ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM DUY DƯỞNG

CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH
NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ƯỚC LƯỢNG THƠNG SỐ
BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SĨC SỨC KHỎE

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, 2021


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM DUY DƯỞNG

CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH
NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ƯỚC LƯỢNG THƠNG SỐ
BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SĨC SỨC KHỎE

Chuyên ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số:

9 52 02 16

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khố học:
Hướng dẫn 1: PGS.TS Đồn Quang Vinh
Hướng dẫn 2: TS. Nguyễn Anh Duy

Đà Nẵng, 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả là
khoa học, trung thực và chưa từng công bố trước đây.
Luận án được thực hiện dưới sự giúp đỡ của hai hướng dẫn khoa học và
được sự tạo điều kiện thuận lợi của Khoa Điện, Trường ĐH Bách Khoa – ĐHĐN và
Khoa Điện, Trường Đại học Ulsan, Hàn Quốc.

Tác giả luận án


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ 6
CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 8
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................8
2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................11
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................11
4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................11
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...........................................................................12

6. Những đóng góp mới của luận án ......................................................................13
7. Bố cục chung của luận án ..................................................................................14
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VIỆC ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ
BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHOẺ ........................................................ 16
1.1 Một số khái niệm về thông số bước đi ................................................................16
1.2 Tầm quan trọng và ứng dụng của thông số bước đi ............................................18
1.3 Tiềm năng ứng dụng cảm biến IMU trong y tế...................................................23
1.3.1 Giới thiệu ....................................................................................................23
1.3.2 Ưu thế của IMU trong y tế .........................................................................25
1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu việc ứng dụng cảm biến IMU trong ước lượng
thông số bước đi ........................................................................................................26
1.4.1 Mô hình trừu tượng ....................................................................................27
1.4.2 Mơ hình dáng đi .........................................................................................28
1.4.3 Tích phân trực tiếp .....................................................................................30
1.4.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu ước lượng thông số bước đi sử dụng IMU
đặt trên bàn chân ....................................................................................................33
1.4.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu ước lượng thông số bước đi sử dụng IMU
đặt trên khung tập đi ..............................................................................................35
1.4.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ..............................................37
1.5 Kết luận chương ..................................................................................................38
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI THUẬT TỐN HỆ THỐNG ĐỊNH
VỊ QN TÍNH ....................................................................................................... 39
2.1 Cảm biến quán tính .............................................................................................39
2.1.1 Giới thiệu cảm biến ....................................................................................39
2.1.2 Cảm biến IMU ............................................................................................39
2.1.3 Cảm biến gia tốc .........................................................................................41
2.1.4 Cảm biến vận tốc góc .................................................................................42
2.1.5 Cảm biến IMU MTi-1 và MTi-100 của hãng Xsens ..................................44
2.2 Triển khai hệ thống định vị quán tính .................................................................47
2.2.1 Hệ thống định vị INS..................................................................................47

2.2.2 Triển khai thuật toán của hệ thống SINS ...................................................48
2.3 Triển khai bộ lọc Kalman kiểu MEKF cho hệ SINS ..........................................55

Trang 1


2.4 Kết luận chương ..................................................................................................62
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH
ĐẶT TRÊN BÀN CHÂN ......................................................................................... 63
3.1 Giới thiệu chương ...............................................................................................63
3.2 Đề xuất hệ thống INS đặt trên bàn chân .............................................................64
3.3 Xây dựng mơ hình bộ lọc MEKF cho hệ thống ..................................................66
3.4 Xây dựng các phương trình cập nhật cho bộ lọc Kalman ...................................69
3.4.1 Cập nhật vận tốc ZUPT ..............................................................................69
3.4.2 Xây dựng phương trình cập nhật sử dụng cảm biến khoảng cách .............70
3.5 Thực thi bộ lọc Kalman cho hệ thống .................................................................73
3.6 Trích xuất thơng số bước đi từ quỹ đạo bàn chân ...............................................74
3.7 Thí nghiệm kiểm chứng hệ thống và phân tích kết quả ......................................75
3.7.1 Thí nghiệm với hệ thống OptiTrack ...........................................................77
3.7.2 Thí nghiệm đi dọc hành lang 30 m .............................................................85
3.8 Đánh giá hiệu quả hệ thống đề xuất ....................................................................87
3.9 Kết luận chương ..................................................................................................88
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH
ĐẶT TRÊN KHUNG TẬP ĐI .................................................................................. 89
4.1 Giới thiệu chương ...............................................................................................89
4.2 Đề xuất hệ thống INS đặt trên khung tập đi ........................................................90
4.2.1 Giới thiệu về hệ thống ................................................................................90
4.2.2 Kết nối phần cứng và đồng bộ dữ liệu .......................................................91
4.2.3 Thuật toán ước lượng mối quan hệ giữa hệ toạ độ ICS và BCS ................93
4.3 Thuật toán phát hiện và phân loại chuyển động của khung tập đi ......................95

4.3.1 Định nghĩa chuyển động của khung tập đi .................................................95
4.3.2 Thuật toán phát hiện chuyển động của khung tập đi ..................................97
4.3.3 Thuật toán phân loại chuyển động của khung tập đi ..................................99
4.4 Ước lượng quỹ đạo chuyển động của khung tập đi ..........................................100
4.4.1 Xây dựng phương trình cập nhật quaternion dựa vào phương đứng của
khung tập đi .........................................................................................................102
4.4.2 Xây dựng phương trình cập nhật quaternion sử dụng góc quay quanh trục
đứng 103
4.4.3 Xây dựng phương trình cập nhật vị trí sử dụng thơng tin từ encoder ......106
4.4.4 Kết hợp quỹ đạo ước lượng bởi IMU và quỹ đạo ước lượng bởi encoder
107
4.5 Trích xuất thơng số bước đi ..............................................................................108
4.6 Thí nghiệm đánh giá hoạt động của thuật tốn .................................................111
4.6.1 Hệ thống thí nghiệm .................................................................................111
4.6.2 Mơ tả các thí nghiệm ................................................................................113
4.6.3 Đánh giá thuật tốn kết hợp chuyển động do IMU và encoder ước lượng
114
4.6.4 Đánh giá thuật tốn sử dụng thơng tin encoder để cập nhật cho bộ lọc
Kalman ................................................................................................................117

Trang 2


4.6.5 Phân tích đánh giá sự ảnh hưởng của các phương trình cập nhật sử dụng
thơng tin từ encoder .............................................................................................119
4.6.6 Đánh giá độ chính xác sử dụng hệ thống Optitrack .................................122
4.6.7 Đánh giá vai trò của bộ lọc Kalman trong INS ........................................125
4.6.8 Đánh giá độ chính xác trong chuyển động có đổi hướng .........................126
4.6.9 Thực nghiệm với bệnh nhân .....................................................................127
4.7 Đánh giá hiệu quả hệ thống đề xuất ..................................................................130

4.8 Kết luận chương ................................................................................................131
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 133
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ
CỦA TÁC GIẢ ....................................................................................................... 135
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 136
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 143

Trang 3


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Chu kỳ bước chân ......................................................................................17
Hình 1.2 a) Dáng đi bình thường b) Dáng đi co cứng c) Dáng đi thất điều tiểu não d)
Dáng đi Parkinson e) Dáng đi hướng trước ..............................................................18
Hình 1.3 Các thơng số bước đi ..................................................................................20
Hình 1.4 Tốc độ bước đi liên quan đến sự phụ thuộc, nhập viện, nhu cầu phục hồi
chức năng, thời điểm xuất viện và tiến trình phục hồi ..............................................22
Hình 2.1 Cấu tạo của một IMU 6DOF ......................................................................40
Hình 2.2 IMU cổ điển được gắn trên tên lửa IRBM S3 ............................................41
Hình 2.3 Sơ đồ khối của một hệ lị xo – gia trọng ....................................................41
Hình 2.4 Con quay hồi chuyển: a) Cấu tạo, b)Nguyên lý .........................................42
Hình 2.5 Lực Coriolis ...............................................................................................44
Hình 2.6 Cấu tạo cảm biến vận tốc góc ....................................................................44
Hình 2.7 Sơ đồ khối chức năng của cảm biến MTi-1 ...............................................45
Hình 2.8 Bảng mạch sử dụng cảm biến MTi-1 .........................................................46
Hình 2.9 Cảm biến IMU dịng MTi-100 ...................................................................46
Hình 2.10 Ngun lý của hệ SINS ............................................................................49
Hình 2.11 Hoạt động của bộ lọc Kalman .................................................................61
Hình 2.12 Thuật tốn của hệ thống INS sử dụng bộ lọc Kalman MEKF .................61
Hình 3.1 Tổng quan về INS đặt trên bàn chân ..........................................................65

Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn thực thi bộ lọc Kalman cho hệ thống INS trên bàn chân
...................................................................................................................................74
Hình 3.3 Hệ thống INS đăt trên bàn chân sử dụng cho thí nghiệm ..........................76
Hình 3.4 Hệ thống OptiTrack được dùng trong thí nghiệm và minh hoạ việc sử dụng
hệ thống ghi lại chuyển động ....................................................................................77
Hình 3.5 Tín hiệu IMU và việc phát hiện ZVI..........................................................78
Hình 3.6 Phát hiện ZVI của chuyển động từ các ZVI của cảm biến gia tốc và vận
tốc góc .......................................................................................................................79
Hình 3.7 Vị trí bàn chân khơng sử dụng bộ lọc Kalman ..........................................80
Hình 3.8 Vị trí bàn chân sử dụng bộ lọc MEKF cập nhật ZUPT..............................82
Hình 3.9 Vị trí bàn chân sử dụng bộ lọc MEKF cập nhật ZUPT và độ cao tại ZVI 83
Hình 3.10 Ước lượng vị trí bàn chân sử dụng thuật tốn đề xuất .............................84
Hình 3.11 Ước lượng hướng bàn chân ......................................................................85
Hình 3.12 Ước lượng vị trí theo phương đứng của bàn chân ...................................85
Hình 4.1 Tổng quan hệ thống khung tập đi đề xuất ..................................................90
Hình 4.2 Các hệ trục tọa độ sử dụng .........................................................................91
Hình 4.3 Định nghĩa các chuyển động của người dùng khi sử dụng khung tập đi ...96
Hình 4.4 Thuật tốn phân loại chuyển động .............................................................99
Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán thực thi bộ lọc Kalman cho INS trên khung tập đi .....101
Hình 4.6 Chuyển động quay của khung tập đi ........................................................103

Trang 4


Hình 4.7 Hệ trục toạ độ BCSN dùng trong xác định bước đi .................................108
Hình 4.8 Chuyển động có chu kỳ của bánh xe trong quá trình đẩy đi liên tục .......109
Hình 4.9 Thơng số bước đi trong q trình đẩy khung tập đi 20 m ........................111
Hình 4.10 Độ cao và tư thế của khung tập đi trong quá trình sử dụng ...................111
Hình 4.11 Hệ thống khung tập đi được chế tạo ......................................................112
Hình 4.12 Hệ thống khung tập đi được cải tiến ......................................................112

Hình 4.13 Kết quả việc phát hiện và phân loại chuyển động .................................114
Hình 4.14 Quỹ đạo chuyển động của khung tập đi với hệ thống Optitrack............122
Hình 4.15 Quỹ đạo 3D chuyển động của khung tập đi được ước lượng ................123
Hình 4.16 Phát hiện thời điểm bước chân sử dụng OptiTrack ...............................124
Hình 4.17 Quỹ đạo chuyển động của khung tập đi được ước lượng khi không sử
dụng bộ lọc Kalman ................................................................................................125

Trang 5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Ứng dụng thông số bước đi .......................................................................19
Bảng 1.2 Tốc độ bước đi (m/s) theo giới tính và độ tuổi ..........................................23
Bảng 1.3 Ứng dụng IMU trong y tế ..........................................................................24
Bảng 1.4 Tiềm năng ứng dụng của cảm biến trong y tế ...........................................26
Bảng 2.1 Thông số cảm biến vận tốc góc của MTi-1 và MTi-100 ...........................45
Bảng 2.2 Thơng số cảm biến gia tốc của MTi-1 và MTi-100...................................46
Bảng 3.1 Giá trị khởi tạo ban đầu và ước lượng thông số của cảm biến khoảng cách
tại 2 vị trí ...................................................................................................................76
Bảng 3.2 Sai số vị trí khi sử dụng các loại cập nhật .................................................81
Bảng 3.3 Thông số bước đi ước lượng trong thí nghiệm đi 3 bước ..........................83
Bảng 3.4 Thơng tin người dùng tham gia vào các thí nghiệm ..................................86
Bảng 3.5 Ước lượng thông số bước đi và sai lệch trên quãng đường 30 m..............86
Bảng 4.1 Đấu nối cảm biến với arduino ...................................................................92
Bảng 4.2 Khung dữ liệu đóng gói .............................................................................92
Bảng 4.3 Kết quả thông số bước đi một người dùng khung tập đi đi thẳng 20 m ..110
Bảng 4.4 Kết quả 5 người dùng khung tập đi đi thẳng 20 m ..................................115
Bảng 4.5 Độ chính xác việc ước lượng khoảng cách di chuyển với chuyển động đẩy
đi liên tục .................................................................................................................117
Bảng 4.6 Độ chính xác việc ước lượng khoảng cách di chuyển với chuyển động đẩy

đi từng bước ............................................................................................................117
Bảng 4.7 Độ chính xác việc ước lượng khoảng cách di chuyển với chuyển động
nhấc 2 chân sau khung tập đi ..................................................................................118
Bảng 4.8 Độ chính xác việc ước lượng khoảng cách di chuyển với chuyển động
nhấc hoàn toàn khung tập đi....................................................................................118
Bảng 4.9 Sai số ước lượng (m) cho 20 m đẩy đi liên tục ........................................119
Bảng 4.10 Sai số ước lượng (m) cho 20 m đẩy đi từng bước .................................120
Bảng 4.11 Sai số ước lượng (m) cho 20 m nhấc hoàn toàn ....................................120
Bảng 4.12 Sai số ước lượng (m) cho 20 m nhấc 2 chân sau ...................................121
Bảng 4.13 Sai số ước lượng cho khoảng 2 m di chuyển .........................................123
Bảng 4.14 Khoảng cách ước lượng (m) sử dụng khung tập đi đi dọc và ngược lại
hành lang 20 m ........................................................................................................126
Bảng 4.15 Khoảng cách ước lượng (m) sử dụng khung tập đi đi theo hình chữ nhật
5x7 m 2 vịng ...........................................................................................................127
Bảng 4.16 Thơng tin bệnh nhân tham gia thí nghiệm .............................................127
Bảng 4.17 Thơng số bước đi của bệnh nhân ...........................................................128

Trang 6


CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắc

Từ tiếng Anh

Giải thích

10MWT

10 Meter Walk Test


Bài kiểm tra đi bộ 10 m

25FWT

25-Foot Walk Test

Bài kiểm tra đi bộ 25 feet

4MWT

4 Meter Walk Test

Bài kiểm tra đi bộ 4 m

BCS

Body Coordinate System

Hệ toạ độ vật thể

DCM

Direction Cosine Matrix

Ma trận Cosin hướng

DOF

Degrees of Freedom


Bậc tự do

EKF

Extended Kalman Filter

Bộ lọc Kalman mở rộng

GPS

Global Positioning System

Định vị toàn cầu

ICS

Inertial Coordinate System

Hệ toạ độ IMU

IMU

Inertial Measurement Unit

Cảm biến quán tính

INA

Inertial Navigation Algorithm


Thuật tốn định vị qn tính

INS

Inertial Navigation System

Hệ thống định vị quán tính

MEKF

Multiplicative Extended Kalman Filter Bộ lọc Kalman mở rộng kiểu nhân

MEMS

Micro-Electromechanical Systems

Hệ thống vị cơ - điện tử

PINS

Platform Inertial Navigation System

Hệ thống định vị qn tính có đế

RMSE

Root Mean Square Error

Căn trung bình bình phương sai số


SINS

Strapdown Inertial Navigation System Hệ thống định vị qn tính khơng đế

STD

Standard Dviation

Độ lệch chuẩn

TB

Giá trị trung bình

TGU

The Timed Up and Go Test

Bài kiểm tra thời gian đứng dậy và đi

WCS

World Coordinate System

Hệ toạ độ toàn cục

ZUPT

Zero Velocity Update


Cập nhật tại các ZVI

ZVI

Zero Velocity Interval

Điểm có vận tốc bằng khơng

Trang 7


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đã và đang tác động ngày càng mạnh mẽ tới
tất cả các lĩnh vực từ kinh tế, văn hóa, xã hội đến chính trị, quốc phịng, an ninh và
mơi trường. Rất nhiều chủ trương, chính sách, chiến lược của Đảng, Nhà nước đã ban
hành nhằm tiếp cận và chủ động tham gia cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 [1].
Bộ Y tế cũng đã ban hành nhiều văn bản quy phạm pháp luật và các văn bản
chỉ đạo làm cơ sở cho chuyển đổi số trong y tế. Đặc biệt quyết định số 4888/QĐ-BYT
ngày 18/10/2019 của Bộ Y tế đã phê duyệt Đề án ứng dụng và phát triển công nghệ
thông tin y tế thông minh giai đoạn 2019-2025 [2]. Trong đó có nêu nhiệm vụ “Đẩy
mạnh nghiên cứu, phát triển, ứng dụng các công nghệ thơng minh trong y tế”. Trong
xu thế đó, đề tài xây dựng các hệ thống thông minh nhằm ước lượng chuyển động
dùng trong chăm sóc sức khoẻ.
Chăm sóc sức khỏe là việc chẩn đốn, điều trị và phịng ngừa bệnh tật, thương
tích, và suy yếu về thể chất lẫn tinh thần. Trong đó, việc chẩn đốn bệnh tật và đánh
giá tình trạng sức khỏe của bệnh nhân là bước quan trọng đầu tiên. Việc này cần có
một quy trình chặt chẽ từ lâm sàng đến cận lâm sàng và đặc biệt là các chỉ số dữ liệu
từ xét nghiệm, chẩn đốn hình ảnh, các thơng số đánh giá từ các nghiệm pháp hỗ trợ

góp phần quan trọng trong việc đưa ra các chẩn đốn chính xác hơn. Đối với lĩnh vực
phục hồi chức năng vận động cho bệnh nhân thì việc ước lượng các thông số bước đi
là rất quan trọng trong quá trình phục hồi chức năng cũng như chăm sóc sức khỏe
[3]–[5].
Thơng số bước đi của con người phụ thuộc vào sự tác động lẫn nhau phức tạp
của các bộ phận chính của hệ thần kinh, cơ xương và tim mạch [6]. Nên khi có sự tổn
thương ở các hệ cơ quan này thì thơng số bước đi cũng thay đổi theo. Do vậy, việc
đo thông số bước đi sẽ hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán sớm và theo dõi diễn biến của một số
bệnh liên quan đến hệ thần kinh (như bệnh đa xơ cứng, bệnh Parkinson), cơ xương,
tim mạch, di chứng đột quỵ và lão hoá từ đó giúp đưa ra phác đồ điều trị tốt nhất [7],
[8]. Ngồi ra, thơng số bước đi được dùng để đánh giá tình trạng sức khoẻ và đưa ra

Trang 8


các lời khuyên cho bệnh nhân, gia đình về các vấn đề liên quan đến sự hỗ trợ, nhập
viện, nhu cầu phục hồi chức năng, thời điểm xuất viện và tiến trình phục hồi [9]; theo
dõi tiến trình hồi phục chức năng đưa ra lộ trình luyện tập, rút ngắn thời gian điều trị
và hồi phục chức năng của một số bệnh ảnh hưởng đến thông số bước đi thông qua
các quy trình lượng giá dáng đi và nghiệm pháp đi bộ 10 mét, đi bộ 6 phút được quy
định trong các hướng dẫn của bộ Y tế trong các quyết định số 5737/QĐ-BYT ngày
22/12/2017 [10] và số 5623/QĐ-BYT ngày 21/9/2018 [11].
Những thông số bước đi được ứng dụng nhiều trong y tế như tốc độ bước, độ
dài bước chân, độ dài sải chân, góc bước, thời gian bước, độ rộng bước,…[12]. Trong
đó, tốc độ bước đi là dấu hiệu rất quan trọng và là một thước đo nhanh, đơn giản và
đáng tin cậy cho các tiêu chí đánh giá sức khỏe [3], [4]. Tốc độ bước đi được xem là
dấu hiệu quan trọng thứ 6 bên cạnh huyết áp, mạch, hô hấp, nhiệt độ và các cơn đau
[13].
Hiện nay, trên thế giới có các hệ thống ước lượng thơng số bước đi như
OptoGait [14], hệ thống Strideway của Tekscan [15], Robot hồi phục chức năng

Yeecon [16], hệ thống camera phân tích dáng đi A7 của Yeecon [17]. Trong đó, hệ
thống robot hồi phục chức năng Yeecon có giá đến 200.000 $, hệ thống camera phân
tích dáng đi Yeecon có giá 25.000 đến 50.000$.
Những hệ thống đắt tiền và bị giới hạn phạm vi làm việc này rất khó ứng dụng
rộng rãi tại Việt Nam nên các bác sĩ hoặc kỹ thuật viên chủ yếu khám lâm sàng với
sự hỗ trợ của các nghiệm pháp đi bộ 10 mét, nghiệm pháp đi bộ 6 phút, nghiệm pháp
đo thời gian đứng dậy và đi TUG [18], đi bộ 4 𝑚 4MWT [19],… Hạn chế của việc
này là dễ nhầm lẫn do sự chủ quan, ít thơng tin và các yếu tố liên quan đến độ chính
xác kém, độ phân giải kém [8].
Cùng với sự phát triển của công nghệ, các cảm biến IMU ngày càng có kích
thước nhỏ gọn giá thành rẻ và có thể được ứng dụng vào việc xây dựng các hệ thống
ước lượng thông số bước đi. Trong đề tài xây dựng những hệ thống ước lượng thông
số bước đi có giá thành rẻ, linh hoạt và khơng bị giới hạn phạm vi làm việc sử dụng
cảm biến IMU.

Trang 9


Cấu tạo của một cảm biến IMU gồm một cảm biến gia tốc 3D (dùng để đo giá
trị gia tốc theo 3 trục) và một cảm biến vận tốc góc 3D (dùng để đo giá trị vận tốc
góc quay theo 3 trục). Cảm biến IMU được gắn lên vật thể chuyển động để ước lượng
hướng, vận tốc và vị trí của chuyển động thơng qua thuật tốn định vị qn tính INA.
Trong đó, hướng chuyển động trong hệ toạ độ tham chiếu bên ngồi WCS được xác
định bằng cách tích phân tín hiệu vận tốc góc; vận tốc chuyển động được xác định
bằng cách tích phân của gia tốc sau khi đã loại bỏ gia tốc trọng trường sử dụng hướng
chuyển động trong khi vị trí chuyển động được xác định bằng tích phân vận tốc
chuyển động. Như vậy, khi các cảm biến IMU được gắn lên các bộ phận của cơ thể
người dùng ở vị trí thích hợp (ví dụ như bàn chân) thì các thơng số bước đi của người
dùng có thể được trích xuất từ hướng, vận tốc và vị trí theo thời gian của cảm biến
IMU trong quá trình chuyển động.

Nhược điểm của hệ thống INS là chỉ đạt được độ chính xác trong thời gian
ngắn do sai số gây ra bởi thành phần nhiễu của cảm biến bị tích luỹ theo thời gian khi
sử dụng nguyên lý tích phân [20]. Nhược điểm này càng thể hiện rõ đối với các cảm
biến IMU dùng trong dân dụng có độ chính xác thấp. Do vậy, cần nghiên cứu cải tiến
hệ thống INS nhằm nâng cao độ chính xác của việc ước lượng chuyển động sử dụng
cảm biến IMU. Một hệ thống sử dụng thuật toán INA cho cảm biến IMU để ước
lượng hướng, vận tốc và vị trí của một vật thể chuyển động gọi là hệ thống INS.
Được sự tạo điều kiện và giúp đỡ của Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa–
Đại học Đà Nẵng, Khoa Điện – Đại học Ulsan (Hàn Quốc) và các giảng viên hướng
dẫn khoa học, tác giả thực hiện nội dung luận án có tên: “Cải tiến hệ thống định vị
quán tính nhằm nâng cao độ chính xác ước lượng thơng số bước đi trong chăm sóc
sức khỏe”. Trong đó, sẽ đề xuất các hệ thống định vị quán tính INS để ước lượng
thông số bước đi trong trường hợp cảm biến IMU đặt trên bàn chân cho người dùng
có khả năng đi lại bình thường và cảm biến IMU đặt trên khung tập đi cho người dùng
cần hỗ trợ đi lại, đặc biệt là các đối tượng tập vận động phục hồi chức năng.
Trong các hệ thống INS này, một bộ lọc Kalman được sử dụng để kết hợp
thông tin từ các cảm biến phụ trợ hoặc các đặc trưng chuyển động để cập nhật và

Trang 10


nâng cao độ chính xác của hệ thống INS trên. Việc này bao gồm việc xây dựng mơ
hình và xây dựng các phương trình cập nhật cho bộ lọc Kalman.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng một số hệ thống có thể tự động ước lượng thơng số bước
đi của người dùng nhằm phục vụ các bài kiểm tra thông số bước đi, tạo kênh thông
tin khách quan và chính xác nhằm hỗ trợ bác sĩ trong q trình chẩn đốn bệnh tật,
tình trạng sức khoẻ của người dùng, đưa ra lời khuyên về lộ trình trong điều trị, theo
dõi tiến trình phục hồi chức năng.


3. Đới tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống ước
lượng thông số bước đi sử dụng cảm biến IMU.
Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của luận án là xây dựng phần cứng
và thuật tốn để ước lượng thơng số bước đi sử dụng cảm biến IMU. Trong đó, các
hệ số kinh nghiệm đưa vào luận án và thực nghiệm minh chứng kết quả sử dụng cảm
biến IMU loại MTi-100 và MTi-1 của hãng Xsens. Việc ước lượng chuyển động trong
chăm sóc sức khoẻ là vấn đề rất rộng, nên giới hạn phạm vi nghiên cứu là ước lượng
thông số bước đi phục vụ cho vấn đề chẩn đốn tình trạng sức khoẻ. Cụ thể, dừng lại
ở việc ước lượng một số thông số bước đi gồm tốc độ bước, độ dài bước/sải chân,
thời gian bước, tần số bước cho trường hợp cảm biến IMU đặt trên bàn chân của
người dùng có khả năng tự đi lại và trường hợp cảm biến IMU đặt trên khung tập đi
cho người dùng cần hỗ trợ đi lại; luận án không đi sâu vào phân tích đánh giá tình
trạng sức khoẻ của người dùng. Do mục đích hướng đến là các bài kiểm tra thông số
bước đi được tiến hành trong môi trường thuận lợi nên các hệ thống được thực hiện
trên mặt bằng phẳng nằm ngang, khơng có vật cản.

4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm,
nghiên cứu từ tổng quan đến chi tiết, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã được công
bố trên thế giới đặc biệt là các công bố của tác giả luận án và cộng sự.

Trang 11


5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Về khoa học:
Nghiên cứu có hệ thống các lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và công
nghệ chế tạo cảm biến IMU, thuật toán INA, thuật toán của hệ thống INS, bộ lọc

Kalman và triển khai thuật toán INA và bộ lọc Kalman kiểu MEKF cho hệ thống INS.
Đề xuất và triển khai được một hệ thống mới để ước lượng thơng số bước đi
có sử dụng cảm biến qn tính đặt trên bàn chân và đặt trên khung tập đi đảm bảo các
tiêu chí về kinh tế, kỹ thuật. Trong đó có:
- Đề xuất hệ thống phần cứng gồm cảm biến IMU kết hợp với cảm biến khoảng
cách luôn hướng xuống mặt đất;
- Xây dựng mơ hình bộ lọc cho bộ lọc Kalman có thêm 2 biến trạng thái của
cảm biến khoảng cách vào ước lượng;
- Xây dựng các phương trình cập nhật bộ lọc Kalman cho hệ thống sử dụng
các thông tin từ cảm biến khoảng cách;
- Đề xuất hệ thống phần cứng gồm cảm biến IMU đặt trên khung tập đi kết
hợp với 2 encoder gắn với 2 bánh;
- Đề xuất phương pháp hiệu chỉnh mối quan hệ giữa cảm biến IMU và khung
tập đi;
- Đề xuất phương pháp phát hiện và phân loại chuyển động của khung tập đi;
- Xây dựng các phương trình cập nhật cho bộ lọc Kalman sử dụng thông tin từ
các encoder;
- Tiến hành các thực nghiệm để kiểm chứng và phân tích kết quả.
Về thực tiễn:
Luận án là cơng trình khoa học – công nghệ trong việc xây dựng các hệ thống
ước lượng các thông số bước đi cho người dùng sử dụng bộ lọc Kalman dựa trên hệ
thống INS. Góp phần nâng cao độ chính xác trong ước lượng chuyển động trong một
số trường hợp cụ thể, tạo kênh thông tin chính xác, khách quan hỗ trợ cho bác sĩ trong
việc đánh giá tình trạng sức khoẻ cũng như tiến trình phục hồi chức năng thông qua
thông số bước đi.

Trang 12


Từ kết quả nghiên cứu, thực nghiệm xây dựng INA và bộ lọc Kalman dựa trên

INS giúp làm chủ công nghệ định vị qn tính từ đó triển khai INS rộng rãi vào thực
tế.
Từ kết quả nghiên cứu của luận án có thể hướng đến chế tạo thiết bị ước lượng
các thông số bước đi cho người dùng để sử dụng tại các trung tâm chăm sóc sức khỏe,
phục hồi chức năng. Tạo kênh thơng tin chính xác, khách quan hỗ trợ cho bác sĩ trong
việc đánh giá tình trạng sức khoẻ, tiến trình phục hồi chức năng thơng qua thơng số
bước đi. Những hệ thống này góp phần vào việc:
-

Chẩn đoán sớm, theo dõi diễn biến của một số bệnh liên quan đến thông số
bước đi nhằm đưa ra phác đồ điều trị tốt nhất.

-

Đánh giá tình trạng sức khoẻ của người dùng và đưa ra các lời khuyên về sự
hỗ trợ, vấn đề nhập viện, nhu cầu phục hồi chức năng, thời điểm xuất viện và
tiến trình hồi phục.

-

Theo dõi tiến trình hồi phục chức năng, đưa ra lộ trình luyện tập nhằm rút
ngắn thời gian điều trị và phục hồi chức năng
Với các hệ thống ước lượng thơng số bước đi, người dùng có thể thực hiện

việc lấy dữ liệu tại nhà và gửi thông tin đến trung tâm chăm sóc sức khoẻ, bệnh viện
để đánh giá. Điều này cho phép giảm tải cho bệnh viện và giảm chi phí đi lại, khám
chữa bệnh cho bệnh nhân.

6. Những đóng góp mới của luận án
Đóng góp mới của luận án là đã đề xuất và triển khai được một hệ thống mới

để ước lượng thông số bước đi có sử dụng cảm biến qn tính đặt trên bàn chân và
khung tập đi, nâng cao độ chính xác theo hướng đáp ứng yêu cầu của các cơ sở y tế
trong cơng tác chăm sóc sức khoẻ.
Hệ thống này góp phần vào việc:
- Chẩn đoán sớm, theo dõi diễn biến của một số bệnh liên quan đến thông số
bước đi nhằm đưa ra phác đồ điều trị tốt nhất.

Trang 13


- Đánh giá tình trạng sức khoẻ của người dùng và đưa ra các lời khuyên về sự
hỗ trợ, vấn đề nhập viện, nhu cầu phục hồi chức năng, thời điểm xuất viện và tiến
trình hồi phục.
- Theo dõi tiến trình hồi phục chức năng, đưa ra lộ trình luyện tập nhằm rút
ngắn thời gian điều trị và phục hồi chức năng.

7. Bớ cục chung của luận án
Ngồi phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo và mục lục thì luận
án được bố cục thành 4 chương. Trong đó, đóng góp của luận án được trình bày trong
Chương 3 và Chương 4.
Chương 1 (Nghiên cứu tổng quan việc ước lượng thơng số bước đi trong chăm
sóc sức khoẻ), giới thiệu một số khái niệm về thông số bước đi; tầm quan trọng của
thông số bước đi trong đánh giá tình trạng sức khoẻ; một số kỹ thuật ước lượng thông
số bước đi truyền thống và nhu cầu phát triển các hệ thống tự động ước lượng thông
số bước đi; tiềm năng ứng dụng cảm biến IMU trong y tế cũng như trong các hệ thống
tự động ước lượng thơng số bước đi này; tổng quan tình hình nghiên cứu về việc ứng
dụng cảm biến IMU trong phân tích thơng số bước đi nói chung và trong hai trường
hợp ứng dụng cụ thể trong luận án nói riêng.
Chương 2 (Nghiên cứu triển khai thuật toán của hệ thống định vị quán tính),
nghiên cứu tổng quan IMU, một số thơng số kỹ thuật của dịng MTi-1 và MTi-100

được sử dụng trong luận án; nghiên cứu triển khai thuật toán INA, INS; nghiên cứu,
lựa chọn và xây dựng bộ lọc Kalman cho hệ thống INS theo kiểu MEKF.
Chương 3 (Nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị quán tính đặt trên bàn
chân), đề xuất hệ thống INS đặt trên bàn chân có sử dụng thêm cảm biến khoảng cách
nhằm sử dụng thông tin từ cảm biến khoảng cách để cập nhật cho hệ thống INS, từ
đó nâng cao độ chính xác của việc ước lượng thông số bước đi. Trong đó, bao gồm
xây dựng mơ hình cho bộ lọc Kalman và xây dựng các phương trình cập nhật. Hiệu
quả của hệ thống cũng đã kiểm chứng thơng qua các thí nghiệm.
Chương 4 (Nghiên cứu xây dựng hệ thống định vị quán tính đặt trên khung
tập đi), đề xuất một hệ thống INS đặt trên khung tập đi kết hợp với các encoder ghi

Trang 14


lại chuyển động hai bánh trước của khung tập đi nhằm nâng cao độ chính xác của
việc ước lượng. Việc này bao gồm xây dựng thuật toán hiệu chỉnh mối quan hệ giữa
các thành phần trong hệ thống, xây dựng các thuật toán phát hiện và phân loại chuyển
động, xây dựng các phương trình cập nhật sử dụng các thơng tin từ encoder. Hiệu quả
của hệ thống cũng đã kiểm chứng thơng qua các thí nghiệm. Hệ thống cũng đã được
thực nghiệm tại bệnh viện để bác sĩ đánh giá độ chính xác cũng như chẩn đốn, đánh
giá tình trạng sức khoẻ và theo dõi tiến trình phục hồi chức năng.

Trang 15


Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VIỆC ƯỚC LƯỢNG
THÔNG SỐ BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHOẺ
Trong chương này, phần thứ nhất, trình bày khái niệm và tầm quan trọng của
thơng số bước đi trong chẩn đốn tình trạng sức khoẻ cũng như phục hồi chức năng.
Từ tiềm năng và thế mạnh của cảm biến IMU trong y tế, luận án đề xuất sử dụng cảm

biến IMU để xây dựng hệ thống ước lượng thơng số bước đi có giá thành rẻ nhưng
đảm bảo độ chính xác phù hợp với nhu cầu trong nước. Phần thứ hai, luận án trình
bày tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về việc ứng dụng cảm
biến IMU trong ước lượng thơng số bước đi. Từ đó chọn hướng triển khai có tiềm
năng và phù hợp với xu hướng chung trên thế giới. Đồng thời, luận án chỉ ra những
hạn chế của các cơng trình nghiên cứu liên quan và đề ra giải pháp khắc phục được
các hạn chế đó. Mục tiêu của chương này là xác định được tầm quan trọng của thông
số bước đi, xác định hướng triển khai phù hợp để xây dựng hệ thống đo thông số bước
đi, đề ra giải pháp khắc phục các hạn chế của các cơng trình nghiên cứu liên quan.

1.1 Một số khái niệm về thông số bước đi
Một số khái niệm trong mục này được trích dẫn theo tài liệu “Hướng dẫn quy
trình kỹ thuật chuyên ngành phục hồi chức năng” của Bộ Y tế [7]. Trong đó, các quy
trình phục hồi chức năng có quy trình về tập dáng đi và tập với khung tập đi, các
nghiệm pháp đi bộ liên quan trực tiếp đến việc ước lượng thông số bước đi của luận
án.
Hoạt động đi (có nhiều hình thức khác nhau của nó như đi bộ, chạy, lên xuống
cầu thang…) là một hoạt động điều hợp khéo léo và thăng bằng đạt được trong quá
trình phát triển của cơ thể và có thể cải thiện nhờ tập luyện. Hoạt động đi liên quan
đến các khớp và cơ nhưng khơng cần sự cố gắng một cách có ý thức nào để thực hiện
trừ khi các cơ, khớp bị tổn thương hoặc bị mất điều khiển.
Khi đi, các thành phần cơ thể di chuyển theo một trật tự nhất định thích nghi
với địa hình di chuyển, với khơng gian và với những bất trắc bên ngoài. Tất cả các cơ
quan cảm giác đều liên quan đến hoạt động đi nên khi có bất cứ phần nào trong hệ
thống cảm giác bị mất kiểm sốt đều có thể ảnh hưởng đến dáng đi.

Trang 16


Một chu kỳ bước đi hồn chỉnh được tính từ lúc một bàn chân chạm gót đến

lúc chạm gót tiếp theo như trong Hình 1.1. Trong đó, có hai thời điểm quan trọng là
thời điểm chạm gót và thời điểm nhấc ngón chân. Khoảng thời gian từ lúc chạm gót
đến lúc nhấc ngón gọi là thì chống (giai đoạn chạm đất), lúc này chân chống đặt trên
mặt đất để chống đỡ cơ thể. Khoảng thời gian từ lúc nhấc ngón đến lúc chọn gót tiếp
theo gọi là thì đu đưa (giai đoạn quay), lúc này chân đối diện chống đỡ cơ thể để chân
này nhấc khỏi mặt đất và di chuyển tới trước.
Giai đoạn chạm đất
(thì chống)

Chạm gót

Đầu thì
chống

Giữa thì
chống

Giai đoạn quay
(thì đu đưa)

Cuối thì
chống

Chuyển
chân

Đầu thì
đu đưa

Giữa thì

đu đưa

Cuối thì
đu đưa

Hình 1.1 Chu kỳ bước chân (nguồn:[6])
Trong khi đi, các nhóm cơ tham gia vào hoạt động đi gồm:
-

Các cơ đẩy là các cơ duỗi gối và háng, cơ gập mặt lịng bàn chân, gập
ngón chân,

-

Các cơ đu quay là các cơ gập mặt lưng bàn chân, cơ gập và duỗi gối,
duỗi của ngón chân và cơ gập háng,

-

Các cơ dạng, xoay trong, xoay ngoài khớp háng, gập bên và xoay thân
cũng hoạt động trong giai đoạn chuyển trọng lượng và cử động chậu.
Nếu khơng có cử động thăng bằng của chậu trong cả hai cử động kéo và
xoay khớp háng, khơng thể có dáng đi đúng được,

-

Các cơ xoay của thân trên và đầu cũng hoạt động, do vậy mặt và phần
thân trên duy trì hướng về phía trước. Tầm độ hoạt động của mỗi nhóm
cơ này tuỳ thuộc trên độ dài và chiều cao của bước chân.


Trong quá trình tập luyện phục hồi chức năng cần phải duy trì sức mạnh của
những nhóm cơ liên quan để chúng hoạt động hiệu quả khi đi, đặc biệt là những nhóm

Trang 17


cơ chịu sức nặng của chi. Những nhóm cơ phụ của thân cũng phải được tập mạnh và
cũng cần chú ý sự đưa tay bình thường khi đi.

1.2 Tầm quan trọng và ứng dụng của thông số bước đi
Thông số bước đi của con người phụ thuộc vào sự tác động lẫn nhau phức tạp
của các bộ phận chính của hệ thần kinh, cơ xương và tim mạch [6]. Nên khi có sự tổn
thương ở các hệ cơ quan này thì thơng số bước đi cũng thay đổi theo [7]. Do vậy việc
đo thông số bước đi sẽ hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán sớm và theo dõi diễn biến của một số
bệnh liên quan đến hệ thần kinh, cơ xương và tim mạch từ đó giúp đưa ra phác đồ
điều trị tốt nhất. Những thay đổi trong thông số bước đi đặc biệt hữu ích cho việc tìm
kiếm thơng tin đáng tin cậy về diễn biến của các bệnh khác nhau: các bệnh thần kinh
như bệnh đa xơ cứng hoặc bệnh Parkinson; các bệnh toàn thân như bệnh tim mạch;
di chứng từ đột quỵ và bệnh gây ra bởi lão hóa [8].

Hình 1.2 a) Dáng đi bình thường b) Dáng đi co cứng c) Dáng đi thất điều tiểu não
d) Dáng đi Parkinson e) Dáng đi hướng trước (nguồn:[6])
Cụ thể, tài liệu [6] đã liệt kê các chứng rối loạn dáng đi thông thường và
nguyên nhân sinh ra như cơ xương khớp, thần kinh cơ (thần kinh ngoại biên), cột

Trang 18


sống, và rối loạn não. Dựa vào các thông số bước đi hồn tồn có thể phân biệt được
các chứng rối loạn dáng đi quan trọng khác nhau như: dáng đi co cứng, dáng đi thất

điều tiểu não, dáng đi Parkinson, dáng đi hướng trước. Trong đó (xem Hình 1.2):
-

Dáng đi co cứng có độ rộng bước hẹp và bàn chân xoay vào trong,

-

Dáng đi thất điều tiểu não có bước đi mở rộng và không đồng nhất,

-

Dáng đi của người bị bệnh Parkinson có bước đi ngắn hẹp và thời gian
bước khơng đều,

-

Dáng đi hướng trước có bước đi rất ngắn, rộng và không đều.
Bảng 1.1 Ứng dụng thông số bước đi (nguồn: [8])
Lĩnh vực
Thông số bước đi
Y tế Thể thao Nhận dạng
Vận tốc bước
X
X
X
Độ dài bước
X
X
X
Độ dài sải chân

X
X
X
Nhịp bước
X
X
X
Độ rộng bước
X
X
X
Góc bước
X
X
X
Thời gian bước
X
Thời gian đưa chân
X
Thời gian chạm đất
X
Quãng đường đi
X
X
Thời gian dừng
X
Run rẩy
X
Té ngã
X

Lộ trình
X
X
Hướng của các khớp
X
X
Phản lực mặt đất
X
X
Góc khớp
X
X
Lực cơ
X
X
Qn tính
X
X
Hình dáng cơ thể
X
X
X

Như vậy khi chẩn đoán các chứng rối loạn dáng đi thì cần phải đo độ rộng
bước, độ dài bước, thời gian bước, hướng bước trong từng bước chân. Việc chẩn đoán
các chứng rối loạn dáng đi cũng gián tiếp chẩn đoán nguyên nhân gây ra các rối loạn
này. Trong đó:

Trang 19



-

Dáng đi co cứng: do chấn thương sọ não, chấn thương cột sống, tai biến
mạch não

-

Dáng đi thất điều tiểu não: do tổn thương tiểu não giữa, bán cầu tiểu não,
xơ cứng lan tỏa

-

Dáng đi của người bị bệnh Parkinson: do sự thoái hoá tế bào thần kinh

-

Dáng đi hướng trước: nguyên nhân vẫn chưa rõ ràng, chủ yếu liên quan
đến các yếu tố nguy cơ tim mạch, chẳng hạn như huyết áp cao và
cholesterol cao

Các thông số bước đi được ứng dụng trong y tế được thể hiện như trong Bảng
1.1 [8]. Những thông số bước đi được ứng dụng nhiều trong y tế như tốc độ bước, độ
dài bước chân, độ dài sải chân (xem Hình 1.3), góc bước, thời gian bước, độ rộng
bước…[12]. Trong đó, tốc độ bước đi là dấu hiệu rất quan trọng và là một thước đo
nhanh, đơn giản và đáng tin cậy cho các tiêu chí đánh giá sức khỏe [3], [4]. Tốc độ
bước đi được xem là dấu hiệu quan trọng thứ 6, việc kiểm tra tốc độ bước đi cũng
như việc thường xuyên theo dõi huyết áp, mạch, hô hấp, nhiệt độ và các cơn đau [13].
Chu kỳ bước


Độ
rộng
bước
Độ dài bước
Độ dài sải chân

Hình 1.3 Các thơng số bước đi (nguồn:[6])
Theo tài liệu [9], tốc độ bước đi có thể cho thấy sức khỏe của một người và
đánh giá tốt về mức độ an toàn hoặc té ngã và các rủi ro. Tốc độ bước đi biểu thị rằng
một người có thể hoạt động độc lập hoặc phụ thuộc vào một người khác và yêu cầu
trợ giúp trong một số công việc hằng ngày. Dựa vào tốc độ bước đi các bác sĩ hoặc
chuyên gia có thể đưa ra các đánh giá tình trạng sức khoẻ, lời khuyên cho bệnh nhân
hoặc gia đình về các vấn đề liên quan đến sự hỗ trợ, nhập viện, nhu cầu phục hồi chức
năng, thời điểm xuất viện và tiến trình phục hồi như trong Hình 1.4 với một điểm chú
ý như sau:

Trang 20


-

Về mức độ phụ thuộc và nhập viện: khi tốc độ bước đi nhỏ hơn 0,6 𝑚/𝑠
thì khả năng bị phụ thuộc vào người khác và yêu cầu hỗ trợ trong các hoạt
động sinh hoạt hằng ngày, nhiều khả năng nhập viện. Ngược lại, khi tốc độ
bước đi lơn hơn 1 𝑚/𝑠 thì có thể độc lập trong các hoạt động sinh hoạt
hàng ngày và ít có khả năng nhập viện.

-

Về cảnh báo nguy cơ té ngã: khi tốc độ bước đi bé hơn 1 𝑚/𝑠 thì cần hỗ

trợ để giảm nguy cơ té ngã.

-

Về địa điểm phục hồi chức năng: khi tốc độ bước đi bé hơn 0,2 𝑚/𝑠 thì
cần điều trị tại các cơ sở điều dưỡng và phục hồi chức năng, ngược lại có
thể luyện tập phục hồi chức năng tại nhà.

-

Về tiến trình phục hồi chức năng: khi tốc độ bước đi bé hơn 0,4 𝑚/𝑠 thì
người bệnh nên sử dụng khung tập đi trong nhà; khi tốc độ bước đi lớn hơn
0,4 𝑚/𝑠 thì có thể đi ra bên ngoài nhưng hạn chế; khi tốc độ bước đi lớn
hơn 0,8 𝑚/𝑠 thì có thể tham gia các hoạt động cộng đồng, khi tốc độ bước
đi lớn hơn 1,2 𝑚/𝑠 thì đảm bảo một người hoạt động hồn tồn độc lập
trong cộng đồng, đi lại bình thường.

Tốc độ bước đi phục vụ cho đánh giá trong tài liệu [9] có thể là tốc độ đi bộ
trung bình trong qng đường dài hoặc được tính tốn từ thời gian hoàn thành các bài
kiểm tra 10 𝑚 đi bộ hoặc 10 feet đi bộ,...
Các bài kiểm tra đi bộ 10 𝑚 và đi bộ 6 phút cũng được sử dụng trong các quy
trình phục hồi chức năng tại các bệnh viện và trung tâm phục hồi chức năng ở Việt
Nam. Các bài kiểm tra này còn được dùng với thuật ngữ nghiệm pháp (hoặc thử
nghiệm) đi bộ 10 mét và nghiệm pháp đi 6 phút được bộ Y tế ban hành trong các
quyết định số 5737/QĐ-BYT ngày 22/12/2017 [10] và quyết định số 5623/QĐ-BYT
ngày 21/9/2018 [11] về việc hướng dẫn quy trình kỹ thuật phục hồi chức năng. Trong
đó có chỉ định dùng cho các bệnh như đột quỵ não, chấn thương sọ não, xơ cứng rải
rác, chấn thương tuỷ sống, bệnh Parkinson, u não, các bệnh thần kinh có ở trẻ em,
người già ít vận động, các rối loạn do thần kinh, rối loạn tiền đình. Khung đánh giá


Trang 21


tốc độ bước đi theo giới tính và lứa tuổi theo quy định của Bộ Y tế [10] như trong
Bảng 1.2.

Hình 1.4 Tốc độ bước đi liên quan đến sự phụ thuộc, nhập viện, nhu cầu phục hồi
chức năng, thời điểm xuất viện và tiến trình phục hồi (nguồn: [9])
Ngồi các bài kiểm tra đi bộ 10 mét, đi bộ 10 feet, đi 6 phút thì hiện nay trên
thế giới có một số bài kiểm tra để xác định các thông bước đi như đi bộ 25 feet 25FWT
[21], thời gian đứng dậy và đi TUG [18], đi bộ 4 𝑚 4MWT [19],… Những bài kiểm
tra này được thực hiện một cách thủ công với sự quan sát ghi chú của bác sĩ hoặc
nhân viên y tế. Hạn chế của việc này là dễ nhầm lẫn do sự chủ quan từ bác sĩ và các
yếu tố liên quan đến độ chính xác, độ phân giải [8]. Do vậy, cần phát triển các hệ
thống ước lượng thông số bước đi cho người dùng để tạo kênh thơng tin khách quan,
chính xác hơn hỗ trợ bác sĩ trong quá trình đánh giá tình trạng sức khỏe. Hơn nữa các
hệ thống ước lượng thơng số bước đi cịn cung cấp nhiều thơng tin hơn hỗ trợ chẩn

Trang 22