Luận văn thạc sĩ vật lý kỹ thuật xây dựng mô hình thiết bị điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bằng laser bán dẫn công suất thấp

Luận văn thạc sĩ vật lý kỹ thuật xây dựng mô hình thiết bị điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bằng laser bán dẫn công suất thấp, ứng dụng công nghệ tiên tiến.

• Tác giả: Lại Chí Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Ngọc Dung
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
• Đề tài: Xây dựng mô hình thiết bị điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bằng laser bán dẫn công suất thấp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn thạc sĩ và mục tiêu nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc xây dựng mô hình thiết bị y tế nhằm điều trị tự kỷ ở trẻ em bằng công nghệ laser bán dẫn công suất thấp. Mục tiêu chính của nghiên cứu là tìm hiểu sâu về hội chứng tự kỷ, phân tích các phương pháp điều trị hiện có, và đề xuất một giải pháp mới dựa trên công nghệ laser. Nghiên cứu này không chỉ mang tính lý thuyết mà còn hướng đến ứng dụng thực tiễn trong y học hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực điều trị bệnh lý thần kinh ở trẻ em.

1.1. Bối cảnh và ý nghĩa của đề tài

Bối cảnh hình thành đề tài xuất phát từ thực trạng gia tăng số lượng trẻ em mắc chứng tự kỷ trên toàn cầu. Theo thống kê, tỷ lệ trẻ tự kỷ là 6-7/1000 trẻ, với hơn một triệu trẻ mắc bệnh tại Mỹ. Các phương pháp điều trị hiện tại như tâm lý giáo dục, châm cứu, và y sinh học chưa đạt hiệu quả cao. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển một phương pháp điều trị mới, dựa trên công nghệ laser, có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống của trẻ tự kỷ.

1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng mô hình thiết bị điều trị tự kỷ bằng laser bán dẫn công suất thấp. Các nhiệm vụ cụ thể bao gồm: tìm hiểu tổng quan về tự kỷ, phân tích mối liên hệ giữa sự phát triển bất thường của hồi hải mã và hạch hạnh nhân, mô phỏng sự lan truyền của chùm tia laser, và xây dựng cơ sở lý luận cho phương pháp điều trị mới.

II. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật ứng dụng

Nghiên cứu sử dụng phương pháp Monte Carlo để mô phỏng sự lan truyền của chùm tia laser từ bề mặt da đầu đến các vùng não như hồi hải mã và hạch hạnh nhân. Phương pháp này cho phép phân tích hiệu quả của các bước sóng laser khác nhau (633nm, 780nm, 850nm, 940nm) trong việc đạt độ xuyên sâu cần thiết. Kết quả mô phỏng cho thấy các bước sóng này đều có khả năng xuyên sâu đến các vùng não mục tiêu, tạo cơ sở cho việc thiết kế thiết bị điều trị.

2.1. Mô phỏng lan truyền laser bằng phương pháp Monte Carlo

Phương pháp Monte Carlo được sử dụng để mô phỏng quá trình lan truyền của photon trong mô sinh học. Các thông số quang học như hệ số hấp thụ, tán xạ, và bất đẳng hướng được tính toán để đảm bảo độ chính xác của mô phỏng. Kết quả cho thấy các bước sóng 633nm, 780nm, 850nm, và 940nm đều đạt được độ xuyên sâu từ da đầu đến hồi hải mã, với công suất từ 5mW đến 20mW.

2.2. Cơ chế điều trị bằng laser công suất thấp

Cơ chế điều trị dựa trên các đáp ứng sinh học của mô sống khi tiếp xúc với chùm tia laser. Các đáp ứng này bao gồm kích thích hệ miễn dịch, chống viêm, và tăng cường tuần hoàn máu. Phương pháp điều trị được đề xuất bao gồm: laser nội tĩnh mạch để hoạt hóa tuần hoàn máu, quang châm tác động vào các huyệt theo y học cổ truyền, và quang trị liệu bằng hiệu ứng hai bước sóng 780-940nm để tác động vào hồi hải mã và hạch hạnh nhân.

