Xây dựng phần mềm chương trình tạo các dạng sóng lực kéo ứng dụng trong phục hồi chức năng

Theo quy luật “chiều cao đĩa đệm tăng khi áp lực nội đĩa đệm giảm” nên phương pháp kéo giãn cột sống thắt lưng trong điều trị làm cho các khoang gian đốt cao thêm trung bình 1,1mm làm áp

MỞ ĐẦU

Như chúng ta biết thực trạng trang thiết bị y tế của nước ta hiện nay là rất hạn chế và không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về nhu cầu điều trị và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Việc nhập về các máy rất đắt tiền đôi khi cũng không giải quyết được một cách triệt để nhu cầu do tình trạng bệnh lý rất đa dạng của người dân và khả năng sử dụng các trang thiết bị đôi khi không tận dụng được một cách hiệu quả

Việc tự chế tạo các trang thiết bị điều trị ở trong nước đã được tiến hành và đang có xu hướng ngày càng phát triển vì giá thành phù hợp và hiệu quả sử dụng cao có thể đáp ứng nhu cầu điều trị cho một số lượng lớn nguời bệnh

Bộ môn Công nghệ Điện tử và Kỹ thuật Điện tử Y sinh cùng với Trung tâm Điện tử Y sinh học đã tiến hành khảo sát, nghiên cứu và thiết kế, chế tạo thành công máy kéo giãn cột sống, là một trong những thành viên tham gia trong quá trình nghiên cứu và chế tạo thành công máy kéo giãn cột sống, nay em làm luận văn thạc sĩ với tên đề tài: XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH TẠO CÁC DẠNG SÓNG LỰC KÉO ỨNG DỤNG TRONG PHỤC HỒI CHỨC NĂNG để trình bày mục đích, lí do và toàn bộ quá trình thiết kế cũng như ứng dụng và triển khai thực tiễn

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU CÁC CÁCH THỨC KÉO GIÃN CỘT SỐNG TRONG PHỤC HỒI CHỨC NĂNG

I.1 ĐẠI CƯƠNG GIẢI PHẪU VÀ SINH CƠ HỌC CỘT SỐNG

Theo những nghiên cứu về cộ sống thì, cột sống có nhiều đoạn nhưng từng đoạn có nhiều chức năng được gọi là “đoạn vận động” Đoạn vận động bao gồm khoang gian đốt cùng với nhân nhầy (nhân tuỷ), vòng sợi, mâm sụn và nửa phần thân đốt lân cận cùng phần mềm tương ứng Cột sống người có 24 đoạn vận động

Đĩa đệm (đĩa gian đốt) bao gồm mâm sụn, vòng sợi và nhân nhầy, nằm trong khoang gian đốt, bình thường có 23 đĩa đệm, ở người bình thường chiều cao của đĩa đệm đoạn cổ là 3mm, đoạn ngực 5mm, đoạn thắt lưng 9mm

Khi vận động cột sống về một phía (nghiêng, cúi, ưỡn…) thì nhân nhầy sẽ chuyển dịch về phía đối diện đồng thời vòng sợi cũng bị giãn ra Các khớp đốt sống có vai trò đặc biệt trong chức năng của các đoạn vận động và sự xuất hiện triệu chứng đau là do đĩa đệm dưới gián tiếp ảnh hưởng Là những khớp bản lề – chêm tuỳ theo mỗi tư thế trong không gian mà nó có những hướng vận động hoàn toàn xác định

Như vậy đĩa đệm là khớp đốt sống tạo nên một đơn vị chức năng thống nhất có khả năng chống đỡ theo nguyên lý đàn hồi với các tác động cơ học Sự xuất hiện đau ở các khớp đốt sống bao giờ cũng do bao khớp chịu sức căng kéo quá lớn hoặc diện khớp phải chịu áp lực bất thường, nếu tác động liên tiếp kéo

dài sẽ dẫn đến thoái hoá khớp đốt sống (spondylar throsis) hay gặp ở đoạn thắt lưng

Về mặt sinh cơ học, đĩa đệm được coi như hệ thống thẩm thấu trao đổi chất Đĩa đệm có trọng tải áp lực khá lớn như ở đoạn thắt lưng, ở tư thế nằm là

