ ớt đi một gánh n ng cho xã h i ặ ộ

Nói ng n g n ắ ọ hơn, PHCN là một phương pháp sáng tạo v khoa h c k ề ọ ỹthuật, áp d ng ụ để điều tr ị giúp người bệnh n tri n và t n d ng ttiế ể ậ ụ ối đa có thể được những kh ả năng còn lạ ề ểi v th ch t, tinh thấ ần để ự t giúp ngườ ệi b nh tr ở thành người có ích tr ở lại cộng đồng

Trên thế ớ gi i hiện nay có 3 hình th c PHCN: ứ a, PHCN dựa vào các trung tâm phục hồi chức năng

Hình thức này được tri n khai t trư c để ừ ớ ến nay nhiở ều nước trên th gi i ế ớ m: K t qu c h c h c cho nhi ng h

+ Ưu điể ế ả phụ ồi nhanh hơn và phụ ồi đượ ều trườ ợp b nh nhân khó nh ệ ờ có đội ngũ Y bác S có chuyên môn k thu t cao và có nhiỹ ỹ ậ ều trang thiế ị ện đạt b hi i. m: B t ti n cho nh ng b nh nhân i khuy t t t xa, ch gi

+ Nhược điể ấ ệ ữ ệ và ngườ ế ậ ở ỉ ải quyết cho được m t s ộ ố ít người và chi phí cao b,PHCN ngo i vi n Cán b chuyên khoa c a các vi n, các trung tâm xuạ ệ : ộ ủ ệ ống các địa phương trực ti p t p luy n, ph c hế ậ ệ ụ ồi cho ngườ ệi b nh m: Các cán b chuyên khoa tr c ti p t p luy n nên s n b có nhanh

+ Ưu điể ộ ự ế ậ ệ ự tiế ộ hơn, số người tàn tật đượ ậc t p luy n có nhiệ ều hơn hình thức trên cán b và s i tàn t c t p luy

+ Nhược điểm: Chi phí cao, không đủ ộ ố ngườ ật đượ ậ ện cũng không được nhiều c,PHCN dựa vào cộng đồng

Người tàn tật đượ ậc t p luy n ph c h i ngay t i cệ ụ ồ ạ ộng đồng b ng thân nhân ằ người tàn t t và cậ ộng đồng

1.1.4 Các k thuỹ ật phục hồi chức năng

Hiện nay có t t cấ ả 7 k ỹthu t phậ ục hồi chức năng :

• Hoạ ột đ ng tr li u ị ệ

• D ng c , thiụ ụ ết bị PHCN

Xây dựng đề tài nghiên cứu

Hướng đi của đề tài là làm thế nào để tạo ra được một sản phẩm thiết bị phục hồi chức năng chi dưới với chức năng chuyển động các khớp nối một cách linh hoạt, có thể thay đổi độ dài theo kích thước cẳng chân của bệnh nhân, có thể điều chỉnh các chế độ điều trị một cách linh hoạt với chi phí ít nhất có 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.

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 bày về lý thuyết chung về giải phẫu chi

LÝ THUYẾT GIẢI PHẪU CHI DƯỚI

Lý thuyết giải phẫu cơ chi dưới

• Theo hình thể: cơ dài, cơ rộng, cơ ngắn, cơ vòng

• Theo số lượng gân, thân cơ: cơ nhị đầu, cơ tam đầu, cơ nhị thân…

• Theo hình thể: cơ vuông, cơ tháp, cơ delta, …

• Theo chức năng: cơ gấp ngắn ngón cái, cơ gấp dài ngón cái,…

Mỗi cơ vân gồm phần thịt và phần gân: phần thịt tạo nên thân cơ, phần gân bám vào hai đầu xương một đầu gọi là nguyên ủy, một đầu gọi là bám tận) (

• Nguyên ủy: thường bám vào các xương ít di động

• Bám tận: thường bám vào các xương di động

Phần gân là một tổ chức liên kết, có màu ngà, thường hình tròn Nhưng khi có một cơ rộng thì gân tỏa rộng ra thành cân gọi là cân bám) (

Hệ thống cơ chi dưới gồm cơ vùng : mông, cơ vùng đùi, cơ cẳng chân và các cơ bàn chân

Trong số các cơ vùng mông trên, ta Hình 2.1 : Cơ vùng mông , [2] [3]

12 chỉ đi sâu tìm hiểu một số cơ quan trọng chi phối các động tác liên quan đến hoạt động phục hồi chức năng a, Cơ mông lớn :

• Nguyên ủy : mặt ngoài phần sau cánh chậu, mặt sau xương cùng, dây chằng cùng

• Bám tận : Dải chậu chày, lồi củ cơ mông xương đùi chẽ ngoài)(

Trong số các cơ vùng đùi trên, ta chỉ đi sâu tìm hiểu một số cơ quan trọng chi phối động tác liên quan đến hoạt động phục hồi chức năng a, Cơ chậu –thắt lưng :

• Nguyên ủy :hố chậu, mào chậu và cánh xương cùng 9 (cơ chậu); thân và mỏm ngang các đốt sống ngang VII- thắt lưng IV cơ thắt lưng)(

• Bám tận: mấu chuyển nhỏ xương đùi

Hình 2.3: Cơ chậu thắt lưng- [3]

Hình 2.4: Cơ vùng cẳng chânError! Reference source not found.

2.1.3.1 Vùng cẳng chân trước – hóm trướcn a, Cơ chày trước

• Nguyên ủy : nửa trên mặt ngoài xương chày

• Bám tận mặt trong và dưới của xương : chêm, mặt trong và nên đốt bàn chân I

• Động tác : gấp mu chân, duỗi bàn chân và nghiêng trong bàn chân b, Cơ duỗi các ngón chân dài Hình 2.5: Cơ chày trước[4]

• Nguyên ủy: lớp chuyển nhỏ xương chày và ắ mặt trong xương mác

• Bám tận : đốt giữa và đốt xa 4 ngón chân ngoài

• Động tác : gấp mu chân và duỗi 4 ngón chân ngoài c, Cơ duỗi ngón chân cái dài

• Nguyên ủy : 1/3 giữa, mặt trong xương mác và màng giang cốt

• Bám tận : mặt mu của nền đốt xa ngón chân cái

• Động tác :gấp mu chân và duỗi ngón chân cái

2.1.3.2 Vùng cẳng chân trước- nhóm ngoài

• Nguyên ủy : xương mác và vách gian cơ

• Bám tận : chạy vòng sau mắt cá ngoài rồi qua rãnh gân cơ mác xương hộp đến bám tận nền xương đốt bàn chân I và xương chêm trong

• Động tác : gấp gan chân và nghiêng ngoài bàn chân

Hình 2.6 Cơ duỗi các ngón chân dài [4]

Hình 2.8: Cơ mác dài và ngắn [4]

2.1.3.3 Vùng cẳng chân sau – lớp nông a, Cơ tam đầu

Do 2 cơ tạo nên là cơ bụng chân và cơ dép

• Nguyên ủy: Cơ bụng chân : Đầu ngoài là LCN - x.đùi, đầu trong là diện khoeo x.đùi và trên LC trong

• Cơ dộp : Chỏm và ẳ trờn mặt sau x.Mỏc, đường cơ dép và 1/3 giữa bờ trong x.chày

• Bám tận : Gân cơ dép và gân cơ gan chân hợp với gân cơ bụng chân tạo thành gân gót ( Gân Assin ) bám vào mặt sau x.gót

