Công Trình Nghiên Cứu Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Vật Lý Trị Liệu Sử Dụng Thực Tế Ảo

Tài liệu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống hỗ trợ tập vật lý trị liệu các chi với sự hỗ trợ của, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Phan Thanh Bình
• Người hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Trọng Thánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật
• Đề tài: Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Vật Lý Trị Liệu Sử Dụng Công Nghệ Thực Tế Ảo
• Loại tài liệu: Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.3.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.3.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG GIẢI PHẪU HỌC TRONG VẬT LÝ TRỊ LIỆU CHI
• 2.1. Rối loạn thần kinh
• 2.2. Tai biến mạch máu não hoặc đột quỵ
• 2.3. Phục hồi chức năng
• 2.4. Giải phẫu học hệ thống xương khớp các chi
• 2.5. Các nguyên nhân gây mất khả năng vận động các chi
• 2.6. Các phương pháp phục hồi chức năng các chi
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
• 3.1. Cơ sở lý thuyết phân tích hệ thống
• 3.2. Đã xuất mô hình vật lý trị liệu cho chi
• 3.3. Tổng quan và hệ thống cơ khí dùng trong phục hồi chức năng chi
• 3.4. Phân tích bài toán động học cơ học
• 3.5. Phân tích bài toán động lực học
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Máy tính giao tiếp với vi điều khiển và Kinect
• 4.2. Giao tiếp giữa cảm biến và vi điều khiển
• 4.3. Hệ thống truyền và xuất dữ liệu
• 4.4. Hệ thống cảm biến
• 4.5. Cảm biến moment xoắn
• 5. CHƯƠNG 5: TƯƠNG TÁC THỰC ẢO
• 5.1. Phần mềm giám sát hệ thống tập
• 5.2. Tương tác giữa người sử dụng và hệ thống
• 5.3. Giao diện với người sử dụng
• 5.4. Giao diện kết nối với bộ điều khiển
• 5.5. Cơ sở thiết kế giao diện trên hệ thống
• 6. CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 6.1. Nhóm người tham gia
• 6.2. Quá trình hệ thống
• 6.3. Thử nghiệm trong bệnh viện
• 6.4. Thử thách trò chơi
• 6.5. Ứng dụng AR. Công nghệ AR
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Vật Lý Trị Liệu Sử Dụng Công Nghệ Thực Tế Ảo

Hệ thống hỗ trợ tập vật lý trị liệu sử dụng công nghệ thực tế ảo (VR) đang trở thành một xu hướng mới trong lĩnh vực y tế. Công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả của các bài tập vật lý trị liệu mà còn mang lại trải nghiệm thú vị cho người dùng. Thực tế ảo cho phép người bệnh tham gia vào các bài tập trong môi trường ảo, giúp họ cảm thấy thoải mái và giảm bớt căng thẳng trong quá trình phục hồi.

1.1. Công Nghệ Thực Tế Ảo Trong Vật Lý Trị Liệu

Công nghệ thực tế ảo (VR) đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có vật lý trị liệu. VR giúp tạo ra môi trường tương tác, cho phép người bệnh thực hiện các bài tập một cách tự nhiên và hiệu quả hơn.

1.2. Lợi Ích Của Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Luyện

Hệ thống hỗ trợ tập luyện bằng VR mang lại nhiều lợi ích như tăng cường động lực cho người bệnh, cải thiện khả năng phục hồi và giảm thiểu cảm giác nhàm chán trong quá trình tập luyện.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Việc Áp Dụng Công Nghệ VR

Mặc dù công nghệ thực tế ảo mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng nó trong vật lý trị liệu cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư, sự chấp nhận của người dùng và khả năng tương tác của thiết bị cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi Phí Đầu Tư Cao

Chi phí đầu tư cho hệ thống VR có thể cao, điều này gây khó khăn cho nhiều cơ sở y tế trong việc triển khai công nghệ này. Cần có các giải pháp tài chính hợp lý để hỗ trợ.

2.2. Sự Chấp Nhận Của Người Dùng

Một số người bệnh có thể không quen với công nghệ mới, dẫn đến sự chần chừ trong việc sử dụng. Cần có các chương trình đào tạo và hướng dẫn để giúp họ làm quen.

