Đặt vấn đề Từ xưa đến nay, nhân loại đã không ngừng học hỏi, tìm tòi và nghiên cứu để tạo ra những sản phẩm nhằm phục vụ những nhu cầu ngày càng cao của con người. Với nhiều đề tài và hướng nghiên cứu khác nhau trong tất cả các lĩnh vực trong cuộc sống đã giúp cuộc sống của con người ngày càng hiện đại và tiện nghi. Cùng với đó, lĩnh vực y tế cũng rất được chú trọng trong nghiên cứu tiêu biểu như những máy mổ nội soi hiện đại, robot có kích thước siêu nhỏ dùng để điều trị ở mức tế bào. Trong đó vấn đề trọng tâm cơ thể là một vấn đề rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: thể thao, y tế, điều trị phục hồi chức năng.
- Trong y tế, một trong những bệnh điển hình liên quan trực tiếp đến trọng tâm cơ thể là bệnh tiền đình. Vậy bệnh tiền đình là gì? Bệnh gây ra những bất tiện gì đến người mắc phải? Tiền đình là một bộ phận nằm phía sau ốc tai, nó đóng vai trò duy trì sự cân bằng các hoạt động của cơ thể như: khi di chuyển, nằm, đứng, cúi xuống hay xoay người… Theo mỗi hoạt động của cơ thể, hệ thống tiền đình cũng sẽ nghiêng, lắc theo các động tác này và giúp cho cơ thể giữ được thăng bằng. Hệ thống tiền đình được điều khiển bởi nhóm thần kinh cao cấp hơn của não. Hiện nay, theo như nghiên cứu của các chuyên gia y tế thì lứa tuổi trưởng thành thường mắc hội chứng này với tỉ lệ cao nhất.
Và đối tượng lao động trí óc là đối tượng đang có xu hướng gia tăng. Hiện tượng thường thấy của bệnh rối loạn tiền đình là: hoa mắt, chóng mặt, buồn nôn, ù tai, khi thay đổi tư thế rất khó khăn và người bệnh thường bị mất thăng bằng, đi loạng choạng, dễ ngã… Khi mắc phải hội chứng này, người bệnh sẽ có cảm giác mệt mỏi, năng suất làm việc sẽ giảm và ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của bản thân và gia đình. Hội chứng rối loạn tiền đình có thể diễn biến trong vài ba ngày hoặc có thể kéo dài nhiều hơn. Chính vì thế mà khi 9 có những dấu hiệu của bệnh rối loạn tiền đình, để biết được nguyên nhân chính xác mình bị rối loạn tiền đình do đâu người bệnh cần đến khám tại các chuyên khoa tim, mắt, tâm thần, thần kinh và tai, làm những xét nghiệm hình ảnh như CT Scanner hay chụp cộng hưởng từ và chụp X quang.
để bác sĩ có thể đưa ra kết luận cuối cùng. - Trong thể thao, để nghiên cứu những tư thế, những chuyển động của các vận động viên thì trọng tâm rất rất quan trọng để đưa ra những động tác tiêu chuẩn. Ví dụ như vận động viên nhảy cao để có thể đạt được những mức xà cao tối đa thì các vận động viên thường nhảy ngửa cong lưng hướng mặt lên trời thay vì nhảy úp mặt song song với mặt đất hay nghiêng một bên cơ thể. Đó là kết quả của nghiên cứu vật lý đặc biệt là sự dao động của trọng tâm cơ thể.
Dick Fosbury là vận động viên đã thay đổi môn nhảy cao mãi mãi. Ông là người đầu tiên thực hiện tư thế nhảy quay lưng vào xà và thành tích của ông được cải thiện 15cm lên mức 1. Tại thế vận hội Olympic Mexico 1986 Fosbury đã khiến cả thế giới kinh ngạc với mức xà 2. Hay trong biểu diễn các diễn viên thăng bằng trên dây luôn luôn nhận được sự ngưỡng mộ từ các khán giả vì độ khó và phải mất rất nhiều thời gian luyện tập để có thể biểu diễn thành thạo.
