Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VIỆC ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHOẺ Trong chương này, phần thứ nhất, trình bày khái niệm và tầm quan trọng của thông số bước đi trong chẩn đoán tình trạng sức khoẻ cũng như phục hồi chức năng. Từ tiềm năng và thế mạnh của cảm biến IMU trong y tế, luận án đề xuất sử dụng cảm biến IMU để xây dựng hệ thống ước lượng thông số bước đi có giá thành rẻ nhưng đảm bảo độ chính xác phù hợp với nhu cầu trong nước. Phần thứ hai, luận án trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về việc ứng dụng cảm biến IMU trong ước lượng thông số bước đi.
Từ đó chọn hướng triển khai có tiềm năng và phù hợp với xu hướng chung trên thế giới. Đồng thời, luận án chỉ ra những hạn chế của các công trình nghiên cứu liên quan và đề ra giải pháp khắc phục được các hạn chế đó. Mục tiêu của chương này là xác định được tầm quan trọng của thông số bước đi, xác định hướng triển khai phù hợp để xây dựng hệ thống đo thông số bước đi, đề ra giải pháp khắc phục các hạn chế của các công trình nghiên cứu liên quan.1 Một số khái niệm về thông số bước đi Một số khái niệm trong mục này được trích dẫn theo tài liệu “Hướng dẫn quy trình kỹ thuật chuyên ngành phục hồi chức năng” của Bộ Y tế [7]. Trong đó, các quy trình phục hồi chức năng có quy trình về tập dáng đi và tập với khung tập đi, các nghiệm pháp đi bộ liên quan trực tiếp đến việc ước lượng thông số bước đi của luận án.
Hoạt động đi (có nhiều hình thức khác nhau của nó như đi bộ, chạy, lên xuống cầu thang…) là một hoạt động điều hợp khéo léo và thăng bằng đạt được trong quá trình phát triển của cơ thể và có thể cải thiện nhờ tập luyện. Hoạt động đi liên quan đến các khớp và cơ nhưng không cần sự cố gắng một cách có ý thức nào để thực hiện trừ khi các cơ, khớp bị tổn thương hoặc bị mất điều khiển. Khi đi, các thành phần cơ thể di chuyển theo một trật tự nhất định thích nghi với địa hình di chuyển, với không gian và với những bất trắc bên ngoài. Tất cả các cơ quan cảm giác đều liên quan đến hoạt động đi nên khi có bất cứ phần nào trong hệ thống cảm giác bị mất kiểm soát đều có thể ảnh hưởng đến dáng đi.
Trang 16 Một chu kỳ bước đi hoàn chỉnh được tính từ lúc một bàn chân chạm gót đến lúc chạm gót tiếp theo như trong Hình 1. Trong đó, có hai thời điểm quan trọng là thời điểm chạm gót và thời điểm nhấc ngón chân. Khoảng thời gian từ lúc chạm gót đến lúc nhấc ngón gọi là thì chống (giai đoạn chạm đất), lúc này chân chống đặt trên mặt đất để chống đỡ cơ thể. Khoảng thời gian từ lúc nhấc ngón đến lúc chọn gót tiếp theo gọi là thì đu đưa (giai đoạn quay), lúc này chân đối diện chống đỡ cơ thể để chân này nhấc khỏi mặt đất và di chuyển tới trước.