III. Phương Pháp Triển Khai Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Luyện Hiệu Quả

Để triển khai hệ thống hỗ trợ tập luyện hiệu quả, cần có một kế hoạch chi tiết và các phương pháp phù hợp. Việc kết hợp giữa công nghệ và phương pháp vật lý trị liệu truyền thống sẽ mang lại kết quả tốt nhất.

3.1. Kết Hợp Công Nghệ Với Phương Pháp Truyền Thống

Việc kết hợp giữa công nghệ VR và các phương pháp vật lý trị liệu truyền thống sẽ giúp tối ưu hóa quá trình phục hồi cho người bệnh.

3.2. Đào Tạo Nhân Viên Y Tế

Đào tạo nhân viên y tế về cách sử dụng và hướng dẫn người bệnh sử dụng hệ thống VR là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của quá trình điều trị.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Vật Lý Trị Liệu

Hệ thống hỗ trợ tập vật lý trị liệu sử dụng công nghệ thực tế ảo đã được áp dụng thành công trong nhiều trường hợp. Các nghiên cứu cho thấy rằng người bệnh có thể phục hồi nhanh chóng hơn khi sử dụng công nghệ này.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hiệu Quả

Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng VR trong vật lý trị liệu giúp cải thiện khả năng phục hồi và giảm thiểu thời gian điều trị cho người bệnh.

4.2. Các Trường Hợp Thành Công

Nhiều trường hợp người bệnh đã phục hồi nhanh chóng nhờ vào việc áp dụng công nghệ VR trong quá trình vật lý trị liệu, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của hệ thống này.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Hệ Thống Hỗ Trợ Tập Vật Lý Trị Liệu

Hệ thống hỗ trợ tập vật lý trị liệu sử dụng công nghệ thực tế ảo đang mở ra nhiều cơ hội mới cho lĩnh vực y tế. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và giải pháp hiệu quả hơn cho người bệnh.

5.1. Triển Vọng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ VR sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến, mang lại nhiều ứng dụng mới trong vật lý trị liệu và các lĩnh vực y tế khác.

5.2. Tác Động Đến Ngành Y Tế

Việc áp dụng công nghệ VR trong vật lý trị liệu không chỉ giúp cải thiện hiệu quả điều trị mà còn có thể giảm thiểu chi phí cho bệnh nhân và hệ thống y tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG HỖ TRỢ TẬP VẬT LÝ TRỊ LIỆU CÁC CHI VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THỰC ẢO (VR) Mà SỐ: SV2020-41 SKC 0 0 7 3 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M Kþ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TàNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĆU KHOA HàC CĄA SINH VIÊN NGHIÊN CĆU, THI¾T K¾ VÀ CH¾ T¾O HÞ THÞNG Hâ TRĀ TÀP VÀT LÝ TRÞ LIÞU CÁC CHI VàI SĂ Hâ TRĀ CĄA THĂC ÀO (VR) SV2020-41 Chą nhißm đÁ tài: Phan Thanh Bình TP Hß Chí Minh, tháng 07 năm 2020 i BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M Kþ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TàNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĆU KHOA HàC CĄA SINH VIÊN NGHIÊN CĆU, THI¾T K¾ VÀ CH¾ T¾O HÞ THÞNG Hâ TRĀ TÀP VÀT LÝ TRÞ LIÞU CÁC CHI VàI SĂ Hâ TRĀ CĄA THĂC ÀO (VR) SV2020-41 Thußc nhóm ngành khoa hãc: kỹ thuÁt công nghá SV thăc hián: Phan Thanh Bình Nam/nā: Nam Dân tßc: Kinh Láp, khoa: 181462B – C¢ khí chÁ t¿o máy Năm thā: 2 /Sá năm đào t¿o: 4 Ngành hãc: CNKT C¢ đián tÿ Ng°ßi h°áng d¿n: PGS-TS Nguyßn Tr°ßng Thánh TP Hß Chí Minh, tháng 7 năm 2020 ii MĂC LĂC MĀC LĀC. i DANH MĀC NHĀNG TĂ VIÀT TÂT. iv DANH MĀC HÌNH.

v CH¯¡NG 1: Mà ĐÀU. Tổng quan tình hình nghiên cāu. Lý do chãn đà tài. Māc tiêu cÿa đà tài .1 Māc tiêu tổng quát.