• Động tác : Gấp cẳng chân(cơ bụng chân) và gấp gan chân, nâng gót khi đi, kiễng chân

Chỉ có một cơ duy nhất là cơ duỗi cá ngón chân ngắn

• Nguyên ủy : mặt trên và ngoài của phần trước xương gót, ở phía trước trong mắt cá ngoài

• Bám tận : chia thành 4 bó bám vào nền đốt gần ngón cái và gân đi vào các ngón II, III, IV của cơ duỗi các ngón chân dài bó đi ( vào ngón cái được gọi là cơ duỗi ngón chân cái ngắn )

• Động tác : hỗ trợ duỗi các ngón chân

2.4.1.2 Cơ vùng gan chân a, Cơ dạng ngón cái

• Nguyên ủy : mỏm trong của củ xương gót, cân gan chân và các vách gian cơ

• Bám tận : bờ bên đốt giữa của 4 ngón chân ngoài

• Động tác : gấp 4 ngón chân ngoài c, Cơ vuông gan chân

• Nguyên ủy : mặt trong xương gót và bề ngoài của mặt gan chân xương gót

• Bám tận : bờ sau ngoài của gân cơ gấp các ngón chân dài

• Động tác : chỉnh lại hướng tác dụng của cơ gấp các ngón chân dài

Ngoài ra còn một số cơ khác như cơ dạng ngón chân út, cơ giun, cơ gấp ngón cái ngắn, cơ khép ngón cái, cơ gấp ngón út ngắn, cơ đối chiếu ngón út.Các cơ đó được lược bớt đi trong phần lý thuyết này do gần nhu không chịu tác động của thiết bị phục hồi chức năng mà tôi thiết kế.

Xương khớp chi dưới

2.2.1 Ph c h p háng ứ ợ a, Tổng quan Đai chậu, gồm cả khớp háng có vai trò gánh toàn bộ trọng lượng của cơ thể trong khi cho phép vận động bằng cách gia tăng tầm vận động ở chi dưới ương X

Hình 2 11Cơ gấn các ngón chân ngắn

Hình 2.12: Cơ vuông gan chân

17 chậu phải được định hướng để đặt khớp háng vào vị trí thuận lợi cho vận động chi dưới Do đó, sự vận động phối hợp của đai chậu và đùi ở khớp háng là cần thiết cho hoạt động khớp hiệu quả Đai chậu và khớp háng là một phần của một hệ thống chuỗi đóng ở đó lực từ chân đi lên qua khớp háng và xương chậu đến thân hoặc đi xuống từ thân qua xương chậu và khớp háng đến chi dưới Đai chậu và khớp háng có vai chò quan trọng để giữ thăng bằng và tư thế đứng thông qua các hoạt động cơ liên tục để điều chỉnh và đảm bảo thăng bằng

Hình 2 13 : Sự khác nhau giữa đai chậu nam và nữ [1] Đai chậu gồm ba xương nối với nhau bằng liên kết xơ: xương cánh chậu ở trên, xương ngồi ở sau dưới, và xương mu ở trước dưới Các xương này nối với nhau bằng sụn hyaline lúc mới sinh, nhưng dính hoàn toàn với nhau cốt hóa) vào ( tuổi 20-25.Vùng chậu là một vùng của cơ thể có sự khác biệt rõ rệt giữa hai giới.

Phụ nữ thường có đai chậu nhẹ, mỏng và rộng hơn nam giới Ở phía trước xương chậu phụ nữ loe ra sang hai bên nhiều hơn Ở phía sau xương cùng của nữ cũng rộng hơn, tạo khoang chậu rộng hơn.Sự khác biệt về xương này có ảnh hưởng trực tiếp lên chức năng cơ ở khớp háng và xung quanh b, Khớp:

Hai bên phải và trái của xương chậu nối với nhau ở phía trước ở khớp mu, một khớp sụn có một đĩa sụn xơ nối hai xương mu.Khớp này được giữ vững bởi dây chằng mu trên và dưới và vận động rất hạn chế

Khớp cùng chậu - (SI joint): Ở phía sau, xương chậu nối với thân ở khớp cùng chậu, một khớp hoạt dịch mạnh làm vững bằng sụn xơ và dây chằng vững chắc.Mặt khớp của xương cùng hướng ra sau ngoài và khớp với xương cánh chậu.Được mô tả là khớp mặt phẳng, tuy nhiên mặt khớp rất không đều, giúp khóa hai mặt khớp với nhau

Có ba nhóm dây chằng nâng đỡ khớp cùng chậu phải và trái, và chúng là những - dây chằng mạnh nhất trong cơ thể.

Hình 2 14 : Các dây chằng của khớp cùng chậu [2]

Vận động ở khớp cùng chậu: thay đổi đáng kể giữa hai giới và các cá nhân khác nhau Nam có dây chằng cùng chậu dày và chắc hơn, khớp cùng chậu ít vận động thực tế 3/10 nam dính khớp cùng chậu) Nữ có khớp cùng chậu di động hơn ( vì dây chằng lỏng hơn và có thể tăng lên trong chu kỳ kinh nguyệt, và nhất là trong thời gian mang thai

Vận động ở khớp cùng chậu có thể được mô tả bằng vận động của xương cùng (và xương cùng di chuyển cùng với vận động của thân mình), bao gồm gấp cùng (còn gọi là nutation) xảy ra khi gấp thân hoặc đùi; duỗ- i cùng- xảy ra khi duỗi thân hoặc đùi; xoay cùng sang hai bên

Hình 2 15 : Vận động khớp cùng chậu ở mặt phẳng đứng dọc : gấp và duỗi [1]

Là khớp ổ cầu gồm khớp giữa ổ cối của xương chậu và chỏm xương đùi, với ba độ tự do, có đặc điểm là rất vững chắc nhưng vận động ổ cối hướng ra trước, ra ngoài và xuống dưới Ổ cối được lót bởi sụn viền ổ cối mà dày nhất ở phần đỉnh của ổ, làm ổ sâu thêm và tăng tính vững chắc hỏm xương đùi hình cầu nằm khít trong C khoang ổ cối Khoảng 70% chỏm xương đùi tiếp khớp với ổ cối so với 20-25% chỏm xương cánh tay tiếp xúc với khoang ổ chảo Bao quanh khớp háng là bao khớp lỏng nhưng mạnh, được củng cố bởi các dây chằng và gân của cơ thắt lưng (psoas)

Dây chằng: ba dây chằng hòa lẫn vào bao khớp gồm:

• Dây chằng cánh) chậu đùi, hay dây chằng chữ Y, là một dây chằng mạnh và ( - nâng đỡ phía trước khớp háng khi đứng Dây chằng này có thể nâng đỡ phần lớn trọng lượng cơ thể và đóng một vai trò quan trọng trong tư thế đứng Dây chằng này cũng hạn chế quá duỗi khớp háng

• Dây chằng mu đùi ở phía trước khớp háng, chủ yếu kháng lại động tác dạng, một phần với duỗi và xoay ngoài

• Dây chằng ngồi đùi, ở bao khớp sau, kháng lại động tác duỗi, khép và xoay trong Không có dây chằng quanh khớp háng kháng lại động tác gấp, do đó gấp háng có tầm vận động lớn nhất

Hình 2.16: Khớp hang [1] c, Tầm vận động khớp háng

Khớp háng cho phép đùi di chuyển theo một tầm khá rộng theo ba hướng Gấp háng từ 120° đến 125° và duỗi đùi 10° đến 15° ở mặt phẳng đứng dọc Dạng háng xấp xỉ 30° đến 45° và khép đùi 15° đến 30°

Xoay trong từ 30° đến 50° và xoay ngoài từ 30° đến 50 o

Lực gập mạnh nhất ở 20° đến 30° đầu của gấp từ vị trí duỗi Lực gấp gối mạnh hơn nếu háng gập bởi vì liên hệ chiều dài sức căng của cơ hamstring được - cải thiện Tỷ lệ sức mạnh co cơ đẳng động giữa cơ hamstring và cơ tứ đầu thường là 0,5 (các cơ hamstring mạnh bằng một nửa cơ tứ đầu đùi).