Bản chất của việc này là giữ cho trọng tâm cơ thể thẳng đứng và nằm phía trên dây để cơ thể được cân bằng. Các dụng cụ như: gậy dài và quạt dùng để tác động điều chỉnh lại trọng tâm cơ thể khi cơ thể diễn viên bị nghiêng và trọng tâm tham chiếu bị lệch khỏi dây. - Trong điều trị phục hồi chức năng, đối với những bệnh nhân bị chấn thương do tai nạn trong quá trình thi đấu thể thao hay những người bị tai nạn gãy chân, tai biến thì việc phục hồi hoạt động đi lại cho họ là một vấn đề cực kỳ quan trọng và cấp thiết. Nhưng đây là một công việc lâu dài và có nhiều yếu tố khác nhau và trọng tâm cơ thể cũng nằm trong những yếu tố quan trọng đó.Thông qua xác định trọng tâm, bác sĩ sẽ đánh giá mức độ phục hồi và đưa ra liệu pháp tiếp theo cho quá trình điều trị.
10 Hiện tại, ở Việt Nam các thiết bị xác định trọng tâm tồn tại không nhiều, phương pháp xác định phức tạp và giá thành đắt tiền. Vì vậy mục tiêu đặt ra là thiết kế một hệ thống đánh giá trọng tâm cơ thể thông qua số đo cơ thể. Yêu cầu một thiết bị và một mô hình xác định trọng tâm cơ thể nhanh, chính xác và giá thành rẻ dễ dàng di chuyển phục vụ nhu cầu của thị trường.2 Mục đích đề tài Đề tài được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng các kiến thức đã học trên ghế nhà trường để xây dựng, phát triển một hệ thống thực tế phục vụ cho con người và cho xã hội. Mục đích cuối cùng là nghiên cứu và xây dựng ra một mô hình xác định trọng tâm cơ thể phục vụ cho người Việt Nam với mong muốn đem lại những lợi ích to lớn trong việc chăm sóc sức khỏe cộng đồng như: - Mô hình sinh trắc học.
- Hỗ trợ trong luyện tập, nghiên cứu phát triển phương pháp mới và phương pháp điều trị trong thể thao. - Hỗ trợ bác sỹ trong quá trình chẩn đoán mức độ mức độ mất thăng bằng của bệnh nhân để có thể đưa ra phác đồ điều trị hợp lý hơn. - Hỗ trợ quá trình tập luyện điều trị bênh nhân bị mất căn bằng, chấn thương. - Phục vụ công tác nghiên cứu, đào tạo và phát triển nền y học, tạo tiền đề cho những nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực lâm sàng.3 Hệ thống thực tế Trọng tâm (CoG - Center of Gravity) của cơ thể còn gọi là Tâm khối (CoM - Center of Mass) là điểm cân bằng của cơ thể mà tại đó tổng các moment xoay bằng 0.
Ở người trưởng thành khi đứng thẳng, mỗi người lại có một điểm trọng tâm khác nhau do có chỉ số cơ thể khác nhau. Hiện nay, trên thế giới có khá nhiều nghiên cứu về phương pháp đo đạc, tính toán và một số hệ thống ứng dụng đã đưa ra để xác định trọng tâm của cơ thể người đã được công bố [1], [2], [3], [4], [5], [6] trong đó: 1. Phương pháp cơ bản: Phân tích hình ảnh 2D của đối tượng để đưa ra trọng tâm cơ thể [2] hay phân tích ảnh 3D [6]. Phương pháp sử dụng hình ảnh chụp được của đối tượng và phân tích hình ảnh thành bóng đen (silhouette), đồng 11 thời thực hiện chuẩn đoán cấu trúc xương của cơ thể.
