Thiết kế chế tạo mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay

Microsoft Word thuyet minh1 Mã số 201 1CK02 Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài Thiết kế chế tạo mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay Mã số đề tài 201 1CK02 Chủ nhiệm đề tài PGS TS Lê Thanh Danh Đơn vị thực hiện Khoa Cơ khí Mã số 201 1CK02 Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM 2 LỜI MỞ ĐẦU Nếu bệnh tim mạch là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong thì đối với nguyên nhân gây ra sự tàn phế, khó có căn bệnh nào có t.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ

ĐỀTÀIKH&CNCẤPTRƯỜNG

Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay

Mã số đề tài: 20/1.1CK02

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Thanh Danh

Đơn vị thực hiện: Khoa Cơ khí

LỜI MỞ ĐẦU

Nếu bệnh tim mạch là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong thì đối với nguyên nhân gây

ra sự tàn phế, khó có căn bệnh nào có thể vượt qua được các bệnh lí về cơ-xương-khớp

Ở Mỹ, một quốc gia có nền y khoa tiên tiến bậc nhất thế giới có tới: 80% người trên 55 tuổi bị thoái hóa khớp; 65 triệu người bị đau thắt lưng Mỗi năm có tới 1 triệu lượt nhập viện và 45 triệu lượt khám và điều trị do đau lưng và thoái hóa xương khớp Tại Việt Nam, tỉ lệ mắc bệnh cơ-xương-khớp gia tăng nhanh chóng trong những năm gần đây và đang gây ra áp lực rất lớn cũng như thách thức lên hạ tầng y tế với những con số đáng

“giật mình”: 30% người trên 35 tuổi; 60% người trên 65 tuổi; 85% người trên 80 tuổi mắc bệnh thoái hóa khớp và các bệnh về cuộc sống Đáng nói đến còn có bệnh đau khớp hoặc thoái hóa khớp khuỷu tay rất thường xảy ra ở những người hay vận động như: người chơi golf, tennis, ném bóng chày; người tập tạ; võ sĩ quyền anh hay những người làm nghề đòi hỏi phải dùng cơ tay nhiều như: đầu bếp; họa sĩ; thợ mộc; công nhân xí nghiệp; thợ điện nước Bệnh đau khớp khuỷu tay tuy không gây nguy hiểm tới tính mạng nhưng

nó khiến cho người bệnh khó chịu, khó vận động ảnh hưởng nghiêm trọng đến công việc

và cuộc sống hàng ngày Chính vì vậy nên phát hiện và điều trị kịp thời để đạt được hiệu quả tốt nhất Hiện nay trên thế giới đã có nhiều thiết bị vật lí trị liệu về các bệnh cơ-xương-khớp Trong số đó phải nói đến một ứng dụng vượt bậc của ngành công nghệ sử dụng các bó cơ nhân tạo hoạt động bằng khí nén (Pneumatic Artificial Muscles - PAM) là một sản phẩm của McKibben được phát minh vào năm 1950 đã được áp dụng vào thiết bị vật lí trị liệu Thiết bị này khá phổ biến trên thế giới nhưng giá thành còn cao Chính vì thế nhóm sinh viên chúng em đã chọn nghiên cứu đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình vật

lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay” với mục đích giảm giá thành, làm chủ công nghệ để góp một phần nhỏ trong việc phát triển lĩnh vực y tế ở Việt Nam

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian gần một năm nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay” được triển khai tại Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM Ban đầu khối lượng công việc rất nhiều nhưng nhóm cố gắng bám sát khối lượng đề tài đưa ra các phương án nhằm hoàn thành tất cả các nội dung của đề tài Trong quá trình thực hiện cũng gặp nhiều khó khăn nhưng với sợ hỗ trợ kịp thời của nhiều thành phần trong đó có Ban Giám Hiệu, Khoa Công nghệ Cơ Khí và một số giảng viên trong Khoa đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho nhóm nghiên cứu thực hiện tốt các hạng mục của đề tài Vì vậy tôi thay mặt tất cả thành viên của nhóm đề tài xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của các đồng nghiệp và Nhà trường để chúng tôi hoàn đề tài nghiên cứu của mình

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1.cấu trúc của khuỷu tay………6

1.2 Các bệnh về xương khớp ở khuỷu tay thường gặp………7

1.2.1.Thoái hóa khớp khuỷu tay 7

1.2.2.Bệnh Gout (gút) ở khuỷu tay 10

1.2.3.Bệnh đau khớp khuỷu tay 10

1.2.4.Bệnh viêm khớp khuỷu tay 12

1.3 Phương pháp điều trị bằng vật lý trị liệu……….12

1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu……… 14

1.4.1.Tình hình nghiên cứu quốc tế và trong nước 14

1.4.2.Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố 18

1.5 Tính cấp thiết của đề tài……… 19

1.6 Mục tiêu của đề tài……… 19

1.6.1.Mục tiêu tổng quát: 19

1.6.2.Mục tiêu cụ thể 19

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ KẾT CẤU VÀ CÁC BỘ PHẬN CƠ KHÍ 21

2.1 Phương án thiết kế……… 21

2.1.1.Phương án thiết kế dạng đứng 21

2.1.2.Phương án thiết kế dạng nằm 21

2.1.3.Phương án thiết kế dạng ngồi ( cánh tay trợ lực ) 22

2.2 Mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ tập luyện ……… 23

2.3 Thiết kế cơ khí ………24

2.3.1 Ghế……… 24

2.3.2 Giá đỡ……… 26

2.3.2 Tấm cố định……… ……… 30

2.3.4 Tấm xoay……… ……… 32

2.4 Cơ nhân tạo……… 33

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 35

3.1 Mục tiêu điều khiển………35

3.2 Mô hình động lực ọc……… 35

3.3 Bộ điều khiển 38

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 35

4.1 Mô hình thực nghiệm……… 40

4.2 Kết quả ……… 42

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2 Kiến nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….47

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi con người, việc sử dụng chi trên để phục vụ cho việc sinh hoạt là vô cùng cần thiết Nếu như việc sinh hoạt ấy bị thiếu đi sự

hỗ trợ đến từ các chi trên thì nó có thể gây ra ảnh hưởng to lớn đến với đời sống sinh hoạt của con người, đặc biệt là phần khuỷu tay Việc chấn thương khuỷu tay do bị ngã, tập luyện thể thao, chấn thương khi làm việc, hoặc thoái hóa khớp khuỷu tay sẽ dẫn đến các bệnh lý về cơ xương khớp như là liệt vận động, cứng khớp yếu cơ Đối với những trường hợp như vậy, việc phục hồi tự nhiên sẽ rất mất thời gian, có thể kéo dài đến vài tháng Do

đó có thể nâng cao khả năng phục hồi sau chấn thương thì các bác sĩ sẽ cung cấp cho bệnh nhân một phác đồ điều trị bao gồm các bài tập chuyển động chậm, nhịp nhàng và liên tục với khớp khuỷu tay để bệnh nhân tránh được tình trạng bị teo cơ

1.1 CẤU TRÚC CỦA KHUỶU TAY

Khuỷu tay ở người là một khớp bản lề được tạo thành từ ba xương (Hình 1.1) Đó là: Xương cánh tay, xương trụ và xương quay Các đầu xương được bao bọc bởi sụn Sụn có tính đàn hồi cho phép các khớp dễ dàng trượt vào nhau và hấp thụ các chấn động

Các xương được liên kết với nhau bằng các dây chằng tạo thành bao khớp Bao khớp

là một túi chứa đầy chất lỏng bao quanh có tác dụng bôi trơn khớp Các dây chằng quan trọng của khuỷu tay là dây chằng chéo giữa (ở bên trong khuỷu tay) và dây chằng phụ bên (ở bên ngoài khuỷu tay)

Hình 1.1 Cấu trúc của khuỷu tay Chức năng của khuỷu tay: Khuỷu tay ở người có chức năng tương tự như những khớp khác trong cơ thể Nó hỗ trợ cho hoạt động vận động của cẳng tay, giúp các xương

trượt lên nhau dễ dàng Đồng thời, khuỷu tay cũng là nơi đi qua của các dây thần kinh và mạch máu:

 Mạch máu: Động mạch trụ, động mạch quay, động mạch cánh tay,…

 Thần kinh: Thần kinh trụ, thần kinh bì cẳng tay trong, thần kinh giữa,…

Những động tác có sự hỗ trợ của khuỷu tay bao gồm:

 Gấp cẳng tay

 Duỗi cẳng tay

 Sấp và ngửa cẳng tay, xoay cẳng tay quanh cánh tay

Nhờ những động tác này nên khả năng cầm nắm của cánh tay và với lấy đồ vật trở nên linh hoạt hơn Phạm vi chuyển động của khuỷu tay là từ 0 độ khi duỗi khuỷu tay đến 150

độ gập của khuỷu tay

1.2 CÁC BỆNH XƯƠNG KHỚP Ở KHUỶU TAY THƯỜNG GẶP

Bệnh cơ xương khớp khiến người bệnh vận động khó khăn, đau đớn Các bệnh cơ xương khớp giờ đây không chỉ gặp ở người trung niên, cao tuổi, mà còn xuất hiện ở nhiều người trẻ, nhất là những người làm việc văn phòng, người thường xuyên phải lao động nặng

1.2.1 Thoái hóa khớp khuỷu tay

Thoái hóa khớp khuỷ tay là một trong những bệnh lý phổ biến về xương khớp xảy ra ở khuỷ tay Các vị trí thường chịu nhiều tổn thương nhất là cánh tay, xương trụ và xương cẳng tay Bệnh xảy ra khi lớp sụn ở khớp tay bị bào mòn do tuổi tác hoặc thường xuyên lao động nặng Ngoài ra, chế độ dinh dưỡng không hợp lý, thiếu vitamin và rau xanh cũng có thể dẫn đến tình trạng này

Bệnh gây cứng khớp và đau đớn khi gập duỗi bàn tay, cánh tay Do lớp sụn ngăn cách giữa 2 đầu khớp đã bị bào mòn nên sẽ làm tăng ma sát lên khớp, gây ra hiện tượng gai xương, thoái hóa

Hình 1.3 Thoái hóa khớp khuỷu tay Mức độ thoái hóa càng nặng, cơn đau càng xuất hiện nhiều với mức độ đau đớn dữ dội, nặng nề hơn Thoái hóa khớp khuỷ tay khiến các hoạt động thường ngày của người bệnh trở nên nặng nề, khó khăn, làm giảm năng suất lao động và ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng cuộc sống

Căn bệnh này chủ yếu xảy ra với người cao tuổi Tuy nhiên, trên thực tế, bệnh có thể xảy ra ở độ tuổi 35-40, nhất là những người thường xuyên phải lao động chân tay nặng nhọc

Tuy bệnh thoái hóa khớp khuỷu tay không có khả năng gây nguy hiểm đến tính mạng, nhưng sự đau đớn và mức độ tổn thương của bệnh không được khắc phục kịp thời có thể khiến khớp khuỷ tay bị biến dạng Điều này khiến người bệnh mất khả năng vận động chi tay

Biểu hiện bệnh thoái hóa khớp khuỷu tay

Tương tự với các triệu chứng bệnh về xương khớp khác, bệnh thoái hóa khớp khủy tay gây ra những cơn đau âm ỉ tại vùng cánh tay, cẳng tay

Các biểu hiện cụ thể như:

 Vùng cánh tay, cẳng tay và bàn tay có cảm giác đau mỏi âm ỉ, cơn đau râm ran kéo dài suốt cả ngày

 Tại các vị trí khớp tay có biểu hiện nóng đỏ và sưng viêm

 Có triệu chứng co cứng khớp vào buổi sáng, khả năng cử động tay kém linh hoạt

và đau đớn

 Cơn đau có xu hướng nặng nề và kéo dài hơn khi lao động nặng

 Suy giảm khả năng vận động tay, cầm nắm đồ vật khó khăn, không chắc chắn Cầm vật nặng dễ bị rơi vỡ

 Ở những trường hợp nghiêm trọng có biểu hiện teo cơ thậm chí biến dạng xương khớp

Hình 1.4 Biểu hiện thái hóa khớp khuỷu tay Nguyên nhân gây bệnh

Trước đây, bệnh thoái hóa khớp thường được cho là do sự lão hóa xương khớp do tuổi tác nên bệnh chỉ xảy ra với người cao tuổi Tuy nhiên, trên thực thế bệnh có thể gặp ở cả người trẻ tuổi Điều này cho thấy có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng thoái hóa khớp khuỷu tay Trong đó, những nguyên nhân thường gặp nhất là:

 Do chấn thương trong quá trình lao động, làm việc Tổn thương khi hoạt động không được điều trị đúng cách khiến khớp dễ bị thoái hóa hơn

 Tổn thương dây chằng khiến khớp khuỷ tay bị xô lệch vị trí và không đảm bảo chức năng vận động Dẫn đến hiện tượng thoái hóa, sưng viêm khớp khủy tay

 Khuỷ tay thường xuyên phải vận động quá sức dẫn đến tốc độ thoái hóa diễn ra nhanh với mức độ nghiêm trọng hơn

 Người bệnh gặp phải các vấn đề liên quan đến xương khớp như: thoái hóa cột sống, thoái hóa đốt sống cổ, thoát vị đĩa đệm

 Người bệnh bị loạn sản xương khớp Các sụn khớp và mảnh xương bị vỡ chèn ép lên sụn và khối cơ khuỷu tay khiến người bệnh gặp nhiều đau đớn

1.2.2 Bệnh Gout (gút) ở khuỷu tay

Bệnh gout gây ra những cơn đau ở các khớp xương như đầu gối, ngón tay, cổ tay, ngón chân… Bệnh gout ở khuỷu tay thường bị nhầm lẫn với đau do vận động, nhưng đây cũng là một trong những triệu chứng của bệnh gout mang lại

Hình 1.5 Bệnh Gout ở khuỷu tay Nguyên nhân gây nên bệnh gout:

Bệnh gout xảy ra khi các hạt tinh thể urat tích tụ tại các khớp xương lâu ngày gây ra viêm khớp Nguyên nhân là do sự hình thành của nồng độ axit uric quá cao trong máu của người thường xuyên ăn những thực phẩm có chứa nhân purin

Ngoài chế độ dinh dưỡng thì còn nhiều nguyên nhân khác gây nên bệnh gout như yếu

tố di truyền, nguyên nhân do các bệnh liên quan đến thận như suy thận Chỉ số axit uric trong máu không phải là yếu tố để xác định bệnh gout nhưng nó là nguyên nhân chính dẫn đến bệnh gout Vì chỉ số này có thể cao hoặc thấp hơn mức độ quy định của Bộ Y tế tùy vào từng cơ địa của mỗi người khác nhau

1.2.3 Bệnh đau khớp khuỷu tay

Đau khuỷu tay là tình trạng viêm điểm bám gân khuỷu tay, sưng đau hoặc rách, giãn hoặc đứt nhóm gân cơ duỗi tại khu vực nằm giữa cánh tay và cẳng tay

Hình 1.6 Bệnh đau khớp khuỷu tay Nguyên nhân

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến các chấn thương ở khớp khuỷu tay, đau khớp khuỷu tay nhưng phổ biến nhất là những nguyên nhân sau:

 Viêm mỏm trên lồi cầu ngoài (còn có tên gọi khác là hội chứng đau khuỷu tay tennis): Xảy ra khi có các chấn thương đến các cơ, gân, dây chằng quanh phần dưới của khớp khuỷu tay và phần trước cánh tay Những vết rách hình thành trong gân và cơ điều khiển cử động của phần trước cánh tay Cuối cùng, các vết rách này dẫn đến sự hình thành sẹo và hiện tượng vôi hóa Nếu không được điều trị, những vết sẹo và vết vôi hóa này sẽ gây ra áp lực lớn cho các cơ và dây thần kinh Không chỉ thường gặp ở những vận động viên chơi tennis, hội chứng tennis elbow còn phổ biến ở những đối tượng thường xuyên hoạt động cơ bắp, cẳng tay hằng ngày như họa sĩ, thợ mộc, thợ ống nước…

 Viêm mỏm trên lồi cầu trong xương cánh tay (còn được gọi là hội chứng golf): Xảy ra chủ yếu do việc vận động quá mức, thường gặp ở những người chơi golf

Sự vận động của cánh tay dưới luôn đòi hỏi việc dùng nhiều sức lực lặp đi lặp lại, căng cơ tay, đồng thời với chế độ sinh hoạt, nghỉ ngơi không hợp lý khiến các

cơ rơi vào tình trạng làm việc quá sức

 Các hoạt động sai trong khi chơi golf, cầm vợt, hoặc dùng các dụng cụ lao động

1.2.4 Bệnh viêm khớp khuỷu tay

Viêm khớp khuỷu tay là bệnh lý xương khớp xảy ra với phần mỏm trên cầu lồi ngoài, gây viêm và rách vùng gân cơ tại đây Khi đó, người bệnh có các biểu hiện đặc trưng như đau nhức, sưng tấy, tê bì ổ khớp bị viêm nhiễm, …

Tình trạng viêm nhiễm tại vị trí này khiến người bệnh gặp khó khăn trong các hoạt động cầm nắm, co duỗi và quay cánh tay Nếu không có biện pháp điều trị kịp thời, người bệnh sẽ nhận thấy sự hạn chế trong các hoạt động hàng ngày như: Cầm nắm; gõ bàn phím; mở cửa;…

Hình 1.7 Bệnh viêm khớp khuỷu tay 1.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ BẰNG VẬT LÍ TRỊ LIỆU

Bên cạnh phương pháp tây y, phương pháp vật lý trị liệu hay còn gọi là phục hồi chức năng thông qua các bài tập là một trong những phương pháp được sử dụng để điều trị bệnh lý liên quan đến xương-khớp Có 2 cách thực hiện luyện tập phục hồi chức năng khớp khuỷu tay:

+Phương pháp truyền thống: Người hướng dẫn vật lý trị liệu sẽ giúp trực tiếp bệnh nhân thực hiện một số bài tập để khôi phục lại sự linh hoạt của khớp khuỷu tay (hình 1.8)

+ Phương pháp sử dụng máy: Máy sẽ giúp người bệnh thực hiện các bài tập theo chỉ định của người hướng dẫn (hình 1.9) Phương pháp này gia tăng năng suất điều trị, giảm

sự giảm nhàm chán cho người hướng dẫn do những động tác tập luyện có tính lặp đi lặp lại

Hình 1.8 Phương pháp phục hồi chức năng thông thường

Hình 1.9: Phương pháp phục hồi chức năng bằng máy

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều loại máy hỗ trợ điều trị vật lý trị liệu phục hồi chức năng của các chi, nhưng giá thành vẫn còn rất cao Để góp phần hỗ trợ cho điều trị vật lý trị liệu cho các bệnh nhân trong nước, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo

mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay dựa trên ứng dụng bắp cơ nhân tạo (Pneumatic Artificial Muscles –PAM) với giá thành giảm đi so với các loại máy ngoại nhập có cùng chức năng

1.4 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH CẤP THIẾT TIẾN

HÀNH NGHIÊN CỨU

1.4.1 Tình hình nghiên cứu quốc tế và trong nước

a Tình hình nghiên cứu quốc tế

Để nâng cao quá trình phục hồi cần phải sử dụng những thiết bị được thiết kế đặc biệt

để phục hồi lại khớp khuỷu tay Việc sử dụng các thiết bị hỗ trợ này sẽ giúp cho bệnh nhân phục hồi nhanh hơn cũng như giảm thiểu lượng thuốc sử dụng, qua đó chi phí chữa bệnh cũng sẽ được giảm đi [1] Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện nhiều loại máy hỗ trợ điều trị vật lý trị liệu phục vụ cho bệnh nhân, hầu hết các loại máy này đều sử dụng động cơ điện hoặc cơ như:

Máy tập chi trên CMP (Hình 1.10.) là sản phẩm của công ty Xiangyu Medical [2] Máy tập chi trên Kinetec 6080 Elbow CPM (Hình 1.11) là sản phẩm của công ty Kinetec [3] Hướng dẫn sử dụng được trình bày rõ rang trong [5]

Máy tập thụ động khớp khuỷu tay E3-100L (Hình 1.12) là sản phẩm của công ty QAL Medical Hướng dẫn sử dụng [6]

Hình 1.10: Máy tập chi trên CMP