Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ tập đi cho bệnh nhân sau di chứng liệt tứ chi" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Thiện Luận (MSSV: 1900007010, lớp 19DYS1A), dưới sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Khoa Bình, thuộc ngành Kỹ thuật Y sinh, Khoa Y, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành, nghiệm thu vào tháng 05 năm 2024.

Lý do chọn đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trong công tác điều trị phục hồi chức năng tại Việt Nam. Liệt tứ chi (tetraparesis) là tình trạng suy giảm hoặc mất hoàn toàn khả năng vận động và cảm giác ở cả hai tay và hai chân, phát sinh do chấn thương tủy sống vùng cổ, đột quỵ não, thoái hóa cột sống chèn ép tủy, bại não hoặc các bệnh lý thần kinh cơ khác. Quá trình hồi phục chức năng vận động cho bệnh nhân liệt tứ chi bắt buộc phải trải qua giai đoạn tập đi kéo dài từ 2 đến 3 năm và duy trì liên tục nhằm phục hồi sức cơ, chống teo cơ, ngăn ngừa cứng khớp, loét da do tỳ đè và các biến chứng tim mạch, hô hấp.

Vấn đề kỹ thuật được tác giả chỉ ra trong đồ án là sự thiếu hụt trang thiết bị hỗ trợ tập đi chuyên dụng dành riêng cho đối tượng liệt tứ chi. Các dụng cụ tập đi hiện có trên thị trường y tế chủ yếu phục vụ người bệnh yếu liệt nửa người hoặc liệt hai chi dưới – những đối tượng vẫn còn khả năng điều khiển và cầm nắm của hai tay. Đối với bệnh nhân liệt tứ chi mất kiểm soát chi trên, nhân viên y tế tại các cơ sở điều trị phải trực tiếp dùng sức nâng đỡ toàn bộ trọng lượng cơ thể người bệnh để duy trì thăng bằng trong suốt buổi tập. Quy trình thủ công này tiêu tốn nhiều thời gian, công sức của điều trị viên, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn té ngã cao và không cho phép bệnh nhân nghỉ ngơi tại chỗ khi mệt.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở y học về sinh lý hệ vận động, bệnh học liệt tứ chi và các nguyên tắc tập đi phục hồi chức năng.
  2. Khảo sát, đánh giá ưu và nhược điểm của các thiết bị tập đi hiện có trên thị trường trong nước.
  3. Kết hợp các ưu điểm cơ học của thiết bị tập đi sẵn có và phương pháp treo giảm trọng lượng cơ thể để thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình "Thiết bị hỗ trợ tập đi cho bệnh nhân sau di chứng liệt tứ chi".
  4. Thử nghiệm sản phẩm thực tế tại cơ sở y tế nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả lâm sàng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Bệnh nhân mắc các bệnh lý gây di chứng liệt tứ chi và nguyên tắc tập đi phục hồi chức năng trong y khoa; các cơ cấu cơ học, truyền động và mạch điều khiển ứng dụng trong thiết bị tập đi.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế mô hình cơ điện tử y sinh và thử nghiệm tại cơ sở y tế khám chữa bệnh phục hồi chức năng tại Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 05/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Đồ án xây dựng nội dung dựa trên sự kết hợp giữa kiến thức giải phẫu - sinh lý thần kinh cơ và kỹ thuật cơ điện tử y sinh.

Cơ sở lý thuyết y học bao gồm:

  • Cấu tạo và cơ chế hoạt động của đơn vị vận động: Gồm nơron vận động (nơron alpha tại sừng trước tủy sống trực tiếp chi phối sợi cơ; nơron gamma chi phối suốt thần kinh - cơ để điều hòa trương lực), sợi cơ và synap thần kinh - cơ. Sợi cơ được cấu tạo từ các tơ cơ actin và miozin trượt lên nhau dưới tác dụng của enzyme ATPase. Tác giả phân loại sợi cơ thành sợi co chậm nhóm I (giàu mao mạch và myoglobin, sức bền ưa khí cao) và sợi co nhanh nhóm II gồm phân nhóm II-a (oxy hóa - gluco phân) và II-b (gluco phân yếm khí tạo acid lactic, co mạnh nhưng mau mỏi).
  • Sinh lý bệnh học liệt tứ chi: Tình trạng gián đoạn dẫn truyền tín hiệu từ não bộ qua tủy sống xuống ngoại vi. Phân loại theo nguyên nhân gồm liệt không hoàn toàn (chiếm khoảng 1/3 số ca chấn thương tủy sống) và liệt hoàn toàn (chiếm khoảng 20% số ca chấn thương tủy sống). Phân loại theo tính chất cơ gồm liệt mềm (cơ nhão, mất trương lực) và liệt co cứng (tăng trương lực cơ không kiểm soát).
  • Cơ sở pháp lý và chính sách y tế: Quyết định số 30/2008/QĐ-TTg ngày 22/02/2008 của Thủ tướng Chính phủ về việc "Phê duyệt Quy hoạch mạng lưới khám, chữa bệnh đến năm 2010 và tầm nhìn đến năm 2020", định hướng chuyển đổi các cơ sở điều dưỡng thành bệnh viện phục hồi chức năng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp y văn: Thu thập và tổng hợp dữ liệu dịch tễ, phân loại bệnh lý thần kinh cơ từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), Cổng thông tin điện tử Bộ Y tế (moh.vn), nghiên cứu lâm sàng của Vũ Anh Nhị và Nguyễn Hiếu Nghĩa, cùng tài liệu chuyên khoa thần kinh của PGS.TS. Nguyễn Hữu Công (Trường Đại học Y khoa Phạm Ngọc Thạch).
  • Phương pháp khảo sát, phân tích so sánh: Lập bảng tiêu chí kỹ thuật để đánh giá ưu - nhược điểm của 5 loại thiết bị tập đi thương mại trên thị trường Việt Nam (Khung NK-01, Khung Lucass W57, Khung tập đi cho người tai biến, Khung tập đi song song và Nôi tập đi em bé).
  • Phương pháp thiết kế và chế tạo kỹ thuật: Ứng dụng nguyên lý treo giảm tải trọng lượng cơ thể kết hợp khung dẫn hướng cơ khí; gia công khung thép kẽm, inox; lắp ráp động cơ DC giảm tốc, cụm cuốn cáp, ray trượt và tích hợp mạch điều khiển từ xa.
  • Phương pháp thực nghiệm: Đưa sản phẩm vào thử nghiệm tại cơ sở y tế phục hồi chức năng, lấy ý kiến nhân viên y tế và bệnh nhân thông qua phiếu trắc nghiệm đánh giá sử dụng.

Thiết kế và chế tạo thiết bị

Căn cứ vào nguyên tắc điều trị y khoa và phương pháp treo giảm tải trọng lượng cơ thể, tác giả đã thiết kế và chế tạo thiết bị gồm ba khối chức năng chính: Khung tập đi, Bộ phận di chuyển và Hệ thống đai nâng đỡ.

+-------------------------------------------------------------+
|                      KHUNG TẬP ĐI                           |
|  - Khung giá đỡ chữ L (hộp kẽm 3x3 cm, lồng ống 2,5x2,5 cm) |
|  - Thanh nắm song song (ống tròn inox phi 4,2 cm, dài 50 cm)|
|  - Đường ray dẫn hướng (thép hộp 2x4 cm, sắt tròn 5 ly)     |
+------------------------------+------------------------------+
                               |
+------------------------------v------------------------------+
|                   BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG                       |
|  - Động cơ DC mini Model 2IK DC 30W (12V, 30W)              |
|  - Hộp số giảm tốc mã hàng 2GN (tỷ số giảm 5 - 200 lần)     |
|  - Cụm ổ cuốn cáp & bánh xe trượt ray                        |
+------------------------------+------------------------------+
                               |
+------------------------------v------------------------------+
|                   ĐIỀU KHIỂN & ĐAI TREO                     |
|  - Khối nguồn pin cell sạc 12V & remote đảo chiều từ xa     |
|  - Đai yếm treo giảm tải trọng cơ thể, hỗ trợ ngồi nghỉ     |
+-------------------------------------------------------------+