Ph°¢ng pháp nghiên cāu, kỹ thuÁt sÿ dāng:. Đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cāu. 4 CH¯¡NG 2: NÂN TÀNG GIÀI PHÂU HâC TRONG VÀT LÝ TRà LIàU CHI.1 Rái lo¿n thÁn kinh .2 Tai biÁn m¿ch máu não hoặc đßt quỵ. Phāc hồi chāc năng.

GiÁi ph¿u hãc há tháng x°¢ng kháp á các chi. Các nguyên nhân gây m¿t khÁ năng vÁn đßng các chi. Các ph°¢ng pháp phāc hồi chāc năng các chi. 17 CH¯¡NG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIÀT KÀ Hà THàNG C¡ KHÍ.

C¢ sá lý thuyÁt phân tích há tháng. Đà xu¿t mô hình vÁt lý trá liáu cho chi. Tổng quan và há tháng c¢ khí dùng trong phāc hồi chāc năng chi. Phân tích bài toán đßng hãc c¢ há.

Phân tích bài toán đßng lăc hãc. 27 CH¯¡NG 4: THIÀT KÀ Hà THàNG ĐIàN – ĐIÂU KHIÄN .1 Máy tính giao tiÁp vái vi điÃu khiÅn và kinect .2 Giao tiÁp giāa cÁm biÁn và vi điÃu khiÅn .3 Há tháng truyÃn và xu¿t dā liáu .5 Há tháng cÁm biÁn .3 CÁm biÁn momen xoÃn. 48 CH¯¡NG 5: T¯¡NG TÁC THĂC ÀO. PhÁn mÃm giám sát há tháng tÁp.

T°¢ng tác giāa ng°ßi sÿ dāng và há tháng. Giao dián vái ng°ßi sÿ dāng. Giao dián kÁt nái vái bß điÃu khiÅn. C¢ sá thiÁt kÁ giao dián trên há tháng.

62 CH¯¡NG 6: THĂC NGHIàM VÀ ĐÁNH GIÁ KÀT QUÀ. Nhāng ng°ßi tham gia. Quá trình há tháng. Thăc nghiám trong bánh vián.

Thÿ thách trò ch¢i. Āng dāng AR. Công nghá AR. 67 CH¯¡NG 7: KÀT LUÀN VÀ H¯àNG PHÁT TRIÄN.

68 TÀI LIàU THAM KHÀO. 71 iii DANH MĂC NHĀNG TĈ VI¾T TÂT Tă viÁt tÃt Ý nghĩa VR Virtual Reality (thăc tÁ Áo) 3D Three-dimensional (Không gian 3 chiÃu) PNS Paraneoplastic Neurological Syndromes (Hßi chāng thÁn kinh cÁn u) DOF BÁc tă do PC Personal Computer (máy tính) HDMI High-Definition Multimedia Interface (giao dián đa ph°¢ng tián) LCD Liquid Crystal Display (màn hình tinh thÅ lßng) AR Augmented Reality ( công nghá thăc tÁ Áo tăng c°ßng) EMG Electromyography (đián c¢) iv DANH MĂC HÌNH Hình 1: Đßng m¿ch bình th°ßng và đßng m¿ch s¢ vāa. 5 Hình 2: Đßt quỵ do tai biÁn m¿ch máu não. 7 Hình 3: Sá bÁc t° do cÿa các chi trên và d°ái trong quan niám cÿa c¢ hãc.

8 Hình 4: GÃn há trāc tãa đß lên ng°ßi. 9 Hình 5: chuyÅn đßng kháp cổ tay. 9 Hình 6: Các c¢ cẳng tay (tay trái); (A) Nhìn tr°ác; (B) Nhìn sau (1. C¢ gan tay dài; 2.

C¢ cánh tay quay; 4. C¢ g¿p cổ tay quay; 6. C¢ cổ tay trā; 8. Gân c¢ du÷i chung các ngón).

11 Hình 7: Các c¢ vùng mông (1 và 6. C¢ bát trong và hai c¢ sinh đôi; 7. 13 Hình 8: Các c¢ vùng đùi (1. C¢ thÃt l°ng chÁu; 2.

14 Hình 9: Các c¢ vùng cẳng chân. 15 Hình 10: Ph°¢ng pháp sÿ dāng g°¢ng đÅ điÃu trá phāc hồi tay. 18 Hình 11: Mô hình khâu và kháp cÿa c¢ tay ng°ßi. 20 Hình 12: Sá bÁc tă do tay và kháp cổ tay.

20 Hình 13: Ành chāp thăc tÁ ng°ßi sÿ dāng trāc quay trên. 22 Hình 14: Ành chāp thăc tÁ ng°ßi sÿ dāng trāc quay d°ái. 23 Hình 15: Góc lách giāa 2 chân theo ph°¢ng ngang. 24 Hình 16: Thanh điÃu chßnh khoÁng cách.

25 Hình 17: Các há trāc đ°ÿc gÃn vào cánh tay, s¢ đồ góc quay á vá trí kháp cùi trß. 26 Hình 18: Mô hình thiÁt bá tÁp vÁt lý trá liáu cho bánh nhân sau tai biÁn m¿ch máu não. 27 Hình 19: Mô hình giāa c¢ há các chi ng°ßi và há tháng tÁp vÁt lý trá liáu. 29 Hình 20: C¿u trúc phÁn điÃu khiÅn cÿa há tháng vÁt lý trá liáu.

38 Hình 21: C¿u trúc cÿa há tháng giám sát chuyÅn đßng cÿa khung x°¢ng. 39 Hình 22: BiÅu dißn đồ hãa cÿa môi tr°ßng Áo. 40 v Hình 23: S¢ đồ bß điÃu khiÅn vái viác tiên đoán các góc quay. 41 Hình 24: S¢ đồ khái há tháng điÃu khiÅn h÷ trÿ vái să tác đßng cÿa chÿ và tá.

42 Hình 25: S¢ đồ máy tính giao tiÁp vái vi điÃu khiÅn và Kinect. 44 Hình 26: S¢ đồ kÁt nái cÁm biÁn vái vi điÃu khiÅn. 45 Hình 27: C¿u trúc há tháng điÃu khiÅn. 47 Hình 30: C¿u t¿o bên trong Encoder.

48 Hình 31: C¿u trúc bên trong cÁm biên moment. 49 Hình 32: S¢ đồ khái cÁm biÁn moment. 50 Hình 33: C¿u trúc phÁn mÃm. 52 Hình 34: C¿u trúc quá trình vÁt lý trá liáu.

54 Hình 35: PhÁn mÃm điÃu khiÅn mô tÁ giai đo¿n chính cÿa quá trình thăc thi. 55 Hình 36: S¢ đồ khái thăc thi vòng lặp đÅ thu thÁp khái dā liáu lán. 56 Hình 38: KiÁn trúc trò ch¢i. 58 Hình 38: Giao dián phÁn mÃm.

60 Hình 40: C¿u trúc ch°¢ng trình điÃu khiÅn. 61 Hình 41: Human Upper Limb Articulations. 66 Hình 42: Different Categories for Object Tracking Algorithm. 68 vi BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M Kþ THUÀT TPHCM THÔNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĆU CĄA ĐÀ TÀI 1.

Thông tin chung: - Tên đà tài: Nghiên cāu, thiÁt kÁ và chÁ t¿o há tháng h÷ trÿ tÁp vÁt lý trá liáu các chi vái să h÷ trÿ cÿa thăc Áo (VR) SV thăc hián MSSV Nam/nā Dân tßc Láp Nguyßn Anh Quác 18146363 Nam Kinh 181462A Phan Thanh Bình 18146368 Nam Kinh 181462B Nguyßn KhÃc Toàn 18146388 Nam Kinh 181461A Khoa: C¢ khí ChÁ t¿o máy Năm thā: 2 Sá năm đào t¿o: 4 - Ng°ßi h°áng d¿n: PGS-TS. Nguyßn Tr°ßng Thánh 2. Măc tiêu đÁ tài: ChÁ t¿o mßt thiÁt bá vÁt lý trá liáu mái theo công nghá robotic, h÷ trÿ phāc hồi chāc năng chuyÅn đßng cÿa chi trên và chi d°ái cho bánh nhân bá đßt quỵ hoặc có các tổn th°¢ng và há thÁn kinh 3. Tính mái và sáng t¿o: Viác āng dāng các công nghá mái đặc biát là công nghá thăc tÁ Áo vào trong ho¿t đßng tÁp vÁt lý trá liáu cÿa ng°ßi bánh sau tau biÁn là điÅm nổi bÁt cÿa đà tài này.

Há tháng đ°ÿc thiÁt kÁ phù hÿp vái đặc tính cÿa ng°ßi Viát Nam nhằm tang hiáu quÁ cho quá trình tÁp luyán phāc hồi chāc năng đặc biát các chāc năng vÁn đßng cÿa các chi. Há tháng thu thÁp dā liáu tă các c¢ c¿u tÁp tay và chân và vá trí, vÁn tác và lăc cÿa các thiÁt bá này nhằm giúp và h÷ trÿ ng°ßi bánh thăc hián các chāc năng phāc hồi vÁn đßng chi. Há tháng kèm theo các bài tÁp vái nhiÃu môi tr°ßng Áo khác nhau, giúp ng°ßi bánh giÁm tâm lý bánh tÁt, là đßng lăc cho các bánh nhân luyán tÁp nhằm khôi phāc chāc năng vÁn đßng cÿa các chi. K¿t quÁ nghiên cću: vii Đã nghiên cāu, thiÁt kÁ và chÁ t¿o mßt há tháng vÁt lý trá liáu dành cho bánh nhân sau tai biÁn vái să h÷ trÿ cÿa trí tuá nhân t¿o và thăc tÁ Áo.

Đã āng dāng các kiÁn thāc đã đ°ÿc hãc và nghiên cāu trong các môn hãc đÅ āng dāng cho viác triÅn khai há tháng sÿ dāng cho bánh nhân cÁn hồi phāc chāc năng cÿa các chi. Viác sÿ dāng các công nghá mái nh° AI, robot, big data, VR, IoT vào trong sÁn phÃm này làm cho há tháng thông minh và thân thián vái ng°ßi dùng. Đóng góp vÁ mặt giáo dăc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hßi, an ninh, qußc phòng và khÁ năng áp dăng cąa đÁ tài: Viác t¿o ra mßt sÁn phÃm điÃu trá cho bánh nhân bá v¿n đà và điÃu khiÅn chāc năng c¢ giúp làm giÁm chi phí trong điÃu trá cho bánh, giÁi quyÁt v¿n đà thiÁu nhân lăc trong y tÁ, giúp cho ng°ßi bánh dß dàng h¢n trong viác phāc hồi chāc năng các chi, giÁm bát gánh nặng cho bánh nhân và rßng h¢n là há tháng y tÁ, kinh tÁ - xã hßi. Công bß khoa hác cąa SV tĉ k¿t quÁ nghiên cću cąa đÁ tài (ghi rõ tên t¿p chí nếu có) hoặc nhÁn xgt, đánh giá cÿa c¢ sá đã áp dāng các kÁt quÁ nghiên cāu (nếu có): Ngày 27 tháng 7 năm 2020 SV chßu trách nhißm chính thăc hißn đÁ tài (kí, họ và tên) NhÁn xét cąa ng°ãi h°áng d¿n vÁ nhāng đóng góp khoa hác cąa SV thăc hißn đÁ tài (phần này do người hướng dẫn ghi): viii Ngày 27 tháng 7 năm 2020 Xác nhÁn cąa Tr°ãng Ng°ãi h°áng d¿n (kí tên và đóng dấu) (kí, họ và tên) ix CH¯¡NG 1: Mä ĐÀU 1.

Táng quan tình hình nghiên cću Đßt quỵ hay còn gãi là tai biÁn m¿ch máu não là căn bánh do l°u l°ÿng máu đÁn não giÁm đi d¿n đÁn viác chÁt tÁ bào, là căn bánh r¿t phổ biÁn và nguy hiÅm trong xã hßi hián đ¿i. Có hai lo¿i đßt quỵ chính: thiÁu máu cāc bß do thiÁu máu cung c¿p cho c¢ quan trong c¢ thÅ và xu¿t huyÁt do chÁy máu. Đßt quỵ là nguyên nhân hàng đÁu gây ra khuyÁt tÁt á ng°ßi tr°áng thành, vái 65% trong sá gÁn bán triáu ng°ßi á Hoa Kỳ sáng sót sau mßt c¢n đßt quỵ sáng vái các khuyÁt tÁt tă nhẹ đÁn nặng. Theo sá liáu cÿa Hßi Đßt quỵ ThÁ giái, cā 6 ng°ßi s¿ có 1 ng°ßi bá đßt quỵ.