Thiết kế chế tạo đầu kéo cột sống điều khiển tự động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

NGUYỄN NGỌC ĐỨC

THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐẦU KÉO CỘT SỐNG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
Mã số : 604417

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. LÊ MẠNH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1 :............................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 :............................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày ………

tháng ………. năm ………

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: ..........................................................
2. Thư ký: ..............................................................

3. Phản biện 1: .......................................................
4. Phản biện 2: ....................................................
5. Ủy viên: ..........................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN NGỌC ĐỨC

MSHV: 12054888

Ngày, tháng, năm sinh: 04/09/1987

Nơi sinh: Tây Ninh

Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật

Mã số : 604417

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐẦU KÉO CỘT SỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
+ Nghiên cứu phương pháp kéo giãn cột sống, tác dụng của phương pháp.
+ Nghiên cứu thiết kế chế tạo đầu kéo cột sống điều khiển tự động.
+ Nghiên cứu xây dựng chương trình điều khiển và Thử nghiệm lâm sàng.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 17/08/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÊ MẠNH HẢI
Tp. HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

tháng

năm 2016

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo
của tôi là thầy TS. Lê Mạnh Hải, người đã truyền đạt những kinh nghiệm, kiến
thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như trong thời

gian làm việc và nghiên cứu tại Viện Vật lý Y sinh học.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Khoa Học Ứng Dụng trường
Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tâm hổ trợ tơi trong q trình
học tập và thực hiện luận văn. Hơn thế nữa quý thầy cô đã truyền đạt những kiến
thức, những kinh nghiệm sâu sắc cho tôi trong suốt q trình học tập ở trường.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất đến gia đình của tơi, ln ln động
viên sát cánh bên tơi để tơi có được thành quả như ngày hôm nay.
Tôi cũng không quên những tình cảm tới các đồng nghiệp, bạn bè của tôi
luôn động viên và hổ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc , cũng như hổ
trợ tơi trong suốt thời gian hồn thành luận văn này.
Xin chúc sức khỏe và thành công.


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Kéo giãn cột sống là một trong những phương pháp vật lý trị liệu để điều trị
thối hóa cột sống, thốt vị đĩa đệm, vẹo cột sống... Các nghiên cứu trong nước và
thế giới đã chứng minh được việc kéo giãn cột sống bằng thiết bị kéo cột sống điều
khiển tự động mang lại hiệu quả trị liệu các bệnh liên quan đến cột sống. Vì vậy,
thiết bị kéo giãn cột sống là một thiết bị quan trọng trong các cơ sở vật lý trị liệu.
Trên thị trường có nhiều chủng loại thiết bị ngoại nhập. Tuy nhiên, giá thành cao và
khả năng đáp ứng bảo đảm kỹ thuật hạn chế. Luận văn này trình bày phương pháp
xây dựng một thiết bị đầu kéo cột sống điều khiển tự động phù hợp với các cơ sở
điều trị vật lý trị liệu của Việt Nam. Hệ thống được thiết kế sử dụng vi điều khiển
ARM11 S3C2440 SAMSUNG và lập trình ứng dụng dựa trên hệ điều hành window
CE 6.0 cho phép điều khiển thời gian thực. Hệ thống đã được đưa vào sử dụng và
điều trị tại Viện Vật Lý y sinh học từ năm 2015.

ABSTRACT
Spinal stretching is one of the physical therapy method which is used to
treatment disc herniation, degenerative spine, scoliosis... In many studies show that

using medical traction unit delivers high efficiency. Therefore, medical traction
unit is an important equipment for physical therapy. On Vietnam medical
equipment market, there are many similar overseas manufacted equipments.
However, most of them require huge hospital budget, and have problem with
technical service. This thesis presents technical parameters and techology to build
an automatic controlled traction unit which can be suitable for Vietnamese clinic.
The system is realtime controlled using microcontroller ARM11 S3C2440
SAMSUNG and embedded program in window CE 6.0 operation system. The
traction unit has been used for back bone treatment in Institute for Biomedical
Physics since 2015.


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.

Học viên thực hiện Luận văn

NGUYỄN NGỌC ĐỨC


1

MỤC LỤC
MỤC LỤC

1

DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. 6
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP ............................................. 7
1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của phương pháp ........................................ 7
1.2. Nhiệm vụ luận văn .................................................................................. 9
1.3. Bố cục luận văn..................................................................................... 10
CHƯƠNG 2 . CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................. 11
2.1. Giải phẫu và chức năng cột sống ........................................................... 11
2.1.1.

Đặc điểm giải phẫu cột sống........................................................ 11

2.1.2.

Đoạn vận động cột sống .............................................................. 12

2.1.3.

Chức năng của cột sống ............................................................... 14

2.2. Các bệnh liên quan đến cột sống ........................................................... 15
2.3. Tác dụng của kéo giãn cột sống............................................................. 16
2.3.1.

Tác dụng cơ học .......................................................................... 16

2.3.2.

Tác dụng điều trị ......................................................................... 17

2.4. Chỉ định và chống chỉ định.................................................................... 18
2.4.1.

Chỉ định ...................................................................................... 18

2.4.2.

