## Tổng quan nghiên cứu

Trọng tâm cơ thể (Center of Gravity - CoG) là điểm cân bằng của cơ thể, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như y tế, thể thao và phục hồi chức năng. Theo ước tính, trọng tâm cơ thể người trưởng thành thường nằm trong khoảng từ 60 đến 120 cm tính từ chân, tùy thuộc vào các chỉ số cơ thể như chiều cao, cân nặng và số đo ba vòng. Tuy nhiên, tại Việt Nam, các thiết bị xác định trọng tâm hiện nay còn hạn chế về số lượng, chi phí cao và quy trình phức tạp. 

Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế một hệ thống đánh giá trọng tâm cơ thể dựa trên các số đo cơ thể, nhằm tạo ra một mô hình xác định trọng tâm nhanh chóng, chính xác và có chi phí hợp lý, dễ dàng di chuyển phục vụ nhu cầu thực tế. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2018-2019, tại Hà Nội và Hải Phòng, với đối tượng là sinh viên và bệnh nhân trong độ tuổi 19-25. 

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý liên quan đến mất cân bằng như rối loạn tiền đình, cải thiện hiệu quả luyện tập thể thao, và hỗ trợ phục hồi chức năng cho bệnh nhân chấn thương. Ngoài ra, mô hình còn góp phần phát triển nền y học và sinh trắc học tại Việt Nam.

---

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

- **Lý thuyết trọng tâm cơ thể (CoG/CoM):** Trọng tâm là điểm mà tổng các moment xoay bằng 0, chịu ảnh hưởng bởi phân bố khối lượng cơ thể.
- **Phương pháp hợp lực song song cùng chiều:** Sử dụng quy tắc vật lý để tính toán vị trí trọng tâm dựa trên lực tác dụng lên các điểm cân.
- **Hồi quy tuyến tính (Linear Regression):** Phân tích mối quan hệ giữa trọng tâm cơ thể và các biến số như chiều cao, cân nặng, số đo ba vòng để xây dựng mô hình dự đoán trọng tâm.

Các khái niệm chính bao gồm: Loadcell (cảm biến khối lượng), ADC (bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số), Arduino (vi điều khiển xử lý dữ liệu), và các chỉ số cơ thể (chiều cao, cân nặng, số đo ba vòng).

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu:** Thu thập số liệu thực tế từ 89 đối tượng gồm sinh viên Đại học Bách khoa Hà Nội và bệnh nhân tại Bệnh viện Kiến An, Hải Phòng, trong độ tuổi 19-25, không mắc các bệnh liên quan đến trọng tâm cơ thể.
- **Thiết bị thu thập:** Hệ thống cân nằm gồm khung inox, mặt gỗ hoặc mica, bốn loadcell gắn ở bốn chân, bộ ADC HX711 24-bit và vi điều khiển Arduino UNO R3.
- **Phương pháp phân tích:** Sử dụng hồi quy tuyến tính đa biến để xây dựng mô hình dự đoán trọng tâm dựa trên các biến chiều cao, cân nặng và số đo ba vòng. Phần mềm SPSS được dùng để xử lý dữ liệu và đánh giá mô hình.
- **Timeline nghiên cứu:** Thiết kế và chế tạo hệ thống (6 tháng), hiệu chỉnh và đánh giá sai số (3 tháng), thu thập và xử lý dữ liệu (3 tháng).

---

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

1. **Hiệu chỉnh loadcell:** Hệ số calib của bốn loadcell dao động trong khoảng 51000-52000, với sai số đo khối lượng nhỏ hơn 2% khi đo khối lượng từ 1 đến 25 kg.
2. **Sai số hệ thống:** Khi calib bằng vật nặng 10.8 kg, sai số vị trí trọng tâm dưới 1%, khi calib bằng người 51 kg, sai số vị trí trọng tâm tối đa 2.8%, sai số khối lượng dưới 1.9%.
3. **Mô hình hồi quy tuyến tính:** 
   - Mô hình 1 biến (chiều cao) đạt hệ số R² khoảng 0.56-0.59.
   - Mô hình 2 biến (chiều cao và cân nặng) cải thiện R² lên khoảng 0.75.
   - Mô hình 3 biến (chiều cao, cân nặng, số đo ba vòng) đạt R² cao nhất, khoảng 0.85, cho độ chính xác dự đoán trọng tâm tốt nhất.
4. **Tính ổn định và khả năng ứng dụng:** Hệ thống cân nằm có thể tháo lắp dễ dàng, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

### Thảo luận kết quả

Sai số thấp trong hiệu chỉnh loadcell và hệ thống cho thấy thiết bị có độ tin cậy cao. Mô hình hồi quy tuyến tính đa biến chứng minh mối quan hệ chặt chẽ giữa trọng tâm cơ thể và các chỉ số cơ thể, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về trọng tâm và sinh trắc học. 

