Nghiên cứu và xây dựng ứng dụng IoT theo dõi nhịp tim của bệnh nhân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN ĐÌNH QUANG MINH

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG IOT
THEO DÕI NHỊP TIM CỦA BỆNH NHÂN

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH
Mã số: 60 48 01 01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

Đà Nẵng, năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HUỲNH CÔNG PHÁP

Phản biện 1:
PGS.TS. Ngyuyễn Tấn Khôi
Phản biện 2:
TS. Nguyễn Quang Thanh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ ngành Khoa học máy tính họp tại Trường Đại học Bách khoa vào
ngày 08 tháng 12 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
− Thư viện Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách khoa –
ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ Tư (I4.0) đang diễn ra sôi
động trên thế giới với sự hội tụ của thế giới vật lý và thế giới ảo (kỹ
thuật số), trong đó động lực cơ bản thúc đẩy cuộc cách mạng này nó
là Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) đang phát triển với tốc
độ đáng kinh ngạc. Lợi ích tiềm tàng của Internet vạn vật dường như
là vô tận và các ứng dụng Internet vạn vật đang thay đổi lối sống và
cách làm việc của chúng ta bằng cách tiết kiệm thời gian, nguồn lực
và mở ra các cơ hội mới cho tăng trưởng, đổi mới và sáng tạo tri
thức.[1]
Hoạt động của trái tim là một quá trình phức tạp và quan trọng
đối với cơ thể người. Khi khám bệnh thì công việc đầu tiên của các y
bác sĩ là thu thập những thông tin về tình trạng sinh lý của bệnh
nhân, một trong những thông tin đó là nhịp tim. Việc theo dõi nhịp
tim của bệnh nhân có ý nghĩa quan trọng trong quá trình khám và
điều trị bệnh hoặc là khi hậu phẫu. Ngày nay, những bệnh nhân mắc
những bệnh mãn tính, khởi phát biến chứng đột ngột, khó phòng
ngừa như tim mạch, đột quỵ ngày càng gia tăng, nên việc theo dõi
thông tin về nhịp tim cần có tính chính xác và tính liên tục cao.
Hiện nay, thực trạng quá tải bệnh nhân ở các cơ sở khám chữa
bệnh vẫn thường xuyên xảy ra, vấn đề này dẫn đến việc thu thập

thông tin về nhịp tim không thuận lợi vì thiếu số lượng thiết bị
chuyên dụng và thiếu nhân viên y tế để thực thi. Chính vì vậy, việc
thu thập, lưu trữ và theo dõi thông tin nhịp tim ở các cơ sở khám
chữa bệnh chỉ diễn ra ở một vài thời điểm xác định và không có tính
liên tục, thường xuyên. Đề tài đề xuất ứng dụng IoT để giải quyết
thực trạng trên bằng quá trình tự động hóa ghi nhận của các thiết bị
điện tử, giúp tối thiểu hóa nguy cơ lỗi, đồng nghĩa với tăng hiệu quả,


2
giảm chi phí và cải thiện chất lượng.
Đó cũng là lý do tôi chọn thực hiện luận văn với đề
tài:”NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG IOT THEO DÕI
NHỊP TIM CỦA BỆNH NHÂN ” dưới sự hướng dẫn của PGS-TS
Huỳnh Công Pháp.Với những tìm hiểu về IoT, luận văn này còn xây
dựng một mô hình thực nghiệm để thu thập, lưu trữ và hiển thị dữ
liệu về nhịp tim của bệnh nhân liên tục để hỗ trợ cho các quyết định
của bác sĩ trong quá trình điều trị các bệnh lý liên quan đến nhịp tim.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng hệ thống IoT theo
dõi nhịp tim của bệnh nhân với các chức năng: thu thập, lưu trữ, hiển
thị dữ liệu nhịp tim từ xa thông qua Internet.
2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nêu ra những đặc điểm chính và các ứng dụng của IoT trong
đời sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực y tế thông minh
- Tìm hiểu các phương pháp theo dõi nhịp tim của bệnh nhân ở
các cơ sở khám chữa bệnh.
- Tìm hiểu phương pháp đo nhịp tim bằng cảm biến dạng
quang Pulse Sensor.