1. Thiết kế khung tập đi

  • Thanh nắm song song: Cấu tạo dạng khung hình chữ nhật gồm 02 thanh hộp kẽm kích thước 3 cm x 3 cm dài 50 cm để liên kết với khung giá đỡ chữ L; 02 thanh tròn bằng vật liệu inox đường kính 4,2 cm, dài 50 cm làm vị trí tựa tay cho người bệnh. Trên mỗi thanh hộp hàn 02 pát tròn đường kính 4,5 cm, dài 5 cm vuông góc. Cơ cấu khóa thanh song song gồm khóa ốc vít cố định cho thanh bên trong và khóa núm vặn cho thanh bên ngoài, cho phép tháo lắp nhanh để bệnh nhân ra vào dễ dàng.
  • Khung giá đỡ hình chữ L: Được chế tạo từ thép hộp kẽm 3 cm x 3 cm với hai nhánh có chiều dài lần lượt là 30 cm và 45 cm. Khúc nối 45 cm được kết nối lồng vào bên trong hộp kẽm 2,5 cm x 2,5 cm dài 100 cm (1 m) và cố định bằng ốc vít khóa đóng mở, thực hiện chức năng tăng giảm chiều cao và khẩu độ khung. Cạnh 45 cm được gắn 02 lá sắt nhằm liên kết vững chắc với đường ray.
  • Đường ray dẫn hướng: Gia công từ thép hộp kích thước 2 cm x 4 cm, chiều dài 50 cm, bên trên hàn cây sắt tròn đường kính 5 mm (5 ly) tạo đường dẫn hướng di chuyển cho cụm truyền động đặt tại đầu ngoài khung chữ L.

2. Thiết kế bộ phận di chuyển và truyền động cơ - điện

  • Động cơ điện: Sử dụng động cơ điện một chiều mini Model 2IK DC 30W, vận hành ở điện áp danh định 12V, công suất tiêu thụ 30W. Cấu tạo motor bao gồm stator cuộn dây, rotor, bạc đạn giảm ma sát, quạt làm mát và vỏ bảo vệ. Việc chọn nguồn 12V DC bảo đảm an toàn điện môi tuyệt đối, không gây nguy cơ điện giật cho bệnh nhân trong môi trường điều trị. Động cơ có tuổi thọ vận hành thiết kế từ 5 đến 7 năm, đạt tiêu chuẩn chất lượng xuất khẩu Châu Âu.
  • Hộp số giảm tốc: Sử dụng hộp giảm tốc mini mã hàng 2GN đi kèm động cơ, kích thước mặt bích 60 mm x 60 mm, chiều dài tổng thể 170 mm. Đường kính trục ra 8 mm, chiều dài trục 25 mm, rãnh then cavet 7 mm, đường kính lỗ bắt ốc 5,5 mm. Hộp số có khả năng biến đổi tốc độ với tỷ số truyền giảm từ 5 đến 200 lần, tích hợp phớt chặn dầu và chống bụi bảo vệ cơ cấu bánh răng trục vào, bánh răng trục ra.
Thông số kỹ thuật Giá trị thiết kế
Model động cơ 2IK DC 30W
Điện áp / Công suất 12V DC / 30W
Mã hộp giảm tốc 2GN
Kích thước hộp số 60 mm x 60 mm (tổng dài 170 mm)
Đường kính / Chiều dài trục ra 8 mm / 25 mm (rãnh then 7 mm)
Tỷ số giảm tốc 5 - 200 lần
Kích thước ray dẫn hướng Thép hộp 2x4 cm dài 50 cm, gắn sắt 5 ly
Thanh nắm song song Inox phi 4,2 cm dài 50 cm
Khung tăng giảm chữ L Hộp kẽm 3x3 cm lồng hộp 2,5x2,5 cm dài 100 cm
  • Hệ thống tời cáp và điều khiển: Gồm ổ cuốn dây cáp kết nối trục ra của hộp giảm tốc; nguồn điện cấp từ khối cell pin đi kèm dây sạc 12V; mạch điện tử điều khiển đảo chiều động cơ không dây từ xa (remote); sơ đồ khối mạch tăng giảm chiều dài dây cáp; cụm bánh xe di chuyển trượt dọc trên thanh sắt 5 ly của đường ray.
  • Đai treo nâng đỡ: Thiết kế lấy cảm hứng từ yếm ngồi của nôi em bé, có chức năng ôm trọn vùng hông - chậu bệnh nhân, chịu lực kéo từ dây cáp tời để nâng đỡ một phần trọng lượng cơ thể, giảm áp lực nén lên khớp gối và cổ chân, đồng thời đóng vai trò ghế ngồi nghỉ an toàn khi người bệnh xuất hiện dấu hiệu mệt mỏi.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan đơn vị vận động