III. Xây dựng mô hình thiết bị và ứng dụng thực tiễn

Luận văn đề xuất xây dựng mô hình thiết bị điều trị tự kỷ bằng laser bán dẫn công suất thấp, bao gồm hai loại thiết bị chính: thiết bị quang châm - quang trị liệu 12 kênh và thiết bị laser nội tĩnh mạch. Các thiết bị này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và y tế, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình điều trị. Quy trình điều trị được xây dựng chi tiết, bao gồm các liệu trình cụ thể và thời gian điều trị.

3.1. Thiết kế và chức năng của thiết bị

Thiết bị quang châm - quang trị liệu 12 kênh được thiết kế để tác động đồng thời lên nhiều huyệt đạo, nhằm cải thiện các chức năng vận động và thần kinh. Thiết bị laser nội tĩnh mạch được sử dụng để hoạt hóa tuần hoàn máu, tăng cường dòng máu nuôi não. Cả hai thiết bị đều được tích hợp các bộ phận kiểm tra và định thời, đảm bảo quá trình điều trị được kiểm soát chặt chẽ.

3.2. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc điều trị tự kỷ ở trẻ em, đặc biệt là trong bối cảnh các phương pháp hiện tại còn nhiều hạn chế. Việc ứng dụng công nghệ laser không chỉ mang lại hiệu quả điều trị mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực y học hiện đại. Thiết bị được đề xuất có tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống của trẻ tự kỷ và gia đình của họ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- LẠI CHÍ HIẾU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐIỀU TRỊ BỆNH TỰ KỶ Ở TRẺ EM BẰNG LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT THẤP Chuyên ngành : VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 604417 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.

TRẦN THỊ NGỌC DUNG. Cán bộ chấm nhận xét 1: Cán bộ chấm nhận xét 2: Luận văn được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh; ngày…tháng 8 năm 2014. Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.

Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc _____________________ ______________________ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: LẠI CHÍ HIẾU MSHV: 12123160 Ngày, tháng, năm sinh: 10/04/1989 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 604417 I. TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng mô hình thiết bị điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bằng laser bán dẫn công suất thấp. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tìm hiểu tổng quan về hội chứng tự kỷ ở trẻ em, các phương pháp điều trị.

 Phân tích mối liên hệ giữa sự phát triển bất thường của hồi hải mã, hạch hạnh nhân.  Mô phỏng sự lan truyền chùm tia laser bán dẫn công suất thấp làm việc ở các bước sóng khác nhau từ bề mặt da đầu tới hồi hải mã, hạch hạnh nhân.  Xây dựng cơ sở lý luận của phương pháp điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bằng laser bán dẫn công suất thấp.  Xây dựng mô hình thiết bị điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bằng laser bán dẫn công suất thấp.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN THỊ NGỌC DUNG Tp.

HCM, ngày… tháng … năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG LỜI CÁM ƠN Được học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa là một vinh dự lớn lao, ở đây tôi đã nhận được sự giảng dạy tận tình của các thầy cô trong ngành Vật Lý Kỹ Thuật khoa Khoa Học Ứng Dụng. Chính nơi đây đã cung cấp cho tôi tri thức khoa học và định hướng nghề nghiệp bản thân. Do đó, tôi xin phép gửi lời cảm ơn đến các thầy cô đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian học tại trường. Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Trần Thị Ngọc Dung, đã động viên, cung cấp kiến thức và luôn tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Trần Minh Thái đã cung cấp kiến thức và niềm đam mê khoa học cho tôi qua các công trình ứng dụng laser trong y học mà thầy đã thực hiện. Xin được phép gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong hội đồng đã đọc, nhận xét và giúp tôi hoàn chỉnh luận văn. Xin được gửi lời cám ơn đến Khoa Chẩn đoán hình ảnh, bệnh viện Nhi Đồng 1 đã cung cấp hình ảnh chụp CT vùng não của trẻ em cho tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã quan tâm, chia sẻ những khó khăn, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp, đánh dấu khoảng thời gian tốt đẹp tại trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG Tp.