- Xây dựng hệ thống IoT theo dõi nhịp tim từ xa.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
- Kiến trúc hệ thống IoT
- Cách thức thu thập dữ liệu thông tin về nhịp tim của bệnh
nhân để theo dõi từ xa.
- Các giải pháp xây dựng và kết nối các thiết bị, ứng dụng
hình thành nên hệ thống IoT trong lĩnh vực y tế.
3.2 Phạm vi nghiên cứu


3
- Nghiên cứu các mô hình IoT trong lĩnh vực y tế.
- Xây dựng mô hình thử nghiệm.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết liên quan đến IoT
- Phương pháp thực nghiệm.
+ Xây dựng mô hình phần cứng
+ Xây dựng lưu đồ hoạt động của hệ thống, viết
chương trình ứng dụng, kiểm thử.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Bằng việc áp dụng hệ thống IoT trong luận văn này, ta có thể
tự động thu thập dữ liệu về nhịp tim của bệnh nhân một cách liên tục,
theo dõi dữ liệu đó từ xa thông qua Internet và hỗ trợ cho các bác sĩ
cũng như người thân của bệnh nhân trong các quyết định điều trị liên
quan đến các bệnh lý về tim mạch.
CHƯƠNG 1 – NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1 Tìm hiểu về nhịp tim
1.1.1 Giới thiệu chung
Tim của chúng ta liên tục co bóp, bơm máu lưu thông đi khắp

cơ thể. Để dễ dàng chẩn đoán các vấn đề liên quan đến hoạt động
chính yếu này, giới y học đặt ra một chỉ số gọi là nhịp tim (heart
rate). Nhịp tim được hiểu là số lần tim co bóp trong vòng một phút.
Đây là thông số đặc trưng của mỗi người và sẽ biến thiên theo sự lão
hóa của chúng ta. Nhịp tim được đo theo đơn vị nhịp / phút.
1.1.2 Nhịp tim trung bình
Nhịp tim là số lần tim đập trong một phút (BPM - Beat Per
Minute). Nhịp tim của mỗi chúng ta không giống nhau và bao hàm
hai khái niệm:
• Nhịp tim nghỉ ngơi


4
• Nhịp tim mục tiêu:

1.1.3 Ý nghĩa của việc theo dõi nhịp tim
Nhịp tim là con số tưởng chừng như quen thuộc nhưng không
phải ai cũng tỏ tường, nhất là khi nó là thông số hàng đầu cần quan
tâm về sức khỏe tim mạch. Khi đến khám bệnh thì công việc đầu tiên
của y bác sĩ là thu thập thông tin về tình trạng sinh lý của người bệnh,
trong đó có tình trạng nhịp tim. Nhịp tim có thể cho biết nhiều chi tiết
về tình trạng khỏe mạnh hoặc đau yếu của cơ thể người.
1.2 Các phương pháp theo dõi nhịp tim trong các cơ sở khám
chữa bệnh tại địa phương
1.2.1 Phương pháp không xâm lấn
a) Phương pháp thủ công
b) Nghe tiếng tim
Nhận xét: là những phương pháp phổ biến, đơn giản.
1.2.2 Phương pháp đo nhịp tim Oscillometric
Nhận xét: bác sĩ phải thực hiện trực tiếp trên cơ thể của bệnh