Chống chỉ định ............................................................................ 18

2.5. Các quy luật cơ bản trong liệu pháp kéo giãn cột sống .......................... 19
2.5.1.

Quy tắc Arndt – Schulz – nguyên lý liều kích thích ..................... 19

2.5.2.

Quy tắc của Wilder về trạng thái ban đầu .................................... 19

2.5.3.

Quy tắc về đặc trưng cá thể ......................................................... 20

2.5.4.

Các quy tắc về chuyển trạng thái. ................................................ 20

2.6. Phương pháp kéo giãn cột sống ............................................................. 21

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


2

2.6.1.

Phương pháp lực kéo giãn liên tục ............................................... 21

2.6.2.

Phương pháp kéo ngắt quãng....................................................... 23

2.7. Kết luận ................................................................................................ 26
CHƯƠNG 3 . THIẾT KẾ ĐẦU KÉO CỘT SỐNG ..................................... 27
3.1. Khảo sát các thiết bị kéo cột sống điều khiển tự động ........................... 27
3.1.1.

Thiết bị kéo cột sống 4759 TX® Traction Unit của Mỹ ............... 27

3.1.2.

Thiết bị Eltrac 471 Enraf-nonious (Hà lan) .................................. 29

3.1.3.

Thiết bị SST-100 của hãng STRATEK ( Hàn quốc) ................... 30

3.1.4.

Thơng số kỹ thuật và tính năng thiết bị của luận văn ................... 31

3.2. Thiết kế phần cứng thiết bị .................................................................... 32
3.2.1.

Sơ đồ thiết kế tổng thể hệ thống điều khiển ................................. 32

3.2.2.

Thiết kế khung cơ khí .................................................................. 33

3.2.3.

Thiết kế khối điều khiển trung tâm .............................................. 35

3.2.4.

Khối cung cấp nguồn................................................................... 38

3.2.5.

Cảm biến đo lực, chốt từ và khối mạch điều khiển giao tiếp ........ 38

3.2.6.

Mạch giao tiếp điều khiển ........................................................... 41

3.2.7.

Động cơ và khối điều khiển chuyển động .................................... 43

3.2.8.

Khối điều khiển chuyển động ...................................................... 43

3.2.9.

Sơ đồ kết nối các khối của hệ thống điện trên thiết bị .................. 44

3.3. Lập trình phần mềm điều khiển ............................................................. 45
3.3.1.

Cơng cụ phát triển phần mềm ...................................................... 45

3.3.2.

Lưu đồ hoạt động của phần mềm ................................................. 46

3.3.3.

Chương trình chính ..................................................................... 46

3.3.4.

Chương trình điều khiển .............................................................. 50

3.3.5.

Chương trình tự động kiểm sốt lực ............................................ 51

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


3

3.3.6.

Chương trình kiểm sốt an tồn ................................................... 52

3.4. Kết luận ................................................................................................ 53
CHƯƠNG 4 . ĐO KIỂM VÀ THỰC NGHIỆM LÂM SÀNG ..................... 54
4.1. Đo kiểm ................................................................................................ 54
4.1.1.

Hình ảnh thực nghiệm của thiết bị đầu kéo .................................. 54

4.1.2.

Đo kiểm ...................................................................................... 54

4.1.3.

Kết quả đo kiểm .......................................................................... 55

4.1.4.

Thống kê, đánh giá bước đầu sử dụng thiết bị đầu kéo trên bệnh

nhân tại Viện Vật Lý Y Sinh Học .................................................................. 56
4.2. Kết luận ................................................................................................ 60
CHƯƠNG 5 . KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................. 61
5.1. Kết luận ................................................................................................ 61
5.2. Hướng phát triển ................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 62
PHỤ LỤC A

................................................................................................. 64

PHỤ LỤC B

................................................................................................. 74

PHỤ LỤC C

................................................................................................. 77

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


4

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Cấu trúc cột sống ............................................................................... 12

Hình 2.2. Đoạn vận động cột sống – trích dieutridau.com ................................ 13
Hình 2.3. Dạng chuyển động của đoạn vận động cột sống ................................. 14
Hình 2.4. Thốt vị đĩa đệm – trích [21].............................................................. 15
Hình 2.5. Kéo giãn cột sống cổ bằng trọng lực cơ thể ........................................ 22
Hình 2.6. Kéo giãn cột sống cổ bằng đối trọng tư thế ngồi (a) và nằm (b) ......... 22
Hình 2.7. Kéo giãn cột sống thắt lưng bằng đối trọng ........................................ 23
Hình 2.8. Biểu đồ phương pháp kéo ngắt qng ................................................ 24
Hình 2.9. Vị trí lực kéo tác động lên giường và xương chậu .............................. 25
Hình 3.1. Đầu kéo cột sống 4759 TX® Traction Unit của Mỹ ........................... 27
Hình 3.2. Cấu trúc bên trong của thiết bị ........................................................... 27
Hình 3.3. Màn hình chọn vị trí điều trị .............................................................. 28
Hình 3.4. Màn hình chính của thiết bị................................................................ 29
Hình 3.5. Thiết bị đầu kéo 471 Enraf-nonious Hà Lan ....................................... 29
Hình 3.6. Thiết bị kéo cột sống SST-100 của Hàn Quốc .................................... 30
Hình 3.7. Sơ đồ khối tổng thể hệ thống thiết bị đầu kéo..................................... 32
Hình 3.8. Bản vẽ 2D khung cơ khí .................................................................... 34
Hình 3.9. Khung cơ khí 3D ............................................................................... 35
Hình 3.10. Mơ hình đầu kéo hồn chỉnh ............................................................ 35
Hình 3.11. Sơ đồ khối của vi xử lý S3C2440 cùa Samsung ............................... 36
Hình 3.12. Mạch hệ thống nhúng Mini2440 ...................................................... 37
Hình 3.13. Mạch hệ thống nhúng mini2440 và màn hình cảm ứng 7 inch ......... 37
Hình 3.14. Bộ nguồn xung 24V và 5V của hãng SwitchWell ............................ 38
Hình 3.15. Vị trí cảm biến lực ........................................................................... 38
Hình 3.16. Hệ thống tạo lực kéo bằng cách tính lực đo từ cảm biến................... 39
Hình 3.17. A-Chốt từ , B-Vị trí chốt từ trên thiết bị đầu kéo .............................. 40
Hình 3.18. Cấu tạo chốt từ của hãng Ledex dạng kéo ....................................... 40
Hình 3.19. Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp điều khiển ...................................... 41