Chương này cung cấp hệ thống lý thuyết giải phẫu - sinh lý học về bộ máy vận động của con người:

  • Phân tích chi tiết ba thành phần của đơn vị vận động: Nơron vận động (đặc biệt là nơron alpha sừng trước tủy sống có sợi trục dài tới 1,2 m), sợi cơ (đường kính 1 - 2 micromet, chứa 200 - 400 tơ cơ actin và miozin) và synap thần kinh - cơ. Phân định cơ chế chuyển hóa năng lượng giữa sợi cơ chậm nhóm I (ưa khí, bền bỉ) và sợi cơ nhanh nhóm II (phân nhóm II-a oxy hóa - gluco phân và II-b thuần gluco phân tạo acid lactic).
  • Trình bày triệu chứng học các bệnh lý ảnh hưởng đến hệ vận động: Hội chứng Tourette (rối loạn thần kinh gây co giật cơ mặt, thanh quản không tự chủ); liệt cứng (tổn thương tủy hoặc não do thiếu oxy, chấn thương đầu, xơ cứng teo cơ một bên); loạn trương lực cơ (tổn thương hạch nền gây co thắt tư thế bất thường); và bệnh liệt tứ chi. Tác giả nhấn mạnh tổn thương tủy sống dẫn đến mất hoàn toàn khả năng vận động và cảm giác, gây suy sụp thể xác, tâm lý tự ti và suy giảm chất lượng sống nghiêm trọng.

Chương 2: Tổng quan về liệt tứ chi

Chương 2 tập trung phân tích chuyên sâu về bệnh học, dịch tễ học và các giải pháp can thiệp y tế đối với liệt tứ chi:

  • Định nghĩa tình trạng tetraparesis và phân loại theo mức độ tổn thương thần kinh (liệt hoàn toàn và không hoàn toàn) cũng như trạng thái trương lực cơ (liệt mềm và liệt co cứng).
  • Thống kê nguyên nhân gây bệnh: Chấn thương cột sống cổ (tai nạn giao thông, ngã ở người loãng xương, chấn thương thể thao); bệnh lý cột sống (u tủy, rỗng tủy syringomyelia, viêm tủy, thoát vị đĩa đệm, nứt đốt sống); nhiễm trùng thần kinh (vi-rút bại liệt, flavivirus, bệnh Lyme, bạch hầu, sốt xuất huyết, HIV, West Nile); độc tố (ngộ độc rượu mạn, kim loại nặng, nọc rắn); bệnh lý thần kinh cơ di truyền (bệnh xơ cột bên teo cơ ALS/Lou Gehrig liên quan đột biến gen C9ORF72 và SOD1; bệnh teo cơ tủy SMA với tần suất 1:11.000 trẻ sinh ra); và di chứng tai biến mạch máu não.
  • Số liệu dịch tễ học: WHO ghi nhận khoảng 250.000 ca liệt tứ chi mới mỗi năm trên thế giới. Tại Mỹ, tỷ lệ mắc hàng năm khoảng 54 người/triệu dân (tương đương 17.900 ca mới). Tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 200.000 ca đột quỵ (riêng năm 2009 tại TP.HCM ghi nhận khoảng 20.000 ca mới). Đồ án dẫn nghiên cứu của Vũ Anh Nhị và Nguyễn Hiếu Nghĩa trên nhóm bệnh nhân tổn thương tủy: liệt mềm hai chi dưới chiếm 74,6% (41 ca), liệt cứng hai chi dưới chiếm 12,7% (7 ca), liệt tứ chi chiếm 12,7% (7 ca), rối loạn cơ vòng chiếm 81,8% (45 ca), đau cột sống chiếm 49,1% (27 ca).
  • Nguyên tắc điều trị: Ứng dụng chẩn đoán hình ảnh (CT scan, X-quang, MRI); khẳng định vật lý trị liệu - phục hồi chức năng, cụ thể là phương pháp tập đi, là giải pháp điều trị bắt buộc và duy nhất để phục hồi chức năng hai chân. Quy trình tập đi phải kết hợp bài tập thụ động - chủ động, xoa bóp, lăn trở bệnh nhân 2 giờ/lần tránh loét tỳ đè, tập thở, vỗ rung lồng ngực và đặt sonde tiểu ngắt quãng. Phân tích bất cập của hai phương pháp tập đi hiện hành (dùng khung song song hoặc đai bụng giữ thăng bằng): buộc nhân viên y tế phải dùng nhiều sức nâng đỡ, không bảo đảm an toàn tuyệt đối và bệnh nhân không thể tự tập một mình.

