Gắn nhiệm vụ khoa học - công nghệ với phát triển y tế thông minh

Hệ thống thiết bị tương tác tập luyện khớp cổ tay do TS.Phan Gia Hoàng (Đại học Bách khoa TP.HCM) phát triển thành công và hoàn thiện đã mở ra hướng tiếp cận mới cho ngành y tế trong việc nâng cao hơn nữa chất lượng điều trị, hỗ trợ phục hồi chứng năng đối với các di chứng, khuyết tật trong vận động sau đột quỵ hay tai nạn. 

Thực tế cho thấy, hiện nay tỷ lệ người bị chấn thương, khuyết tật do các di chứng sau tai nạn chấn thương, hay do mắc các bệnh lý như thoái hóa cột sống, thoát vị đĩa đệm, liệt nửa người sau đột quỵ, gãy xương do bệnh lý hoặc một số tác nhân khác… ngày càng gia tăng; dẫn đến việc không chỉ gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe - công việc, làm giảm chất lượng cuộc sống của người bệnh, mà còn là gánh nặng đối với gia đình, xã hội. 

Đáng chú ý, đột quỵ là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra tình trạng khuyết tật vận  động. Trong đó, có đến 80% người bị đột quỵ có những khiếm khuyết chi trên và chỉ một số ít trường hợp bệnh nhân có biểu hiện phục hồi hoàn toàn tính đến thời điểm 6 tháng sau khởi phát đột quỵ. Các khiếm khuyết thường gặp ở chi trên của người bệnh đột quỵ là bán trật khớp vai, suy giảm cảm giác, suy giảm điều hợp, yếu cơ, rối loạn chức năng chi trên. Việc mất hoặc suy giảm chức năng chi trên là một trong những nguyên nhân chính gây ra tình trạng khuyết tật, làm người bệnh sống phụ thuộc trong các sinh hoạt hằng ngày và giảm chất lượng cuộc sống. Do đó, việc tập luyện phục hồi chức năng chi trên là một trong những mục tiêu tập luyện phục hồi quan trọng sau đột quỵ. 

Với mục tiêu giúp bệnh nhân bị khuyết tật vận động chi trên khôi phục được chức năng vận động và sớm hòa nhập với cuộc sống, TS. Phan Gia Hoàng và các cộng sự tại trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cho khớp cổ tay" và nhiệm vụ này cũng đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu vào đầu năm 2022.

TS. Phan Gia Hoàng, chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết, nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ tại Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tập trung vào phương pháp sai lệch vị trí, bởi đây là phương pháp đã được chứng minh là cách tiếp cận hiệu quả để đánh giá sự thay đổi về khả năng cảm nhận vị trí của cơ thể của người bệnh.

Mô hình hoàn chỉnh được lắp đặt và thử nghiệm tại Bệnh viện Gia An 115.

"Mục tiêu ban đầu của nhóm nghiên cứu là chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cho cổ tay của người bệnh. Chúng tôi lựa chọn phương pháp tiếp cận khớp thụ động, được thiết kế để có thể đo đạc, phân tích khả năng vận động của cổ tay người bị tai biến", TS. Phan Gia Hoàng nói, "Và thành phẩm của nhiệm vụ chính là thiết bị điều khiển 2 bậc tự do (2-DOF) di động lắp cho khớp cổ tay, được dùng để đánh giá vận động và huấn luyện các chức năng thần kinh liên quan đến cảm nhận vị trí".

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu, TS. Phan Gia Hoàng khẳng định, trọn bộ giải pháp được hoàn thiện từ công trình nghiên cứu đã đáp ứng các yêu cầu như có thể được sử dụng độc lập, giảm thiểu sự hỗ trợ của kỹ thuật viên (trong trường hợp người bệnh sử dụng hệ thống tại nhà riêng), theo dõi sự tiến triển của bệnh nhân, khả năng kết nối với bác sĩ, khả năng thích ứng và tính linh hoạt giữa những người sử dụng, an toàn, thoải mái, dễ sử dụng và giá thành hợp lý. 

Thiết kế CAD của thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cổ tay

Mô hình CAD của một bên thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng cổ tay

Hơn thế nữa, một trong những điều mang lại giá trị cao của việc áp dụng công nghệ vào hỗ trợ phục hồi chức năng là dữ liệu, bởi toàn bộ dữ liệu luyện tập của bệnh nhân có thể được sử dụng để tùy chỉnh các phác đồ điều trị theo nhu cầu cụ thể của bệnh nhân, và điều này sẽ dẫn đến quỹ đạo phục hồi tích cực trong một khoảng thời gian ngắn hơn so với việc điều trị mà không sử dụng dữ liệu như hiện nay.
Theo đó, TS. Phan Gia Hoàng và các cộng sự đã hoàn thành mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm giải quyết nhu cầu cấp thiết về việc phục hồi chức năng cổ tay cho bệnh nhân bị đột quỵ hoặc có các tổn thương về hệ thần kinh bằng cách áp dụng công nghệ robotics.

"Việc kết hợp nền tảng phương pháp tập luyện có sự hỗ trợ của thiết bị cùng với những hiểu biết sâu sắc về phục hồi chức năng hệ thần kinh, sẽ là giải pháp tiên phong cho sự chuyển đổi mô hình hoạt động phục hồi chức năng mang lại tính hiệu quả cao cho bệnh nhân", TS. Phan Gia Hoàng thông tin thêm.