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


5

Hình 3.20. Sơ đồ khối INA128 .......................................................................... 42
Hình 3.21. Động cơ và hộp giảm tốc của hãng EXEM ...................................... 43
Hình 3.22. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ ....................................... 44
Hình 3.23. Sơ đồ khối kết nối ............................................................................ 44
Hình 3.24. Lưu đồ hoạt động phần mềm............................................................ 46
Hình 3.25. Biểu đồ kéo ngắt quãng.................................................................... 46
Hình 3.26. Màn hình khởi động ......................................................................... 47
Hình 3.27. Màn hình chính ................................................................................ 48
Hình 3.28. Màn hình chọn chương trình ............................................................ 49
Hình 3.29. Màn hình bảng số............................................................................. 49
Hình 3.30. Ba giai đoạn của chương trình điều khiển ........................................ 50
Hình 3.31. Lưu đồ trạng thái chương trình giai đoạn kéo lên và điều trị ............ 50
Hình 3.32. Lưu đồ trạng thái điều khiển giai đoạn III ........................................ 51
Hình 3.33. Lưu đồ thuật tốn kiểm sốt lực ....................................................... 52
Hình 3.34. Lưu đồ kiểm sốt nút nhấn an tồn................................................... 52
Hình 3.35. Dây cơng tắc an tồn ........................................................................ 53
Hình 4.1. Thiết bị đầu kéo cột sống ................................................................... 54
Hình 4.2. Thiết bị đo lực FG-5100..................................................................... 54
Hình 4.3. Bàn giữ thiết bị dùng để đo kiểm ....................................................... 55
Hình 4.4. Đo kiểm lực kéo thiết bị đầu kéo bằng FG-5100 ................................ 55
Hình 4.5. Kéo giãn cột sống tại Viện Vật lý y sinh học...................................... 57
Hình 4.6. Biểu đồ phân bố mặt bệnh.................................................................. 58
Hình 4.8. Thang điểm đau VAS ........................................................................ 59
Hình 4.9. Biểu đồ VAS trước điều trị và sau điều trị ......................................... 59

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Áp lực nội đĩa đệm gian đốt sống L3 – L4 ......................................... 14
Bảng 3.1. Thông số phác đồ điều trị .................................................................. 28
Bảng 3.2. Đặc tính kỹ thuật tấm bakerlit màu cam ............................................ 34
Bảng 3.3. Bảng thông số kỹ thuật của mạch hệ thống nhúng mini2440 .............. 36
Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật của cảm biến lực 100Kg CBCD ............................ 39
Bảng 3.5. Thông số chốt từ ................................................................................ 40
Bảng 3.6. Bảng thông số kỹ thuật động cơ ......................................................... 43
Bảng 3.7. Thông số mức tốc độ ......................................................................... 48
Bảng 3.8. Định dạng cấu hình chương trình ...................................................... 49
Bảng 4.1. Kết quả đo lực kéo............................................................................. 55
Bảng 4.2. Đo kiểm thời gian kéo........................................................................ 56
Bảng 4.3. Tần suất độ tuổi................................................................................. 58
Bảng 4.4. Mức độ VAS trước và sau điều trị 21 bệnh nhân thoát vị đĩa đệm...... 60

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


7

CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP

1.1.

Sơ lược về lịch sử phát triển của phương pháp

Kéo giãn cột sống là việc tác động lực cơ học lên toàn cơ thể hoặc từng bộ phận
để làm giãn cách hoặc cố làm giãn cách các khớp, các không gian đĩa đệm hoặc các
mô mềm và giãn hệ cơ cột sống. Kéo giãn có thể được thực hiện bằng tay hoặc sử
dụng chính trọng lượng cơ thể. Mặc dù có thể áp dụng với các khớp chi, nhưng ứng
dụng chủ yếu của thiết bị kéo được thực hiện với các đốt sống lưng, thắt lưng, ngực
và đốt sống cổ.
Kéo giãn cột sống là một trong những phương pháp trị liệu kinh điển có từ lâu
khoảng giữa thế kỷ XVII. Năm 1862, Edwin Smith là một người Ai cập đã sử dụng
phương pháp kéo giãn cột sống bằng tay với mục đích điều chỉnh vẹo cột sống và
biến dạng cột sống do còi xương. Năm 1933, W. Gayle Cruchfield (1900-1972) lần
đầu tiên giới thiệu một dụng cụ kéo giãn cột sống cổ với mục đích để khơi phục lại
vị trí bình thường cho cột sống.
Vào khoảng những năm 1950 – 1960 kéo giãn cột sống được đề xuất bởi nhà vật
lý trị liệu James Cyriax dùng điều trị lưng và chi. Các nghiên cứu và thử nghiệm
lâm sàng cho thấy việc kéo giãn cột sống có hiệu quả tốt hơn trị liệu hồng ngoại,
nhiệt trị liệu [1]. Theo nghiên cứu của nhà vật lý trị liệu Cyriax [2] cho thấy hiệu
quả của liệu pháp kéo giãn là làm tăng không gian giữa các đốt sống, phục hồi
khớp, trượt khớp.
Một nghiên cứu của Worden and Humphrey [3] năm 1964, kéo giãn cột sống là
cách gây ra sự phân tách các đốt sống thì có thể một lực phù hợp sẽ làm gia tăng
chiều cao của cơ thể. Với đối tượng nghiên cứu sức khỏe tốt lực kéo tối đa 59.9kg,
thực hiện 15 lần trong 22 ngày, bệnh nhân được chỉ định nằm ngửa trên bàn trượt,
lực kéo được tạo ra bằng cách giữ cằm và ngực, kéo vùng xương chậu thông qua hệ
thống đai kéo, lực kéo được điều chỉnh 60 phút, 10 phút kéo liên tục 1-3 phút nghỉ,
kết quả cho thấy chiều cao đốt sống tăng từ 8-11,5mm.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


8

Năm 1974, bác sĩ Lind [4] đề xuất một phương pháp điều trị mới được gọi là kéo
giãn tự động trong điều trị đau thắt lưng và đau thần kinh hông to, nghiên cứu này
cho thấy được hiệu quả của kéo giãn cột sống là làm giảm tỷ lệ bệnh nhân phải phẫu
thuật. Một nghiên cứu khác cũng cho thấy hiệu quả của kéo giãn cột sống, 25%
bệnh nhân tránh sự can thiệp của phẫu thuật [5] .
Năm 1976, trường đại học Sister Kenny xuất bản cuốn “Chương trình điều trị
kéo giãn cột sống thắng lưng bằng trọng lực”, kéo giãn cột sống có kiểm sốt lực
kéo và đảm bảo tính an tồn khi kéo. Theo nhóm nghiên cứu Weber H, Ljunggren
E, Walker L cho thấy việc sử dụng phương pháp kéo giãn bằng trọng lượng cơ thể
và kéo giãn bằng tay mang lại hiệu quả giúp làm giảm được 25% bệnh nhân phải
phẫu thuật thoát vị đĩa đệm cột sống thắt lưng[5] .
Năm 1985, Gillstrom R, Ericson K, Hindmarsh T thuộc bệnh viện Karolinska,
Stockhom, Thụy Điển [6] thực hiện đánh giá 25 bệnh nhân thốt vị đĩa đệm có chụp
cắt lớp (CT scanner) đã chứng minh được có sự thay đổi đĩa đệm thốt vị trên hình
ảnh trước và sau khi kéo giãn cột sống, bên cạnh đó cịn làm giảm các triệu chứng
lâm sàng. Năm 1993, Sauders HD, Saunders R [7] đánh giá được hiệu quả của việc
kéo giãn cột sống là làm nới rộng các khoang đốt sống, điều trị tật ưỡn lưng [8].
Năm 1993, Luigi Tesio và Alessandra Merlo [9] đã nghiên cứu cho thấy khi thực
hiện kéo giãn cột sống thắt lưng sử dụng bàn kéo điều khiển lực đối với bệnh nhân
bị đau lưng do thoát vị đĩa đệm sau 3 tháng điều trị, kết quả 19 trên 30 bệnh nhân
đáp ứng, cường độ cơn đau lưng giảm.
Nghiên cứu lâm sàng tại trường đại học Sister Kenny năm 1987 về kỹ thuật kéo
giãn cột sống đã mở ra một loạt các nghiên cứu về lợi ích của phương pháp kéo giãn

cột sống trong điều trị các bệnh về cột sống. Cơng trình đã chứng minh được lợi ích
của phương pháp kéo giãn cột sống là làm giảm chèn ép rễ thần kinh, giảm thể tích
thốt vị đĩa đệm, giảm lệch vẹo cột sống, giảm đau và phục hồi chức năng vận động
cột sống.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


9

Năm 1967, Giáo sư tiến sĩ Hồ Hữu Lương đã tạo ra giường kéo giãn cột sống đa
năng kết hợp với nồi xông tại khoa thần kinh Viện Quân y 4. Sau nhiều phiên bản
cải tiến vào năm 1970 và 1988. Năm 1991, phiên bản giường kéo giáo sư tiến sĩ Hồ
Hữu Lương được cải tiến để đạt hiệu quả trong trị liệu để kéo giãn cột sống thắt
lưng, cột sống cổ và cột sống lưng .
Bệnh đau thắt lưng và thoát vị đĩa đệm được bác sĩ Hồ Hữu Lương áp dụng điều
trị nội khoa bằng nhiều phương pháp như các nhiệt trị liệu, quang trị liệu, xoa bóp
bấm nguyệt… trong số đó có phương pháp kéo giãn cột sống [12] được tác giả dành
một chương để đề cập đến, chứng tỏ hiệu quả trị liệu của phương pháp này trong
bệnh đau thắt lưng và thoát vị địa đệm.
Về mặt thiết bị, trên thế giới có nhiều dịng sản phẩm thiết bị kéo cột sống ra đời,
đa dạng về chủng loại, với công nghệ hiện đại, tuy nhiên giá thành của các thiết bị
kéo giãn cột sống ngoại nhập khá cao từ vài trăm triệu đến hàng tỷ đồng, nhiều cơ
sở điều trị vật lý trị liệu trong nước khơng đủ kinh phí để đầu tư mua sắm thiết bị
kéo giãn cột sống của nước ngoài do giá thành cao hoặc việc sữa chữa thay thế kiện
gặp nhiều khó khăn khi hỏng hóc. Trong khi đó, tại Việt Nam có khá nhiều thiết bị
kéo giãn cột sống tự chế chưa đạt hiệu quả và hay hỏng hóc.
Nắm được hiệu quả trị liệu bằng phương pháp kéo giãn cột sống và các hạn chế

của thiết bị ngoại nhập, luận văn xây dựng một thiết bị đầu kéo cột sống có thể đáp
ứng các tiêu chí giá thành sản phẩm rẻ hơn so với thiết bị kéo cột sống ngoại nhập,
linh kiện dễ thay thế và sữa chữa, chương trình điều khiển đơn giản dễ sử dụng, có
thể thay đổi tùy vào thực tiễn và đạt hiệu quả trong điều trị. Chính vì vậy, tơi xin
chọn tên luận văn:
“THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐẦU KÉO CỘT SỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG”

1.2.

Nhiệm vụ luận văn

Nhiệm vụ chính của luận văn thiết kế chế tạo thiết bị đầu kéo cột sống bao gồm:
-

Thiết kế tổng thể hệ thống.

-

Thiết kế cơ khí hệ thống.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


10

-

Thiết kế hệ thống điều khiển trung tâm

-

Thiết kế mạch điều khiển giao tiếp và chuyển động.

-

Thiết kế chương trình và giao điện điều khiển.

1.3.

Bố cục luận văn

Chương 1 giới thiệu tổng quan lịch sử, các nghiên cứu của phương pháp kéo giãn
cột sống, lý do chọn luận văn và nhiệm vụ chính và cấu trúc của luận văn.
Chương 2 trình bày giải phẫu và chức năng cột sống, bệnh liên quan đến cột
sống, tác dụng của phương pháp kéo giãn cột sống, chỉ định và chống chỉ định, trình
bày 4 quy tắc cơ bản áp dụng trong phương pháp, các phương pháp kéo giãn cột
sống.
Chương 3 thực hiện nhiệm vụ chính của luận văn gồm khảo sát một số thiết bị
kéo cột sống trên thị trường, áp dụng các nguyên lý và phương pháp kéo cột sống
luận văn thiết kế phần cứng và phần mềm thiết bị.
Chương 4 thực hiện việc đo kiểm các thông số của thiết bị khi hoàn thiện, thử
nghiệm lâm sàng, đánh giá sơ bộ kết quả điều trị tại Viện Vật lý y sinh học.
Chương 5 kết luận và hướng phát triển của luận văn.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải

11

CHƯƠNG 2 . CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Giải phẫu và chức năng cột sống

2.1.1. Đặc điểm giải phẫu cột sống
Cột sống là nhiều đốt xương nối liền nhau, kéo dài, uốn hơi cong nhẹ hình chữ S
từ xương chẩm đến xương cụt. Cột sống bao gồm 33 đốt sống [10][16][17][18]. Cột
sống được chi thành 5 phần
- Đoạn cột sống cổ bao gồm 7 đốt sống từ C1 đến C7, đốt sống cong ra phía trước,
dễ bị tổn thương do di chuyển nhiều, thông thường các đốt sống chuyển tiếp C5 –
C6, các mỏm khớp hơi nghiêng dễ gây sai khớp đốt sống.
- Đoạn cột sống lưng bao gồm 12 đốt sống từ T1 đến T12, cột sống thắt lưng cong
nhẹ ra phía sau, đoạn đốt sống từ T2 đến T10 di động tương đối ít nên bền vững,
đoạn đốt sống T11 và T12 và cột sống thắt lưng di chuyển được mọi hướng nên dễ
gây sai lệch do chấn thương.
- Đoạn cột sống thắt lưng bao gồm 5 đốt sống từ L1 đến L5, cong nhẹ ra phía
trước, di động nhiều. Do vậy đây là đoạn cột sống dễ bị tổn thương nhất.
- Đoạn cột sống cùng bao gồm có 5 đốt sống S1 đến S5 cong ra phía sau. Đoạn cột
sống cùng dính chung với đoạn cụt thành một khối khơng có các đĩa đệm giữa các
đốt sống.
- Đoạn sống cụt bao gồm từ 3 đến 5 đốt sống.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải

12

Hình 2.1. Cấu trúc cột sống

Trong quá trình phát triển và trưởng thành, đoạn cột sống lưng và cột sống
cụt giữ lại nguyên mẫu như lúc sinh ra được gọi là cột sống chính, cột sống cổ và
cột sống thắt lưng thay đổi khi trưởng thành [10]
2.1.2. Đoạn vận động cột sống
- Chia cột sống thành nhiều đoạn theo chức năng: đoạn lưng, đoạn thắt lưng và
đoạn cùng cụt. Trong từng đoạn cột sống lại có các đơn vị chức năng gọi là đoạn
vận động.
- Đoạn vận động là một đơn vị cấu trúc và chức năng của cột sống, bao gồm:
khoang gian đốt, nửa phần thân đốt sống trên và đốt sống dưới, dây chằng dọc
trước, dây chằng dọc sau, dây chằng vàng, khớp đốt sống và tất cả phần mềm tương
ứng.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


13

Hình 2.2. Đoạn vận động cột sống – trích dieutridau.com

- Đĩa đệm gian đốt là thành phần cơ bản của đoạn vận động, đĩa đệm có hình thấu
kính, hai mặt lồi, bao gồm nhân nhầy ở giữa, bọc quanh nhân nhầy là vòng sợi và
mâm sụn [12]. Nhân nhầy được cấu tạo bởi một lưới liên kết gồm các sợi mềm ép
chặt vào nhau, khi vận động thì nhân nhầy sẽ chuyển dịch về phía trước đối diện

chiều vận động, nếu vận động cột sống đột ngột, quá mức thì nhân nhày không kịp
dịch chuyển về theo sẽ bị kẹt lại hoặc bật ra khỏi vị trí của nó trong vịng sụn gây
nên thốt vị đĩa đệm. Vịng sợi bao gồm những sợi sụn rất đàn hồi chắc và đan
ngược lấy nhau theo kiểu xoáy ốc, xếp thành từng lớp đồng tâm và gắn chặt vào
mâm sụn. Mâm sụn bao phủ phần trung tâm của mặt trên và dưới của thân đốt sống,
phía trước và hai bên được vành xương ngoại vi vây quanh, phía sau trải ra mép của
thân đốt sống. Cột sống người có 23 đĩa đệm, giữa đốt sống cổ một và cổ hai, giữa
các đốt xương cùng, giữa các đốt xương cụt khơng có đĩa đệm.
- Khớp đốt sống do các mỏm khớp thẳng của các đốt sống tiếp khớp với nhau
- Các dây chằng: dây chằng dọc trước bám ở mặt trước các đốt sống và đĩa đệm,
dây chằng dọc sau bám vào mặt sau thân đốt và đĩa đệm, ngồi ra cịn các dây
chằng vàng, dây chằng liên gai, dây chằng liên ngang. Vị trí có dây chằng bám là
những vị trí rất vững chắc ít khi nhân nhày thốt vị ra các vị trí này, mà thường
thốt vị ra các điểm yếu khơng có dây chằng bám, vị trí hay gặp là ở phía sau bên
cột sống.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


14

- Lỗ ghép: tạo bởi khuyết của đốt sống trên và khuyết trên của đốt sống dưới, lỗ
ghép cho các dây thần kinh sống đi từ tủy sống ra ngoài, khi cột sống bị thối hóa
hay thốt vị đĩa đệm các rễ hay dây thần kinh sống sẽ bị chèn ép gây đau.
2.1.3. Chức năng của cột sống
Ở người trưởng thành, cột sống có 4 đoạn cong là cổ, lưng, thắt lưng và cùng cụt,
các đoạn cong này đảm bảo cho cột sống vận động rất linh hoạt.
- Chức năng bảo vệ tủy sống: khi chấn thương hay tổn thương cột sống sẽ ảnh

hưởng đến tủy sống.
- Chức năng làm trụ cột cho các xương khác dính vào tạo nên bộ khung xương của
cơ thể. Do làm trụ cột nên cột sống phải chịu một trọng tải rất lớn cả lúc nghỉ ngơi
lẫn khi hoạt động, trọng tải này lại do đĩa đệm chịu đựng. Vì vậy, đĩa đệm là một tổ
chức có tính đàn hồi và khả năng chịu lực cao, tuy nhiên, khả năng biến dạng và
tính chịu áp lực nén cũng chỉ có giới hạn.

Hình 2.3. Dạng chuyển động của đoạn vận động cột sống

Theo Nachemson [3] đã đo áp lực nội đĩa đệm khoang gian đốt L3 - L4 ở các tư
thế như sau:
Bảng 2.1. Áp lực nội đĩa đệm gian đốt sống L3 – L4

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


15

- Chức năng vận động :
+ Sự vận động của cột sống theo 3 trục: trục ngang thực hiện động tác gấp và
duỗi, trục dọc thực hiện động tác nghiêng trái, nghiêng phải, trục đứng thực hiện
động tác xoay trái xoay phải
+ Cử động của các đoạn cột sống: đoạn cổ vận động linh hoạt nhất, đoạn lưng có
các xương sườn bám vào nên cử động rất hạn chế, đoạn thắt lưng chủ yếu là động
tác gấp duỗi, động tác nghiêng và xoay hạn chế và là đoạn chịu lực chính của tồn
bộ cột sống, đoạn cùng cụt cố định khơng cử động.