Chương 3: Khảo sát các thiết bị tập đi cho bệnh nhân sau di chứng liệt tứ chi

Chương 3 trình bày lịch sử hình thành ngành Vật lý trị liệu (được Thụy Điển công nhận từ năm 1887; máy tập phục hồi chức năng xuất hiện từ năm 1980) và sự phát triển mạng lưới 63 bệnh viện/trung tâm phục hồi chức năng tại Việt Nam theo Quyết định 30/2008/QĐ-TTg. Tác giả khảo sát chi tiết 5 dòng sản phẩm hỗ trợ tập đi trên thị trường:

  1. Khung tập đi cho người bị liệt NK-01: Thép không rỉ, nặng 15 kg, chịu lực 100 kg, giá 2.150.000 đ, bánh xe 100x27 mm có phanh, trục chữ U cao 1 m.
  2. Khung tập đi bánh xe lớn LUCASS W57: Hợp kim nhôm, nặng 780 g, kích thước cao 79-97 cm, rộng 62 cm, dài 50 cm, bánh xe 12,5 cm, giá 555.000 đ.
  3. Khung tập đi cho người tai biến: Ống thép, cao 150-180 cm, rộng 62 cm, dài 50 cm, yêu cầu người dùng phải đạt lực cơ từ bậc 3 trở lên.
  4. Khung tập đi song song: Trọng lượng 135 kg, dài 330 cm, rộng 85-110 cm, chỉnh cao 57-87 cm, thanh gỗ chỉnh bước chân nghiêng 15 độ, giá 10.500.000 đ.
  5. Nôi tập đi cho em bé: Trọng lượng 4 kg, tải trọng 14,7 kg, kích thước 72,5 x 62 x 60 cm, giá 450.000 đ, có yếm ngồi nâng đỡ cơ thể.
Tên sản phẩm Độ hiệu quả tập luyện An toàn Thẩm mỹ Linh hoạt Giá thành
Khung tập đi song song Đạt hiệu quả tốt, cần hỗ trợ của nhân viên y tế An toàn, không ô nhiễm To, chiếm nhiều không gian Dùng được cho trẻ em, người lớn 10.500.000 đ (Cao)
Khung có bánh xe lớn LUCASS W57 Không mang lại hiệu quả cao khi mới điều trị liệt tứ chi An toàn, không ô nhiễm Nhỏ gọn, chiếm ít không gian Dùng được cho trẻ em, người lớn 555.000 đ (Trung bình)
Khung cho người bị liệt NK-01 Có hiệu quả nhưng khó khăn trong việc sử dụng An toàn, không ô nhiễm Nhỏ gọn, chiếm ít không gian Dùng được cho trẻ em, người lớn 2.150.000 đ (Cao)
Nôi tập đi cho em bé Mang lại hiệu quả cao trong điều trị An toàn, không ô nhiễm Nhỏ gọn, chiếm ít không gian Chỉ dùng cho trẻ em 450.000 đ (Rẻ)

Từ bảng đánh giá, tác giả kết luận chưa có thiết bị nào đáp ứng được cho bệnh nhân liệt tứ chi mất khả năng cầm nắm, từ đó định hình xu hướng cải tiến thiết bị hiện có bằng cách kết hợp khung đỡ và đai treo nâng đỡ.