Lực xoay trong và xoay ngoài thường lớn nhất với gối gập 90° vì ở tư thế này tầm vận động xoay là lớn nhất Lực xoay trong tăng khoảng 50% từ gấp gối 45° đến gấp gối 90° Tư thế của khớp háng cũng ảnh hưởng đến lực xoay trong, lực lớn

21 nhất ở góc gấp háng 120°, góc mà cơ thon và các cơ hamstring đạt hiệu quả nhất.Lực xoay trong thường lớn hơn lực xoay ngoài.

2.2.3 Ph c hứ ợp cổ chân và bàn chân

Bàn chân và cổ chân tạo nên một cấu trúc giải phẫu phức tạp bao gồm 26 xương hình dạng không đều, 30 khớp hoạt dịch, hơn 100 dây chằng và 30 cơ tác động lên các phân đoạn Tất cả các khớp phải tương tác hài hòa và kết hợp để đạt được một vận động trơn tru

Phân tích nhu cầu thiết bị phục hồi chức năng ở Việt Nam

Theo thống kê tại Việt Nam có khoảng 7,8% dân số tương đương với 6,1 triệu người là những người bị khuyết tật về một chức năng nào đó như vận động, thị giác, thính giác, ngôn ngữ Trong đó, số người bị khuyết tật về chức năng vận động chiếm tỷ lệ cao nhất lên đến 35,5% Đội ngũ chuyên gia phục hồi chức năng của ta còn chưa đủ, trang thiết bị tập luyện còn rất thiếu thốn, chủ yếu là các thiết bị tập luyện cổ điển, thông thường Để có thể tạo nên kết quả phục hồi toàn diện, thiết bị trợ giúp người bệnh tập khớp gối dạng ngồi trong quá trình phục hồi chức năng là một phần không thể thiếu Tại Việt Nam hiện nay, tất cả các bệnh viện đa khoa tuyến tỉnh đều đã có khoa Phục hồi chức năng, 240 quận/huyện, 2500 phường/xã đã triển khai phục hồi chức năng Tuy vậy, phục hồi chức năng nhất là chức năng vận động cho bệnh nhân sau phẫu thuật khớp gối còn đang là vấn đề mới đối với chúng ta Chúng ta chưa có đủ các trang thiết bị chuyên môn dùng cho chuyên khoa này Ngoài ra, phục hồi chức năng dựa vào cộng đồng lồng ghép vào hệ thống chăm sóc sức khỏe ban đầu của ngành y tế hiện đang là bước đi chính và là biện pháp chiến lược để giải quyết vấn đề khuyết tật tại Việt Nam Như vậy, nhu cầu về thiết bị trợ giúp phục hồi chức năng vận động nói chung và phục hồi chức năng khớp gối nói riêng là rất lớn. Đã có một số công ty trong nước sản xuất các dụng cụ trợ giúp chức năng khớp gối Tuy nhiên, các dụng cụ này khá đơn giản, không có tính tùy biến cao Khi tập luyện, các bệnh nhân phải dùng sức của hai cánh tay để tạo lực đưa chân lên Như vậy lực, góc và thời gian tác động lên khớp gối hoàn toàn là cảm tính, phụ thuộc vào bệnh nhân Điều này gây ra hiệu quả của hoạt động phục hồi chức năng không cao, dễ gây chấn thương do khớp gối sau khi phẫu thuật rất yếu Thời gian cần thiết để phục hồi chức năng cho bệnh nhân sẽ bị kéo dài Các thiết bị của nước ngoài thì nhờ có cơ cấu hỗ trợ lực động từ bên ngoài nên lực, góc và thời gian tác

25 động lên khớp gối hoàn toàn có thể điều chỉnh được Nhờ đó khả năng phục hồi của bệnh nhân cao hơn và thời gian phục hồi cũng nhanh hơn (thời gian tập luyện phục hồi rút ngắn được 30%) Tuy nhiên giá thành một thiết bị ngoại nhập là khá đắt Như đã nêu ở trên, giá của các thiết bị nhập khẩu thì các nước tiên tiến châu Âu hoặc Mỹ thì ít nhất cũng là 1,5 tỷ Trong điều kiện xã hội Việt Nam hiện nay, lượng bệnh nhân là nhiều, thời gian tập luyện lâu mà mỗi thiết bị chỉ sử dụng được cho một bệnh nhân tại một thời điểm nên giá thành như vậy là chưa phù hợp Các thiết bị do Trung Quốc sản xuất thì giá thành cũng rơi vào khoảng 300 400 triệu đồng - cho một thiết bị mà lại không có trợ lực động nên hiệu quả phục hồi chức năng chưa cao

Như vậy, việc ứng dụng các tiến bộ mới của công nghệ thông tin, điện tử, điều khiển tự động, cơ khí vào nghiên cứu, chế tạo thiết bị trợ giúp phục hồi chức năng khớp gối cho bệnh nhân sau phẫu thuật là rất cần thiết Thiết bị sau khi chế tạo thành công có thể được ứng dụng không những tại các phòng Phục hồi chức năng mà còn có thể được sử dụng tại nhà dưới sự chỉ dẫn chi tiết, tỉ mỉ của bác sỹ Nhờ đó làm giảm suất đầu tư thiết bị của các bệnh viện, trung tâm chăm sóc sức khỏe, giảm nhập siêu, đồng thời góp phần phát triển một ngành kinh tế kỹ thuật chuyên dụng có khả năng xuất khẩu.

Khảo sát và phân tích quy trình hỗ trợ tập luyện

Trên thực tế, quy trình hỗ trợ bệnh nhân luyện tập có thể được mô tả như sau:

Bước 1: Tiếp nhận yêu cầu tập của bệnh nhân

Bước 2: Kiểm tra thông tin hồ sơ bệnh nhân Trong trường hợp chưa có hồ sơ, chuyển lại để bác sỹ khám lâm sàng

Bước 3: Nếu thông tin hồ sơ đã có, lấy hồ sơ bệnh án của bệnh nhân để kiểm tra phác đồ điều trị Trong trường hợp chưa có phác đồ, gửi bệnh nhân lại để bác sỹ lập phác đồ điều trị

Bước 4: Kiểm tra phác đồ điều trị để xác định kế hoạch, lịch tập, thứ tự bài tập và thông số của bài tập Trong trường hợp chưa có lịch tập và thông số cụ thể của bài tập, gửi lại để bác sỹ xác định

Bước 5: Trong trường hợp đã có lịch, kế hoạch và thông số bài tập, cần kiểm tra hiện trạng bệnh nhân và lịch sử kết quả tập luyện để hiệu chỉnh thứ tự cũng như thông số bài tập cho phù hợp

Bước 6: Điều dưỡng viên nhận kế hoạch tập và bài tập cụ thể cho bệnh nhân từ bác sỹ