Giai đoạn chạm đất Giai đoạn quay (thì chống) (thì đu đưa) Chạm gót Đầu thì Giữa thì Cuối thì Chuyển Đầu thì Giữa thì Cuối thì chống chống chống chân đu đưa đu đưa đu đưa Hình 1.1 Chu kỳ bước chân (nguồn:[6]) Trong khi đi, các nhóm cơ tham gia vào hoạt động đi gồm: - Các cơ đẩy là các cơ duỗi gối và háng, cơ gập mặt lòng bàn chân, gập ngón chân, - Các cơ đu quay là các cơ gập mặt lưng bàn chân, cơ gập và duỗi gối, duỗi của ngón chân và cơ gập háng, - Các cơ dạng, xoay trong, xoay ngoài khớp háng, gập bên và xoay thân cũng hoạt động trong giai đoạn chuyển trọng lượng và cử động chậu. Nếu không có cử động thăng bằng của chậu trong cả hai cử động kéo và xoay khớp háng, không thể có dáng đi đúng được, - Các cơ xoay của thân trên và đầu cũng hoạt động, do vậy mặt và phần thân trên duy trì hướng về phía trước. Tầm độ hoạt động của mỗi nhóm cơ này tuỳ thuộc trên độ dài và chiều cao của bước chân. Trong quá trình tập luyện phục hồi chức năng cần phải duy trì sức mạnh của những nhóm cơ liên quan để chúng hoạt động hiệu quả khi đi, đặc biệt là những nhóm Trang 17 cơ chịu sức nặng của chi.
Những nhóm cơ phụ của thân cũng phải được tập mạnh và cũng cần chú ý sự đưa tay bình thường khi đi.2 Tầm quan trọng và ứng dụng của thông số bước đi Thông số bước đi của con người phụ thuộc vào sự tác động lẫn nhau phức tạp của các bộ phận chính của hệ thần kinh, cơ xương và tim mạch [6]. Nên khi có sự tổn thương ở các hệ cơ quan này thì thông số bước đi cũng thay đổi theo [7]. Do vậy việc đo thông số bước đi sẽ hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán sớm và theo dõi diễn biến của một số bệnh liên quan đến hệ thần kinh, cơ xương và tim mạch từ đó giúp đưa ra phác đồ điều trị tốt nhất. Những thay đổi trong thông số bước đi đặc biệt hữu ích cho việc tìm kiếm thông tin đáng tin cậy về diễn biến của các bệnh khác nhau: các bệnh thần kinh như bệnh đa xơ cứng hoặc bệnh Parkinson; các bệnh toàn thân như bệnh tim mạch; di chứng từ đột quỵ và bệnh gây ra bởi lão hóa [8].2 a) Dáng đi bình thường b) Dáng đi co cứng c) Dáng đi thất điều tiểu não d) Dáng đi Parkinson e) Dáng đi hướng trước (nguồn:[6]) Cụ thể, tài liệu [6] đã liệt kê các chứng rối loạn dáng đi thông thường và nguyên nhân sinh ra như cơ xương khớp, thần kinh cơ (thần kinh ngoại biên), cột Trang 18 sống, và rối loạn não.
Dựa vào các thông số bước đi hoàn toàn có thể phân biệt được các chứng rối loạn dáng đi quan trọng khác nhau như: dáng đi co cứng, dáng đi thất điều tiểu não, dáng đi Parkinson, dáng đi hướng trước. Trong đó (xem Hình 1.2): - Dáng đi co cứng có độ rộng bước hẹp và bàn chân xoay vào trong, - Dáng đi thất điều tiểu não có bước đi mở rộng và không đồng nhất, - Dáng đi của người bị bệnh Parkinson có bước đi ngắn hẹp và thời gian bước không đều, - Dáng đi hướng trước có bước đi rất ngắn, rộng và không đều.1 Ứng dụng thông số bước đi (nguồn: [8]) Lĩnh vực Thông số bước đi Y tế Thể thao Nhận dạng Vận tốc bước X X X Độ dài bước X X X Độ dài sải chân X X X Nhịp bước X X X Độ rộng bước X X X Góc bước X X X Thời gian bước X Thời gian đưa chân X Thời gian chạm đất X Quãng đường đi X X Thời gian dừng X Run rẩy X Té ngã X Lộ trình X X Hướng của các khớp X X Phản lực mặt đất X X Góc khớp X X Lực cơ X X Quán tính X X Hình dáng cơ thể X X X Như vậy khi chẩn đoán các chứng rối loạn dáng đi thì cần phải đo độ rộng bước, độ dài bước, thời gian bước, hướng bước trong từng bước chân. Việc chẩn đoán các chứng rối loạn dáng đi cũng gián tiếp chẩn đoán nguyên nhân gây ra các rối loạn này. Trong đó: Trang 19 - Dáng đi co cứng: do chấn thương sọ não, chấn thương cột sống, tai biến mạch não - Dáng đi thất điều tiểu não: do tổn thương tiểu não giữa, bán cầu tiểu não, xơ cứng lan tỏa - Dáng đi của người bị bệnh Parkinson: do sự thoái hoá tế bào thần kinh - Dáng đi hướng trước: nguyên nhân vẫn chưa rõ ràng, chủ yếu liên quan đến các yếu tố nguy cơ tim mạch, chẳng hạn như huyết áp cao và cholesterol cao Các thông số bước đi được ứng dụng trong y tế được thể hiện như trong Bảng 1.