2.2.

Các bệnh liên quan đến cột sống

Có nhiều bệnh liên quan đến cột sống, chúng tôi chỉ đề cập một số bệnh thường
xảy ra trong đại đa số dân cư. Bệnh đau thắt lưng: là loại bệnh phổ biến trong dân
cư, 82% các trường hợp đau thắt lưng là do thoát vị đĩa đệm cột sống thắt lưng [12]
- Thốt vị đĩa đệm thắt lưng là tình trạng nhân nhầy đĩa đệm cột sống thốt ra khỏi
vị trí bình thường trong vịng sợi chèn ép vào ống sống hay các rễ thần kinh sống.
Về giải phẫu bệnh có sự đứt rách vòng sợi, về lâm sàng gây nên hội chứng thắt lưng
hơng điển hình. Hầu hết các trường hợp thì bệnh đĩa đệm xảy đến như là một kết
quả của sự lão hóa và thối hóa xảy ra trong đĩa đệm. Trong một số trường hợp
khác, chấn thương nặng có thể gây ra đĩa đệm bị thốt vị. Chấn thương cũng có thể
khiến tình trạng bệnh thốt vị đĩa đệm xấu đi [19].

Hình 2.4. Thốt vị đĩa đệm – trích [21]

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


16

- Các yếu tố liên quan đến thoát vị đĩa đệm thắt lưng: độ tuổi, giới tính, nghề
nghiệp, vị trí thoát vị [12]:
+ Về độ rất hiếm gặp ở trẻ em dưới 15 tuổi và người trên 60 tuổi.
+ Về giới tính xảy ra ở nam giới nhiều hơn.
+ Về nghề nghiệp thì sự khác biệt giữa lao động chân tay nhẹ và hành chính sự
nghiệp tương đương nhau.
+ Về vị trí thốt vị đĩa đệm: chủ yếu xảy ra ở hai đĩa đệm cuối L4 và L5, các đĩa

đệm khác ít gặp hơn.
- Các phương pháp điều trị thốt vị đĩa đệm:
+ Phương pháp điều trị phẫu thuật mang lại hiệu quả tuy nhiên tốn chi phí và xảy
ra các biến chứng lâu dài.
+ Phương pháp không phẫu thuật sử dụng thuốc và vật lý trị liệu. Phương pháp
vật lý trị liệu sử dụng các tác nhân vật lý [13] để làm giảm thoát vị như sử dụng tác
nhân nhiệt, điện, quang, cơ học. trong đó có tác nhân cơ học góp phần để kéo giãn
cột sống làm giảm áp đĩa đệm. Do vậy phần tiếp theo sẽ đề cập đến tác dụng của
kéo giãn cột sống.

2.3.

Tác dụng của kéo giãn cột sống

2.3.1. Tác dụng cơ học
- Làm giảm áp lực nội đĩa đệm [19][20], dưới tác dụng của lực kéo giãn dọc theo
cột sống, hai thân đốt sống kế cận nhau sẽ tách xa nhau, làm tăng chiều cao khoang
gian đốt sống, thể tích khoang đốt sống tăng làm giảm áp lực trong khoang đốt
sống, giảm áp lực nội đĩa đệm mang lại hiệu quả
-

Làm tăng thẩm thấu nuôi dưỡng đĩa đệm, giúp nhân nhày và đĩa đệm căng

phồng trở lại, tăng dinh dưỡng cho đĩa đệm do đó làm giảm q trình thối hóa của
đĩa đệm.
- Giúp thu nhỏ thể tích đĩa đệm bị lồi hoặc thốt vị nếu khối thốt vị chưa bị xơ
hóa, tuy nhiên nếu kéo với lực quá lớn, thời gian quá dài làm áp lực nội đĩa đệm

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


17

giảm quá nhiều dẫn đến tăng thẩm thấu dịch vào đĩa đệm có thể gây phù nề đĩa đệm
làm đau tăng.
- Làm giãn cơ tích cực: trong bệnh lý đau cột sống, sự kích thích rễ thần kinh và
đau làm co cứng phản xạ, sự co cứng có tác động trở lại làm cho đau càng trầm
trọng hơn. Kéo giãn cột sống trước tiên làm giãn cơ thụ động, giảm co cứng cơ,
giảm đau, giảm lệch vẹo cột sống. Tuy nhiên khi kéo tăng giảm lực quá nhanh có
thể gây kích thích làm tăng co cứng cơ, do đó cần tăng giảm lực từ từ trong bệnh lý
đau lưng nặng.
- Giải phóng sự chèn ép rễ thần kinh: kéo giãn làm tăng kích thước lỗ tiếp hợp,
giảm thể tích khối thốt vị, từ đó làm giảm kích thích rễ thần kinh và giảm đau.
- Điều chỉnh sai lệch của khớp đốt sống và cột sống: trong thốt hóa hoặc thốt vị,
thể tích đĩa đệm giảm, khoảng cách khoang gian đốt giảm làm di lệch diện khớp đốt
sống. Các kích thích đau gây co cứng cơ cũng gây lệch vẹo cột sống. Sự di lệch này
tuy nhỏ nhưng sẽ thúc đẩy q trình thối hóa khớp đốt sống và kích thích gây đau
tăng lên. Kéo giãn cột sống làm điều chỉnh di lệch , đặt lại vị trí khớp đốt sống, điều
chỉnh tư thế lệch vẹo cột sống, giúp giảm đau, giảm tiến triển q trình thối hóa
khớp đốt sống [13].
2.3.2. Tác dụng điều trị
Kéo giãn cột sống mang lại kết quả rất khả quan [19]:
- Giảm hội chứng đau cột sống: do làm giãn cơ, giảm áp lực nội đĩa đệm làm tăng
cường ni dưỡng đĩa đệm, giải phóng chèn ép rễ thần kinh, tăng nuôi dưỡng cục
bộ.
- Tăng vận động của đoạn cột sống bị hạn chế, khôi phục lại hình dáng giải phẫu
bình thường của cột sống.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho đĩa đệm mới bị thoát vị ở mức độ nhẹ và vừa có thể