Hồ Chí Minh, 20 tháng 06 năm 2014 Tác giả Lại Chí Hiếu TÓM TẮT LUẬN VĂN Số lượng trẻ em tự kỷ tăng với tỷ lệ trẻ tự kỷ là 6-7 trẻ/1000 trẻ (theo CDC, 2007). Có khoảng hơn một triệu trẻ em tự kỷ ở Mỹ. Hội chứng tự kỷ ở trẻ em là một chứng bệnh được rất nhiều nhà khoa học tham gia nghiên cứu nguyên nhân gây bệnh để tìm hướng điều trị bệnh tự kỷ. Các phương pháp điều trị bệnh tự kỷ ở trẻ em bao gồm các phương pháp tâm lý – giáo dục, phương pháp châm cứu, phương pháp y – sinh học đều chưa có hiệu quả cao và có các nhược điểm.

Qua các nghiên cứu tìm ra sự phát triển bất thường của hồi hải mã, hạch hạnh nhân, sự suy yếu của hệ miễn dịch, hệ nội tiết… Từ đó, đề tài đưa ra một phương pháp điều trị dùng laser bán dẫn công suất thấp. Cơ sở của phương pháp điều trị này là các đáp ứng kích thích sinh học của chùm tia laser lên mô sống, các đáp ứng sinh học như đáp ứng hệ miễn dịch, đáp ứng chống viêm… Trên cơ sở đó, tiến hành mô phỏng sự lan truyền chùm tia laser từ bề mặt da đầu vùng thái dương tới hồi hải mã, hạch hạnh nhân. Kết quả mô phỏng cho thấy các bước sóng 633nm, 780nm, 850nm và 940nm đều đạt được độ xuyên sâu từ da đầu vùng thái dương tới hồi hải mã. Đề tài xây dựng ba phương thức điều trị bằng laser bán dẫn công suất thấp gồm: laser nội tĩnh mạch làm hoạt hóa hệ tuần hoàn máu; laser quang châm tác động vào các huyệt theo y học cổ truyền nhằm cải thiện các chức năng vận động; và quang trị liệu bằng hiệu ứng hai bước sóng 780-940nm để tác động vào hồi hải mã, hạch hạnh nhân và các định khu thần kinh.

ABSTRACT The number of children with autism increased, rate of autism is about 6-7/1000 children (CDC, 2007). There are over one million children with autism in the USA. Children with autism is a disease which scientists studied to find the cause and autism treatments. The treatment of children with autism include methods psycho-education, acupuncture, medical and biological methods are not efficient and weaknesses.

Through the study found abnormal development of the hippocampus, the amygdala, the weakening of the immune system, the endocrine system. Thus, the subject gives a method of treatment using low power semiconductor laser. The basis of this treatment is stimulating the biological response of living tissue to the laser beam, the biological response such as immune response, anti-inflammatory response… On that basis, conduct simulated the spread of the laser beam from the surface of the temporal scalp area to the hippocampus, the amygdala. The simulation results show that the wavelength of 633nm, 780nm, 850nm and 940nm are achieved penetration from the temporal scalp area to the hippocampus.

Topic build three treatments with low power semiconductor laser includes: intravenous laser activates blood circulation; laser acupuncture effects in accordance with traditional medicine to improve motor function; and the aculaser therapy with effect of phototherapy two 780nm-940nm wavelength to impact on the hippocampus, amygdala and psych wards. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn. Các kết quả và hình ảnh của tôi thu được trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình khoa học nào mà tôi không tham gia. MỤC LỤC PHẦN 1.

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CHÍNH LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN ĐỀ TÀI, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CHÍNH LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN ĐỀ TÀI. Lịch sử và thực trạng bệnh tự kỷ ở trẻ em. Lịch sử về bệnh tự kỷ.

Thực trạng bệnh tự kỷ. Nguyên nhân gây bệnh tự kỷ ở trẻ em. Bất thường về cấu trúc não (rối loạn về phát triển thần kinh- Neurodevelopmental disorder). Bất thường chức năng của não.