Bước 7: Điều dưỡng viên kiểm tra lại các thông số của máy tập cho bài tập tương ứng Trong trường hợp các thông số kỹ thuật không đạt yêu cầu thì cần dừng buổi tập, thông báo lại cho bác sỹ và kỹ thuật viên

Bước 8: Trường hợp các thông số kỹ thuật đã đạt, điều dưỡng viên sẽ hỗ trợ bệnh nhân tập luyện với hai phân hệ chính là hỗ trợ tập đi và hỗ trợ tập đứng

Bước 9: Điều dưỡng viên ghi lại kết quả tập và gửi báo cáo cho bác sỹ

Bệnh cạnh đó, bác sỹ còn có trách nhiệm thống kê các kết quả tập luyện theo bệnh nhân và theo bài tập để đưa ra đánh giá về hiệu quả bài tập, quá trình tập và lấy đó làm cơ sở để điều chỉnh thứ tự cũng như các thông số cho từng bài tập

Có thể thấy toàn bộ quá trình tập luyện của bệnh nhân là một quá trình hoàn chỉnh, với một hệ thống xuyên suốt, đòi hỏi mức độ tự động hóa cao nhằm giảm thiếu những tác động chủ quan, gây ảnh hưởng đến công việc tập luyện Để việc tập luyện của bệnh nhân cũng như việc giám sát, theo dõi quá trình tập luyện được hiệu quả nhật, hệ thống đòi hỏi một sự tích hợp về thông tin, máy luyện tập, điều khiển tự động, và phần mềm quản trị.

Giới thiệu một số các thiết bị phục hồi chức năng khớp gối chi dưới

Nhà sản xuất: I-Ming, Taiwan (R.O.C)

Nẹp dây chằng khớp gối, kiểu dán (open type), có bộ khống chế biên độ vận động Range of Motion (ROM) từ 0 đến 90 độ dùng trong Chỉnh hình khớp gối; - -

Tập phục hồi chức năng sau phẫu thuật dây chằng chéo, sụn khớp gối CẤU TẠO:

- 2 nẹp bằng vật liệu hợp kim nhôm nhẹ, sơn tĩnh điện ( màu đen).

- Bộ điều chỉnh biên độ ( ROM Hinge) dạng chốt gài thuận tiện, đơn giản, dễ thao tác ( thay đổi vị trí chốt bằng tay không cần tay vặn riêng) Có nắp đậy an - toàn

- Biên độ gấp từ 0 đến 120 độ Biên độ duỗi từ 0 đến 80 độ.

- 4 panels với khóa velcro chắc chắn, thoáng mát.

- Nẹp 1 cỡ ( free size ) dùng chung cho cả 2 chân

- Nẹp khớp gối ROM Hinge hỗ trợ quá trình tập phục hồi chức năng sau phẫu thuật dây chằng khớp gối, thay khớp gối hoặc chỉnh hình

- Nẹp thay thế nẹp bất động ngay sau mổ (chỉnh biên độ về 0 cho cả Extension &

- Nẹp giữ thẳng trục xương chày & xương đùi trong điều trị chỉnh hình chân chữ X, chữ O & vận động theo biên độ mở chỉ định

- Hỗ trợ hiệu quả trong điều trị bảo tồn (không phẫu thuật) đứt bán phần dây chằng chéo trước

- Hỗ trợ phục hồi chức năng vận động chi dưới.

Hình 2.20: thiết bị nẹp gối ROM 782

Hình 2.21: Hướng dẫn sử dụng thiết bị

Nhà sản xuất: I-Ming, Taiwan (R.O.C)

- Khung nẹp dạng bản lề bằng hợp kim nhôm, nhẹ Tấm lót êm, thoáng.

- Khóa vít điều chỉnh góc đơn giản Có tay vặn hỗ trợ.

- Chống tuột với dải silicone.

- Độ dày của nẹp mỏng, ôm sát Người đeo vẫn có thể mặc quần ống (rộng) bình thường bên ngoài

- Thiết kế Open Type,One Size

- Phân biệt chân phải - chân trái

- Giảm áp lực lên điểm tỳ đè thoái hóa/ bệnh lý một khoang của sụn chêm trong thời gian điều trị

- Thay đổi vị trí điểm tỳ đè giữa khoang trong với khoang ngoài hoặc ngược lại

Hình 2.22: Nguyên lý thiết bị

- Hỗ trợ điều trị viêm sụn khớp, sụn chêm

- Hỗ trợ chỉnh hình chân chữ O (vòng kiềng), chân chữ X (chữ bát) Hỗ trợ hiệu quả điều trị thoái hóa vẹo trong bẳng phương pháp cắt xương chỉnh trục hoặc điều trị bảo tồn

Hình 2.23: Hướng dẫn sử dụng thiết bị

Chức năng: Phục hồi chức năng khớp gối (đặc biệt là đổi với bệnh nhân sau phẫu thuật)

- Khung inox không rỉ chạy dọc theo xương chân (cố định chân) Có khả năng thay đổi chiều dài vơi từng người

- Bộ đỡ lòng bàn chân êm ái và chắc chắn

- Biên độ gấp từ 0 đến 120 độ.

- Phần đai ( mềm) & lớp lót dễ dàng tháo rời khỏi phần khung nẹp để vệ sinh

- Chiều dài tối đa: 75 cm.

Hoạt động dựa trên động tác cơ duỗi khớp gối trong vật lý trị liệu

Hệ thống sẽ chuyển động tịnh tiến một cách từ từ, để khớp gối bệnh nhân được hoạt động nhẹ nhàng

- Hỗ trợ điều trị ngay sau phẫu thuật (giai đoạn bất động) dây chằng khớp gối, thay khớp gối cho tới giai đoạn sau bất động & quá trình tập phục hồi chức năng sau đó

- Nẹp giữ thẳng trục xương chày & xương đùi trong điều trị chỉnh hình chân chữ X, chữ O & vận động theo biên độ mở chỉ định

Hình 2.24: kiểu dáng thiết bị

- Hỗ trợ phục hồi chức năng vận động chi dưới.

Hình 2.25: Hình ảnh thiết bị Đặc điểm:

-Biên độ góc tối đa: 10 độ đến 120 độ-

-Có thể đặt các giới hạn góc trước để không vượt quá giới hạn trong suốt thời gian điều trị

-Có nhiều động tác tập để tối đa hiệu quả điểu trị

-Thiết kế T REX cho phép bệnh nhân tập đầu gồi mà không cần tác động lực - từ ngoài vào tránh những nguy hiểm không đáng có

Công dụng: Thiết bị hộ trợ vật lý trị liệu tại nhà với chứng bệnh cứng đầu gối

- Hệ thống hoạt động dựa trên động tác tập khớp gối tư thế ngồi trong vật lý trị liệu, nhưng có cải tiến với biên độ góc lớn hơn

-Với nhiều động cơ ở khắp các khớp, nên sẽ tập được nhiều bài tập hơn các thiết bị vật lý trị liệu khác

2.4 Nhu cầu thiết bị PHCN khớp gối

Các thiết bị hiện có trên thị trường hầu hết đều là tập chủ động mà chưa có thiết bị tập thụ động cưỡng bức Người bệnh sau phẫu thuật đều rất yếu, nên kết quả của PHCN chủ động sẽ bị hạn chế rất nhiều Do đó, nhu cầu thị trường cần một thiết bị tập thụ động cưỡng bức

Còn nếu là thiết bị tập thụ động cưỡng bức thì là sản phẩm của nước ngoài và có giá rất cao.

