I. Thiết kế thiết bị phục hồi chức năng khớp gối tại HCMUTE Tổng quan đề tài
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, chế tạo thiết bị phục hồi chức năng khớp gối" tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE) tập trung vào thiết kế thiết bị phục hồi chức năng và cụ thể hơn là thiết bị phục hồi chức năng khớp gối. Đề tài này có tính cấp thiết cao do nhu cầu phục hồi chức năng khớp gối ngày càng tăng. Phương pháp nghiên cứu kết hợp nghiên cứu tài liệu về phục hồi chức năng khớp gối, cơ khí chế tạo, điều khiển tự động, và cảm biến đo góc. Thiết kế sinh học được chú trọng để đảm bảo sự an toàn và thoải mái cho người sử dụng. Mục tiêu chính là chế tạo thiết bị hỗ trợ vận động khớp gối, bao gồm cả chức năng gấp mở và kéo giãn, tăng hiệu quả điều trị và giảm thời gian phục hồi.
1.1. Phân tích nhu cầu và ý nghĩa của thiết bị
Chấn thương khớp gối phổ biến, ảnh hưởng lớn đến vận động. Phục hồi chức năng khớp gối hiện nay thường dựa trên các bài tập vật lý trị liệu thủ công, thiếu tính ổn định và gây đau. Thiết kế thiết bị phục hồi chức năng khớp gối giải quyết vấn đề này bằng cách tự động hóa quá trình, đảm bảo an toàn và hiệu quả hơn. Việc ứng dụng cơ điện tử trong phục hồi chức năng là xu hướng hiện đại, thiết kế thiết bị y tế này đóng góp vào tiến bộ y học trong nước. Đồ án này có ý nghĩa thực tiễn cao, có thể ứng dụng trực tiếp trong bệnh viện, phục vụ điều trị phục hồi chức năng sau phẫu thuật khớp gối. Kết quả nghiên cứu góp phần vào lĩnh vực công nghệ kỹ thuật y sinh, cụ thể là ngành kỹ thuật y sinh tại HCMUTE. Đề tài còn thể hiện sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn, từ thiết kế cơ khí đến chế tạo thử nghiệm và đánh giá hiệu quả thiết bị. Ứng dụng công nghệ trong phục hồi chức năng là một hướng đi quan trọng, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.
1.2. Khái quát về phương pháp thiết kế và chế tạo
Đồ án áp dụng thiết kế cơ khí và thiết kế sinh học để tạo ra thiết bị phù hợp với khớp gối người dùng. Thiết kế hỗ trợ khớp gối được thực hiện dựa trên nguyên lý cơ cấu đẳng tĩnh, đảm bảo an toàn và thoải mái. Thiết kế phần mềm được sử dụng để điều khiển và giám sát hoạt động của thiết bị. Phần mềm thiết kế CAD/CAM được ứng dụng trong quá trình thiết kế và chế tạo. In 3D có thể được xem xét để tạo mẫu và sản xuất các bộ phận của thiết bị. Việc lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị y tế cũng cần được quan tâm để đảm bảo độ bền, an toàn và tính sinh học. Cơ cấu truyền động sử dụng bộ truyền động bánh ma sát và bánh đai, loại bỏ độ rơ và đảm bảo an toàn. Mạch điều khiển dựa trên Arduino Mega2560 và mạch cầu H-Bridge HA300. Đo lường sinh học được thực hiện để đánh giá hiệu quả của thiết bị. Thiết bị này được thiết kế với giao diện thân thiện, dễ sử dụng, đáp ứng yêu cầu thiết kế thân thiện người dùng.
II. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng
Đồ án đã hoàn thiện thiết bị phục hồi chức năng khớp gối, thực hiện được hai chức năng chính: gấp mở và kéo giãn. Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định, an toàn và hiệu quả. Đánh giá hiệu quả thiết bị phục hồi chức năng được thực hiện thông qua các đồ thị thực nghiệm. Thiết bị đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề ra, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều trị phục hồi chức năng khớp gối. Nghiên cứu này đóng góp vào kho tàng nghiên cứu thiết kế thiết bị y tế tại Việt Nam, cụ thể là tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE). Đề tài có thể được mở rộng hơn nữa để nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề như: phân tích sinh học khớp gối, thiết kế mô hình 3D khớp gối, tối ưu hóa thuật toán điều khiển, và tích hợp thêm các tính năng khác.
2.1. Phân tích kết quả thử nghiệm
Các đồ thị thực nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định trong cả chế độ Manual và Auto. Thiết bị có khả năng điều khiển góc gấp mở khớp gối chính xác. Dữ liệu đo lường sinh học cần được phân tích kỹ hơn để đánh giá chính xác hiệu quả của thiết bị. Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác, an toàn và tính thân thiện với người dùng. Việc đánh giá hiệu quả thiết bị phục hồi chức năng cần được tiếp tục nghiên cứu trên số lượng bệnh nhân lớn hơn để có kết luận khách quan hơn. Cơ sở dữ liệu thu thập được từ quá trình thử nghiệm có thể được sử dụng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. Phân tích dữ liệu sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và cải thiện hiệu suất của thiết bị trong tương lai. Công nghệ hỗ trợ người khuyết tật được thúc đẩy nhờ những nghiên cứu như thế này.
2.2. Ứng dụng và triển vọng phát triển
Thiết bị có thể được ứng dụng trong các bệnh viện, phòng khám phục hồi chức năng. Thiết bị góp phần nâng cao hiệu quả điều trị phục hồi chức năng sau phẫu thuật khớp gối. Công nghệ hỗ trợ người khuyết tật được cải thiện đáng kể nhờ sự ra đời của những thiết bị như thế này. Thiết bị có thể được cải tiến thêm các tính năng như: tự động điều chỉnh cường độ, tích hợp hệ thống giám sát sức khỏe, và giao diện người dùng thông minh hơn. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật y sinh trong lĩnh vực phục hồi chức năng. Nghiên cứu thiết kế thiết bị y tế cần được tiếp tục đầu tư và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Vật liệu chế tạo thiết bị y tế có thể được thay thế bằng các loại vật liệu hiện đại hơn, có độ bền cao và tính sinh học tốt hơn. Chế tạo thiết bị y tế cần tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế.