Các yếu tố môi trường và từ người mẹ ảnh hưởng tới thai nhi. Yếu tố di truyền. Các nguyên nhân bị bác bỏ. Các tiêu chuẩn chẩn đoán trẻ mắc bệnh tự kỷ.

Phân loại các rối loạn phát triển lan tỏa. Dấu hiệu lâm sàng, cận lâm sàng của bệnh tự kỷ ở trẻ em. Dấu hiệu lâm sàng. Dấu hiệu cận lâm sàng 1.

Các phương pháp điều trị bệnh tự kỷ. Các phương pháp y – sinh học. Sử dụng hóa dược. Giải độc hệ thống.

Trị liệu tế bào gốc (Term cell therapy) 1. Các phương pháp vật lý trị liệu, y học cổ truyền phương Đông. Hoạt động trị liệu. Các phương pháp tâm lý- giáo dục.

Trị liệu phân tâm. Phương pháp tâm vận động. Phương pháp chỉnh âm và trị liệu ngôn ngữ:. Trò chơi đóng vai.

Phương pháp giáo dục đặc biệt. Trị liệu thông qua các môn nghệ thuật. Phương pháp nhóm. Dã ngoại trị liệu.

Trị liệu cảm giác (sensory therapy). Động vật trị liệu. Trò chơi trị liệu. Phương pháp cắt khúc thời gian.

Phương pháp ABA. Phương pháp PECS. Phương pháp TEACCH. Phương pháp FLOORTIME.

Phương pháp COMPC (Communication Picture). Phương pháp PCS (Picture Communication Symbols). Các hướng nghiên cứu điều trị bệnh tự kỷ trên thế giới. Rối loạn hệ thống serotonin.

Rối loạn Cytokine [6,17,19]. Châm cứu theo y học cổ truyền phương Đông. Sự tăng kích thước bất thường của hồi hải mã và hạch hạnh nhân. Cấu trúc và chức năng của hệ viền.

Cấu trúc hệ viền (the limbic system). Chức năng của hệ viền. Cấu trúc và chức năng của hạch hạnh nhân và hồi hải mã. Cấu trúc hạch hạnh nhân.

Các tín hiệu thông qua hạch hạnh nhân. Các tín hiệu đầu vào hạch hạnh nhân. Các đường đầu ra từ hạch hạnh nhân. Chức năng của hạch hạnh nhân.Cảm xúc, tình cảm- Emotional learning.

Anxiety, lo lắng. Điều chế bộ nhớ (Memory modulation), mạng trí nhớ phân đoạn tự truyện (Episodic-autobiographical memory (EAM) networks). Hồi hải mã Hippocampus. 67 CHƯƠNG 2 : BỐI CẢNH HÌNH THÀNH, MỤC TIÊU VÀ CÁC NHIỆM VỤ CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI.

Bối cảnh hình thành đề tài. Mục tiêu của đề tài. Các nhiệm vụ chính của đề tài. KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CHƯƠNG 3.

MÔ PHỎNG SỰ LAN TRUYỀN CHÙM TIA LASER BÁN DẪN LÀM VIỆC Ở CÁC BƯỚC SÓNG KHÁC NHAU TỪ BỀ MẶT DA ĐẦU VÙNG THÁI DƯƠNG ĐẾN HỒI HẢI MÃ, HẠCH HẠNH NHÂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MONTE-CARLO. Ý tưởng của việc tiến hành mô phỏng. Giới thiệu phương pháp Monte Carlo. Mô phỏng Monte Carlo sự lan truyền của photon.

Lý thuyết tán xạ ánh sáng. Các thông số quang học của mô. Kết quả mô phỏng. Dữ liệu mô phỏng.

Kết quả mô phỏng. Công suất 5mW, thời gian 300s. Công suất 10mW, thời gian 300s. Công suất 15mW, thời gian 300s.

Công suất 20mW, thời gian 300s. 110 CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ BỆNH TRẺ EM TỰ KỶ BẰNG LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT THẤP 4. Ý tưởng của phương pháp điều trị. Chọn bước sóng điều trị.

Cơ chế điều trị của phương pháp laser công suất thấp.