Chương 4: Cơ sở nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị

Chương 4 thiết lập nền tảng tính toán y sinh và chế tạo cơ điện tử:

  • Xác lập 5 nguyên tắc y học cho thiết bị: Giữ thăng bằng chống ngã; giúp người bệnh tự tập khi tay không cầm nắm được; giảm trọng lượng cơ thể đè lên đôi chân yếu; tích hợp đai đỡ để ngồi nghỉ khi mệt; điều chỉnh được kích thước cho nhiều thể trạng.
  • Lựa chọn giải pháp kỹ thuật: Kết hợp kết cấu chịu lực của khung tập đi tai biến với cơ chế yếm treo giảm tải của nôi trẻ em.
  • Trình bày chi tiết thông số gia công cơ khí (khung kẽm 3x3 cm, hộp lồng 2,5x2,5 cm dài 100 cm, thanh inox phi 4,2 cm, ray thép 2x4 cm gắn sắt tròn 5 ly) và hệ thống cơ điện (motor Model 2IK DC 30W 12V, hộp giảm tốc mã 2GN tỷ số 5-200 lần, bộ cuốn cáp, remote điều khiển đảo chiều từ xa).

Chương 5: Hướng dẫn lắp đặt và sử dụng thiết bị

Chương này hướng dẫn quy trình vận hành và an toàn:

  • Trình bày các bước liên kết khung chữ L vào ray trượt, cố định chốt khóa, định vị hộp số, motor và mạch điều khiển.
  • Thao tác vận hành: Mở khóa núm vặn đưa thanh nắm song song ra ngoài, hỗ trợ bệnh nhân bước vào vị trí giữa khung, mang đai yếm treo cố định quanh vùng chậu, đóng khóa an toàn thanh song song; sử dụng remote kích hoạt motor cuốn cáp để nâng đỡ một phần cơ thể đến độ cao phù hợp; hướng dẫn bệnh nhân tự bước đi dọc thanh ray; khi bệnh nhân mệt, điều khiển xả cáp để hạ thân người xuống tư thế ngồi nghỉ ngơi trên đai.

Chương 6: Thử nghiệm sản phẩm tại cơ sở y tế

Chương 6 ghi nhận kết quả thử nghiệm lâm sàng thực tế tại cơ sở y tế:

  • Triển khai thiết bị trên các bệnh nhân sau di chứng liệt tứ chi (bao gồm đối tượng trẻ em bị di chứng sốt bại liệt và người bệnh yếu liệt toàn thân).
  • Đánh giá sản phẩm thông qua "Phiếu đánh giá kết quả sử dụng ở cơ sở y tế" và "Bảng trắc nghiệm sử dụng Dụng cụ treo cho người bệnh sau di chứng liệt tứ chi". Kết quả ghi nhận thiết bị giữ thăng bằng ổn định, giảm tải trọng thành công cho hai chi dưới, bảo đảm an toàn chống ngã và giúp nhân viên y tế không phải tiêu tốn sức lực nâng đỡ trong suốt buổi tập.

Chương 7: Kết luận

Tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị hỗ trợ tập đi; khẳng định mức độ hoàn thành nhiệm vụ đề ra và nêu tóm tắt các giá trị thực tiễn mang lại.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật và thử nghiệm thực tế:

  • Chế tạo hoàn chỉnh mô hình thiết bị hỗ trợ tập đi với kết cấu khung chịu lực linh hoạt (hộp kẽm 3x3 cm lồng trong hộp 2,5x2,5 cm dài 100 cm điều chỉnh bằng ốc khóa), tay vịn song song inox phi 4,2 cm có chốt mở nhanh, ray dẫn hướng 2x4 cm dài 50 cm hàn sắt tròn 5 ly.
  • Tích hợp thành công hệ thống tời cáp giảm trọng lượng sử dụng motor điện một chiều 12V 30W và hộp số giảm tốc 2GN (tỷ số truyền 5 - 200 lần), vận hành an toàn qua khối pin sạc 12V và remote điều khiển đảo chiều từ xa.
  • Kết quả thử nghiệm lâm sàng tại cơ sở y tế (theo phiếu đánh giá và hình ảnh thực tế với trẻ sốt bại liệt) xác nhận: Thiết bị hỗ trợ giữ vững thăng bằng, giảm tải trọng đè lên đôi chân, cho phép bệnh nhân nghỉ ngơi tại chỗ thông qua đai treo mà không bị ngã, đồng thời giải phóng hoàn toàn sức lực nâng đỡ của nhân viên y tế.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

  • Kiến nghị áp dụng rộng rãi phương pháp treo giảm trọng lượng cơ thể kết hợp khung tập đi cơ động tại các khoa Vật lý trị liệu - Phục hồi chức năng và các trung tâm y tế tuyến cơ sở.
  • Đề xuất hoàn thiện quy trình chuẩn về an toàn và thời lượng tập luyện với thiết bị treo đối với từng nhóm bệnh lý gây liệt tứ chi (đột quỵ não, chấn thương tủy, bại não, sốt bại liệt).