Kết luận chương

Như vậy có thể nói, nhu cầu phục hồi chức năng cưỡng bức ở các nước là có, riêng Việt nam còn chưa được trang bị đủ Do đó, dựa trên các kiến thức nền tảng, chương 3 sẽ tập trung trình bày về thiết kế chế tạo thiết bị phù hợp với thực tế người bệnh tại Việt Nam.

THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ

Thiết kế khung cơ khí

Ý tưởng ban đầu: Tôi dự định thiết kế bộ khung cơ khí có thể đỡ trọng lượng khi đặt chi dưới người bệnh lên, đồng thời bộ khung này có thể di chuyển linh hoạt theo hoạt cơ chế vận động chi dưới Có 3 phần giá đỡ đùi, giá đỡ cẳng chân và giá đỡ bàn chân được liên kết với nhau qua các khớp nối Toàn bộ khối này sẽ được nối với bộ phận truyền chuyển động Kích thước các chi tiết có thể thay đổi kích cỡ phù hợp đối với từng bệnh nhân Phần chân đế là nơi đặt bộ phận truyền chuyển động và nguồn điện cho cả thiết bị Để làm được điều này trước tiên cần phải thiết kế bản vẽ 3D chi tiết cho thiết bị

Bản vẽ được thiết kế trên phần mềm SolidWorks.Solidworks là phần mềm thiết kế cơ khí 3D, chạy trên hệ điều hành Windowns

▪ Để thiết kế 3D đầu tiên ta phải vẽ trên mặt phẳng 2D

▪ Từ bản vẽ 2D ta xây dựng lên mô hình 3D

▪ Từ mô hình 3D ta phải lắp ghép và ràng buộc cho các khối

Dưới đây là quy trình thiết kế một chi tiết, ví dụ ở đây là thanh tròn

Bước 1: Vào giao diện của phần mềm solid works, tạo bản vẽ 2D mới

Chọn part để vẽ bản vẽ 2D

Hình 3.1: Chọn loại bản vẽ

Bước 2: Vẽ biên dạng 2D vào bản vẽ Để vẽ bản vẽ 2D đầu tiên ta phải chọn mặt phẳng bằng cách vào Front Plane chọn Sketch

Vẽ hình 2D của chi tiết vào mặt phẳng.

Ta ấn phím tắt S, chọn Extruded Boss/Base để tạo bề dày cho bản vẽ 2D

Ta chọn bề dày cho vật thể và ấn vào nút tích màu xanh, vật thể 3D sẽ được tạo ra

Hình 3.5: Chọn bề dày cho vật thể

Hình 3.6: Vật thể được tạo thành

Các chi tiết khác được thiết kế tương tự dựa theo các bước nêu trên, tuy nhiên độ khó khi vẽ sẽ khác nhau tùy thuộc vào độ phức tạp của từng chi tiết

Cuối cùng, tiến hành lắp ghép các chi tiết đã vẽ Để có thể lắp ghép các chi tiết vào nhau đòi hỏi kích thước từng chi tiết nhỏ phải chính xác tuyệt đối để khớp với các chi tiết khác trong thiết kế

Từ giao diện chọn File-New-Assembly, nhấp OK

Hình 3.7: Chọn bản vẽ tháo lắp

Hình 3.8: Lắp ghép thiết bị hoàn chỉnh trên bản vẽ

Bản vẽ thiết bị bao gồm: Đế đỡ toàn bộ hệ thống, kích thước 30x100 cm Động cơ truyền chuyển động cho Vitme qua khớp nối mềm Cơ cấu Vitme được ( trình bày ở phần 3.2 bên dưới)

Cơ cấu trượt trên Vitme được gắn cùng hệ thống 2 thanh trượt 2 bên để đảm bảo chịu lực tốt và giữ được thăng bằng cho hệ thống

Kích thước các thanh đỡ đùi và thanh đỡ cẳng chân nhỏ nhất là 30cm, có thể điều chỉnh lên lớn nhất là 65cm thông qua việc đóng mở chốt giữ hoảngK cách 2 thanh

2 bên (bề rộng ) để đặt chi dưới lên là 25cm, có thể thay đổi tùy vào từng trường hợp chấn thương

Tấm đặt bàn chân có kích thước 20x30 cm

Góc gập khớp gối lớn nhất có thể là 135 o

Các tấm lót đệm là vật liệu vải xốp có nhiệm vụ đỡ đùi và cẳng chân

Các thông số trên như kích thước, góc dựa vào lý thuyết giải phẫu xương khớp chi dưới, đã được trình bày ở mục 2.2

Dựa vào bản vẽ này ta có thể có hình dung, tưởng tượng thêm nhiều kiểu dáng khác cũng như sau này có thể cải tiến để tối ưu thiết kế.

Tuy bản vẽ khá chi tiết và khả thi nhưng do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức về thi công cơ khí, lựa chọn vật liệu, cũng như kinh phí, nên để chắc chắn, tôi chỉ mới chế tạo thiết bị trên bằng vật liệu nhựa là chính Tuy nhiên sản phẩm cũng đạt được các yêu cầu thiết kế đã đề ra.

Truyền chuyển động

Ở phần trên ta đã nắm được cách thiết kế khung cơ khí Vấn đề đặt ra là làm cách nào có thể truyền chuyển động cho nó Ở đây tôi cũng nghĩ đến việc dùng truyền chuyển động khác, ví dụ như truyền chuyển động bằng bánh răng Nhưng khi tôi so bánh răng với vitme thì truyền chuyển động của bánh răng quá phức tạp, và mất nhiều vật liệu giá thành cao

Còn khi tôi sử dụng truyền chuyển động bằng chục vitme thì đơn giản hơn, ít vật liệu thì đồng nghĩa giá thành giảm hơn

Ta sẽ đi tìm hiểu giải pháp cho vấn đề này : Vitme và động cơ

Vitme là cơ cấu trục vitme gắn với đai ốc dùng để truyền chuyển động cho cơ cấu trượt dọc theo trục vitme.Trục vitme rất dài so với đường kính của nó, có ren hình thang để chịu lực cao.Nếu đai ốc được giữ cố định bởi một cơ cấu nào đó thì khi truyền động, trục vitme quay làm cho đai ốc cùng cơ cấu trên nó chuyển động tịnh tiến

Hình 3 : 10 Nguyên lý hoạt động của vitme

Dựa vào nguyên lý này, ta sẽ gắn cơ cấu vitme vào động cơ để truyền chuyển động cũng như điều khiển chuyển động của thiết bị Cụ thể, gắn cố định động cơ với vitme thì khi động cơ quay sẽ kéo vitme chuyển động đúng theo động cơ.

Khi biết được số bước và khoảng cách mỗi bước, ta hoàn toàn tính được vận tốc chuyển động của nó

3.2.2 Đặc điểm Ưu điểm của cơ cấu vitme là :

• C ấu tạo đơn giản, thắng lực lớn

• Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn

• Thực hiện được các dịch chuyển chậm, chính xác cao

• Hiệu suất thấp do ma sát trên ren

• Chóng mòn Để khắc phục nhược điểm trên ta cần bôi dầu mỡ lên vitme, sẽ giảm đáng kể ma sát và làm cho cơ cấu chuyển động mượt hơn.

Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công Vật liệu vít: Các loại thép CT, thép 45, 50, 40X, 40XH Vật liệu đai ốc: thường làm bằng đồng thanh thiếc, trường hợp tải trọng nhỏ và vận tốc thấp có thể dùng gang xám.

Kết luận chương

Chương này trình bày về các thiết kế cơ khí của thiết bị phục hồi chức năng, và cách vẽ vật thể trong môi trường solidwork, các bước tạo nên vật thể 3D Tiếp theo là mô tả về quá trình truyền chuyển động, nguyên lý cấu tạo, đặc điểm sử dụng cơ cấu vitme Chương tiếp theo luận văn sẽ đề cập đến phần thiết kế mạch điều khiển.

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Động cơ bước

Động cơ bước là động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

Nguyên lý điều khiển động cơ bước :

Biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung thành các chuyển động góc quay của roto Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato phần ứng) của động cơ bước thì ( roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định một bước quay của động ( cơ)

Hình 4.1: Sơ đồ điề u khiển động cơ bước

D.C.SUPPLY: Cung c p ngu n m t chi u cho h ấ ồ ộ ề ệthống T pin nừ ếu động cơ có công su t nh Nguấ ỏ ồn điện được chỉnh lưu từ ngu n xoay chiồ ều đố ới v i công suất l n ớ

CONTROL LOGIC: Đây là khối điều khi n logic T o ra tín hiể ạ ệu điều khi n ể động cơ Khối logic này có th là m t ngu n xung, ho c có th là m t h th ng ể ộ ồ ặ ể ộ ệ ố mạch điệ ửn t

POWER DRIVER: Có nhi m v c p nguệ ụ ấ ồn điện đã được điều chỉnh để đưa vào động cơ Nó lấy điệ ừn t ngu n cung cồ ấp và xung điều khi n t khể ừ ối điều khiển để tạo ra dòng điện cấp cho động cơ hoạ ột đ ng

STEPPER MOTOR: Các thông s cố ủa động cơ gồm có: Bước góc, sai s ố bước góc, mômen kéo, mômen hãm, mômen làm vi c ệ

S d ng tín hiử ụ ệu điều khi n b t t t các khoá chuyể ậ ắ ển để cung cấp điện áp cho cuộn dây

Tín hiệu điều khi n có th cung c p cho các cu n dây Stator theo t ng cuể ể ấ ộ ừ ộn riêng lẻ, ho c theo từặ ng nhóm các cu n dây T ộ ừ đó tạo ra góc quay theo ý mu n ố

Hình 4.2 : Điều khi n góc ể Động cơ bước hoạ ột đ ng:

-C p tín hi u cho t ng cu n hoấ ệ ừ ộ ạ ột đ ng:

-S dử ụng VĐK để điều khi n các cu n dây: ể ộ

Lần 1:Đóng cuộn 1a, ng t 3 cu n còn l i: 1000 ắ ộ ạ

Lần 2: Đóng cuộn 2a, ngắt 3 cuộn còn l i: 0100 ạ

Lần n: Đóng cuộn 1a, 2b, ngắt 2 cuộn còn l i: 1100 ạ

Hình 4.3: Điều khiển động cơ bước Động cơ quay nhanh-chậm: Tăng-gi m th i gian tr gi a các lả ờ ễ ữ ần đưa ra tín hi u ệ Động cơ đảo chi u quay: L p trình theo th t ề ậ ứ ự ngượ ạc l i

Ta có thể thêm nhi u tùy chề ọn điều khiển động cơ theo ý muốn Động cơ bước được lựa chọn để thực hiện đề tài này do các tính năng ưu việt kể trên Trong luận văn này chúng tôi sử dụng động cơ bước STEP SYN 12V của hãng Sanyo Denki - Nhật Bản loại 6 dây ,

Các linh kiện được sử dụng

Atmega328 là vi điều khiển được sản xuất bởi hãng Atmel thuộc họMegaAVR

Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra I/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập ( trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung PWM), hỗ trợ( bootloader

2.6.1 Cấu trúc và Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega 328P

Digital: Các chân I/O digital (chân số 2 – 13 ) được sử dụng làm chân nhập, xuất tín hiệu số thông qua các hàm chính : pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Điện áp hoạt động là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dòng quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiển

Analog: có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit (0 –

1023) Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặc định) tương ứng với

1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead()

Hình 4.4: Động cơ bước dùng trong thiết kế

Hình 4.5: Sơ đồ chân VĐK Atmega328 [7] [6]

Hình 4.6: Cấu trúc VĐK Atmega328 [8]

PWM: các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức năng cấp xung PWM (8bit) thông qua hàm analogWrite( ).

UART: Atmega328P cho phép truyền dữ liệu thông qua hai chân 0 (RX) và chân1 (TX).19 sối nstruction truy xuất gián tiếp Chúng ta sẽ khảo sát vấn đề con trỏ sau này Hình

8 mô tả các chức năng phụ của các thanh ghi.

Hình 4.7: Chức năng phụ của các thanh ghi [8]

Tóm lại 32 RF của Atmega 328P được xem là 1 phần của CPU, vì thế chúng được CPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này, chúng ta không cần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng RF thường được sử dụng như các toán hạng (operand) của các phép toán trong lúc lập trình.

Phần 2: là phần nằm ngay sau register file, phần này bao gồm 64 thanh ghi được gọi

49 là 64 thanh ghi nhập/xuất 64 I/O register) hay còn gọ( i là vùng nhớ I/O (I/O Memory).Vùng nhớ I/O là cửa ngõ giao tiếp giữa CPU và thiết bị ngoại vi Tất cả các thanh ghi điều khiển, trạng thái…của thiết bị ngoại vi đều nằm ở đây Về việc điều khiển các PORT của AVR, mỗi PORT liên quan đến 3 thanh ghi DDRx, PORTx và PINx, tất cả 3 thanh ghi này đều nằm trong vùng nhớ I/O Xa hơn, nếu muốn truy xuất các thiết bị ngoại vi khác như Timer, chuyển đổi Analog/Digital, giao tiếp USART…đều thực hiện thông qua việc điều khiển các thanh ghi trong Phần 3: RAM tĩnh, nội (internal SRAM), là vùng không gian cho chứa các biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các thanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ khoảng vài KB, tùy ( thuộc vào loại chip)

Phần 4: RAM ngoại (external SRAM), các chip cho phép người sử dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khi nào người sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip.

Phần 5: EEPROM Electrically Ereasable Programmable ROM) là một phần quan( trọng của Atmega 328p, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu Phần bộ nhớ EEPROM được tách riêng và có địa chỉ tính từ 0x0000.24

2.6.3 Thông số kĩ thuật của Atmega 328P

Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp cấp (hoạt động tốt) 7 12 V – Điện áp cấp (giới hạn) 6 12 V –

Chân I/O digital 14 (có 6 chân xuất xung PWM)

Dòng điện mỗi chân I/O 20 mA

Bộ nhớ Flash 32 kB (Atmega328P) – trong đó 0.5 kB dùng cho bootloader

Tốc độ xung nhịp 16 MHz

Kích thước (Chip cắm) 68.6 x 53.4 mm

Bảng 4.1 : Thông số kỹ thuật của VĐK Atmega328

Module A4988 là driver điều khiển động cơ bước với kích thước cực kì nhỏ nhưng lại hỗ trợ nhiều chế độ làm việc, có thể điều chỉnh được dòng ra cho động cơ và tự động ngắt điện khi quá nóng

Hình 4.8: Module A4988 Error! Reference source not found.[6][7][8]

Bản chất của module là sự kết hợp của các linh kiện cơ bản như tụ điện, điện trở với

IC A4988, tích hợp lại tạo thành một module có kích thước nhỏ và tiện dụng

Hình 4.9: Sơ đồ điều khiển Module A4988Error! Reference source not f ound.[6][7]

Chân VMOT và GND cạnh nó là các chân cấp điện áp điều khiển nguồn ngoài )( Các chân 1A, 1B, 2A, 2B là các chân tín hiệu để điều khiển động cơ bước

Các chân VDD và GND cạnh nó là các chân cấp điện áp hoạt động (3.3-5V)

Chân Reset nối với Sleep

Chân STEP và DIR nối với vđk Module A4988 có thể điều khiển động cơ bước lớn, khi hoạt động thường bị nóng, do đó thường phải gắn thêm tản nhiệt nhôm Thông số nhiệt độ của module

LCD 16x2 là một TextLCD loại màn hình tinh thể lỏng dùng để hiển thị các dòng - chữ hoặc số trong bảng mã ASCII TextLCD được chia sẵn thành từng ô và mỗi ô chỉ thể hiện được một kí tự ASCII Mỗi ô của TextLCD bao gồm các chấm tinh thể lỏng, việc kết hợp ẩn và hiện các chấm này sẽ tạo thành một kí tự cần hiển thị.

LCD16x2 sử dụng trong mạch là loại TextLCD có 2 dòng và mỗi dòng hiển thị được tối đa 16 kí tự

LCD16x2 được điều khiển bởi chip HD74480, có 2 chế độ giao tiếp là 4 bit và 8 bit Mode 8 bit : tất cả các chân dữ liệu D0 đến D7 phải được nối với 1 PORT của VĐK Ưu điểm của phương pháp này là dữ liệu được đọc và ghi rất nhanh và đơn giản vì chip điều khiển chỉ cần xuất hoặc nhận dữ liệu trên 1 PORT Nhược điểm là tổng số chân để giao tiếp LCD quá nhiều

Mode 4 bit : các chân D0 đến D3 bỏ trống Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là tối thiểu số chân dùng cho giao tiếp nhưng nhược điểm là việc đọc và ghi khó khăn hơn

LCD 16x2 có 16 chân trong đó 14 chân kết nối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho LED nền Thứ tự các chân như sau:

Hình 4.11: Sơ đồ chân LCD16x2

Thiết kế mạch nguyên lý

Khối nguồn: sử dụng nguồn tổ ong 12V 2A làm nguồn cấp cho toàn mạch.Trong đó - 12V sẽ cung cấp cho động cơ thông qua module A4988, còn khối mạch điều khiển sẽ là nguồn 5 V được hạ áp từ nguồn 12V trên

Khối điều khiển : vi điều khiển Atmega328P sẽ kết nối điều khiển động cơ thông qua việc điều khiển module A4988 Động cơ : động cơ bước 12V

Mạch nguyên lý sẽ được xây dựng trên phần mềm Proteus

Proteus là phần mềm của hãng Labcenter Electronic dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô phỏng và thiết kế mạch điện Gói phần mềm gồm có 2 phần chính :

✓ ISIS dùng để vẽ và mô phỏng mạch nguyên lý

✓ ARES dùng để thiết kế mạch in

Proteus hỗ trợ sẵn gần như tất cả các linh kiện điện tử và cho phép người dùng tạo linh kiện mới phục vụ vẽ mạch

Do Module A4988 không có sẵn trong thư viện hỗ trợ nên ta sẽ phải tạo thư viện cho nó

Trên giao diện phần mềm, chọn chế độ 2D Graphics Box Mode để tạo hình

Cuối cùng, ta được linh kiện mới là Module A4988

Khối hiển thị Khối điều Động cơ khiển

Tuy nhìn không giống hoàn toàn ngoài thực tế nhưng ta có thể dùng nó để thể hiện trên mạch

Sơ đồ nguyên lý dựa theo sơ đồ khối :

Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý

Khối nguồn : Từ nguồn 12VDC cấp vào, qua IC ổn áp L7805 và các tụ lọc sẽ cho điện áp 5VDC cấp cho VĐK, module A4988 và LCD Ngoài ra, nguồn 12VDC này được nối trực tiếp vào cặp chân VMOT GND của Module A4988 như đã tìm hiều - về Module này ở phần trước

Vi điều khiển Atmega328P có nhiệm vụ cấp tín hiệu điều khiển qua Module A4988 để điều khiển hoạt động của động cơ bước, thông qua việc giao tiếp với các nút bấm để cài đặt chế độ Tất cả các công đoạn này đều được hiển thị lên LCD nhờ vào giao tiếp giữa LCD với VĐK.

Thiết kế phần mềm

Mạch điều khiển trong luân văn sử dụng VĐK Atmega328P Để có thể lập trình cho chip theo ý muốn ta cần có môi trường lập trình và thuật toán điều khiển

CodevisionAVR là một trình biên dịch C, môi trường phát triển tích hợp và bộ tạo chương trình tự động được thiết kế cho họ các vi điều khiển AVR của Atmel Chương trình có thể chạy trên các hệ điều hành 2000, XP, Vista và Windows 7 32/64 bit

Bên cạnh các thư viện tiêu chuẩn C, CodevisionAVR còn có các thư viện dành riêng cho: cho phép bạn viết một chương trình đơn giản chi trong vài phút, gồm các hàm sau:

- Thiết lập truy cập bộ nhớ ngoài

- Khởi tạo các cổng Output/Input

- Khởi tạo các ngắt ngoài (External Interrputs)

- Khởi tạo giao diện SPI

- Khởi tạo giao diện 2 Wire

- Khởi tạo giao diện CAN

Tạo project mới bằng cách vào File/new, cửa số Create New File hiện ra Ta chọn Project sau đó chọn OK

Hình 4.15: Cửa số xác nhận tạo Project

Cửa số Con firm xuất hiện, ở đây bạn chọn OK để xác nhận tạo 1 project mới Tiếp theo là cửa số CodeWizardAVR dùng để chọn loại chip, ở đây chọn AT90, AtTiny, Atmega, FPSLIC cho phép sử dụng các loại vi điểu khiển tương ứng.

Cuối cùng chọn OK để xác nhận

Hình 4.16: Thẻ tùy chọn chip

Ta chuyển qua thiết lập các thẻ khác với các tùy chọn khác nhau

Cuối cùng, hoàn thành quá trình tạo Project bằng cách vào File/Generate programe, save and exit, sau đó đặt tên cho project

Xuất hiện cửa sổ soạn thảo :

Hình 4.17: Cửa sổ soạn thảo

Chúng ta sẽ ập trình trên file “.c” ừ l v a đượ đặc t tên.

Thiết kế mạch in

Ta sử dụng phần mềm Proteus ARES để thiết kế mạch in. Để có thể chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang mạch in thì các linh kiện đều phải có thư viện chân Vừa rồi ta mới tạo linh kiện là Module A4988 trên mạch nguyên lý, linh kiện này chưa có thư viện chân Do đó ta cần tạo thư viện chân cho nó.

Trên giao diện ARES của Proteus, sử dụng các công cụ 2D để tạo bo viền cho linh kiện, dùng công cụ ruler để đo khoảng cách

Hình 4.18: Công cụ tạo bo viền, khoảng cách Kích thước của module là 15x20mm, tương ứng 600x785 th (1 inch00th)

Hình 4.19: Xác định kích thước

Sử dụng công cụ tạo chân linh kiện :

Sau khi tạo xong thư viện chân , ta quay lại Schematic trên ISIS, nhấp vào Module A4988 Chuột phải chọn Paking Tool Cửa sổ hiện ra chọn Add để thêm thư viện chân

Hình 4.20: Kết thúc quá trình Add footprint

Như vậy ta đã Add xong thư viện chân cho Module A4988 Nhưng linh kiện chưa có chân thực hiện tương tự

Từ giao diện ISIS , chọn Ares để chuyển qua vẽ mạch in

Hình 4.21: Chuyển qua chế độ vẽ mạch in

Tại giao diện ARES, ta tiến hành tùy chỉnh kích thước,sắp xếp linh kiện, đặt luật đi dây…

Mạch in sau khi thiết kế

Hình 4.22: Mạch in hoàn chỉnh

: Mạch sau khi hoàn thiện bằng phương pháp làm mạch thủ công

Panel điều khiển được thiết kế trên phần mềm Solidworks, quy trình thiết kế đã được đề cập ở phần trước.Mạch điều khiển được lồng ghép vào trong panel này

Kết luận chương

Chương này trình bày về quá trình thiết kế mạch điều khiển, giới thiệu về động cơ bước và phương pháp điều khiển động cơ bước, các linh kiện, module sử dụng trong mạch điều khiển, quá trình thiết kế lên một mạch điện tử hoàn chỉnh từ thiết kế mạch nguyên lý đến phần mềm lập trình cho mạch, mạch in rồi làm mạch thủ công Chương kế tiếp sẽ hoàn thiện sản phẩm và thử nghiệm hệ thống.

THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG

Lắp đặt và kiểm thử

Sản phẩm sau khi lắp ghép:

Hình 5.1: Sản phẩm thực tế Góc chụp khác

Hình 5.2: Góc chụp khác của sản phẩm

Ta không thấy động cơ và nguồn điện vì chúng được đặt trong phần hộp bảo vệ

Thiết bị có thể thay đổi độ dài theo kích thước thực tế của bệnh nhân Hình 5.3 là kích thước nhỏ nhất của phần đỡ đùi (30cm)

Hình 5.3 : Phần đỡ đùi Kích thước nhỏ nhất của phần đỡ cẳng chân

Hình 5.4 : Phần đỡ cẳng chânSau khi thay đổi độ dài phần đỡ cẳng chân

Hình 5.5 : Phần đỡ cẳng chân sau khi kéo dài Vitme được gắn vào khung để truyền chuyển động cho thiết bị

Hình 5.6 : Vitme gắn với khung Đề tài đã hoàn thành cơ bản các chỉ tiêu đặt ra, tuy nhiên còn một số hạn chế sau:

- Bộ khung chuyển động chưa thật sự mượt

- Động cơ và Vitme chưa tối ưu hóa

- Panel và mạch điều khiển còn nhiều hạn chế.

Khả năng ứng dụng và phát triển của luận văn

- Đề tài có thể phát triển hơn nữa bằng việc chọn vật liệu tốt thiết kế lại, panel điều khiển

- Để có thể áp dụng vào thực tiễn đề tài cần thêm thời gian và sự hỗ trợ kinh phí cũng như chất xám.

Kết luận chương

Qua chương này ta đã chạy thử thành công thiết bị Một số phương án cũng đã được đưa ra để thiết bị ngày một hoàn thiện hơn

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Trong luận văn này, tôi đã trình bày toàn bộ thiết kế của thiết bị phục hồi chức năng khớp gối chi dưới chuyển động linh hoạt theo cử động gập duỗi của , chân người Tôi đánh giá đây là đề tài khó và khá mới, có nhiều vấn đề tôichưa có kinh nghiệm Tuy nhiên tôi đã làm việc nghiêm túc và trên một mặt nào đó cảm thấy khá hài lòng với những gì đã làm được

Với năng lực hạn chế, và đặt gia công đơn chiếc rất khó khăn và giá thành cao lên kinh phí chưa cho phép nên thiết bị này chỉ là phiên bản thử nghiệm bằng vật liệu nhựa, mạch điều khiển và các tùy chọn chế độ còn chưa tối ưu Tôi mong muốn vấn đề này sẽ được nghiên cứu sâu và kĩ hơn để có một sản phẩm hoàn chỉnh phục vụ hoạt độn phục hồi chức năngg Đề tài chế tạo thiết bị phục hồi chức năng là rất thiết thực Tuy nhiên so với yêu cầu thực tế của đề tài cũng như khả năng phát triển thì những gì tôi làm được là không quá lớn.Tuy vậy tôi vẫn hi vọng rằng nó có thể giúp ích cho các bạn khi muốn tìm hiểu và phát triển thêm đề tài.Mặc dù kiến thức rất giới hạn nhưng chúng tôi rất sẵn lòng được trao đổi thêm với các bạn quan tâm

Một lần nữa, xin tôi chân thành cảm ơn TS Nguyễn Hữu Phát đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

TÀI TÀI LI U THAM KHỆ ẢO.

[1] Giải phẫu chức năng vùng hông chậu,

Quyển giải phẫu người, chịu trách nhiệm xuất bản DS HOÀNG TRỌNG QUANG Biên tập: PHAN HOÀI, sửa bài PHAN HOÀI Vẽ bìa ĐẶNG VIỆT TRIỀU NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC Địa chỉ 352 Đội Cấn – Ba Đình – Hà Nội Số giấy phép xuất bản 254-97/XB-QLXB ngày 6/2/2004 In xong 9/2004

[2] Giải phẫu chức năng khớp gối,

Quyển giải phẫu người, chịu trách nhiệm xuất bản DS HOÀNG TRỌNG QUANG Biên tập: PHAN HOÀI, sửa bài PHAN HOÀI Vẽ bìa ĐẶNG VIỆT TRIỀU NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC Địa chỉ 352 Đội Cấn – Ba Đình – Hà Nội Số giấy phép xuất bản 254-97/XB-QLXB ngày 6/2/2004 In xong 9/2004

[3] Bài giảng xương khớp chi dưới,

Quyển giải phẫu người, chịu trách nhiệm xuất bản DS HOÀNG TRỌNG QUANG

Biên tập: PHAN HOÀI , sửa bài P HAN HOÀI Vẽ bìa Đ ẶNG V IỆT RIỀU T NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC Địa chỉ 352 Đội Cấn – Ba Đình – Hà Nội Số giấy phép xuất bản 254 -97/XB-QLXB ngày 6/2/2004 In xong 9/2004

[4] Giải phẫu chức năng cổ chân và bàn chân,

Quyển giải phẫu người, chịu trách nhiệm xuất bản DS HOÀNG TRỌNG QUANG Biên tập: PHAN HOÀI, sửa bài PHAN HOÀI Vẽ bìa ĐẶNG VIỆT TRIỀU NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC Địa chỉ 352 Đội Cấn – Ba Đình – Hà Nội Số giấy phép xuất bản 254 -97/XB-QLXB ngày 6/2/2004 In xong 9/2004

[5] Phục hồi chức năng trên hệ thống robot Co trex MJ hiện đại của CHLB n- Đức được thực hiên các Y Bác sỹ Nguyễn Trọng Lưu, Nguyễn Thị Phương Chi, Bùi Thị Hồng Thúy

Khoa Vật lý trị liệu - Phục hồi chức năng – Bệnh viện TƯQĐ 108

[6] http://www.hocavr.com/index.php/app/textlcd, truy nhập cuối cùng ngày 25/10/2017

[7] http://codientu.org/threads/12698/, truy nhập cuối cùng ngày 26/11/2017.