trở lại vị trí cũ.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


18

2.4.

Chỉ định và chống chỉ định

2.4.1. Chỉ định
Việc chỉ định phương pháp kéo giãn cột sống dựa trên tác dụng của phương pháp
này, các chỉ định gồm:
- Thối hóa đốt sống chèn ép rễ thần kinh gây đau lưng, đau thần kinh tọa, đau cổ
vai cánh tay.
- Thoát vị đĩa đệm vừa và nhẹ, sai khớp đốt sống nhẹ.
- Hội chứng đau thắt lưng mạn tính
- Hội chứng cong vẹo cột sống khơng do chấn thương.
2.4.2. Chống chỉ định
- Có tổn thương và chèn ép tủy, bệnh ống tủy
- Hội chứng đau thắt lưng, đau cột sống cổ cấp tính.
- Lao cột sống, u ác tính, viêm tấy áp xe vùng lưng.
- Bệnh loãng xương, tăng huyết áp.
- Chấn thương cột sống có gãy xương biến dạng.
- Viêm đa khớp dạng thấp.
- Phụ nữ có thai hoặc đang có kinh nguyệt
- Hội chứng đi ngựa

- Thối hóa cột sống, bệnh viêm cột sống.
- Bệnh nhân suy tim, suy gan, suy thận nặng
Để phát huy được các hiệu quả và tác dụng của việc kéo giãn cột sống, thì chúng
ta phải đảm bảo phương pháp kéo theo một số quy luật cơ bản.

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải


19

2.5.

Các quy luật cơ bản trong liệu pháp kéo giãn cột sống

Một trong những trở ngại trong chế tạo sản xuất giường kéo tự động là khả năng
đáp ứng các yêu cầu cao về các nguyên lý lý sinh cho các thiết bị điều trị kéo giãn
cột sống. Có 4 quy luật cơ bản trong phương pháp kéo giãn cột sống[14]
2.5.1. Quy tắc Arndt – Schulz – nguyên lý liều kích thích
Quy tắc này nói rằng, liều kích thích yếu khơng có tác dụng, liều đủ mạnh sinh ra
hiệu ứng kích thích, liều mạnh q gây ra hiệu ứng kìm hãm, cịn liều q mạnh
thậm chí có thể kết thúc sự sống. Quy tắc này làm chúng ta hiểu rõ, muốn thành
công trong vật lý trị liệu, bên cạnh việc chọn liệu trình điều trị và tác nhân đúng,
việc xác định chính xác liều kích thích có vai trị quan trọng, nghĩa là phải chọn các
tham số của các tác nhân vật lý thật hợp lý. Một thí dụ tương đối đơn giản là sử
dụng nhiệt liệu pháp. Khi lượng nhiệt thích hợp, hiệu ứng là kích thích với tác
dụng tăng cường tuần hoàn máu ngoại vi, nhiệt lượng nhiều quá khiến cho mạch
máu bị giãn quá rộng và kết quả lại là ứ trệ tuần hồn, cịn nhiệt rất lớn lại sinh
bỏng, chết tế bào (hoại tử).

Trong kéo giãn cột sống phải tuân thủ chặc chẽ quy tắc này, nếu kéo lực q yếu
sẽ khơng có tác dụng điều trị, nếu kéo lực quá mạnh sẽ gây ra đau nhiều hơn.
Do vậy, để đạt được hiệu quả tốt nhất thì cần kéo một lực đủ mạnh để tạo hiệu
quả điều trị tốt nhất.
2.5.2. Quy tắc của Wilder về trạng thái ban đầu
Wilder khẳng định: “Nếu sự kích thích của thần kinh thực vật hay sự hoạt động
của cơ quan chịu sự chi phối của thần kinh thực vật càng mạnh thì khả năng kích
thích với những liều gây kích thích càng ít và khả năng đáp ứng với những liều kìm
hãm càng lớn”.
Qua quy tắc này chúng ta sẽ hiểu rõ vì sao cùng một phương pháp, cùng một tác
nhân mà có thể sinh ra những hiệu ứng ngược chiều nhau. Lý do của điều này là
trạng thái ban đầu của hệ là khác nhau, đối ngược nhau trong cùng một cơ quan.
Lấy một ví dụ về việc sử dụng thuốc điều trị huyết áp cơ thể người, nếu huyết áp

HVTH: Nguyễn Ngọc Đức

GVHD: TS Lê Mạnh Hải