Cụ thể, thiết bị sẽ cung cấp các bài tập phục hồi chức năng đa dạng dưới hình thức trò chơi tương  tác, giúp cho bệnh nhân thích thú tập luyện. Ngoài ra, thiết bị cũng có chế độ giúp bệnh nhân dùng tay bình thường tập cho tay bị đột quỵ, mang lại cảm giác vận động tốt hơn cho bệnh nhân, từ đó giúp kết quả hồi phục tốt hơn. 

"Nhóm nghiên cứu chế tạo một thiết bị vật lý trị liệu mới theo công nghệ robotics, dành riêng cho việc hỗ trợ phục hồi chức năng chuyển động của cổ tay cho bệnh nhân bị đột quỵ hoặc có các tổn thương về hệ thần kinh", đại diện nhóm thực hiện nhiệm vụ báo cáo trước hội đồng, "Thiết bị giúp người bệnh chuyển động lặp đi lặp lại tạo phản xạ (feedback) ngược về não và có thể chuyển động nhiều hơn so với điều trị thông thường".

Giao diện bài tập duỗi cổ tay

Thông qua thiết bị, nhóm chuyên gia tại Đại học Bách Khoa TP.HCM đã thiết kế được tổng cộng 6 trò chơi phục hồi chức năng (gập, duỗi, quay sấp, quay ngửa và hai bài kết hợp cả hai chuyển động) hiệu quả cao với chương trình đa chức năng 3D, phù hợp với khả năng thích ứng của từng bệnh nhân, giúp tăng động cơ tập luyện của bệnh nhân. Điều này cho phép bệnh nhân chủ động tập luyện thông qua các trò chơi một cách dễ dàng hơn và thú vị hơn. Ở mỗi trò chơi, cũng sẽ có 6 cấp độ (mức độ) để bệnh nhân tương tác, trong đó mức độ 0 sẽ không có trở lực từ động cơ, tức việc sử dụng lực để điều khiển các khớp cổ tay ở mức nhỏ nhất. Hay nói cách khác, ở các mức độ (khó) khác nhau thì trở lực do động cơ tạo ra sẽ thay đổi khi tăng mức độ (khó) của từng bài luyện tập.

Giao diện chính của trò chơi đi kèm với mô hình

Chia sẻ thêm về giải pháp được đánh giá là mở ra hướng tiếp cận mới cho ngành y tế TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung trong bối cảnh lĩnh vực y tế thông minh đang là mục tiêu mũi nhọn, TS. Phan Gia Hoàng cho biết, cụm điều khiển được thiết kế hoàn toàn dựa trên cơ sở y học và đặc tính chuyển động của khớp cổ tay và cẳng tay. Theo đó, hai chuyển động này là chuyển động xoay, hoàn toàn độc lập và trục của khớp xoay vuông góc với nhau. Phần cơ khí có 2 bậc tự do phù hợp với chuyển động gập - duỗi của cổ tay và xoay cẳng tay. Ngoài ra, thiết bị có 2 chế độ sử dụng, đầu tiên là cho phép bệnh nhân tự tập thông qua thiết bị: người bệnh dùng một tay đang hoạt động bình thường tập cho tay đang bị yếu, liệt. Khi đó, tay bình thường di chuyển thế nào thì tay bị tật thông qua thiết bị hỗ trợ sẽ di chuyển y như vậy, bằng cách này sẽ giúp cho người bệnh nhanh có cảm giác lấy lại vận động hơn do người bệnh đã có khái niệm sử dụng tay từ trước. Thứ hai, thiết bị hỗ trợ người bệnh tập một cách độc lập mà không cần dùng tay bình thường còn lại: thiết bị được lập trình, giúp cho người bệnh tự tập với nhiều bài tập khác nhau, từ thấp đến cao, bài tập được đưa ra dưới dạng trò chơi giúp cho bệnh nhân cảm thấy hứng thú, nhanh chóng đạt kết quả.

Được biết, hệ thống giải pháp hoàn chỉnh của nhóm đã được thực nghiệm trên nhiều bệnh nhân đang điều trị tại bệnh viện Gia An 115 (quận Bình Tân, TP.HCM).

Đề xuất cải tiến mô hình 3 bậc tự do cho giải pháp trong thời gian tới.

Cũng theo lời TS. Phan Gia Hoàng, trong thời gian sắp tới, nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu, phát triển bộ phần cứng và phần mềm cho thiết bị lên mức 3 bậc tự do để hỗ trợ uyển chuyển hơn các hoạt động chuyển động của khớp cổ tay, đồng thời kiến nghị Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM và các sở, ngành liên quan tiếp tục tạo điều kiện để nhóm có thể hoàn thiện, thử nghiệm lâm sàng trên nhiều bệnh nhân hơn nữa đối với trọn bộ sản phẩm là kết quả của nhiệm vụ khoa học - công nghệ nói trên.

Thông tin liên hệ:
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Q.10, TP.HCM

Điện thoại: 028.3864.7256/0903684780

Email: phanhoang@hcmut.edu.vn, giahoang108@gmail.com