Cuối cùng, phân tích từng khối cấu trúc và xử lý bằng phương pháp Delaunay để đưa ra trọng tâm cơ thể. Ưu điểm của phương pháp này là độ chính xác cao nhưng lại rất tốn kém và mất nhiều thời gian để có thể xác định được. Đồng thời, vì là mô phỏng cấu trúc của cơ thể nên có thể có nhiều trường hợp cấu trúc xương của đối tượng khác với mô phỏng gây ra sự sai khác trong kết quả. Phương pháp phân vùng cơ thể [1]: Phương pháp này được thực hiện bằng cách mô hình hóa cơ thể thành từng khối để từ đó tính trọng tâm của mỗi bộ phận của cơ thể và trọng tâm của toàn cơ thể.
1Bảng phân đoạn cơ thể từ Zatsommeky et al năm 1990 [1] Segment Endpoint Mass CM Sagittal k Transverse k Longiludinal k (%mass) (% length) (% length) (% length) (% length) Proximal Distal Female Male Female Male Female Male Female Male Female Male Head VERT MIDG 6.1 Trunk SUPR MIDH 42.7 Upper SUPR XYPH 15.9 Trunk CERV XYPH 15.5 Mid Trunk XYPH CMPH 14.8 Lower OMPH MIDH 12.7 Trunk Upper Arm SJC EJC 2.8 Forearm EJC WJC 1.2 Hand WJC MET3 0.2 Thigh HJC KJC 14.9 Shank KJC LMAL 4.5 Foot HEEL TTIP 1. Quá trình đo của phương pháp này khá phức tạp, nhưng cho phép xác định được trọng tâm cơ thể ở trạng thái động. Phần mềm để đánh giá sự ổn định của cơ thể đối với những người có khả năng thể thao tiềm năng [3]. Vai trò chính của ứng dụng phần mềm này là xử lý dữ liệu được thu nhận để đánh giá độ ổn định của trọng tâm trong các hoạt động trong thể thao.
Nghiên cứu về trọng tâm của cơ thể trong chuyển động khi người bước đi [4]. Trong bài nghiên cứu, các tác giả đã chứng minh rằng trọng tâm trong cơ thể gần như không hề thay đổi khi bước đi. Từ đó, chứng tỏ trọng tâm cơ thể gần như không thay đổi đối với những người bình thường trong quá trình bước đi, hay một số hoạt động khác. Có một vài nghiên cứu chưa chính thống được đề xuất: đó là nghiên cứu mối tương quan giữa chiều cao và trọng tâm [5].
[5] cho kết quả là tỷ lệ trọng tâm/ chiều cao = 0.56 đối với phụ nữ và = 0.59 đối với đàn ông. Phương pháp được sử dụng là sử dụng tấm phản lực để đo đạc khối lượng của cơ thể và sử dụng mối quan hệ giữa trọng tâm và khối lượng từng thiết bị thu thập được. Ưu điểm của phương pháp này thực hiện khá dễ dàng, giá rẻ, kết quả thu được nhanh chóng. Tuy nhiên sai số vẫn còn khá lớn.
Nhìn chung để đánh giá trọng tâm cơ thể có thể dùng rất nhiều phương pháp khác nhau như đã nêu trên nhưng những phương pháp đó rất tốn kém, tốn thời gian để đo đạc và quy trình rất phức tạp, rườm rà. Yêu cầu xây dựng một hệ thống được tối ưu hóa vận dụng những ưu điểm từ những nghiên cứu trước đó đồng thời khắc phục những nhược điểm mà các hệ thống đó để áp dụng vào thực tế tại Việt Nam.4 Hệ thống đề xuất Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng những ưu điểm và nhược điểm từ các phương pháp đã nêu ở trên, phương pháp được đề xuất tối ưu và phù hợp nhất để xây dựng nên mô hình xác định trọng tâm cơ thể là: xây dựng một mô hình xác định trọng tâm cơ thể thông qua các chỉ số của cơ thể. Để phục vụ cho đề xuất này, cần xây dựng một hệ thống cân nằm để xác định trọng tâm cơ thể làm thông số lấy mẫu từ đó xây dựng nên công thức tính toán trọng tâm thông qua các thông số của cơ thể.