Đồ án Thiết kế, chế tạo thiết bị phục hồi chức năng khớp gối (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, chế tạo thiết bị phục hồi chức năng khớp gối (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƯ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG KHỚP GỐI GVHD: Th.S LÊ THANH TÙNG SVTH: NGUYỄN THANH DƯƠNG MSSV: 11146025 SVTH: LÊ VĂN TUẤN MSSV: 11146136 SVTH: VÕ VĂN QUANG MSSV: 11146086 S K L 0 0 4 2 6 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG KHỚP GỐI” Giảng viên hướng dẫn: TH.S LÊ THANH TÙNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH DƯƠNG 11146025 Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN TUẤN 11146136 Sinh viên thực hiện: VÕ VĂN QUANG 11146086 Lớp: 111461 Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.s Lê Thanh Tùng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Dương MSSV: 11146025 Lê Văn Tuấn MSSV: 11146136 Võ Văn Quang MSSV: 11146086 1. Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo thiết bị phục hồi chức năng khớp gối. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Thiết bị bộ xương ngoài đã được nghiên cứu và công bố. Nghiên cứu tài liệu để kế thừa thành tựu. Đồ án “ Thiết kế, chế tạo robot phồi chức năng khớp gối”, Nguyễn Quang Tuấn, 2014. 3. Nội dung chính của đồ án: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị phục hồi chức năng cho khớp gối. Thiết bị thực hiện 2 chức năng: gấp mở và kéo giãn khớp gối. Thiết bị đảm bảo sự an toàn và thoải mái cho người sử dụng. 4. Các sản phẩm dự kiến Thiết bị phục hồi chức năng khớp gối. 5. Ngày giao đồ án: 07/09/2015 6. Ngày nộp đồ án: 11/01/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng khớp gối. - GVHD: Th.S. Lê Thanh Tùng. - Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Dương 11146025 Lớp: 111461A Địa chỉ sinh viên: Hồ văn Tư, Trường Thọ, Thủ Đức SĐT: 0962 67 47 69 Email: spkt.11146025@gmail.com - Họ tên sinh viên: Lê Văn Tuấn 11146136 Lớp: 111461B Địa chỉ sinh viên: Dĩ An, Bình Dương SĐT: 0933169619 Email: lvtspkt22071993@gmail.com - Họ tên sinh viên: Võ Văn Quang 11146086 Lớp: 111461A Địa chỉ sinh viên: Lê văn việt, Q.9, Tp.Hcm SĐT: 01666652434 Email: vovanquang1992@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 11/01/2016 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính nhóm nghiên cứu và thực hiện. Nhóm không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 01 năm 2016 Ký tên ii
5. LỜI CẢM ƠN  Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm đã nhận được nhiều sự giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Thanh Tùng, giảng viên Bộ môn Cơ Điện Tử - người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm khoá luận và thầy Cái Việt Anh Dũng đã có những góp ý để nhóm có thể hoàn thiện hơn đồ án của mình. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn các giảng viên đã và đang giảng dạy tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh nói chung, các giảng viên trong Bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên nhóm trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết sức mình, nhưng đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em kính mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý Thầy Cô. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Dương Lê Văn Tuấn Võ Văn Quang iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG KHỚP GỐI Thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng khớp gối dùng để hỗ trợ lực cho khớp sinh học với hai động cơ được gắn để gấp mở và kéo giãn khớp gối. Cơ cấu được sử dụng là cơ cấu đẳng tĩnh để đảm bảo an toàn và thoải mái cho người sử dụng, giúp bệnh nhân dễ dàng vận động khớp gối, rút ngắn thời gian phục hồi chức năng. Thiết kế và cài đặt bộ điều khiển đồng bộ hai chức năng: kéo giãn và đóng mở khớp. Thiết bị sử dụng bộ truyền động bánh ma sát và bánh đai, vừa loại bỏ độ rơ của cơ cấu, vừa đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Dương Lê Văn Tuấn Võ Văn Quang iv
7. ABSTRACT DESIGN AND MANUFACTURING THE DEVICE SUPPORTS REHABILITATION OF KNEE JOINT The device supports rehabilitation of knee joint used to support resources for biological joints with two engines attached to the fold open and stretch the knee joint. The structure used is the isostatic structures to ensure safety and comfort for users, help patients to easily mobilize knee, shorten the rehabilitation period. Design and installation of the controller to sync two functions: stretch and close the open joints. Used equipment friction gear transmission and gear belt, just remove the speed and of the structure, just ensure the safety for the user. v
8. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1 1.4. Đối tượng nghiên cứu 1 1.5. Phương pháp nghiên cứu 2 1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 2 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 3 2.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 3 2.1.1. Khớp gối 3 2.1.2. Phục hồi chức năng trong điều trị chấn thương 8 2.2. Một số thành tựu đã công bố 9 2.2.1. Trong nước 9 2.2.2. Nước ngoài 10 CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 3.2. Kéo giãn chi dưới và PHCN sau mổ tái tạo dây chăng chéo trước 16 3.2.1. Kéo giãn chi dưới 16 3.2.2. PHCN sau mỗ tái tạo dây chằng chéo trước 17 3.3. Bậc tự do 19 vi
9. CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 21 4.1. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí 21 4.1.1. Trình tự tiến hành 21 4.1.2. Các phương pháp thiết kế dẫn động cơ khí 22 4.1.3. Lựa chọn phương án thiết kế 25 4.1.4. Bậc tự do và mô hình thiết kế của thiết bị 25 4.1.5. Kéo giãn khớp gối bằng bộ truyền tang cuốn ma sát và cáp 26 4.1.6. Thiết kế hộp giảm tốc 32 4.1.7. Chế tạo thử nghiệm 48 4.2. Mạch điều khiển 50 4.2.1. Mạch cầu H-Bridge HA300 50 4.2.2. Mạch xử lí trung tâm Arduino Mega2560 51 CHƯƠNG 5: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN – THIẾT KẾ LƯU ĐỒ 52 5.1. Sơ đồ nguyên lý tổng thể 52 5.2. Đọc tín hiệu encoder 54 5.3. Lưu đồ giải thuật điều khiển 55 5.3.1. Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát 55 5.3.2. Lưu đồ giải thuật chi tiết 56 5.4. Giao diện giám sát sử dụng phần mềm Visual Studio 59 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 61 6.1. Đồ thị thực nghiệm chế độ Manual 61 6.2. Đồ thị thực nghiệm chế độ Auto 62 6.3. Đồ thị thực nghiệm thay đổi góc gấp mở 63 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 1 66 PHỤ LỤC 2 70 PHỤ LỤC 3 73 vii
10. DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1: Thông số cơ thể người 27 Bảng 4.2: Giá trị momen 34 Bảng 4.3: Hiệu suất của các bộ truyền 35 Bảng 4.4: Thông số của vật liệu inox 38 viii
11. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Hình 2.1: Lược đồ giải phẩu khớp gối 3 Hình 2.2: Các cơ chính của khớp gối: nhìn từ phía trước 4 Hình 2.3: Các cơ chính của khớp gối: nhìn từ phía sau 4 Hình 2.4: Nhìn phía trước của đầu gối gấp 90° 5 Hình 2.5: Gốc vận động của khớp gối 6 Hình 2.6: Các hình thái tổn thương dây chằng chéo trước 7 Hình 2.7: Đứt dây chằng chéo sau 8 Hình 2.8: Bộ xương ngoài 10 Hình 2.9: Thiết bị hạn chế khớp gối Joint Active System (JAS) 10 Hình 2.10: Thiết bị phản hồi sinh học 11 Hình 2.11: Bionic Exoskeleton 11 Hình 3.1: Cấu trúc của khớp chuyển động tự do - Khớp gối 12 Hình 3.2: Biểu diễn quy tắc lồi lõm 13 Hình 3.3: Cấu trúc của khớp gối 14 Hình 3.4: Các thành phần lực khi gấp/mở 14 Hình 3.5: Góc mở quy ước 15 Hình 3.6: Lực tác động lên khớp gối tại thời điểm gối đang gấp 15 Hình 3.7: Kéo giãn khớp gối có sự hỗ trợ của kỹ thuật viên 17 Hình 4.1: Sơ đồ khối thiết kế phần cơ khí 21 Hình 4.2: Bậc tự do của thiết bị 21 Hình 4.3: Mô hình 3D của thiết bị PHCN khớp gối 26 Hình 4.3: Sơ đồ truyền lực 26 Hình 4.5: Sơ đồ cấu tạo bộ truyền tang cuốn và ma sát 28 Hình 4.6: Lực căng trên tang cuốn 30 Hình 4.7: Puly chỉnh hướng cáp 31 Hình 4.8: Mô hình hộp giảm tốc 33 Hình 4.9: Góc độ của khớp gối 33 Hình 4.10: Các bộ phận chủ yếu trên trục 35 ix
12. Hình 4.11: Thông số của trục 36 Hình 4.12: Lực đặt vào trục 1 38 Hình 4.13: Lực đặt vào trục 2 39 Hình 4.14: Bộ truyền bánh ma sát 39 Hình 4.15: Bộ truyền bánh ma sát trụ (bên trái) và bánh ma sát nón 40 Hình 4.16: Hiện tượng trượt hình học 41 Hình 4.17: Lực trong bộ truyền bánh ma sát trụ 42 Hình 4.18: Bộ truyền ma sát trong cơ cấu 44 Hình 4.19: Lò xo nén 45 Hình 4.20: Bộ truyền đai 46 Hình 4.21: Đai dẹt, đai thang, đai tròn 46 Hình 4.22: Đai răng 46 Hình 4.23: Thông số hình học của bộ truyền đai 47 Hình 4.24: Thiết bị PHCN khớp gối được chế tạo thử nghiệm 49 Hình 4.25: Mạch H-Bridge HA300 50 Hình 4.26: Board Arduino Mega 2560 50 Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý tổng thể 52 Hình 5.2: Sơ đồ thiết bị 52 Hình 5.3: Lưu đồ giải thuật đọc encoder 54 Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát 55 Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ Manual 56 Hình 5.6: Tay cầm điều khiển 57 Hình 5.7: Lưu đồ giải thuật chế độ Auto 58 Hình 5.8: Giao diện kết nối. 59 Hình 6.1: Thực nghiệm thiết bị. 59 Hình 6.2: Đồ thị thực nghiệm ở chế độ Manual 61 Hình 6.3: Đồ thị thực nghiệm chế độ Auto ở góc nâng 30° 61 Hình 6.4: Đồ thị thực nghiệm chế độ Auto ở góc nâng 60° 62 Hình 6.5: Đồ thị thực nghiệm chế độ Auto ở góc nâng 80° 62 Hình 6.6: Đồ thị biểu diễn trạng thái gấp mở của khớp gối 63 x
13. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PHCN Phục Hồi Chức Năng xi
14. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Chấn thương gối là một trong những thương tích hay gặp nhất trong thể thao, lao động và sinh hoạt. Nếu không được chẩn đoán, xử trí đúng đắn, kịp thời, chấn thương gối sẽ để lại những hệ quả phiền toái cho người bệnh, ảnh hưởng đến chức năng vận động của khớp. Những bệnh nhân điều trị về xương khớp đặc biệt là khớp gối nhất thiết phải có sự hỗ trợ của quá trình phục hồi chức năng. Các bài tập phục hồi chức năng, vật lý trị liệu hầu hết được thực hiện bằng tay rất dễ bị thất bại vì thiếu ổn định, gây đau đớn và khó chịu cho người tập. Xu hướng áp dụng tự động hóa vào các bài tập ngày càng cao nhằm đảm bảo sự ổn định, an toàn cũng như tính hiệu quả. Vì vậy nhóm nhận thấy việc chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng khớp gối là rất cần thiết. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Hiện nay, các thiết bị cơ điện tử được ứng dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực PHCN, vật lý trị liệu. Các thiết bị này hỗ trợ để hạn chế chuyển động của khớp, thay thế chức năng của một bộ phận hoặc trợ giúp một nhóm cơ. Thiết kế, chế tạo thiết bị hỗ trợ phục hồi chức năng khớp gối không chỉ mang lại khả năng ứng dụng vào thực tế chữa trị tại các bệnh viện chuyên về phục hồi chức năng mà còn góp một phần nhỏ vào quá trình nghiên cứu Cơ Điện Tử - Y Sinh trong nước. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài được xây dựng nhằm mục tiêu nghiên cứu đưa các ứng dụng vào trong chế tạo công cụ vật lý trị liệu, phục hồi chức năng tự động nhằm hỗ trợ cho công việc của các nhân viên phục hồi chức năng. Ứng dụng kỹ thuật robot bộ xương ngoài đẳng tĩnh vào việc chế tạo thiết bị phục hồi chức năng cho các khớp. Chế tạo thiết bị cho khớp gối để thẩm định kỹ thuật này. Thiết bị có khả năng truyền lực tạo chuyển động ở các mức độ khác nhau cho khớp gối của bệnh nhân, đồng thời bảo đảm an toàn cho người dùng. Tính chất đẳng tĩnh của cơ cấu sẽ giúp điều khiển thiết bị di chuyển thụ động theo chuyển động của khớp dễ dàng và chân sẽ chuyển động tự nhiên khi ở chế độ không bị tác động của thiết bị. 1.4. Đối tượng nghiên cứu Kỹ thuật robot bộ xương ngoài đẳng tĩnh. Các chấn thương cũng như phương pháp phục hồi chức năng khớp gối. Các phương pháp truyền động cơ khí, điều khiển tự động. 1
15. 1.5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tài liệu để kế thừa thành tựu: robot bộ xương ngoài, thiết bị phục hồi chức năng, giải phẩu khớp gối cũng như cơ khí chế tạo, điều khiển, cảm biến đo góc, Thiết kế thiết bị với sự giúp đỡ trực tiếp của các thầy cô thuộc Bộ môn Cơ điện tử. Phương pháp thực nghiệm, thử và sửa sai: tính toán, thiết kế trên lý thuyết, thi công chế tạo thực tế và rút kinh nghiệm, khắc phục những thiếu sót. 1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án gồm sáu chương với các nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu. Giới thiệu lý do chọn đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu của đề tài, Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Trình bày tổng quan, sơ lược về lĩnh vực nghiên cứu, các thành tựu nghiên cứu trong và ngoài nước. Chương 3: Cơ sở lý thuyết. Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài. Chương 4: Tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm. Trình bày các phương án thiết kế; tính toán, thiết kế phần cơ khí, mạch điện; chế tạo thử nghiệm thiết bị. Chương 5: Thuật toán điều khiển – Thiết kế lưu đồ. Giới thiệu phần mềm giao diện, xây dựng lưu đồ. Chương 6: Kết quả thực nghiệm. Trình bày kết quả thực nghiệm của thiết bị. 2
16. CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1. Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 2.1.1. Khớp gối 2.1.1.1. Giải phẩu khớp gối [10] Khớp gối là một khớp bản lề, lớn nhất cơ thể, nằm ngay dưới da, bao gồm đầu dưới xương đùi, đầu trên xương chầy và xương bánh chè (Hình 1). Các thành phần này được kết nối với nhau bởi hệ thống các dây chằng, bao khớp, trong đó quan trọng nhất là dây chằng chéo trước và dây chằng chéo sau. Hai dây chằng này giữ cho đầu trên xương chầy và đầu dưới xương đùi không bị trượt theo chiều trước sau khi khớp gối vận động. Ngoài ra, hệ thống dây chằng bên trong và dây chằng bên ngoài giữ cho gối không bị trượt sang bên. Lót giữa lồi cầu đùi (hình cầu) và mâm chầy (phẳng) là sụn chêm trong và sụn chêm ngoài, làm gia tăng diện tiếp xúc, phân bố đều lực tác động lên gối. Hình 2.1 Lược đồ giải phẩu khớp gối [10] Mặc dù chức nǎng thiết yếu của đầu gối là chức nǎng khớp bản lề, nhưng khi duỗi cẳng chân, xương chầy hơi cong ra ngoài một chút và khi gập cẳng chân, xương chầy lại hơi cong vào trong một chút. Điều này không có tác động của nhóm cơ làm quay vào trong hay quay ra ngoài của cẳng chân, mà do sự gắn bó dây chằng ở trong và xung quanh khớp gối. Ngoài ra, có sự lướt nhẹ về phía trước của xương đùi trên xương chầy trong khi gập. Đầu dưới xương đùi có hai ụ tròn, lồi cầu giữa và bên, nó ǎn khớp vào diện lõm nông của đoạn gần xương chầy. Giữa hai lồi cầu của xương đùi là một khe, nơi xương bánh chè nằm lên trên, tạo nên phần trước của khớp gối. Sụn chêm giữa và bên được gắn vào rìa của đoạn gần xương chầy và hoạt động như các giảm xóc giữa các lồi 3
17. cầu xương đùi và các mặt khớp xương chầy. Khớp được ổn định bởi các cơ vắt qua và các dây chằng trong và ngoài. Nhóm cơ tứ đầu giúp ổn định khớp gối gồm 4 cơ: cơ thǎng đùi, cơ rộng giữa, cơ rộng bên, cơ rộng trung gian (xem hình 2.2), ở cuối đoạn xa, chúng hợp lại với nhau tạo nên gân cơ tứ đầu. Gân này liên kết với xương bánh chè và bám tận vào ụ xương chầy, góp phần cho sự ổn định đáng kể khớp trước. Hình 2.2 Các cơ chính của khớp gối: nhìn từ phía trước [13] Giải đai chậu - chầy bám vào xương chầy và là cấu trúc quan trọng đem lại sự ổn định mặt bên của đầu gối. Nhóm gân khoeo (xem hình 2.3) bám vào mặt sau của xương chầy và giúp đề phòng duỗi quá mức của khớp gối. Hình 2.3 Các cơ chính của khớp gối: nhìn từ phía sau [13] 4
18. Hình 2.4 Nhìn phía trước của đầu gối gấp 90° [13] Dây chằng phụ bên đi từ mỏm gò bên xương đùi đến đầu xương mác. Dây chằng này vượt qua đường nối khớp ở mặt sau bên. Nó có thể vào sâu trước gân cơ 2 đầu đùi để bám vào đầu xương mác. Nhận thấy nó dễ nhất khi đầu gối gập 90° và ở tư thế khép. Dây chằng phụ giữa gồm có một phần nông và các sợi sâu, chúng nối mỏm trên lồi cầu giữa xương đùi và mặt giữa xương chầy. Nó thực sự liên kết vào trong bao khớp. Các sợi sâu bám dọc bờ xương chầy và phần nông chạy xa hơn để bám vào chỗ loe ra của xương chầy. Phần nông đem lại sự ổn định khi đầu gối gập ở mọi mức độ. Phần sâu của dây chằng góp vào sự ổn định chủ yếu khi khớp duỗi hoàn toàn. Dây chằng bắt chéo trước nổi lên trong vùng liên lồi cầu trước của xương chầy và bám vào mặt giữa sau của mỏm trên lồi cầu bên xương đùi. Nó hạn chế độ chuyển động ra phía trước của xương chầy trong quan hệ với xương đùi. Dây chằng bắt chéo sau xuất hiện từ xương chầy sau. vượt qua gian khớp để bám vào mặt giữa của mỏm trên lồi cầu giữa xương đùi. Nó hạn chế mức độ chuyển động sau của xương chầy trong quan hệ với xương đùi. Những cấu trúc sụn chêm giữa và bên này giúp "định tâm" những lồi cầu xương đùi khi chúng quay trên mâm chầy. Sụn chêm gắn vào mép giữa và bên của xương chầy bởi các dây chằng vành. Sụn chêm bên di động nhiều hơn sụn chêm giữa, nên sụn chêm bên ít bị rách hơn. Các sụn chêm sờ thấy rõ nhất khi đầu gối gập. Xương bánh chè là một xương lớn, dẹt, phình ra như hạt vừng, nằm ở mặt trước khớp gối. Nó nằm ở giữa bao gân chung của các cơ duỗi của đầu gối (nhóm cơ tứ đầu đùi tạo ra bởi cơ thẳng đùi, cơ rộng trung gian, cơ rộng bên và cơ rộng giữa). Xương bánh 5
19. chè làm ổn định khớp gối, làm tǎng thêm lợi ích cơ học của cơ tứ đầu khi chúng chạy qua khớp gối để bám vào củ xương chầy. 2.1.1.2. Biên độ và tầm hoạt động của khớp gối [3] Gối có hai chế độ hoạt động: gấp - duỗi là cử động chính và xoay là cử động phụ (chỉ thực hiện được khi gối gấp). Duỗi khi để cẳng chân theo trục đùi và duỗi tối đa khi duỗi chủ động là 00 (thụ động có thể đạt -50 duỗi). Gấp: biên độ gấp gối chủ động thay đổi theo tư thế của háng, khoảng 1400 khi háng gấp, 1200 khi háng duỗi. Xoay chủ động của gối: chỉ thực hiện khi gối gấp là 400 với xoay ngoài và 300 với xoay trong. Trên thực tế, người ta coi tầm vận động của khớp gối (theo phương pháp Zero) là 1350 (duỗi là 00 và gấp là 1350). Hình 2.5 Gốc vận động của khớp gối [5] Các cơ tham gia chi phối tầm vận động khớp gối: Gấp cẳng chân vào đùi: cơ bán mạc, cơ bán gân, cơ nhị đầu đùi. Khi đã gấp cẳng chân vào đùi cơ bán gân, cơ bán mạc xoay đùi vào trong; cơ nhị đầu đùi xoay ra ngoài. Ngoài ra, cơ khoeo cũng tham gia gấp cẳng chân, cơ may vừa gấp cẳng chân vừa kéo đùi vào trong và gấp đùi vào bụng. Duỗi cẳng chân: cơ tứ đầu đùi (qua xương bánh chè bám ở lồi cầu trước xương chày), cơ căng cân đùi. Cơ thẳng trước của tứ đầu đùi còn tham gia gấp đùi vào bụng. 2.1.1.3. Chấn thương khớp gối [4] Chấn thương gối là một trong những thương tích hay gặp nhất trong thể thao, lao động và sinh hoạt vì khớp gối phải chịu sức nặng cơ thể. Động tác chủ yếu của khớp gối là gập và duỗi, còn cử động sang bên hoặc quay rất hạn chế. Vì vậy, khớp gối dễ bị tổn thương bởi những chấn thương từ hai bên hay từ phía trước hoặc do vặn- xoay. Bên cạnh đó chấn thương gối còn do viêm nhiễm khuẩn, viêm lao, thấp khớp cấp, bệnh gout chuyển hóa, loãng xương, Nếu không được chẩn đoán, xử trí đúng đắn, kịp thời, chấn thương gối dễ để lại những hệ quả phiền toái cho người bệnh, ảnh hưởng đến chức năng vận động của khớp. 6
20. Các dạng chấn thương gối thường gặp: Trật khớp gối: nếu chấn thương mạnh có thể bị trật khớp gối với các biểu hiện đau, không cử động được khớp gối, biến dạng khớp gối. Tổn thương có thể làm gãy xương, vỡ sụn, rách bao hoạt dịch, đứt rách dây chằng. Khi đó, phải điều trị tại bệnh viện bằng cách nắn chỉnh, phẫu thuật phục hồi khớp. Thoái hóa khớp gối là tình trạng lão hóa của khớp. Ở người cao tuổi, sụn khớp bị lão hóa trở nên sần sùi, mất độ trơn nhẵn, giảm đàn hồi, khô và nứt nẻ, mòn, khuyết. Mức độ lão hóa từng người khác nhau, tùy thuộc điều kiện sống của mỗi người. Ba triệu chứng thường gặp ở bệnh thoái hóa khớp gối là đau khớp, sưng khớp và hạn chế cử động. Điều trị cần dùng các loại thuốc giảm đau, chống viêm, bổ sung chất nhầy cho khớp, thuốc tăng dinh dưỡng cho sụn khớp, thuốc bổ gân - xương. Dây chằng chéo trước (ACL) bám từ lồi cầu xương đùi tới diện trước mâm chầy, giữ cho mâm chầy không bị trượt ra trước và xoay trong. Tổn thương dây chằng chéo trước thường gặp khi nhảy cao chân tiếp đất trong tư thế không thuận, hoặc xoay người chuyển hướng đột ngột trong khi bàn chân giữ nguyên. Khoảng một nửa số bệnh nhân bị tổn thương dây chằng chéo trước khớp gối có kèm theo các tổn thương khác như rách sụn chêm, bong sụn khớp, tổn thương các dây chằng khác của khớp (dây chằng chéo sau, dây chằng bên ). Khi dây chằng chéo trước bị đứt, quan hệ động học giữa xương đùi và xương chày thay đổi, sự phân phối và truyền lực từ đùi xuống cẳng chân không bình thường, từ đó dẫn đến hai tổn thương thứ phát là rách sụn chêm thứ phát và thoái hóa khớp gối. Hình 2.6 Các hình thái tổn thương dây chằng chéo trước [10] 7
21. Nếu như dây chằng chéo trước giữ cho mâm chầy không bị trượt ra trước và xoay trong thì dây chằng chéo sau (PCL) lại giữ cho mâm chầy không bị trượt ra sau và xoay ngoài. Tổn thương dây chằng chéo sau có thể gặp đơn thuần (38%), nhưng thường phối hợp với các tổn thương khác (56%). Cũng giống như tổn thương dây chằng chéo trước, hậu quả của tổn thương dây chằng chéo sau nếu không được phục hồi dễ gây tổn thương sụn chêm thứ phát và thoái hóa khớp gối về sau. Tuy nhiên, sự phiền toái trên lâm sàng không lớn như tổn thương dây chằng chéo trước. Hình 2.7 Đứt dây chằng chéo sau [10] Ngoài ra còn có một số chấn thương thường gặp như: tổn thương dây chằng chéo trong, chéo ngoài, sụn chêm, sụn khớp Điều trị tổn thương khớp gối dù có phẫu thuật hay không phẫu thuật thì tập luyện đều đóng vai trò rất quan trọng, việc tập luyện giúp bệnh nhân sớm trở lại với cuộc sống sinh hoạt bình thường. 2.1.2. Phục hồi chức năng trong điều trị chấn thương Mục đích chính của phục hồi chức nǎng là làm giảm sự mất mát không thể tránh khỏi do không hoạt dộng bắt buộc. Chúng ta không chỉ quan tâm đến sự lành lại của cấu trúc bị tổn thương, mà còn chú ý đến điều kiện của các cơ và dây chằng hỗ trợ khác, cũng như sự khoẻ mạnh của toàn bộ cơ thể. Phục hồi chức năng không chỉ cải thiện sức mạnh cơ mà còn cải thiện chất lượng của sụn khớp. Tập luyện thường xuyên còn giúp giảm cân từ đó giúp giảm trọng tải lên khớp. Tuy nhiên, quá trình tập luyện rất dễ bị thất bại vì đa số bệnh nhân thường khó duy trì việc tự tập luyện khi triệu chứng đau đã giảm mặc dù đã được bác sĩ phục hồi chức năng hướng dẫn. Để đạt được hiệu quả tốt thì việc tập luyện 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4