CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu Đột quỵ hay còn gọi là tai biến mạch máu não là căn bệnh do lưu lượng máu đến não giảm đi dẫn đến việc chết tế bào, là căn bệnh rất phổ biến và nguy hiểm trong xã hội hiện đại. Có hai loại đột quỵ chính: thiếu máu cục bộ (do thiếu máu cung cấp cho cơ quan trong cơ thể) và xuất huyết (do chảy máu). Đột quỵ là chứng bệnh vô cùng nguy hiểm, nó đến bất ngờ khiến người bệnh có thể tử vong nếu không biết cách cấp cứu kịp thời.
Nếu may mắn được cứu sống, bệnh nhân có nguy cơ cao mắc các biến chứng nguy hiểm như rối loạn nhận thức, mất khả năng vận động, nhiễm trùng đường tiết niệu, khó khăn trong việc nói hoặc nuốt, rối loạn tâm lý, không có khả năng di chuyển hoặc cảm giác ở một bên của cơ thể, có vấn đề về hiểu hoặc nói, chóng mặt hoặc mất thị lực sang một bên… (hình 1. Theo Hiệp hội Đột quỵ Hoa Kỳ [1], đột quỵ là nguyên nhân gây tử vong lớn thứ năm và là nguyên nhân gây liệt hàng đầu ở Mỹ. Bệnh nhân sau đột quỵ thường bị mất vận động toàn bộ hoặc một phần, trong số đó chiếm 80% là liệt nửa người [2]. Trong cơn đột quỵ, bên não bị tổn thương sẽ gây tê liệt ở bên đối diện của cơ thể, dẫn đến yếu cơ ở đây.
Những người mắc chứng liệt nửa người thường được điều trị thông qua phương pháp phục hồi chức năng (PHCN) đa ngành, đòi hỏi sự hỗ trợ của các nhà trị liệu vật lý, liệu pháp PHCN và các chuyên gia sức khỏe tâm thần. Tuy nhiên, chi phí tập PHCN hiện nay còn khá là tốn kém và trở thành gánh nặng cho bệnh nhân và gia đình họ. Tại Hoa Kỳ, tổng chi phí đột quỵ năm 2008 ước tính khoảng 65,5 tỷ USD, trong đó 67% đến từ chi phí cho bác sĩ, chuyên gia y tế, chăm sóc cấp tính và dài hạn, thuốc men và các dụng cụ y tế khác [3].1: Một bệnh nhân bị liệt nửa người sau khi đột quỵ. 2 Theo dữ liệu thì một kỹ thuật viên ở Việt Nam phụ trách số lượng bệnh nhân PHCN sau tai biến luôn cao hơn 15 người trên một kỹ thuật viên, do đó áp lực công việc đối với họ là khá cao.000 ca đội quỵ mỗi năm, nhu cầu sử dụng các loại máy móc vật lý trị liệu ngày càng tăng, đòi hỏi sự cải tiến về máy móc và trình độ của đội ngũ bác sĩ, y tá.
Trong khi đó, các bài tập PHCN truyền thống lặp đi lặp lại dễ dẫn đến nhàm chán và mất điều kiện trong đào tạo PHCN dài hạn. Hiện nay ở hầu hết trung tâm vật lý trị liệu, giá của các gói tập vận động PHCN là 500,000 đồng/5 giờ điều trị. Do đó, giải pháp phù hợp, mang tính kinh tế là sử dụng robot hỗ trợ việc điều trị, hạn chế yếu tố tác động của con người vì không phải nhân viên y tế nào cũng làm tốt công việc vật lý trị liệu. Ngoài ra, nhu cầu tập ở nhà của bệnh nhân cũng rất lớn và các thiết bị dựa trên công nghệ có thể hỗ trợ bệnh nhân tập ở nhà do không cần sự hỗ trợ của y tá, thu thập dữ liệu trong khi tập và gửi đến bác sĩ và người nhà bệnh nhân.
Do những yếu tố này, liệu pháp PHCN dựa trên công nghệ trở thành một lựa chọn khả thi [4-6]. Các công trình nghiên cứu liên quan 1. Tình hình nghiên cứu trong nước Hầu hết các thiết bị tập PHCN được phát triển ở Việt Nam đều có các điểm chung như sau: - Tập trung vào việc gia tăng sức mạnh cơ bắp tại vị trí luyện tập, bỏ qua độ chính xác của chuyển động cơ bắp đó. Do đó, các bài tập được thực hiện trên các thiết bị này chỉ tác động đến dây thần kinh vận động kích thích vận động cơ bắp, mà chưa tác động đến dây thần kinh cảm giác.
Người tập chưa cảm nhận được biên độ cũng như các góc của chuyển động. - Các thiết bị tương đối thô sơ, chưa đo đạt được mức độ hoạt động của cơ bắp. - Các thiết bị đồ họa tuy có xác định vị trí chi, nhưng độ chính xác không cao. Đồng thời, thiết bị chỉ tập trung vào điều trị khả năng chuyển động của chi một cách tổng quát, hoàn toàn không chú trọng đến một khớp nào, dẫn đến việc khó khăn trong việc tập trung điều trị một khớp định trước.
- Động lực luyện tập trên các thiết bị nhìn chung tương đối thấp. - Phụ thuộc nhiều vào sự hỗ trợ của bác sĩ trị liệu. Việc đầu tư nghiên cứu vào thiết bị y tế nói chung gần như ít được quan tâm hơn so với các lĩnh vực khoa học kĩ thuật khác. Chỉ một số ít là các sản phẩm trong nước, khá đơn giản như các thiết bị của Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Phana.
Đây là công ty duy nhất sản xuất các thiết bị y tế và thiết bị vật lý trị liệu ở Việt Nam. Công ty có một số sản phẩm đã và đang được sử dụng ở thị trường trong nước như thiết bị tập xoay cổ tay và tập cơ chân (hình 1.2: Một số thiết bị tập PHCN của công ty Phana. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Ở các nước tiên tiến, nhiều thiết bị PHCN dựa trên công nghệ đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng, hệ thống robot PHCN, hệ thống thực tế ảo (VR), hệ thống thực tế tăng cường (AR) và trí tuệ nhân tạo (AI) đã được đề xuất là công nghệ tiên tiến góp phần đáng kể vào PHCN. Hệ thống PHCN bằng robot PHCN tay PHCN chân Hình 1.3: Các mô hình và phân loại PHCN bằng robot.
Một lĩnh vực nghiên cứu dành riêng cho việc hỗ trợ PHCN thông qua các thiết bị robot đang trở nên phổ biến hơn được gọi là robot PHCN. Robot PHCN có thể được coi là sự kết hợp giữa robot kỹ thuật và PHCN. Kể từ năm 1990, nghiên cứu về robot PHCN 4 đã tăng nhanh và trở nên cấp bách trong những năm gần đây. Những thiết bị này đã được áp dụng trong các tình huống lâm sàng thực tế [7-8].
Những robot này được sử dụng trong quá trình PHCN của người khuyết tật trong việc đứng lên, giữ thăng bằng và tập dáng đi (hình 1. Hầu hết các thiết bị PHCN bằng robot cung cấp một hệ thống hỗ trợ trọng lượng cơ thể và tập dựa trên một máy chạy bộ. Người dùng sẽ mang một đôi giày được treo trên hệ thống kiểm soát dáng đi. Trong quá trình tập luyện, người dùng sẽ được nâng lên và sẽ theo bước khởi động để đi bộ như hệ thống Lokomat (hình 1.4: Hệ thống PHCN chi dưới Lokomat [9].
Một ưu điểm của việc sử dụng các thiết bị này là người khuyết tật có thể lặp lại quá trình và thực hành nhiều lần như họ muốn. Hơn nữa, robot có thể cung cấp các phép đo chính xác nhằm xác định sự tiến bộ trong quá trình phục hồi [10]. Tuy nhiên, chi phí cho những hệ thống như vậy là không hề rẻ, chỉ có các cơ sở tiên tiến mới có thể trang bị những hệ thống này, do đó khó áp dụng ở những gia đình có thu nhập trung bình và thấp. Thêm vào đó, robot chỉ mang hình thức hỗ trợ người bệnh luyện tập một cách tự động hơn nên chưa giải được bài toán động lực tập luyện cho bệnh nhân.
Hệ thống thực tế ảo VR là công nghệ giao diện người-máy tính cho phép người dùng trải nghiệm và tương tác trong môi trường ảo (VE) và trải nghiệm nó như thể nó đang xảy ra trong môi trường thực [11]. VE là môi trường nhân tạo được phát triển với phần mềm đặc biệt để người dùng nhập vai và vận hành trong môi trường này. Nó cung cấp một cách dễ dàng, mạnh mẽ, tương tác trực quan giữa người và máy tính thông qua việc sử dụng kính bảo hộ, găng tay, bộ quần áo hoặc tai nghe. Người dùng có thể thấy và điều khiển môi trường mô phỏng giống như cách hoạt động trong thế giới thực.
Nỗ lực đầu tiên của ứng dụng VR là khi nó được sử dụng như một công cụ trực quan cho một kiến trúc sư. Kể từ đó, 5 VR ngày càng trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác như chăm sóc sức khỏe, giáo dục, quân sự, giải trí, v.5: Hệ thống PHCN thực tế ảo. Trong số các ứng dụng này, chăm sóc sức khỏe là một trong những lĩnh vực lớn nhất sử dụng công nghệ VR bao gồm điều trị, đào tạo, phẫu thuật robot và mô phỏng do môi trường và động lực an toàn của nó. Trong bối cảnh PHCN, các hệ thống VR đã chứng minh rằng chúng cung cấp đào tạo tạo động lực có thể vượt trội so với đào tạo trong thế giới thực do môi trường phong phú, môi trường thực hành theo định hướng nhiệm vụ và chức năng cao thường giới hạn trong môi trường đào tạo thực tế.
Ngoài ra, VR có thể được sử dụng để tạo ra các loại môi trường trị liệu khác nhau dành riêng cho một khuyết tật cụ thể và các loại phản hồi khác nhau. Hơn nữa, nó cũng có thể được sử dụng để thiết lập lịch trình tự động để đào tạo, kiểm tra và ghi nhận lại thông số luyện tập của người dùng. Dựa trên những lợi thế này, các nhà nghiên cứu đã tích hợp VR trong robot PHCN để cung cấp một nền tảng phục hồi tốt hơn [16-17]. Mặc dù, những kết quả đầy hứa hẹn đã được báo cáo về những thử nghiệm dựa trên VR [18-19] nhưng thiết bị theo dõi và tai nghe VR rất khó khử trùng đối với một số lượng lớn bệnh nhân, thêm vào đó một số bệnh nhân cảm thấy khó khăn hoặc không thoải mái khi đeo những thiết bị như vậy [20].
Do đó, biện pháp tập PHCN dựa trên VR vẫn còn gặp nhiều hạn chế. Hệ thống thực tế ảo tăng cường Để tạo nên một môi trường luyện tập an toàn và bền vững hơn, việc ứng dụng thực tế ảo tăng cường (AR) trong tập phục hồi chứng năng đã được nghiên cứu. AR là sự kết hợp giữa thế giới thực và thế giới ảo nơi các vật thể ảo lồng ghép lên các vật thể thực. Nói cách khác, AR cho phép lớp phủ thông tin kỹ thuật số lên vật thể vật lý thực.
Theo một tài liệu của Zhou, Duh và Billinghurst, AR là một công nghệ cho phép hình ảnh ảo do máy tính tạo ra để phủ lên các đối tượng vật lý một cách chính xác trong thời gian 6 thực.