Mô hình hóa và mô phỏng tương tác cơ - Nhiệt giữa đệm xe lăn và mông-đùi cơ thể người sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn

84 Bùi Hệ Thống, Hồ Trần Anh Ngọc 
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG TƯƠNG TÁC CƠ-NHIỆT GIỮA ĐỆM 
XE LĂN VÀ MÔNG-ĐÙI CƠ THỂ NGƯỜI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP 
PHẦN TỬ HỮU HẠN 
MODELING AND SIMULATING THERMAL-MECHANICAL INTERACTION BETWEEN 
WHEELCHAIR CUSHIONS AND HUMAN BUTTOCKS-THIGHS VIA THE FINITE 
ELEMENT METHOD 
Bùi Hệ Thống, Hồ Trần Anh Ngọc 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng; bhthong@ute.udn.vn, htangoc@ute.udn.vn 
Tóm tắt - Bài báo này nhằm xác định sự tương tác cơ-nhiệt giữa 
đệm xe lăn và mông-đùi cơ thể người nhằm đánh giá để cải thiện 
sự tiện nghi, cũng như phòng chống loét áp lực đối với người sử 
dụng xe lăn. Bằng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng phần 
tử hữu hạn sự tương tác giữa đệm xe lăn và mông-đùi nhằm xác 
định các yếu tố có thể gây nên loét áp lực như là: áp suất tại bề 
mặt mông-đùi và đệm, ứng suất bên trong mông-đùi, nhiệt độ phân 
bố tại bề mặt tương tác... Trong bài báo này, một mô hình phần tử 
hữu hạn cơ y sinh 3 chiều (3D) gồm cơ thể người và đệm “Bọt 
Polyurethane” của xe lăn được sử dụng. Mô phỏng số được thực 
hiện bằng phần mềm Abaqus® 6.13. Các kết quả thu được trong 
trong nghiên cứu sẽ chỉ ra các trị số về áp lực, ứng suất bên trong 
mông-đùi và nhiệt độ phân bố tại bề mặt mông-đùi và đệm, nhằm 
giúp người khuyết tật, người sử dụng xe lăn nhận thức được vai 
trò của đệm trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống hàng ngày. 
Abstract - This paper is aimed at determining and evaluating thermal-
mechanical interaction between wheelchair cushions and human 
buttocks-thighs to improve comfort as well as to prevent pressure 
ulcers in wheelchair users. The method of modeling and simulation 
interaction between the wheelchair cushion and the buttocks-thighs is 
employed to identify factors that can cause pressure ulcers such as 
pressure distribution at the interface, stress inside the buttocks-thighs, 
and temperature distribution at surface interaction. In this paper, a 
three-dimensional (3D) biomechanical finite element model including 
the human body and "Polyurethane foam" cushions of a wheelchair is 
used. The numerical simulation is performed via the Abaqus® 6.13 
software. The results of the study show the pressure and temperature 
values at the buttocks and cushions of wheelchairs in order to help 
raise awareness of disabled people and wheelchair users about the 
role of wheelchair cushions in improving the quality of daily life. 
Từ khóa - đệm xe lăn; mô mông-đùi; loét áp lực; phần tử hữu hạn; 
mô hình hóa; mô phỏng. 
Key words - wheelchair cushion; buttocks-thighs; pressure ulcers; 
finite element; modelling; simulation. 
1. Đặt vấn đề 
Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) năm 
2011 [1], toàn thế giới, có khoảng 1 tỷ người khuyết tật 
(người gặp phải một hoặc nhiều khiếm khuyết về thể chất và 
tinh thần mà vì thế gây ra suy giảm đáng kể và lâu dài đến 
khả năng thực hiện các hoạt động, sinh hoạt hàng ngày). 