Những thông số bước đi được ứng dụng nhiều trong y tế như tốc độ bước, độ dài bước chân, độ dài sải chân (xem Hình 1.3), góc bước, thời gian bước, độ rộng bước…[12]. Trong đó, tốc độ bước đi là dấu hiệu rất quan trọng và là một thước đo nhanh, đơn giản và đáng tin cậy cho các tiêu chí đánh giá sức khỏe [3], [4]. Tốc độ bước đi được xem là dấu hiệu quan trọng thứ 6, việc kiểm tra tốc độ bước đi cũng như việc thường xuyên theo dõi huyết áp, mạch, hô hấp, nhiệt độ và các cơn đau [13]. Chu kỳ bước Độ rộng bước Độ dài bước Độ dài sải chân Hình 1.3 Các thông số bước đi (nguồn:[6]) Theo tài liệu [9], tốc độ bước đi có thể cho thấy sức khỏe của một người và đánh giá tốt về mức độ an toàn hoặc té ngã và các rủi ro.
Tốc độ bước đi biểu thị rằng một người có thể hoạt động độc lập hoặc phụ thuộc vào một người khác và yêu cầu trợ giúp trong một số công việc hằng ngày. Dựa vào tốc độ bước đi các bác sĩ hoặc chuyên gia có thể đưa ra các đánh giá tình trạng sức khoẻ, lời khuyên cho bệnh nhân hoặc gia đình về các vấn đề liên quan đến sự hỗ trợ, nhập viện, nhu cầu phục hồi chức năng, thời điểm xuất viện và tiến trình phục hồi như trong Hình 1.4 với một điểm chú ý như sau: Trang 20 - Về mức độ phụ thuộc và nhập viện: khi tốc độ bước đi nhỏ hơn 0,6 𝑚/𝑠 thì khả năng bị phụ thuộc vào người khác và yêu cầu hỗ trợ trong các hoạt động sinh hoạt hằng ngày, nhiều khả năng nhập viện. Ngược lại, khi tốc độ bước đi lơn hơn 1 𝑚/𝑠 thì có thể độc lập trong các hoạt động sinh hoạt hàng ngày và ít có khả năng nhập viện. - Về cảnh báo nguy cơ té ngã: khi tốc độ bước đi bé hơn 1 𝑚/𝑠 thì cần hỗ trợ để giảm nguy cơ té ngã.
- Về địa điểm phục hồi chức năng: khi tốc độ bước đi bé hơn 0,2 𝑚/𝑠 thì cần điều trị tại các cơ sở điều dưỡng và phục hồi chức năng, ngược lại có thể luyện tập phục hồi chức năng tại nhà. - Về tiến trình phục hồi chức năng: khi tốc độ bước đi bé hơn 0,4 𝑚/𝑠 thì người bệnh nên sử dụng khung tập đi trong nhà; khi tốc độ bước đi lớn hơn 0,4 𝑚/𝑠 thì có thể đi ra bên ngoài nhưng hạn chế; khi tốc độ bước đi lớn hơn 0,8 𝑚/𝑠 thì có thể tham gia các hoạt động cộng đồng, khi tốc độ bước đi lớn hơn 1,2 𝑚/𝑠 thì đảm bảo một người hoạt động hoàn toàn độc lập trong cộng đồng, đi lại bình thường.