15 – 25kg lực (kilogramme-force), tư thế đứng là 100kg và ngồi là 150kg, còn ở

tư thế nghiêng hay hạ nâng các vật nặng còn tăng hơn nhiều (nachemson) Tải trọng dẫn tới sự giảm chiều cao gian đốt Theo Pukys, khi chịu trọng tải lớn, tổng chiều cao khoang gian đốt giảm 12mm ở nữ và 18mm ở nam Đĩa đệm không chỉ chịu lực tĩnh mà trong đời sống còn phải ghánh chịu bao nhiêu lực động Nhờ khả năng chuyển dịch nhân nhầy và đặc tính chun giãn của vòng sợi nên đĩa đệm

có đặc tính một hệ thống sinh cơ học có tính thích ứng đàn hồi cao và chịu trọng tải lớn, kiểu lò xo Theo quy luật “chiều cao đĩa đệm tăng khi áp lực nội đĩa đệm giảm” nên phương pháp kéo giãn cột sống thắt lưng trong điều trị làm cho các khoang gian đốt cao thêm trung bình 1,1mm làm áp lực nội đĩa đệm giảm

Như vậy, đau lưng cấp hay mãn không do nguồn gốc tuỷ sống, tổ thương xương cũng như bệnh lý đặc hiệu (lao, u …) thì thường có nguồn gốc:

- Đĩa đệm (hư, thoát vị)

đĩa đệm qua mức (xoắn vặn, dồn đẩy, nén ép), tính chất gia đình (Wilson), vi chấn thương kéo dài

Có thể khái quát theo sơ đồ tổng hợp về nguồn gốc bệnh đĩa đệm như sau:

Thoát vị đĩa đệm từ từ

Trọng tải

Hư đĩa đệm

Đau lưng cấp, mãn tính

Chấn thương cấp, kéo dài

Hình 1.1: Sơ đồ tổng hợp nguồn gốc bệnh đĩa đệm

Qua một số vấn đề sinh cơ học cột sống, việc điều trị một số chứng bệnh cột sống thường gặp, biện pháp kéo giãn có khả năng đạt hiệu quả

Sau đây là một số hình ảnh của cột sống:

L1 L1

L1

L5

T12 T12

Các đốt sống ngực

Các đốt sống thắt lưng

Xương cùng (S1-5)

Xương cùng (S1-5)

Đốt đội (C1)Đốt trục (C2)

Đốt đội (C1) Đốt trục (C2)

Hình 1.2: Cột sống nhìn từ 3 phía

Cuống Thân đốt sống

Đĩa gian đốt sống

Diên khớp với xương cùng

Khuyết đốt sống trên

Lỗ gian đốt sống

Mỏm khớp dưới Khuyết đốt sống dưới

Mỏm gai Mỏm ngang Mỏm núm vú Mỏm khớp trên

Ống đốt sống

Hình 1.4: Các đốt thắt lưng thứ 3 và thứ 4

t

đốt sống Đĩa gian Dây chằng sau

Mặt sau các thân đốt sống Cuống mặt cắ

Hình 1.5: Các đoạn đốt sống trước (đã bỏ các cuống)

Bao khớp của khớp mỏm Mỏm khớp dưới

Hình 1.6: Một đơn vị vận động

Cuống mặt cắt Dây chằng vang

Mảnh Mỏm khớp trên

Mỏm ngang Diên khớp dưới

Hình 1.7: Các đoạn đốt sống sau

Thân đốt sống

Cuống

Mỏ m ngang Mỏm khớp trên

Mảnh

h Mỏm gai

Mỏ m phụ

Hình 1.8: Đốt sống thắt lưng thứ 2 (nhìn từ phía trên)

Vòng sợi

Nhân tủy (nhân

nhầy)

Hình 1.9: Đĩa gian đốt sống (đĩa đệm)

I.2 ĐIỂM TỲ LỰC KÉO VÀ PHƯƠNG KÉO

I.2.1 Điểm tỳ lực kéo

Trên hộp sọ hầu như không có những ụ nhô để cho khung treo bám vào, do

đó người ta thường sử dụng hai vị trí đểm tỳ là: tay kéo dài phía trước tỳ vào xương hàm dưới và tay kéo ngắn phía sau tỳ vào xương chẩm (hình 1.10)

Điểm chẩm Xương hàm dưới

Vật nặng

Dây kéo Ròng rọc Giá treo

20º – 30º

Hình 1.10: Điểm tỳ lực kéo

I.2.2 Phương kéo

Phương kéo theo mặt phẳng trước sau: chọn phương kéo sao cho làm cột sống hơi gấp ra trước 20º - 30º (như hình 1.10), khi đó giữa hai đốt sống tạo nên góc mở ra sau tạo điều kiện cho nhân nhày đĩa đệm đang thoát vị ra sau trở lại vị trí bình thường, đồng thời làm mở rộng lỗ tiếp hợp