Đóng góp mới của đồ án:

  • Giải quyết khoảng trống kỹ thuật trong nước: Lần đầu tiên nghiên cứu, chế tạo một thiết bị tập đi chuyên biệt cho đối tượng bệnh nhân sau di chứng liệt tứ chi mất hoàn toàn chức năng cầm nắm của hai tay – phân khúc mà các thiết bị hiện hành (như NK-01, Lucass W57, khung song song) chưa đáp ứng được.
  • Đưa ra giải pháp công nghệ giá thành thấp, sử dụng vật liệu cơ khí và linh kiện điện tử sẵn có trong nước nhưng vẫn bảo đảm an toàn sinh học (nguồn điện 12V chống giật), tạo khả năng ứng dụng thực tế cao tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài được ghi nhận trong văn bản:

  • Thiết bị được chế tạo ở quy mô mô hình đồ án tốt nghiệp cử nhân; chiều dài đường ray dẫn hướng trên khung chữ L hiện tại còn ngắn (50 cm), hạn chế cự ly bước đi liên tục của người bệnh trong một chu kỳ di chuyển.
  • Thử nghiệm lâm sàng tại cơ sở y tế mới dừng lại ở việc đánh giá tính năng sử dụng ban đầu qua phiếu trắc nghiệm, chưa thực hiện theo dõi dài hạn quá trình hồi phục chức năng vận động kéo dài từ 2 đến 3 năm trên cỡ mẫu lớn.

Hướng phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất:

  • Cải tiến thiết kế cơ khí: Kéo dài hành trình đường ray dẫn hướng; bổ sung thêm phụ kiện hỗ trợ cho nhiều thể trạng người bệnh khác nhau; tối ưu hóa kết cấu để giảm trọng lượng khung máy và nâng cao cấp độ an toàn tự động.
  • Nâng cao hiệu quả điều trị: Giảm thiểu tối đa số lượng nhân viên y tế cần tham gia hỗ trợ một ca tập, hướng tới mục tiêu người bệnh có thể tự tập luyện độc lập tại nhà.
  • Xu hướng tương lai: Nghiên cứu tích hợp hệ thống treo đa năng hỗ trợ phục hồi đa chấn thương (kết hợp phục hồi khớp vai, khuỷu tay cùng với khớp chân), tiến tới kết hợp với các hệ thống robot chăm sóc sức khỏe thông minh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật chuyên ngành có giá trị thực tiễn đối với:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Y sinh, Kỹ thuật Cơ điện tử: Tham khảo phương pháp tính toán, lựa chọn thông số động cơ DC điện áp thấp (2IK DC 30W), hộp giảm tốc mini (2GN) và cơ cấu cơ khí tăng giảm kích thước trong thiết kế trang thiết bị y tế.
  • Bác sĩ, kỹ thuật viên ngành Vật lý trị liệu - Phục hồi chức năng: Cung cấp thêm tài liệu thực tế về giải pháp tập đi bằng phương pháp treo giảm trọng lượng cơ thể cho người bệnh liệt tứ chi, hỗ trợ cải tiến công tác điều trị lâm sàng.
  • Các cơ sở nghiên cứu và sản xuất thiết bị y tế: Cung cấp giải pháp thiết kế sản phẩm có chi phí thấp, dễ gia công, phù hợp định hướng nội địa hóa trang thiết bị y tế theo các chủ trương quy hoạch của Bộ Y tế.

Nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất là Chương 3 (bảng tổng hợp phân tích ưu nhược điểm các thiết bị tập đi trên thị trường) và Chương 4 (bản vẽ, thông số thiết kế chi tiết cụm cơ khí khung chữ L, đường ray dẫn hướng và cụm truyền động motor - hộp số).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao thiết bị lại lựa chọn phương pháp treo nâng đỡ cơ thể thay vì sử dụng khung tay vịn truyền thống?