So với các phương pháp phân tích hình ảnh 2D, 3D hoặc sử dụng tấm phản lực, hệ thống đề xuất có ưu điểm về chi phí, thời gian đo và tính di động. Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ Scatter Plot và Histogram thể hiện sự phân bố trọng tâm dự đoán và thực tế, giúp trực quan hóa độ chính xác mô hình.

---

## Đề xuất và khuyến nghị

1. **Phát triển phần mềm hỗ trợ:** Xây dựng ứng dụng trên nền tảng máy tính hoặc di động để tự động tính toán và hiển thị trọng tâm dựa trên số liệu thu thập, nâng cao trải nghiệm người dùng.
2. **Mở rộng đối tượng nghiên cứu:** Thu thập dữ liệu từ các nhóm tuổi và thể trạng khác nhau để hoàn thiện mô hình, tăng tính đại diện và ứng dụng rộng rãi.
3. **Tích hợp hệ thống vào y tế và thể thao:** Đề xuất sử dụng hệ thống trong các phòng khám phục hồi chức năng, trung tâm thể thao để hỗ trợ chẩn đoán và luyện tập.
4. **Nâng cao độ chính xác:** Nghiên cứu cải tiến thiết kế loadcell và khung cân để giảm thiểu sai số do yếu tố ngoại cảnh, nâng cao độ bền và độ ổn định.
5. **Đào tạo và phổ biến:** Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ y tế, huấn luyện viên thể thao về cách sử dụng và khai thác hiệu quả hệ thống.

---

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. **Nhà nghiên cứu kỹ thuật y sinh:** Có thể ứng dụng phương pháp thiết kế hệ thống cảm biến và xử lý dữ liệu trong các đề tài liên quan.
2. **Bác sĩ và chuyên gia phục hồi chức năng:** Sử dụng mô hình và thiết bị để đánh giá mức độ mất cân bằng và xây dựng phác đồ điều trị.
3. **Huấn luyện viên thể thao:** Áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa kỹ thuật luyện tập dựa trên trọng tâm cơ thể vận động viên.
4. **Sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật y sinh:** Tham khảo phương pháp nghiên cứu, thiết kế hệ thống và xử lý dữ liệu thực tế phục vụ học tập và nghiên cứu.

---

## Câu hỏi thường gặp

1. **Hệ thống cân nằm hoạt động như thế nào?**  
Hệ thống sử dụng bốn loadcell gắn ở bốn chân cân để đo lực tác dụng, dữ liệu được chuyển đổi qua bộ ADC 24-bit và xử lý bằng vi điều khiển Arduino để xác định vị trí trọng tâm.

2. **Sai số của hệ thống có chấp nhận được không?**  
Sai số vị trí trọng tâm tối đa dưới 3%, sai số khối lượng dưới 2%, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu thực tế và có thể cải thiện trong các nghiên cứu tiếp theo.

3. **Mô hình hồi quy tuyến tính có thể áp dụng cho đối tượng khác không?**  
Mô hình hiện tại được xây dựng trên dữ liệu người Việt Nam trong độ tuổi 19-25, cần mở rộng dữ liệu để áp dụng cho các nhóm tuổi và thể trạng khác.

4. **Chi phí và tính di động của hệ thống ra sao?**  
Hệ thống có chi phí thấp, linh kiện dễ tìm, thiết kế nhỏ gọn, dễ tháo lắp và di chuyển, phù hợp với nhiều môi trường sử dụng.

5. **Hệ thống có thể hỗ trợ điều trị bệnh rối loạn tiền đình không?**  
Có, hệ thống giúp đánh giá mức độ mất cân bằng thông qua trọng tâm cơ thể, hỗ trợ bác sĩ trong chẩn đoán và xây dựng phác đồ điều trị hiệu quả.

---

## Kết luận

- Đã thiết kế thành công hệ thống cân nằm sử dụng bốn loadcell và vi điều khiển Arduino để thu thập dữ liệu trọng tâm cơ thể.  
- Hiệu chỉnh hệ thống cho sai số vị trí trọng tâm dưới 3% và sai số khối lượng dưới 2%, đảm bảo độ chính xác cao.  
- Xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính đa biến dựa trên chiều cao, cân nặng và số đo ba vòng với hệ số R² đạt khoảng 0.85.  
- Hệ thống có chi phí thấp, dễ dàng tháo lắp, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y tế, thể thao và sinh trắc học.  
- Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm hỗ trợ, mở rộng đối tượng nghiên cứu và tích hợp hệ thống vào các lĩnh vực chuyên môn.

**Hành động tiếp theo:** Khuyến khích các nhà nghiên cứu và chuyên gia y tế áp dụng và phát triển hệ thống để nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng.