Đề tài Giải pháp điều khiển laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng trong y học cổ truyền và phục hồi chức năng - Phạm Văn Hòa

Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 213 GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN LASER ĐIỀU TRỊ NỘI TĨNH MẠCH KHÔNG XÂM LẤN VÀ LASER CHÂM CỨU HAI BƯỚC SÓNG TRONG Y HỌC CỔ TRUYỀN VÀ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG Phạm Văn Hòa1*, Vũ Ngọc Tuấn1, Đặng Việt Hùng1, Bùi Thị Thanh Tâm1, Nguyễn Thị Thủy2 Tóm tắt: Bài báo trình bày một số kết quả trong việc xây dựng giải pháp điều khiển laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng ứng dụng trong chuyên khoa y học cổ truyền và phục hồi chức năng. Giải pháp được thực hiện trên cơ sở tích hợp hai chức năng laser điều trị trên cùng một thiết bị, cho phép thực hiện đồng thời và tự động cả laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng theo các phác đồ điều trị khác nhau, giảm thời gian và tăng hiệu quả điều trị. Từ khóa: Laser điều trị; Laser nội tĩnh mạch; Laser châm cứu; Laser hai bước sóng; Điều khiển laser. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, kỹ thuật laser trong y học hiện đại nói chung, trong y học cổ truyền và phục hồi chức năng nói riêng ngày càng được sử dụng rộng rãi, phát huy hiệu quả so với các phương pháp truyền thống khác. Trong đó, laser công suất thấp được sử dụng để điều trị nhiều chứng bệnh khác nhau, không gây ra hiệu ứng nhiệt đáng kể hoặc các tổn thương mô như phẫu thuật bằng laser. Các nước phát triển trên thế giới đã áp dụng hiệu quả laser công suất thấp hơn 40 năm nay tại các cơ sở điều trị phục hồi chức năng. Bên cạnh laser chiếu ngoài đang được sử dụng để điều trị một số bệnh ngoài da và viêm nhiễm, laser nội tĩnh mạch và laser châm cứu ngày càng được sử dụng phổ biến [4,5]. Tuy nhiên, các thiết bị laser điều trị có trên thị trường hiện nay chủ yếu chỉ thực hiện các chức năng riêng lẻ, hoạt động độc lập, hiệu quả điều trị chưa cao. Bài báo sẽ trình bày một số kết quả trong việc xây dựng giải pháp tích hợp điều khiển laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng trên cùng một thiết bị, ứng dụng trong chuyên khoa y học cổ truyền và phục hồi chức năng. Thiết bị đã được chế tạo và thử nghiệm tại bệnh viện, được đánh giá cao về độ an toàn, tính ổn định và khả năng điều trị trên một số bệnh nhân. 2. ỨNG DỤNG LASER NỘI TĨNH MẠCH VÀ LASER CHÂM CỨU TRONG Y HỌC CỔ TRUYỀN VÀ PHỤC HỒI CHỨC NĂNG 2.1. Laser nội tĩnh mạch (Intravenous Laser Irradiation of Blood) Laser nội tĩnh mạch sử dụng chiếu bức xạ laser công suất thấp vào trong lòng tĩnh mạch máu, có 2 phương pháp chính: Trực tiếp (xâm lấn) dẫn truyền tia laser qua hệ kim quang vô trùng đi vào tĩnh mạch của cơ thể; Phương pháp gián tiếp (không xâm lấn) sử dụng laser chiếu ngoài da tại các vùng tĩnh mạch nông (cổ tay, lỗ mũi, khớp gối, dưới lưỡi), năng lượng laser sau khi đã bị hấp thụ qua da, mô, thành mạch máu, sẽ tiếp tục đi vào máu. Laser nội tĩnh mạch không xâm lấn vẫn phát huy được hiệu quả điều trị như phương pháp chiếu trực tiếp, nhưng không đòi hỏi độ vô trùng cao, kỹ thuật thực hiện cũng dễ dàng hơn và không tốn vật tư tiêu hao, tuy nhiên thường đòi hỏi công suất laser lớn hơn [2,5]. Thông tin khoa học công nghệ P. V. Hòa, , N. T. Thủy, “Giải pháp điều khiển laser và phục hồi chức năng.” 214 Khi bức xạ laser tương tác với hệ thống sống, năng lượng của photon laser được hấp thụ bởi các phần tử trong cơ thể, hiệu ứng của laser xảy ra theo 6 bước: tương tác với quang thụ thể, biến đổi quang thụ thể, biến đổi phân tử, biến đổi dưới mức tế bào, biến đổi mức tổ chức và cơ thể [2,3,5]. Laser nội tĩnh mạch có một số tác dụng sinh học tích cực như: Điều chỉnh miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu; Tăng cường hoạt tính kháng oxi hóa; Tăng khả năng kết hợp oxi với hồng cầu, tăng khả năng vận chuyển oxi trong máu; Giảm kết dính hồng cầu, hoạt hóa hệ tiêu sợi huyết; Chống rung, chống loạn nhịp, điều chỉnh huyết áp; Tác động tới cấu trúc và tính thấm màng, chuyển hóa và điều hòa tế bào, sự tổng hợp ATP và các polymer sinh học Trong đó, tác dụng sinh tổng hợp ATP giúp hình thành năng lượng của tế bào là rất quan trọng, làm cho các quá trình tái sinh, phục hồi mô mềm và mô liên kết cũng tăng theo [1,2,3,5]. Như vậy, laser nội tĩnh mạch có tác dụng cả ở mức tế bào và mức dưới tế bào. 2.2. Laser châm cứu (Acupuncture Laser) Laser châm cứu sử dụng năng lượng laser công suất thấp chiếu trực tiếp lên các huyệt vị kinh điển trong Đông y châm cứu, là phương pháp điều trị được sử dụng phổ biến ở các nước phương Đông cũng như các nước phát triển như: Nga, Đức, Áo, Pháp, Hà Lan, Thụy Sĩ Châm cứu bằng laser sẽ thực hiện các phép châm gần giống như châm cứu truyền thống (gồm: bổ, tả, bình bổ, bình tả) thông qua các thông số của laser như: tần số điều biến chùm tia, công suất phát xạ, thời gian điều trị tại từng huyệt vị trên cơ thể. Ngoài ra, khi chiếu chùm laser lên các huyệt vị của cơ thể sống, một loạt phản ứng quang hóa, quang sinh, hóa học cũng như các quá trình vật lý sẽ liên tiếp xảy ra. Các phân tử trong tế bào được chuyển lên trạng thái kích thích với hoạt tính sinh học mạnh hơn, sắp xếp lại các quá trình phản ứng của tế bào, từ đó cơ thể tự xác lập lại những thay đổi rất đa dạng ở mức độ tế bào, tạo nên nhiều đáp ứng tích cực tới các hệ thống chức năng của cơ. Việc này đóng vai trò quan trọng trong điều trị, nhờ đó châm cứu bằng laser tạo ra nhiều đáp ứng ưu việt hơn so với châm cứu cổ truyền phương Đông mà y học hiện đại đã khẳng định như: chống viêm, chống đau, chống tổn thương và tái sinh tế bào, tăng hệ miễn dịch, hệ tim mạch, hệ nội tiết [3,5,6]. Trong laser châm cứu, bước sóng của laser đóng vai trò khá quan trọng, đã được nhiều kết quả nghiên cứu lâm sàng trên thế giới khẳng định. Trong đó, việc tác động laser hai bước sóng (thường kết hợp laser 650nm và 808nm) cho hiệu ứng kích thích sinh học mạnh hơn, tăng 1,5 – 2 lần so với một bước sóng [3,5,6]. Một số thiết bị laser châm cứu 2 bước sóng điển hình đang được sử dụng như: HY30-D, GD-56T của Trung Quốc; Lightneedle của CHLB Đức 2.3. Ứng dụng laser nội tĩnh mạch và laser châm cứu ở Việt Nam Hiện nay ở nước ta, laser nội tĩnh mạch và laser châm cứu cũng đang được một số cơ sở y tế sử dụng. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước cũng cho thấy tác dụng của phương pháp điều trị này trên một số bệnh như [4,5,6]: Điều trị phục hồi chức năng vận động cho bệnh nhân sau tai biến mạch máu não, trẻ em bị bại não, bệnh nhân sau chấn thương sọ não do tai nạn giao thông; Điều trị cắt cơn nghiện và cai nghiện ma túy; Điều trị chứng và bệnh ở người đã bị nhiễm HIV; Điều trị một số chứng và bệnh về tim; Điều trị bệnh trĩ nội, trĩ ngoại các độ, trĩ vòng, trĩ hỗn hợp, trĩ kết hợp; Điều trị phì đại tuyến tiền liệt lành tính ở người lớn tuổi; Điều trị viêm xoang, viêm họng mãn và viêm amygdale; Điều trị đau khớp, viêm khớp Một số nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả điều trị của laser hai bước sóng lớn gấp nhiều lần laser một bước sóng với cùng công suất, đặc biệt hiệu quả trong điều trị Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 215 tai biến mạch máu não [5,6]. Ở bệnh nhân sau tai biến mạch