I.3 CÁC KỸ THUẬT KÉO GIÃN CHÍNH VÀ TÁC DỤNG

Từ lâu điều trị kéo giãn đã được ứng dụng nhằm mục tiêu đơn giản là giải toả hẹp khe liên đốt để giải phóng chèn ép rễ thần kinh, một số công trình nghiên cứu đã xác nhận với lực kéo trung bình (khoảng nửa trọng lượng cơ thể) trên tư thế nằm, sau 15-20 phút có thể tăng chiều cao khoang liên đốt đoạn thắt lưng 1-

1,5mm Kỹ thuật kéo giãn cột sống từ giản đơn phát triển ngày càng khoa học hơn

I.3.1 Kéo giãn bằng tự trọng trên bàn dốc

Chỉ cần một ván phẳng (giảm lực ma sát) cùng một bộ đai cố định ở nách, ngực hay đầu, lực kéo điều chỉnh bằng góc độ dốc của bàn so với mặt phẳng nền,

độ dốc càng nhiều thì lực kéo càng lớn do tự trọng của bệnh nhân trượt xuống trên mặt bàn Cách kéo này lực bị dàn đều từ chỗ cố định trở xuống, tuy nhiên đoạn cột sống ở càng gần nơi cố định chịu lực lớn hơn, có tính định lượng tương đối Nhưng trang bị giản đơn, lực kéo một phần phụ thuộc vào trọng lượng bệnh nhân, nên còn gọi là kéo giãn cột sống bằng tự trọng, dễ dàng triển khai ở mọi cơ

sở cho nên có thể ứng dụng rộng rãi ở y tế cộng đồng, chỉ có một số chế độ kéo liên tục

I.3.2 Kéo giãn bằng lực đối trọng

Đoạn ngực và thắt lưng kéo ở tư thế nằm, lực kéo có thể tập trung vào các vùng nhất định bằng cách đặt đai cố định và đai kéo (khoảng giữa 2 đai là phần chịu lực kéo chủ yếu) Lực kéo được xác định bằng số cân nặng của lực kéo (kéo bằng tạ), trong khi kéo có thể thay đổi lực bằng tăng giảm trọng lượng tạ, chủ yếu vẫn là kéo liên tục và phải theo dõi thận trọng, là một kỹ thuật phổ biến hiện nay ở các cơ sở chưa có thiết bị máy kéo Kéo đoạn cổ thường ở tư thế ngồi, phần cố định là trọng lượng cơ thể còn lực kéo bằng trọng lượng tạ qua đai kéo

cổ

I.3.3 Kéo giãn trên hệ thống bàn-máy kéo

Ngày nay hệ thống bàn-máy kéo được tự động hoá, xử lý vi tính, sử dụng nguyên lý trượt rất hiện đại như hệ thống kéo giãn cột sống của ITO –Nhật bản, hãng đi đầu về thiết bị vật lý trị liệu phục hồi chức năng trên thế giới

• Bàn kéo đối với các đốt sống đoạn ngực và thắt lưng có phần tự lăn trượt trên con lăn để khi kéo tập trung lực kéo vào từng vùng loại bỏ được lực cản do trọng lượng phần cơ thể tạo nên Bàn kéo còn có loại điều khiển bằng điện để tư thế kéo phù hợp

• Máy kép với nhiều chế độ và điều khiển bằng số với màn hiển thị theo dõi dễ dàng các thông số bằng công nghệ vi xử lý

• Lực kéo được tính bằng đơn vị Newton (N) ∼ 0,1kg, phạm vi lực kéo rộng 1,5 – 90 hoặc 100kg

• Chế độ kéo có thể: Liên tục, ngắt quãng, tăng dần, giảm dần, có lực nền… nên khả năng ứng dụng lâm sàng rộng và phù hợp với sinh cơ học cột sống Có hệ thống bệnh nhân tự ngừng kéo lúc thấy khó chịu

I.3.4 Hệ thống kéo giãn dưới nước

Là một kỹ thuật kết hợp thuỷ liệu và kéo giãn gồm một bể nước sâu khoảng 2m với nhiệt độ ấm giúp cho giãn cơ lúc kéo, kéo theo trục thẳng đứng, được cố định bằng các phao ở (cổ và nách), lực kéo bằng tạ móc ở đai kéo ở thắt lưng Do sức đẩy của nước nên lực kéo thường phải lớn hơn khi kéo bình thường

I.3.5 Tác dụng kéo giãn cột sống

Tác dụng có tính chất cơ học tác động trực tiếp tại vùng kéo Các nghiên cứu của nhiều tác giả nhận thấy:

Với lực kéo khoảng 300 – 400N (30 – 40kg) sau 20 phút tại đoạn vận động, đoạn thắt lưng khoang gian đốt sống có thể rộng ra được từ 1 – 1,5mm (nếu kéo giãn theo kỹ thuật dàn đều lực lên toàn đoạn hoặc toàn cột sống thì mỗi khoang đốt sống rộng ra không đáng kể), giảm áp lực ở một đĩa đệm tạo điều kiện nhân nhầy có thể ở lại vị trí cân bằng động, các vòng sợi trở lại vị trí như cũ (bị biến dạng vì sức nén), giải phóng dc các rễ thần kinh và mạch bị chèn ép

Khôi phục lại sự cân bằng lực của các hệ thống dây chằng và cơ liên quan tạo điều kiện phục hồi lại đường cong sinh lý của côt sống

Hiệu quả của việc kéo giãn nhờ việc thư giãn cơ làm thẩm thấu tăng cường dinh dưỡng cho cơ và giảm áp lực do co cơ

• Khôi phục vị trí đĩa đệm (lồi, thoát vị) đặc biệt thoát vị mới ở độ 1, 2

• Giảm các triệu chứng và di chứng như: Mất đường cong sinh lý cột sống, lệch vẹo cột sống do tư thế bù, dáng đi “người đau lưng”, tê bì hai chi dưới

Để tăng hiệu quả của kéo giãn có thể kết hợp một số kỹ thuật vật lý trị liệu phục hồi chức năng như:

• Điều trị nhiệt, vùng kéo để tạo mềm giãn cơ trước lúc kéo, nếu không có chống chỉ định

• Nghỉ ngơi thư giãn ở tư thế nằm 5-10 phút sau khi kéo để thích ứng dần với hoạt động cột sống trở lại, tránh các thay đổi đột ngột gây đau lại

• Khi đã giảm đau và có khả năng vận động côt sống trởlại, cần tiếp tục vận động từ nhẹ đến nặng để dần dần phục hồi lại chức năng cột sống và các

I.4.2 Chọn lực kéo

Phải tuỳ thuộc vào đoạn cột sống kéo (cổ, ngực, thắt lưng), mục đích kéo, trọng lượng của người bệnh, tuổi, giới, người bệnh có sức cơ khoẻ hay yếu Vì vậy cần có sự thăm dò một vài ngay đầu Lực kéo quyết định hiệu quả Nói chung đối với đoạn cổ thì sức kéo trung bình từ 5 - 7kg (tư thế ngồi) và đoạn thắt lưng không quá 2/3 trọng lượng cơ thể Nên dùng phương pháp tăng dần dần lực kéo theo phản ứng của người bệnh

I.4.3 Định vị lực kéo

Với những trang bị mới có điều kiện để đặt lực kéo cho từng đoạn vận động

để tập trung Định vị lực kéo bằng tư thế kéo, phương kéo và đặc biệt là đai cố

định và đai kéo đặt đúng vị trí

I.4.4 Thời gian kéo

Mỗi lần 15 - 20 phút, không quá 30 phút, mỗi ngày có thể kéo 1 - 2 lần cách nhau 5 - 6 giờ, mỗi đợt điều trị trung bình 15 - 20 ngày Sau mỗi lần kéo, bệnh nhân phải được nằm nghỉ 5 - 10 phút tại chỗ trước lúc dậy để tránh thay đổi đột ngột

Kết hợp với các phương pháp khác: có thể điều trị nhiệt trước lúc kéo để tạo nên giãn cơ, sau khi kéo có thể xoa bóp và tập vận động nhẹ nhàng

I.4.5 Các dấu hiệu và biến cố có thể xảy ra lúc kéo

Đau tăng đột ngột ở vùng kéo, cảm giác choáng váng kèm theo rối loạn mạch và huyết áp do phản xạ, tê ở hai chi dưới, tuột đai cố định, đứt dây kéo….thường do lực kéo chưa phù hợp (quá mạnh ngay từ đầu), tư thế không đúng với phương kéo, thiếu giải thích cho người bệnh, kiểm tra phương tiện và máy

I.5 MỘT SỐ CHỈ ĐỊNH VÀ CHỐNG CHỈ ĐỊNH TRONG KÉO GIÃN I.5.1 Chỉ định

- Đau lưng thông thường

- Đang tăng huyết áp

- Chấn thương cột sống, có gãy xương và có biến dạng

- Viêm đa khớp dạng thấp

- Phụ nữ có thai

- Thoái khớp đốt sống

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC CHẾ ĐỘ TẠO LỰC KÉO

Hiện nay có 3 phương pháp tạo lực kéo chính là: kéo liên tục, kéo ngắt quãng, và kéo kết hợp Các dạng tạo lực kéo này được thể hiện theo hình dưới đây:

Thời gian

Hình 2.1: Các dạng sóng lực kéo trong điều trị

Trong đó kéo liên tục không những chưa phù hợp với cơ sinh học cột sống

mà còn gây ra căng thẳng kéo dài đối với phần mềm liên quan nên hiện nay phương pháp ít khi được dùng Kéo ngắt quãng (kéo có nghỉ) dễ gây biến đổi đột ngột làm người bệnh khó chịu và có phản ứng cưỡng lại Kỹ thuật kéo kết hợp là kéo ngắt quãng nhưng khi giảm chỉ tới một mức độ nhất định (có lực nền nên lực

kéo trong trạng thái nghỉ duy trì ở mức cao hơn lực kéo cực tiểu), thường duy trì

ở mức đến lực kéo đặt cực đại

II.1.1 Chế độ kéo liên tục

II.1.1.1 Lực kéo tăng tuyến tính

Trong chế độ này lực kéo sẽ tăng đều từ 0kg đến giá trị lực đặt và duy trì ở giá trị đó cho đến khi kết thúc ca điều trị

II.1.1.2 Lực kéo tăng theo bậc

Trong chế độ này lực kéo sẽ tăng từ 0kg đến giá trị lực đặt trong 4 bước (tăng-nghỉ)

t2: thời gian điều trị Lực đặt: thay đổi

II.1.2 Chế độ kéo ngắt quãng

II.1.2.1 Ngắt quãng tuyến tính

Hình 2.4: Lực kéo ngắt quãng tuyến tính

t1, t2: thời gian quá độ (cố định) H: thời gian giữ lực (thay đổi: 1-99s) R: thời gian nghỉ (thay đổi: 1-99s) T: chu kỳ của dạng lực kéo điều trị Lực đặt: thay đổi

Trong chế độ này lực kéo sẽ tăng đều từ 0kg đến giá trị lực đặt, duy trì ở giá trị đó đến khi kết thúc thời gian giữ, giảm đều từ giá trị đặt về 0kg, duy trì ở mức 0kg trong khoảng thời gian nghỉ thì kết thúc một chu kỳ Chu kỳ được lặp lại cho đến khi kết thúc ca điều trị

II.1.2.2 Ngắt quãng theo bậc

Dạng tạo lực giống với chế độ ngắt quãng tuyến tính, chỉ khác ở chỗ là khi tăng hoặc giảm lực thì quá trình tăng hoặc giảm sẽ thông qua 4 bậc tăng hoặc giảm

Hình 2.5: Lực kéo ngắt quãng theo bậc

t1, t2: thời gian quá độ (thay đổi: theo tốc độ biến thiên của lực)

H: thời gian giữ lực (thay đổi: 1-99 giây)

R: thời gian nghỉ (thay đổi: 1-99 giây)

T: chu kỳ của dạng lực kéo điều trị Lực đặt: thay đổi

II.1.3 Chế độ kéo kết hợp

II.1.3.1 Kéo kết hợp tuyến tính

Dạng tạo lực giống với chế độ ngắt quãng tuyến tính, chỉ khác là khi giảm

về theo giá trị lực nền được đặt khi điều trị

Lực

nền

Hình 2.6: Lực kéo kết hợp tuyến tính

t1, t2: thời gian quá độ (cố định)

H: thời gian giữ lực (thay đổi: 1-99 giây)

R: thời gian nghỉ (thay đổi: 1-99 giây)

T: chu kỳ của dạng lực kéo điều trị Lực đặt, lực nền: thay đổi

II.1.3.2 Kéo kết hợp theo bậc

Dạng tạo lực giống với chế độ kéo kết hợp tuyến tính, khác là quá trình tăng hoặc giảm lực sẽ thông qua 4 bậc tăng hoặc giảm

Hình 2.7: Lực kéo kết hợp theo bậc

t1, t2: thời gian quá độ (thay đổi: theo tốc độ biến thiên của lực) H: thời gian giữ lực (thay đổi: 1-99 s) R: thời gian nghỉ (thay đổi: 1-99 s) T: chu kỳ của dạng lực kéo điều trị Lực đặt, lực nền: thay đổi