Bệnh nhân di chứng liệt tứ chi bị yếu hoặc mất hoàn toàn cảm giác và khả năng cầm nắm ở cả hai tay, do đó không thể bám vào thanh vịn như người bị liệt nửa người hay liệt hai chân. Phương pháp treo giúp giữ thăng bằng chống té ngã, giảm bớt tải trọng cơ thể đè nặng lên đôi chân yếu và cho phép bệnh nhân ngồi nghỉ ngơi tại chỗ khi mệt mỏi mà không cần nhân viên y tế phải dùng sức nâng đỡ.

2. Động cơ và nguồn điện của thiết bị có thông số kỹ thuật ra sao để bảo đảm an toàn?

Thiết bị sử dụng động cơ điện một chiều Model 2IK DC 30W với điện áp 12V và công suất 30W, vận hành từ nguồn pin cell và bộ sạc 12V. Nguồn điện áp thấp 12V loại trừ hoàn toàn nguy cơ giật điện, bảo đảm an toàn sinh thái và tính mạng cho bệnh nhân trong suốt quá trình tập luyện. Động cơ có tuổi thọ từ 5 đến 7 năm và đạt tiêu chuẩn chất lượng xuất khẩu Châu Âu.

3. Hộp số giảm tốc được tích hợp có các thông số kỹ thuật cụ thể nào?

Hệ thống sử dụng hộp giảm tốc mini mã hàng 2GN, kích thước mặt bích 60 mm x 60 mm, chiều dài tổng thể 170 mm. Hộp số có đường kính trục ra 8 mm, chiều dài trục 25 mm, rãnh then cavet 7 mm, lỗ bắt ốc 5,5 mm và tỷ số truyền giảm tốc độ quay từ 5 đến 200 lần, tích hợp phớt chặn dầu và chống bụi.

4. Cơ cấu khung tập đi có khả năng tùy biến kích thước cho các bệnh nhân có thể trạng khác nhau như thế nào?

Khung giá đỡ chữ L được chế tạo bằng hộp kẽm 3 cm x 3 cm (dài 30 cm và 45 cm) kết nối lồng vào ống hộp kẽm 2,5 cm x 2,5 cm dài 100 cm, được cố định thông qua khóa ốc vít đóng mở linh hoạt. Cơ cấu lồng ống này cho phép người điều khiển dễ dàng điều chỉnh tăng hoặc giảm chiều dài và chiều cao của khung để phù hợp với cả người lớn và trẻ em có thể trạng khác nhau.

5. Tình hình dịch tễ và tỷ lệ các ca bệnh liên quan đến liệt tứ chi được ghi nhận thế nào trong đồ án?

Văn bản dẫn số liệu của WHO với khoảng 250.000 ca liệt tứ chi mới mỗi năm trên toàn cầu; tại Mỹ là 54 ca/triệu dân (khoảng 17.900 ca/năm); tại Việt Nam có khoảng 200.000 ca đột quỵ hàng năm. Theo nghiên cứu của Vũ Anh Nhị và Nguyễn Hiếu Nghĩa trên nhóm bệnh nhân tổn thương tủy, tỷ lệ liệt tứ chi chiếm 12,7%, liệt mềm hai chi dưới chiếm 74,6%, liệt cứng hai chi dưới chiếm 12,7%, và có tới 81,8% số trường hợp gặp biến chứng rối loạn cơ vòng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ tập đi cho bệnh nhân sau di chứng liệt tứ chi" của sinh viên Nguyễn Thiện Luận đã giải quyết trúng yêu cầu cấp bách trong công tác phục hồi chức năng vận động cho nhóm bệnh nhân mất khả năng cầm nắm chi trên. Bằng việc kết hợp kết cấu khung kim loại tăng giảm khẩu độ linh hoạt, cụm tời cáp an toàn dùng điện áp 12V điều khiển từ xa và cơ cấu đai treo giảm tải trọng, thiết bị tạo điều kiện cho người bệnh tập đi an toàn mà không làm tiêu tốn sức lực của nhân viên y tế. Kết quả thử nghiệm lâm sàng tại cơ sở y tế đã chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và giá trị thực tiễn cao của mô hình trong việc cải tiến thiết bị vật lý trị liệu với chi phí phù hợp điều kiện y tế tại Việt Nam.