Luận án Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG CHI DƯỚI

Ngành:

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số ngành: 9520103

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu chế tạo thiết bị phục hồi chức năng chi dưới" của tác giả Đào Minh Đức, thuộc chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí (Mã số ngành: 9520103), được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, nhằm giải quyết nhu cầu cấp bách về thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức năng cho bệnh nhân tai biến mạch máu não. Tai biến là nguyên nhân hàng đầu gây tàn phế và tử vong, để lại di chứng liệt nửa người, đòi hỏi các phương pháp phục hồi chức năng hiệu quả. Trong bối cảnh thiết bị trong nước còn hạn chế và thiết bị nhập khẩu đắt đỏ, đề tài này đóng góp vào mục tiêu phát triển công nghiệp trang thiết bị y tế trong nước.

Mục tiêu chung của luận án là nghiên cứu chế tạo thử nghiệm thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức năng chi dưới, tập trung vào các bài tập gấp/duỗi cho khớp háng, khớp gối và khớp cổ chân. Các mục tiêu cụ thể bao gồm thiết lập phương trình động học và động lực học của mô hình, xây dựng hàm truyền của cơ cấu tịnh tiến, mô phỏng đáp ứng quá độ với bộ điều khiển PID và Trượt, và thử nghiệm đánh giá kết quả.

Đối tượng nghiên cứu là thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức năng chi dưới cho bệnh nhân liệt tai biến (bậc cơ 1 đến 3), với 3 bậc tự do, sử dụng cơ cấu tịnh tiến và điều khiển giám sát bằng phần mềm máy tính. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết tổng quan, mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink và chế tạo thiết bị thực nghiệm để kiểm chứng. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở các chuyển động gấp/duỗi của khớp cổ chân, khớp gối và khớp háng, áp dụng bộ điều khiển PID và Trượt.

Luận án đã xây dựng thành công mô hình nghiên cứu, thiết lập các phương trình động học, động lực học và hàm truyền cho cơ cấu dẫn động các khớp. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển Trượt có sai số nhỏ hơn và thời gian đáp ứng nhanh hơn so với PID, làm cơ sở cho việc lựa chọn điều khiển thực nghiệm. Thiết bị thực nghiệm đã được thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh với phần mềm điều khiển và theo dõi bằng tiếng Việt, đạt chứng nhận an toàn điện. Thử nghiệm trên tình nguyện viên và bệnh nhân tại Bệnh viện Đa khoa Trung ương Quảng Nam cho thấy thiết bị hoạt động an toàn, hiệu quả, với sai số góc quay các khớp khoảng ±1°. Thiết bị có cấu tạo đơn giản, tầm vận động các khớp (háng 0°-90°, gối 0°-135°, cổ chân 0°-80°) đáp ứng tốt nhu cầu phục hồi chức năng của bệnh nhân, góp phần vào sự phát triển khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực thiết bị y tế tại Việt Nam. Tác giả đã công bố 04 bài báo ISI-ESCI và 04 báo cáo khoa học trong nước liên quan đến đề tài.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

  • 1.1. Khái quát về phục hồi chức năng
    • 1.1.1. Khái niệm về phục hồi chức năng
    • 1.1.2. Mục đích của phục hồi chức năng
    • 1.1.3. Kỹ thuật tập luyện phục hồi chức năng
    • 1.1.4. Nhu cầu tập phục hồi chức năng của bệnh nhân tai biến
  • 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
  • 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngoài
    • 1.3.1. Các công trình nghiên cứu thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức năng cho một khớp chi dưới
    • 1.3.2. Các công trình nghiên cứu về thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức năng cho 3 khớp chi dưới
    • 1.3.3. Các thiết bị hỗ trợ tập phục hồi chức năng chi dưới đã được thương mại hóa

• Chương 2: Cơ sở lý thuyết và mô hình nghiên cứu

  • 2.1. Tầm vận động các khớp chi dưới
    • 2.1.1. Khớp cổ chân
    • 2.1.2. Khớp gối
    • 2.1.3. Khớp háng
    • 2.1.4. Thông số sinh học chi dưới
  • 2.2. Cơ sở lý thuyết về các bài tập phục hồi chức năng chi dưới
  • 2.3. Lý thuyết về động học và động lực học robot
    • 2.3.1. Phương trình động học robot
    • 2.3.2. Phương trình động lực học robot
  • 2.4. Lý thuyết về điều khiển Trượt
    • 2.4.1. Đối tượng điều khiển
    • 2.4.2. Mặt trượt
    • 2.4.3. Luật điều khiển Trượt
  • 2.5. Xây dựng mô hình nghiên cứu

• Chương 3: Mô phỏng đáp ứng quá độ của một số thông số của mô hình nghiên cứu

  • 3.1. Mô hình hóa hàm truyền của từng khâu dẫn động các khớp
    • 3.1.1. Mô hình nghiên cứu của cơ cấu dẫn động khớp
    • 3.1.2. Thiết lập các phương trình động lực học và hàm truyền của cơ cấu tịnh tiến
  • 3.2. Mô phỏng đáp ứng của mô hình nghiên cứu
    • 3.2.1. Mô phỏng đáp ứng với bộ điều khiển PID
    • 3.2.2. Kết quả mô phỏng đáp ứng với bộ điều khiển PID
    • 3.2.3. Mô phỏng đáp ứng với bộ điều khiển Trượt
    • 3.2.4. Kết quả mô phỏng đáp ứng với bộ điều khiển Trượt
    • 3.2.5. So sánh đáp ứng của 2 bộ điều khiển

• Chương 4: Thiết kế thiết bị thực nghiệm và kết quả nghiên cứu thực nghiệm

  • 4.1. Thiết kế thiết bị
    • 4.1.1. Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị
    • 4.1.2. Thiết kế kết cấu cơ khí
    • 4.1.3. Thiết kế mạch điều khiển
    • 4.1.4. Thiết kế phần mềm điều khiển
    • 4.1.5. Xây dựng lưu đồ thuật toán
    • 4.1.6. Lắp ráp thiết bị
  • 4.2. Thử nghiệm thiết bị
    • 4.2.1. Thử nghiệm trên người bình thường
    • 4.2.2. Thử nghiệm thiết bị trên bệnh nhân
  • 4.3. Kết quả và bàn luận
    • 4.3.1. Kết quả
    • 4.3.2. Bàn luận