II.2 CÁC DẠNG SÓNG ĐƯỢC LỰA CHỌN THIẾT KẾ

Với mục đích xây dựng phần mềm tạo các dạng sóng lực cơ học mang tính ứng dụng, thêm vào đó phần mềm được xây dựng để ứng dụng cho việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy kéo giãn cột sống Đề tài đã tiến hành khảo sát và đánh giá quá trình điều trị bênh tại một số trung tâm phục hồi chức năng (bệnh

viện E Hà Nội, bệnh viện Bạch Mai), nó là cơ sở để xây dựng các dạng sóng kéo giãn Bên cạnh đó đề tài còn sử dụng các kết quả nghiên cứu trước đó trên thế giới về các vấn đề điều trị các tổn thương cột sống bằng phương pháp dùng lực kéo và đã tổng kết lại được các bệnh lý thường gặp trong lĩnh vực phục hồi chức năng để từ đó đưa ra được cơ sở các dạng sóng lực cơ học đang được sử dụng phổ biến hiện nay

Hiện tại các dạng sóng này chưa được đặt tên chuẩn, nên luận văn sẽ sử

dụng tên theo số thứ tự trong danh sách sau đây:

Bảng 2.1: Các dạng sóng được lựa chọn thiết kế

5

5 - Lực tăng theo bậc trong chu

kỳ đầu, tăng trong chu kỳ sau

về 0kg và đợi trong khoảng thời gian tR, kết thúc một chu kỳ T của sóng

• Các giá trị A, tH, tR, và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), tH

(giây, từ 0giây đến 99giây), t R (giây, từ 0giây đến 99giây), th ời gian điều trị

(phút, từ 1phút đến 99phút)

• Lực đặt: A, lực điều trị lớn nhất

• Thời gian duy trì lực: tH, thời gian duy trì lực kéo lớn nhất

• Thời gian nghỉ: tR, thời gian thôi tác dụng lực

II.2.2 D ạng sóng lực kéo số 2

A

2A/4 3A/4

• Trong 3 chu kỳ đầu tiên lực đặt A sẽ được chia làm 4 khoảng bằng nhau Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị A/4 (kg), sau đó lực kéo sẽ được duy trì trong khoảng thời gian tP, lực kéo được tiếp tục tăng đến giá trị 2A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, tiếp tục tăng lực kéo đến giá trị 3A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, và lần cuối cùng lực kéo tăng đến giá trị A, khi đạt đến giá trị A sẽ dừng lại và giữ trong khoảng thời gian tH Trong giai đoạn giảm lực kéo thì lực kéo sẽ giảm tuyến tính về 0kg và đợi trong khoảng thời gian tR, kết thúc một chu kỳ T của sóng

• Sau khi kết thúc 3 chu kỳ có các khoảng nghỉ trong thời kỳ gia tăng lực kéo, dạng sóng lực kéo sẽ có dạng giống với dạng sóng lực kéo số 1

• Các giá trị A, tP, tH, tR, và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài

Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), tP

(giây, từ 1giây đến 4giây), t H (giây, từ 0giây đến 99giây), t R (giây, từ 0giây đến

99giây), th ời gian điều trị (phút, từ 1phút đến 99phút)

• Lực đặt: A, lực điều trị lớn nhất

• Thời gian theo bậc: tP, thời gian ngừng tăng lực kéo

• Thời gian duy trì lực: tH, thời gian duy trì lực kéo lớn nhất

• Thời gian nghỉ: tR, thời gian thôi tác dụng lực

II.2.3 D ạng sóng lực kéo số 3

A

2A/4 3A/4

• Lực kéo tăng và giảm theo bậc trong tất cả chu kỳ sóng

• Lực đặt A sẽ được chia làm 4 khoảng bằng nhau Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị A/4 (kg), sau đó lực kéo sẽ được duy trì trong khoảng thời gian tP, lực kéo được tiếp tục tăng đến giá trị 2A/4 và

giữ trong khoảng thời gian tP, tiếp tục tăng lực kéo đến giá trị 3A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, và lần cuối cùng lực kéo tăng đến giá trị A, khi đạt đến giá trị A sẽ dừng lại và giữ trong khoảng thời gian tH Trong giai đoạn giảm lực kéo thì lực kéo sẽ giảm ngược lại của quá trình tăng, ban

đầu sẽ giảm về giá trị 3A/4 và ngừng lại trong khoảng thời gian tP, tiếp tục như vậy cho đến khi lực kéo trở về giá trị 0kg Quá trình nghỉ sẽ duy trì mức lực 0kg trong khoảng thời gian tR, kết thúc một chu kỳ T của sóng

• Các giá trị A, tP, tH, tR, và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), t P

(giây, từ 1giây đến 4giây), tH (giây, từ 0giây đến 99giây), tR (giây, từ 0giây đến

99giây), th ời gian điều trị (phút, từ 1phút đến 99phút)

- Các thông số sóng:

• Lực đặt: A, lực điều trị lớn nhất

• Thời gian theo bậc: tP, thời gian ngừng tăng lực kéo

• Thời gian duy trì lực: tH, thời gian duy trì lực kéo lớn nhất

• Thời gian nghỉ: tR, thời gian thôi tác dụng lực

II.2.4 D ạng sóng lực kéo số 4

t (s)