máu não vẫn còn các yếu tố rối loạn gây cho dòng máu nuôi não luôn ở trạng thái không đầy đủ, do đó cần phải cải thiện hệ tuần hoàn. Để thực hiện, có thể sử dụng laser bán dẫn nội tĩnh mạch kết hợp với điều trị trực tiếp vùng tổn thương ở não do tai biến mạch máu não gây nên bằng hiệu ứng hai bước sóng, đồng thời kích thích các huyệt ở tay và chân bằng quang châm. Các kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả điều trị tiến bộ hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống, không xảy ra tai biến và phản ứng phụ trong và sau điều trị, kỹ thuật điều trị và vận hành thiết bị điều trị đơn giản, dễ dàng phổ cập rộng rãi [4,5,6]. Để phục vụ công tác chữa bệnh bằng laser trị liệu, một số cơ sở nghiên cứu trong nước đã thiết kế, chế tạo và đưa ra thị trường một số thiết bị laser châm cứu, laser nội tĩnh mạch như: Máy laser châm cứu Mini-630 (Trung tâm Công nghệ Laser NACENLAS /Viện Ứng dụng Công nghệ /Bộ Khoa học và Công nghệ); Thiết bị quang châm Laser bán dẫn công suất thấp 10 đầu châm 0A-10-001, Thiết bị laser quang châm và quang trị liệu 12 kênh (Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh); Máy Laser châm cứu ACULASER Plus+, Thiết bị laser bán dẫn nội tĩnh mạch LS-01, LS-216 (Viện Vật lý y sinh /Viện KH-CN quân sự); Máy vật lý trị liệu đa năng MPT8-12, Doctorhome DH14 (Viện Điện tử /Viện KH-CN quân sự) Tuy nhiên ở nước ta, chưa có kết quả nghiên cứu nào về chế tạo thiết bị laser kết hợp laser nội tĩnh mạch không xâm lấn một bước sóng và laser châm cứu hai bước sóng được công bố. Việc trang bị các thiết bị laser trị liệu ở nước ta cũng chưa đáp ứng được như cầu thực tế tại các cơ sở y tế, nhất là các bệnh viện quân đội. Hiện nay, mới chỉ có một số bệnh viện lớn như: Viện TƯ Quân đội 108, Viện TƯ Quân đội 175, Bệnh viện Y học PKKQ, Bệnh viện quân y 103 được trang bị một số máy laser điều trị đơn lẻ, các cơ sở y tế tuyến dưới hầu như chưa có. 3. GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN LASER ĐIỀU TRỊ NỘI TĨNH MẠCH KHÔNG XÂM LẤN VÀ LASER CHÂM CỨU HAI BƯỚC SÓNG 3.1. Xây dựng mô hình thiết bị laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng Hình 1. Mô hình thiết bị laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng. Thông tin khoa học công nghệ P. V. Hòa, , N. T. Thủy, “Giải pháp điều khiển laser và phục hồi chức năng.” 216 Qua nghiên cứu, khảo sát một số thiết bị laser châm cứu và laser nội tĩnh mạch cả trong và ngoài nước, trên cơ sở nhu cầu thực tế ứng dụng laser trị liệu trong chuyên khoa y học cổ truyền và phục hồi chức năng, mô hình thiết bị laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn 1 kênh và laser châm cứu hai bước sóng 5 kênh được xây dựng như trên hình 1. Khối núm nút điều khiển thực hiện các chức năng đặt chế độ hoạt động và điều chỉnh công suất phát laser. Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ kiểm soát các núm nút điều khiển trên mặt máy, hiển thị các chế độ và mức phát laser, kiểm soát thời gian hẹn giờ để kết thúc điều trị, điều khiển sự hoạt động của toàn bộ thiết bị. Khối hiển thị mặt máy sẽ hiển thị những thông số cơ bản của thiết bị như: thời gian hẹn giờ, chế độ phát và mức phát laser trên mỗi kênh. Các khối điều khiển công suất phát laser thực hiện tiếp nhận lệnh điều khiển từ Khối điều khiển trung tâm và các núm điều chỉnh mức phát laser, tương ứng tạo ra các mức điện áp cung cấp cho các kênh laser, điều khiển phát laser theo chế độ xung hoặc liên tục trên mỗi kênh phát laser. Khối các kênh phát laser có nhiệm vụ biến đổi các tín hiệu điện thành các chùm laser theo chế độ xung hoặc liên tục, bao gồm: 01 kênh laser nội tĩnh mạch không xâm lấn, có 5 đầu phát laser bước sóng 650nm; 05 kênh laser châm cứu 2 bước sóng, mỗi kênh có 4 đầu phát laser bước sóng 650nm và 1 đầu laser 808nm. Khối nguồn cung cấp: biến đổi điện áp 220V/50Hz thành các tín hiệu một chiều (gồm nguồn 18VDC và 5VDC) cung cấp cho các khối trong thiết bị. Dựa trên phác đồ và liệu trình hoạt động của thiết bị được xác định cho mỗi loại bệnh và bệnh nhân, các tham số (gồm thời gian điều trị, các mức công suất và chế độ phát laser) sẽ được đặt cho mỗi kênh laser thông qua các núm nút điều khiển mặt máy, tương ứng sẽ được hiển thị trên mặt máy. Nhờ việc tích hợp 2 chức năng laser, thiết bị cho phép thực hiện các liệu pháp điều trị khác nhau một cách tự động, kết hợp đồng thời giữa laser châm cứu (như châm cứu truyền thống) và laser nội tĩnh mạch không xâm lấn. 3.2. Xây dựng giải pháp kỹ thuật điều khiển laser điều trị công suất thấp Hình 2. Giải pháp kỹ thuật điều khiển laser điều trị công suất thấp. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển laser điều trị công suất thấp được xây dựng trên hình 2, điện áp cung cấp chung cho các mạch điều khiển laser là VLS. Mạch điều khiển công suất phát laser sử dụng bán dẫn Q1 mắc theo nguyên lý cực C chung, được điều chỉnh bởi chiết áp R1 đặt trên mặt máy, gắn với núm xoay. Điện trở công suất R3 được sử dụng để chọn dải điều chỉnh dòng điện phù hợp với từng loại đầu phát laser. Mối liên hệ điện áp, cường độ dòng điện điều chỉnh với điện áp, cường độ dòng điện cấp cho đầu laser qua R3 có dạng: Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 217 1 1 1 1. E B C B U U I I (1) với UB1 là điện áp điều chỉnh trên cực B, IB1 là cường độ dòng điện điều chỉnh, UE1 là điện áp trên cực E và IC1 là cường độ dòng điện cấp cho đầu laser qua transistor Q1,  là hệ số khuếch đại của transistor Q1. Để thực hiện cả chức năng phát laser trong chế độ xung và liên tục, transistor Q2 được thiết kế hoạt động ở chế độ đóng/mở theo tín hiệu xung điều khiển. Ở chế độ liên tục, tín hiệu điều khiển đưa vào R4 ở mức 1, do đó Q2 thông mạch, đầu laser được cấp dòng điện liên tục. Còn ở chế độ xung, tín hiệu điều khiển có dạng xung (tích cực mức 1), laser sẽ được phát khi tín hiệu điều khiển ở mức 1 và laser tắt khi tín hiệu điều khiển ở mức 0. Khi laser sáng, cường độ dòng điện cung cấp cho laser được xác định theo biểu thức: 1 2 3 1 2 3( ) / ( ) /LS E LS CE B LS CEI U U U R U U U R (2) với ULS là điện áp phát danh định của đầu laser, UCE2 là điện áp rơi trên cực C và E của transistor Q2 (thường cho trước tương ứng với loại transistor được chọn). Mỗi đầu laser cũng có giới hạn cường độ dòng điện cung cấp (tương ứng là giới hạn công suất phát laser), do đó điện trở R3 cần chọn sao cho khi điều chỉnh R1 (thay đổi điện áp UB1), cường độ dòng điện cấp cho đầu laser luôn thỏa mãn: LSMin LS LSMaxI I I (3) với ILSMin và ILSMax tương ứng là cường độ dòng điện tối thiểu và tối đa để đầu laser hoạt động bình thường. Hình 3. Dạng xung điều khiển phát laser. Với chỉ tiêu phát xung tần số f = 2Hz (tương ứng chu kỳ xung T = 500ms), độ rộng xung  điều biến trong dải 50 – 200ms như trên hình 3. Giải pháp điều khiển được thiết kế trên một hệ Vi điều khiển sử dụng các bộ định thời (Timer) tích hợp sẵn. Với mô hình trên hình 1, các tín hiệu điều khiển cho mỗi kênh laser được tạo ra một cách độc lập hoặc theo thuật toán dựa trên các phác đồ đã lập sẵn. 3.3. Xây dựng thuật toán điều khiển laser điều trị công suất thấp Lưu đồ thuật toán điều khiển laser điều trị công suất thấp được thiết kế như trên hình 4. Dữ liệu nhập vào gồm các biến bảo đảm cho bộ định thời tạo ra các biến thời gian để xác định độ rộng xung và chu kỳ lặp xung. Với chế độ phát laser liên tục, đầu laser sẽ được điều khiển cấp nguồn một chiều liên tục. Ở chế độ phát xung, chu kỳ xung có giá trị T = 500ms, độ rộng xung tích cực điều khiển phát laser được điều biến ở 4 mức (tương ứng biến Mode có giá trị từ 1 - 4) trong dải từ 50 - 200ms, mỗi mức của độ rộng xung được lặp trong khoảng thời gian 2 phút (t = 240 * 500ms). Thông tin khoa học công nghệ P. V. Hòa, , N. T. Thủy, “Giải pháp điều khiển laser và phục hồi chức năng.” 218 Hình 4. Lưu đồ thuật toán điều khiển laser điều trị công suất thấp. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày một số nội dung trong xây dựng giải pháp điều khiển laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn và laser châm cứu hai bước sóng ứng dụng trong chuyên khoa y học cổ truyền và phục hồi chức năng. Việc tích hợp hai chức năng laser điều trị nội tĩnh mạch không xâm lấn một bước sóng và laser châm cứu hai bước sóng trên cùng một thiết bị cho phép thực hiện tự động theo các phác đồ điều trị khác nhau, giảm thời gian và tăng hiệu quả điều trị. Thiết bị đã được chế tạo thành công và thử nghiệm tại Viện Y học PKKQ, được Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 59, 02 - 2019 219 đánh giá cao về độ an toàn, tính ổn định và khả năng điều trị trên một số bệnh nhân. Do đó, việc hoàn thiện các giải pháp cũng như tính năng của thiết bị, có thể đưa vào sử dụng trong các cơ sở ý tế là những nội dung cần được tiếp tục nghiên cứu, giải quyết. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. D.A. Chiran, G. Litscher, M. Weber, L.M. Ailioaie, C. Ailioaie, and D. Litscher, “Intravenous Laser Blood Irradiation Increases Efficacy of Etanercept in Selected Subtypes of Juvenile Idiopathic Arthritis: An Innovative Clinical Research Approach”, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, vol. 2013, Article ID 168134, 2013. [2]. A. Geynits, C. Moskvin, G. Azizov, “Intravenous laser irradiation of blood”, Moscow (Russia), 2006. [3]. T.I. Karu, R. Lubart, “Effects of low-power light on biological systems V”, Proceedings of SPIE, vol. 4159, p. 1-17, 2000. [4]. Vũ Công Lập, “Các tác nhân vật lý thường dùng trong vật lý trị liệu”, NXB Y học, TP. Hồ Chí Minh, 2005. [5]. Lê Lã Vương Linh, “Nghiên cứu chế tạo thiết bị quang trị liệu bằng công nghệ diode phát quang ứng dụng trong vật lý trị liệu”, Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một, Số 5(30), tr. 98-104, 2016. [6]. Lê Minh Luật, “Kỹ thuật điện châm trong điều trị các bệnh lý đau và liệt”, Tạp chí Y học TP. Hồ Chí Minh, 2012. ABSTRACT A SOLUTION TO CONTROL INTRAVENOUS LASER IRRADIATION OF BLOOD AND TWO-WAVELENGTH ACUPUNCTURE LASER IN THE TRADITIONAL MEDICINE AND REHABILITATION The article presents some results in building a solution to control intravenous laser irradiation of blood and two-wavelength acupuncture laser in the traditional medicine and rehabilitation. Based on integrating two functions of laser therapy in a device, the solution enables to perform concurrently and automatically both of intravenous laser irradiation of blood and two-wavelength acupuncture laser follow different treatment regimens, save the time and increase therapy effect. Keywords: Laser therapy; Intravenous laser irradiation of blood; Acupuncture laser; Two-wavelength laser; Control laser. Nhận bài ngày 18 tháng 9 năm 2018 Hoàn thiện ngày 24 tháng 10 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 19 tháng 02 năm 2019 Địa chỉ: 1 Viện Điện tử /Viện KH-CN quân sự; 2 Khoa ĐT-VT /Đại học Điện lực. * Email: phamhoa.vdt@gmail.com.