Trong đó có khoảng 200 triệu người gặp phải những khó 
khăn nghiêm trọng trong cuộc sống, và ước tính rằng có 
khoảng 100 triệu người khuyết tật cần một chiếc xe lăn để 
sử dụng trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày. Ở Việt Nam, 
theo thống kê của Bộ LĐ-TB&XH, đến năm 2015 nước ta 
có khoảng 7 triệu người khuyết tật, chiếm 7,8% dân số, 
người khuyết tật đặc biệt nặng và nặng chiếm gần 29% [2]. 
Do phải ngồi liên tục tại một vị trí trên xe lăn trong nhiều 
giờ (khoảng 12-16h/ngày) [3]. Điều này gây nên nhiều vấn 
đề bất tiện trong cuộc sống đối với người khuyết tật, người 
sử dụng xe lăn. Những yếu tố cơ – nhiệt sinh ra tại vùng tiếp 
xúc giữa mông-đùivà đệm xe lăn như: áp lực tiếp xúc, ứng 
suất cắt tại bề mặt do ma sát giây nên, ứng suất bên trong do 
sự tương tác giữa mô mông-đùi và hệ xương, nhiệt độ tại 
vùng tiếp xúc, độ ẩmCác yếu tố này ngoài việc tạo nên sự 
không thoải mái, còn gây ra một bệnh lý mà người ta gọi là 
“loét áp lực”. Đây là môt bệnh lý đang thách thức với toàn 
nhân loại trong thời đại hiện nay, và trong tương lai do sự 
già đi của dân số thế giới, làm gia tăng số lượng người khuyết 
tật và người sử dụng xe lăn. Với chi phí điều trị có thể lên 
đến 30.000 USD cho một ca loét áp lực ở Mỹ, tùy thuộc vào 
cấp độ của vết loét áp lực. Và chi phí hàng năm để điều trị 
bệnh lý loét áp lực ở Mỹ lên đến 1,3 tỷ USD [4]. 
Vậy nên, việc nghiên cứu cải thiện sự thoải mái, phòng 
chống loét áp lực đối với người khuyết tật sử dụng xe lăn 
được nhiều tổ chức y tế, nhà sản xuất và nhà nghiên cứu trên 
thế giới quan tâm. Các nhà sản xuất đã cho ra đời nhiều loại 
đệm phòng chống loét áp lực, cải thiện sự thoải máiTuy 
nhiên chất lượng của các loại đệm này vẫn còn là một ẩn số 
và rất khó đánh giá (do sự tốn kém trong việc đánh giá bằng 
thực nghiệm). Hiện nay, có nhiều nghiên cứu sử dụng các 
vật liệu đệm khác nhau để so sánh hiệu quả của các loại đệm 
trong việc cải thiện sự thoải mái và phòng ngừa của loét áp 
lực bằng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm [5-11]. 
Tuy nhiên, những nghiên cứu này phần lớn sử dụng các mô 
hình phần tử hữu hạn 2 chiều (2D), hoặc sử dụng phương 
pháp tạo hình mông-đùi cơ thể người bằng phương pháp 
MRI, CT-Scan còn nhiều hạn chế. 
Trong bài báo này, một mô hình phần tử hữu hạn 3 
chiều (3D) được sử dụng để định lượng các yếu tố cơ – 
nhiệt tương tác tại bề mặt mô mông-đùi và đệm xe lăn. Mục 
đích chính của nghiên cứu này là xác định các yếu tố có thể 
gây ra loét áp lực đối với người khuyết tật sử dụng xe lăn 
như: áp suất tại bề mặt mông – đùi, ứng suất von Mises, áp 
suất cắt do ma sát gây nên, nhiệt độ 
2. Cơ sở lý thuyết 
2.1. Mô hình mông-đùi và đệm xe lăn 
Mô hình mô mông-đùi cơ thể người được chọn dựa trên 
tiêu chuẩn ISO 16840-2: 2007 [12] từ mô hình “cơ thể 
người” có liên quan đến vị trí ngồi được sử dụng bởi [13-
14]. Mô hình này được thiết kế bởi phần mềm SolidWorks 
như Hình 1. Do sự phức tạp của cấu trúc hình học của mông-
đùi cơ thể người, nên nhóm tác giả sử dụng trong nghiên cứu 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 85 
này một mô hình 3D đồng nhất hóa gồm mô cơ có thể biến 
dạng, có khối lượng là 75 kg để thực hiện mô phỏng số. 
Hình 1. Mô hình cơ thể người sử dụng xe lăn và đệm 
Đệm xe lăn được sử dụng trong nghiên cứu này là một 
loại đệm bọt ‘‘Polyurethane’’ (PUR) được sử dụng trên thị 
trường, với kích thước L x W x H = 460 x 410 x 70 mm 
được đặt cố định trên bề mặt xe lăn và tiếp xúc có ma sát 
với mông-đùicơ thể người (Hình 1). 
2.2. Vật liệu 
2.2.1. Đệm bọt ‘‘Polyurethane’’ (PUR) 
Đệm xe lăn được sử trong nghiên cứu này được thiết kế 
bởi phầm mềm ABAQUS® như trên Hình 1, và được làm 
từ vật liệu PUR có thuộc tính cơ học là: siêu đàn hồi 
(hyperelastic) và đàn hồi nhớt (viscoelastic). Vật liệu này 
được giới thiệu bằng một mô hình không tuyến tính, đẳng 
hướng, nén được. Trong việc xây dựng mô hình vật liệu 
đệm PUR siêu đàn hồi, mối quan hệ duy nhất giữa sự ứng 
suất và biến dạng được biểu diễn bằng một phương trình 
năng lượng-biến dạng đàn hồi, U, như sau: 
 1 2 32
2 1
3 1
i i
i i i
N
eli
i i i
u
U J
    
 
  
   
 (1) 
Trong đó, U – trạng thái năng lượng của vật liệu biến 
dạng, N – bậc của đa thức năng lượng biến dạng, N=1, 2, 3 
tương ứng, μi, αi, βi - các tham số vật liệu phụ thuộc nhiệt 
độ, i = 1,2, 3; λi - Tỷ lệ co giãn chính, i =1, 2, 3, Jel -tỷ lệ 
thay đổi thể tích của biến dạng đàn hồi và biến dạng nhiệt, 
tương ứng. Trong bài báo này, năng lượng biến dạng được 
sử dụng gồm 2 bậc (N=2). Đặc tính vật liệu PUR được xác 
định bởi thí nghiệm nén đơn trục và thí nghiệm cắt đơn 
giản. Dữ liệu đường cong từ nghiên cứu của Grujicic [9] 
(Hình 2) được áp dụng để xác định các thông số siêu đàn 
hồi và đàn hồi nhớt của vật liệu PUR. 
Hình 2. Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dang: (a) - Nén 
đơn trục và (b) thử nghiệm cắt đơn giản được sử dụng trong 
việc xác định các thông số của vật liệu đêm PUR [9] 
Thông số hyperfoam của vật liệu đệm (PUR) [9] được sử 
dụng trong mô phỏng bởi phần mềm ABAQUS® được tóm 
gồm các thông số sau: 
1 164,861kPa ; 1 8,88413kPa ; 
1 0 và 2 0,023017kPa ; 2 4,818kPa ; 2 0 ; 
Đặc tính đàn hồi nhớt của vật liệu đệm PUR, được xác 
định dựa vào chuỗi Prony theo thời gian cho mô đun cắt 
được sử dụng. Do phụ thuộc thời gian của mô đun khối 
lượng thường khá nhỏ (0) đối với loại vật liệu này, nên đặc 
tính siêu đàn hồi của mô hình vật liệu được giới hạn trong 
mô đun cắt. Trong nghiên cứu này, mô đun cắt phụ thuộc 
thời gian, G (t), được định nghĩa theo thuật ngữ của mô đun 
cắt tức thời, G0, như sau: 
1
0 (1 )( )
G
N
i
i
t
iG eG t G

  (2) 
Ở đó 
G
i là thời gian thư giãn và N là thứ tự của chuỗi 
Prony. G0 và Gi tương ứng là mô đun cắt tức thời và tương 
đối, N là số bậc của chuỗi Prony (N=2, trong nghiên cứu 
này). Các thông số đàn hồi nhớt được sử dụng trong bài 
báo này được trích dẫn từ [19] như sau: 
1 10,3003; 0,010014G s và 2 20,1997; 0,1002G s . 
2.2.2. Mô mông-đùi 
Do sự phức tạp lớn tồn tại trong tính chất vật liệu của cơ 
thể người. Vậy nên, để đơn giản hóa tính chất vật liệu như 
nhóm tác giả đã trình bày ở trên: một mô hình đồng nhất hóa 
mô mềm cơ thể người đã được sử dụng, với tính chất vật liệu 
là không tuyến tính, đẳng hướng, đồng nhất và gần như 
không nén được, có thuộc tính siêu đàn hồi với phương trình 
biến dạng lớn cho vật liệu của mô mông-đùi theo các tài liệu 
tham khảo [9, 13-14]. Mô hình siêu đàn hồi Mooney – Rivlin 
được sử dụng cho hành vi cơ học của mô cơ mông-đùi. Mô 
hình được dựa trên sự biến thiên năng lượng biến dạng như 
được định nghĩa trong phương trình sau: 
2
10 1 01 2
1
2
( 3) ( 3) ( 1)U C I C I J
D
 (3) 
U là năng lượng biến dạng trên một đơn vị thể tích; C10, 
C01 - Các tham số vật liệu được sử dụng để mô tả các đặc 
tính cắt của vật liệu, D1 - Thông số vật liệu được sử dụng 
để mô tả độ nén của vật liệu, Ī1, Ī2 - Hai bất biến của dạng 
đẳng động tensors của chủng Cauchy-Green, J – là khối 
lượng thay đổi tỷ lệ vật liệu sau và trước khi biến dạng. 
Các thông số vật liệu cho mô mông-đùi được lấy từ [8] 
với Poisson 0.495 (Bảng 1). 
Bảng 1. Thông số siêu đàn hồi Mooney–Rivlin của 
mô mông-đùi 
C10 (MPa) C01 (MPa) D1 (MPa-1) 
0,00165 0,00335 2 
Tương tự như đặc đàn hồi nhớt của vật liệu mô mông-đùi 
được xác định tương tự như vật liệu PUR của đệm xe lăn, bằng 
cách sử dụng mô hình chuỗi Prony theo thời gian như phương 
trình (2). Các thông số đàn hồi nhớt cho vật liệu của mô mông-
đùi được thiết lập là g1 = 0,5, k1 = 0,5 và τ1 = 0,8 s [9, 13-14]. 
2.3. Tương tác cơ-nhiệt 
2.3.1. Tương tác giữa mô mông-đùi và đệm xe lăn 
Sự tương tác giữa mô mông-đùi và đệm xe lăn được phân 
86 Bùi Hệ Thống, Hồ Trần Anh Ngọc 
tích trong ABAQUS®/ Explicit 6.13 sử dụng thuật toán cặp 
tiếp xúc. Sự tương tác của cặp tiếp xúc được xác định bởi bề 
mặt của mô mông-đùi với bề mặt đệm xe lăn. Trong nghiên 
cứu này, nhóm tác giả đã sử dụng một thuật toán liên hệ bằng 
phương pháp hình phạt với sự trượt hữu hạn (ma sát 
Coulomb) cho mô phỏng số. Dạng tiếp xúc là ‘‘bề mặt với 
bề mặt’’, hệ số ma sát 0,5 [6, 9, 13-14] được sử dụng nhằm 
xác định cặp tiếp xúc của mô hình “mông-đùi” và “đệm xe 
lăn”. Bề mặt trên của mô mông-đùi được liên kết với một 
tấm bề mặt cứng nhắc bằng cách tiếp xúc “dính kết”. 
Hình 3. Mô tả sự tương tác cơ-nhiệt giữa mô mông-đùi và 
 đệm xe lăn 
Pennes [15] và Fiala [16] đã phát triển cơ chế truyền 
nhiệt xảy ra trong mô sống của cơ thể người, được gọi là 
công thức truyền nhiệt cơ y sinh. Phương trình vi phân này 
mô tả sự truyền nhiệt đồng nhất, trong một thể tích mô 
không giới hạn như sau: 
2
2
( )m b v
T T T
k q T T C
r r r t

 
   
   
 (4) 
Trong phương trình này, k: là hệ số dẫn nhiệt của mông-
đùi[W.m-1.K-1]; T: nhiệt độ của mông-đùi [°C]; mq : là 
dòng nhiệt trao đổi chất [W.m-3]; bT T : là sự truyền 
của dòng máu trong mô mông-đùi, với .w .bl bl blc 
(thuật ngữ đối lưu nhiệt, trong đó bl là mật độ máu [kg.m
-
3], wbl là tỷ lệ di chuyển của máu [m
3.s-1.m-3], blc là nhiệt 
dung riêng của máu [J.kg-1.K-1]); bT là nhiệt độ của máu ở 
động mạch [°C]. Sự kết hợp này được cân bằng bởi lưu 
lượng nhiệt trong khối lượng mô (vế bên phải của phương 
trình (4), trong đó ρ là mật độ mô [kg.m-3], điện dung nhiệt 
[J.kg-1.K-1], t là thời gian (s). 
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã cố định nhiệt độ 
của mông-đùi là 34°C, nhiệt độ phòng là 20°C theo [16]. Thời 
gian tương tác (thời gian ngồi) giữa mông-đùi cơ thể người và 
đệm xe lăn được thực hiện trong một khoản thời gian 35 phút. 
Để giảm thời gian tính toán đối với mô hình truyền nhiệt phần 
tử hữu hạn, nhóm tác giả giả định mô hình đối xứng tuyệt đối 
và miền tính toán là một nữa mô hình mông-đùi cơ thể người 
và đệm xe lăn. Quá trình tương tác nhiệt giữa mông-đùi và 
đệm xe lăn được trình bày trong Hình 3. 
Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng 
sự tương tác nhiệt trong tiếp xúc giữa mông-đùi và đệm xe lăn 
là một hàm theo thời gian. Phương trình tổng quát chung về 
truyền nhiệt có thể được trình bày dưới dạng [17]. 
2
v
T
C k T S
t

  

 (5) 
Trong đó, nhiệt độ cục bộ của đệm xe lăn là T [°C], thay 
đổi theo tọa độ, không gian và thời gian t(s). Các thuộc tính 
của vật liệu trong phương trình (5): k, ρ, và Cv là độ dẫn nhiệt 
vật liệu [W.m-1.K-1], mật độ [kg.m-3] và nhiệt dung riêng 
[J.kg-1.K-1], tương ứng. Thuật ngữ nguồn, S là nhiệt sinh ra 
trên một đơn vị thể tích cho các nút. Nhiệt độ của đệm được 
giả định đặt trong môi trường có nhiệt độ 20°C, đó là nhiệt 
độ môi trường xung quanh, được sử dụng trong mô phỏng. 
Phương trình (5) là phương trình trao đổi nhiệt giữa hai vật 
thể tiếp xúc trực tiếp với nhau, có nghĩa là các vùng tiếp xúc 
giữa mô mông-đùivà đệm xe lăn. Đối với các khu vực không 
tiếp xúc, trao đổi nhiệt giữa mô mông – đùi, đệm xe lăn và 
môi trường xung quanh xảy ra do đối lưu và bức xạ nhiệt. 
Các thông số nhiệt của vật liệu đệm PUR và mô mông -
đùi trong mô phỏng này được thể hiện trong Bảng 2 [17-18]. 
Bảng 2. Tính chất nhiệt của mông-đùi và đệm xe lăn ở 
 nhiệt độ phòng cho mô phỏng 
Vật liệu 
Hệ số dẫn nhiệt 
(W.C-1.m-1) 
Nhiệt dung riêng 
(J.kg-1.C-1) 
Khối lượng 
riêng (kg.m-3) 
Mông-đùi 1 0,4k 1 3470vC 1100 
Đệm PUR 2 0,033k 
2 1100vC 
175 
2.3.2. Tải trọng áp dụng và điều kiện biên 
Tải trọng được áp dụng trong bài báo này là một cơ thể 
người có khối lượng 75 kg. Đối với bài toán nhiệt phần tử 
hữu hạn như giả định ở trên, nhóm tác giả sử dụng một nữa 
mô hình mô mông-đùi (có khối lượng là 37.5 kg). Hình 4.a, 
cho thấy các điều kiện tải và ranh giới giữa mô mông-đùi 
và đệm xe lăn PUR. Bề mặt đáy của đệm xe lăn được cố 
định trên xe lăn. Mô mông-đùicơ thể người ngồi tĩnh tại và 
tương tác có ma sát với đệm xe lăn PUR và tịnh tiến theo 
trục Y. Gia tốc trọng trường g = 9.81 m/s2 được áp dụng 
cho trường hợp của nghiên cứu. 
Hình 4. Điều kiện biên (a) và lưới phần tử hữu hạn (b) trong mô 
hình mông-đùi/đệm xe lăn 
(a) 
(b) 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 87 
Trong mô hình phần tử hữu hạn (Hình 4.b), nhóm tác 
giả sử dụng loại phần tử tứ diện C3D4 được sử dụng cho 
mô hình cơ thể người (455961 phần tử; 88799 nút) và dạng 
khối 8 nút C3D8R cho mô hình đệm PUR (13202 phần tử; 
15792 nút); xe lăn được giả định là tuyệt đối cứng (73053 
phần tử loại R3D3; và 36060 nút). 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Áp lực tiếp xúc 
Như Hình 5, áp suất tiếp xúc lớn nhất là 86,5 kPa được 
tập trung tại bề mặt mô mông-đùi cơ thể người/đệm xe lăn 
nơi mà trọng lương cơ thể tập trung nhiều nhất. Khi so sánh 
này với kết quả (175,8 kPa) thu được trong nghiên cứu [13-
14] với một loại đệm tổ ong (Thermoplastic Polyurethane), 
trong cùng điều kiện mô hình hóa ở cùng vị trí ngồi, kết 
quả của nghiên cứu này cho thấy sự giảm áp lực tiếp xúc 
khoảng 2,03 lần. Điều này cho thấy vật liệu đệm và cấu 
trúc đệm xe lăn là rất quan trọng trọng việc giảm áp lực 
phân bố. Là một trong những yếu tố góp phần hạn chế sự 
hình thành và phát triển của loét áp lực, cũng như cải thiện 
sự thoải mái của vị trị ngồi đối với người sử dụng xe lăn. 
Hình 5. Áp lực phân bố tại bề mặt mông-đùi 
3.2. Phân bố áp suất cắt 
Các kết quả trong Hình 6 được lấy theo hệ số ma sát 
không đổi trong điều kiện tĩnh (0,5). Trong mô hình nghiên 
cứu của nhóm tác giả, giá trị áp lực cắt phân bố lớn nhất tại 
bề mặt là 10,13 kPa. So sánh với áp suất cắt tại bề mặt 
mông-đùi trong trường hợp sử dụng đệm tổ ong 
(Thermoplastic Polyurethane) [13-14] giá trị này giảm 5,6 
lần (10,13 kPa so với 57 kPa). Điều này được giải thích là 
trong trường hợp nghiên cứu này, cấu trúc của đệm PUR là 
đệm đặc và phẳng nên diện tích tiếp xúc giữa mông-đùi và 
đệm xe lăn tăng đáng kể so với trường hợp của nghiên cứu 
[13-14] (đệm lỗ tổ ong) trong cùng điều kiện ma sát. 
Hình 6. Áp suất cắt tại bề mặt tiếp xúc trên mông-đùi 
3.3. Ứng suất bên trong mô mông-đùi 
Trong nghiên cứu này, ứng suất von Mises tập trung ở 
mông-đùi và đệm xe lăn được xác định bằng phương pháp 
phần tử hữu hạn. Hình 7 cho thấy sự phân bố của ứng suất 
tương đương von Mises chủ yếu ở bề mặt tương tác giữa 
mông-đùi và đệm xe lăn. Giá trị ứng suất von Mises lớn 
nhất là 87,31 kPa. 
Hình 7. Ứng suất von Mises đối với 
mô hình mô mông-đùi/ đệm và xe lăn 
3.4. Nhiệt độ phân bố tại bề mặt tương tác 
Hình 8.a cho thấy sự phân bố nhiệt độ mô phỏng tại bề 
mặt tiếp xúc giữa mô mông-đùi cơ thể người và đệm xe lăn 
sau 35 phút ngồi. Nhiệt độ cao nhất thu được ở bề mặt đệm 
PUR là 33,74°C. Có thể nhận thấy rằng, hầu hết các vị trí 
có nhiệt độ lớn nhất đều tập trung ở bề mặt tiếp xúc hoặc 
vị trí gần đó. Ở nơi khác vị trí xa mô mông-đùi (không tiếp 
xúc trực tiếp với mô mông), có nhiệt độ thấp hơn. 
Hình 8. Nhiệt độ phân bố trên mông đùi và đệm (a); đồ thị biến 
thiên nhiệt độ tại các vùng trên đệm (b) 
Dựa vào Hình 8.b, chúng ta có thể thấy rằng nhiệt độ trên 
bề mặt của đệm PUR tăng nhanh trong giai đoạn đầu tiên 
của mô phỏng (khoảng 6 phút đầu tiên). Giá trị nhiệt độ tại 
bề mặt đệm PUR tăng rất nhanh từ 20°C đến 32,7°C. Điều 
này là do sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa mô mông-đùi 
và đệm. Sau đó, nhiệt độ trên đệm tiếp tục tăng tương đối 
với tốc độ chậm trong giai đoạn từ 6 - 22 phút (với giá trị 
nhiệt độ tăng từ 32,7 đến 33,2°C). Trong thời gian còn lại, 
từ 22 đến 35 phút, nhiệt độ tăng lên đến giá trị cực đại và 
sau đó bão hòa ở 33,74°C. 
(a) 
(b) 
88 Bùi Hệ Thống, Hồ Trần Anh Ngọc 
4. Kết luận 
Một phương pháp phần tử hữu hạn 3D đã được phát 
triển cho mô hình đệm xe lăn và mông-đùi cơ thể người. 
Kết quả của nghiên cứu này cho thấy rằng đệm xe lăn loại 
PUR được sử dụng là thích ứng với khả năng giảm áp lực 
tại bề mặt, nhiệt độ và ứng suất tại bề mặt tương tác, điều 
này sẽ giúp cải thiện sự thoải mái và ngăn chặn sự hình 
thành của vết loét áp lực đối với bệnh nhân sử dụng xe lăn. 
Bước tiếp theo của nghiên cứu này, nhóm tác giả sẽ tích 
hợp mô Hình 3D có xét đến sự ảnh hưởng của lớp da và hệ 
xương, để định lượng áp suất cắt với các hệ số ma sát tiếp 
xúc thay đổi và áp lực bên trong mô và xương. Đồng thời 
đánh thực hiện mô phỏng đánh giá các tư thế ngồi khác 
nhau đến sự thay đổi của áp lực. 
Lời cảm ơn 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa 
học và công nghệ Đại học Đà Nẵng trong đề tài có mã số: 
B2018-ĐN06-12. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Organisation mondiale de la Santé et Banque mondiale: Rapport 
mondial sur le handicap (2011), 
[2] WEB; https://tieplua.net/tin-tuc/so-lieu-thong-ke-ve-nguoi-khuyet-
tat-viet-nam-141.html; trích dẫn ngày 28/06/2018. 
[3] Sonenblum, S.E., Sprigle, S.H., Martin, J.S., 2016. Everyday sitting 
behavior of full-time wheelchair users. Journal of Rehabilitation 
Research & Development, 55(5), 585-598. 
[4] Bennett, G., Dealey, C. and Posnett, J., 2004. The cost of pressure 
ulcers in the UK. Age and ageing, 33(3), 230–235. 
[5] Sprigle, S., Chung, K.C. and Brubaker C.E., 1990. Reduction of 
sitting pressures with custom contoured cushions. Journal of 
Rehabilitation Research and Development, 27(2), 135–139. 
[6] Tang, C.Y., Chan, W. and Tsui, C.P, 2010. Finite element analysis 
of contact pressures between seat cushion and human buttock–thigh 
tissue. Engineering, 2(9), 720–731. 
[7] Verver, M.M., Van Hoof, J., Oomens, C.W.J., Wismans, J.S.H.M. and 
Baaijens, F.P.T, 2004. A finite element model of the human buttocks 
for prediction of seat pressure distributions. Computer Methods in 
Biomechanics and Biomedical Engineering, 7(4), 193–203. 
[8] Mohanty, P.P. and Mahapatra, S.S, 2014. A finite element approach 
for analyzing the effect of cushion type and thickness on pressure 
ulcer. International Journal of Industrial Ergonomics, 44(4), 499–509. 
[9] Grujicic, M., Pandurangan, B., Arakere, G., Bell, W.C., He, T. and 
Xie, X., 2009. Seat-cushion and soft-tissue material modeling and a 
finite element investigation of the seating comfort for passenger-
vehicle occupants. Materials & Design. 30(10), 4273–4285. 
[10] Oomens, C.W., Bressers, O.F., Bosboom, E.M., Bouten, C.V. and 
Blader, D.L., 2003. Can loaded interface characteristics influence 
strain distributions in muscle adjacent to bony prominences? 
Computer methods in biomechanics and biomedical engineering, 6 
(3), 171-180. 
[11] Trewartha, M., Stiller, K., 2011. Comparison of the pressure 
redistribution qualities of two airfilled wheelchair cushions for 
people with spinal cord injuries, Australian occupational therapy 
journal, 58 (4), 287-292. 
[12] Norme ISO, 2007. Wheelchair seating -- Part 2: Determination of 
physical and mechanical characteristics of devices intended to 
manage tissue integrity -- Seat cushions. 
[13] Bui, H.T., Pradon, D., Lestriez, P., Debray, K. and Taiar, R., 2018. 
The prevention of pressure ulcers: biomechanical modelization and 
simulation of human seat cushion contributions. Springer as Lecture 
Notes in Mechanical Engineering. 80, 1157-1170. 
[14] Bui, H.T., Lestriez, P., Pradon, D., Debray, K. and Taiar, R., 2018. 
Biomechanical modeling of medical seat cushion and human 
buttock-tissue to prevent pressure ulcers. Russian Journal of 
Biomechanics, 22 (1), 37-47. 
[15] Pennes, H. H., 1978. Analysis of tissue and arterial blood temperatures 
in the resting human forearm. J. Appl. Physiol. 1, 93-121. 
[16] Fiala, D., 1998. Dynamic simulation of human heat transfer and 
thermal comfort. Thesis institute of energy and sustainable 
development De Montfort University Leicester. 
[17] S.Paulke, E.Kreppold. The application of thermal simulation 
techniques for seat comfort optimizations. P+Z Engineering and 
BMW Group, 2008. 
[18] Shaw, A., Pay, N.M., Preston, R.C., Bond, A.D. Proposed standard 
thermal test object for medical ultrasound, Ultrasound Med Biol, 
25 (-), 121-132, 1999. 
(BBT nhận bài: 03/10/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 18/10/2018)