T

Lực kéo (kg)

tH tR

A

B

Hình 2.11: Giản đồ thời gian dạng sóng lực kéo số 4

• Lực tăng và giảm tuyến tính, không có sự theo bậc trong thời gian tăng hay giảm lực kéo, trong khoảng thời gian nghỉ lực kéo duy trì ở một mức nền

• Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị đặt A (kg), khi đạt đến giá trị A sẽ dừng lại và giữ trong khoảng thời gian tH Trong quá trình giảm, lực kéo sẽ giảm về mức nền B mà không giảm về 0kg Quá trình nghỉ, lực nền vẫn được duy trì trong khoảng thời gian tR, sau khoảng thời gian này lực kéo lại tiếp tục được tăng lên, kết thúc một chu kỳ T của sóng

• Các giá trị A, B, tH, tR, và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), B

(kg, từ 0kg đến nhỏ hơn A), t H (giây, từ 0giây đến 99giây), t R (giây, từ 0giây đến

99giây), th ời gian điều trị (phút, từ 1phút đến 99phút)

- Các thông số sóng:

• Lực đặt lớn nhất: A, lực điều trị lớn nhất

• Lực nền: B, lực nền

• Thời gian duy trì lực: tH, thời gian duy trì lực kéo lớn nhất

• Thời gian nghỉ: tR, thời gian duy trì lực nền

II.2.5 D ạng sóng lực kéo số 5

A

2A/4 3A/4

• Trong 3 chu kỳ đầu tiên lực đặt A sẽ được chia làm 4 khoảng bằng nhau Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị A/4 (kg), sau đó lực kéo sẽ được duy trì trong khoảng thời gian tP, lực kéo được tiếp tục tăng đến giá trị 2A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, tiếp tục tăng lực kéo đến giá trị 3A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, và lần cuối cùng lực kéo tăng

đến giá trị A, khi đạt đến giá trị A sẽ dừng lại và giữ trong khoảng thời gian tH Trong quá trình giảm, lực kéo sẽ giảm về mức nền B mà không giảm về 0kg Quá trình nghỉ, lực nền vẫn được duy trì trong khoảng thời gian tR, sau khoảng thời gian này lực kéo lại tiếp tục được tăng lên, kết thúc một chu kỳ T của sóng

• Các giá trị A, B, tH, tR, và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài

Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), B (kg, từ 0kg đến nhỏ hơn A), t P (giây, từ 1giây đến 4giây), t H (giây, từ 0giây đến

99giây), t R (giây, từ 0giây đến 99giây), th ời gian điều trị (phút, từ 1phút đến

99phút)

• Lực đặt lớn nhất: A, lực điều trị lớn nhất

• Lực nền: B, lực nền

• Thời gian theo bậc: tP, thời gian ngừng tăng lực kéo

• Thời gian duy trì lực: tH, thời gian duy trì lực kéo lớn nhất

• Thời gian nghỉ: tR, thời gian duy trì lực nền

II.2.6 D ạng sóng lực kéo số 6

• Lực kéo tăng và giảm theo bậc trong tất cả chu kỳ sóng, duy trì lực nền trong khoảng thời gian nghỉ

• Lực đặt A sẽ được chia làm 4 khoảng bằng nhau Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị A/4 (kg), sau đó lực kéo sẽ được duy trì trong khoảng thời gian tP, lực kéo được tiếp tục tăng đến giá trị 2A/4 và

giữ trong khoảng thời gian tP, tiếp tục tăng lực kéo đến giá trị 3A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, và lần cuối cùng lực kéo tăng đến giá trị A, khi đạt đến giá trị A sẽ dừng lại và giữ trong khoảng thời gian tH Trong giai đoạn giảm lực kéo thì lực kéo sẽ giảm ngược lại của quá trình tăng, lực kéo A sẽ được chia làm 4 cho 4 lần giảm, ban đầu sẽ giảm về giá trị 3A/4

và ngừng lại trong khoảng thời gian tP, tiếp tục như vậy cho đến khi lực kéo trở về giá trị 0kg Tuy nhiên trong quá trình này sẽ kiểm tra các lần giảm sao cho giảm đến giá trị B sẽ ngừng lại và duy trì lực kéo ở mức này trong khoảng thời gian nghỉ tR, và kết thúc một chu kỳ T của sóng

A

2A/4 3A/4

Hình 2.13: Giản đồ thời gian dạng sóng lực kéo số 6

• Các giá trị A, B, tP, tH, tR, và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài

Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), B

(kg, từ 0kg đến nhỏ hơn A), tP (giây, từ 1giây đến 4giây), tH (giây, từ 0giây đến

99giây), t R (giây, từ 0giây đến 99giây), thời gian điều trị (phút, từ 1phút đến

99phút)

• Lực đặt: A, lực điều trị lớn nhất

• Lực nền: B, lực nền

• Thời gian theo bậc: tP, thời gian ngừng tăng lực kéo

• Thời gian duy trì lực: tH, thời gian duy trì lực kéo lớn nhất

• Thời gian nghỉ: tR, thời gian thôi tác dụng lực

II.2.7 D ạng sóng lực kéo số 7

t (s)

Lực kéo (kg)A

Hình 2.14: Giản đồ thời gian dạng sóng lực kéo số 7

- Đặc điểm của sóng:

• Lực kéo tăng tuyến tính, duy trì giữ lực, không có sự giảm lực trong suốt quá trình kéo

• Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị đặt A (kg), lực này được duy trì cho đến khi kết thúc thời gian điều trị

• Các giá trị A và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài

Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg),

th ời gian điều trị (phút, từ 1phút đến 99phút)

• Lực kéo tăng theo bậc, duy trì giữ lực, không có sự giảm lực trong suốt quá trình kéo

• Lực đặt A sẽ được chia làm 4 khoảng bằng nhau Ban đầu lực sẽ được tăng từ mức 0kg lên đến giá trị A/4 (kg), sau đó lực kéo sẽ được duy trì trong khoảng thời gian tP, lực kéo được tiếp tục tăng đến giá trị 2A/4 và

giữ trong khoảng thời gian tP, tiếp tục tăng lực kéo đến giá trị 3A/4 và giữ trong khoảng thời gian tP, và lần cuối cùng lực kéo tăng đến giá trị A, khi đạt đến giá trị A sẽ dừng lại và duy trì lực này cho đến khi kết thúc thời gian điều trị

• Các giá trị A, tP và thời gian điều trị sẽ được thiết lập từ bên ngoài

Như vậy chương trình phần mềm cho việc tạo ra dạng sóng lực kéo này sẽ

có các thông số có thể thay đổi được từ bên ngoài là: A (kg, từ 1kg đến 99kg), tP

(giây, từ 1giây đến 4giây), thời gian điều trị (phút, từ 1phút đến 99phút)

- Các thông số sóng:

• Lực đặt: A, lực điều trị lớn nhất

• Thời gian theo bậc: tP, thời gian ngừng tăng lực kéo

II.3 XÂY D ỰNG PHẦN CỨNG ĐIỀU KHIỂN

II.3.1 Ghép n ối với mô-đun truyền động kết cấu học

Sơ đồ nguyên lý của khối truyền động

Sơ đồ nguyên lý của khối truyền động được mô tả như hình vẽ dưới đây:

Bá nh răng

Động cơ

Điểm cố định cuộn dây t ời

Dây t ời

Kh ối truyền động

Hình 2.16: Mô hình của khối truyền động bánh răng

Nhằm tạo ra lực kéo giãn cho thiết bị kéo giãn cột sống, nên đề tài sử dụng

cơ cấu mô-tơ và hệ thống truyền động bánh răng nhằm tạo ra lực kéo Mô-tơ truyền chuyển động quay đến cuộn tời theo một tỷ lệ truyền xác định, tại cuộn tời này gắn vào một đầu của cuộn dây kéo, một đầu còn lại của cuộn dây sẽ gắn vào bệnh nhân khi mô-tơ quay theo chiều ngược kim đồng hồ (chiều dương) sẽ

cuốn cuộn dây vào trong và tạo ra lực kéo trên dây, khi mô-tơ quay theo chiều ngược lại (chiều âm) sẽ nhả cuộn dây ra đồng thời làm giảm lực kéo tác động trên cuộn dây

Như vậy vấn đề thay đổi lực kéo giãn tức là thay đổi mức cuốn của cuộn dây tời được điều khiển bởi động cơ Do đó khi thay đổi chiều quay của động cơ chính là thay đổi lực kéo giãn của thiết bị

Do đó thay đổi lực kéo tương ứng với việc thay đổi chiều quay của động cơ

Thông s ố điều khiển của động cơ

Khối động cơ và truyền động có các thông số sau:

- Điện áp điều khiển: 220v/50Hz

- Dòng điều khiển: 0,1A

- Tốc độ vòng quay của mô-tơ: 3000 vòng/phút

- Tỷ số truyền động bánh răng: 1/300

- Tốc độ vòng cuốn cuộn dây: 10 vòng/phút