nhân ở những thời điểm cần thiết.
1.2.3 Điện tâm đồ (Electrocardiogram -ECG)
Nhận xét: là phương pháp có độ chính xác cao, được sử dụng
nhiều trong các bệnh viện, trung tâm khám sức khỏe, có thể đo được
nhiều thông số trong cùng một khoảng thời gian.
1.3 Tình hình ứng dụng tin học và công nghệ trong các cơ sở
khám chữa bệnh ở Quảng Nam
Theo báo cáo của VNPT năm 2017, đến nay VNPT Quảng
Nam đã triển khai ứng dụng phần mềm khám chữa bệnh VNPT-HIS
tại 17/18 trung tâm y tế tuyến huyện, 209/237 trạm y tế tuyến xã, 4/7
bệnh viện và trung tâm chuyên khoa tuyến tỉnh và tại một số phòng
khám đa khoa khu vực trên địa bàn tỉnh Quảng Nam
Phần mềm được xây dựng với mục tiêu hỗ trợ công tác quản lý


5
bệnh viện hiệu quả hơn, cải cách thủ tục hành chính, góp phần chăm
sóc, phục vụ người bệnh tốt hơn. 1.4 Tổng quan về IoT
1.4.1 Khái niệm
Một hệ thống thông tin trước đây đã mang đến 2 chiều –
“Anytime” và “Anyplace” communication. Giờ IoT đã tạo thêm một
chiều mới trong hệ thống thông tin đó là “Anything”
1.4.2 Kiến trúc hệ thống IoT
Trong IoT, có ba vấn đề sẽ được tập trung vào đó là: cảm nhận
toàn diện, truyền đáng tin cậy và xử lý thông minh. Do đó, cấu trúc
hệ thống IoT được chia thành ba lớp: sensing layer, network/transport
layer, Application layer.

Hình 1.9 Mô hình kiến trúc hệ thống IoT
1.4.3 Đặc điểm cơ bản và yêu cầu đối với hệ thống IoT

Đặc điểm cơ bản:
Đặc điểm cơ bản của hệ thống IoT :
Tính tương tác – Interconnectivity
Các dịch vụ liên quan đến các đối tượng - Things-related
services:


6
Tính không đồng nhất – Heterogeneity
Thay đổi linh hoạt - Dynamic changes:
Quy mô lớn - Enormous scale
Yêu cầu đối với hệ thống IoT:
Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:
– Kết nối dựa trên sự nhận diện
– Khả năng cộng tác
– Khả năng tự quản của mạng
– Dịch vụ thoả thuận
– Các khả năng dựa vào vị trí (location-based capabilities)
– Bảo mật:
– Bảo vệ tính riêng tư
– Cắm và chạy - Plug and play
1.4.5 Ứng dụng của IoT.
Internet of things giúp ích rất nhiều trong nền y học hiện đại:
Hệ thống IoT có thể theo dõi được sức khỏe của con người từ
xa một cách chính xác, cùng với đó là hệ thống cảnh báo sức khỏe,
các thông báo khẩn cấp đến con người về vấn đề sức khỏe của họ.
1.5 Các thiết bị điện tử theo dõi nhịp tim hiện có trên thị trường.
- Trên Smartphone có những ứng dụng cho phép người dùng
theo dõi nhịp tim qua đèn Flash
- Các thiết bị đeo tay : đồng hồ đeo tay Smartwatch, vòng đeo

tay của các hãng sản xuất Samsung, Apple…
- Máy đo huyết áp và nhịp tim điện tử
1.6 Kết luận chương 1
Chương 1 đưa ra các nội dung tổng quan của đề tài:
- Giới thiệu về nhịp tim và tầm quan trọng của việc theo dõi
nhịp tim đối với cơ thể người
- Các phương pháp theo dõi nhịp tim.


7
- Giới thiệu tổng quan về IoT, những lợi ích khi ứng dụng hệ
thống IoT trong việc theo dõi sức khỏe của con người từ xa. Trên cơ
sở đó đề xuất giải pháp ứng dụng IoT để theo dõi thông số nhịp tim
của bệnh nhân từ xa thông qua Internet.
CHƯƠNG 2 - GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ
THEO DÕI NHỊP TIM TỪ XA
2.1 Đặt vấn đề
Sự tiến bộ trong công nghệ cảm biến và sự phát triển với tốc
độ đáng kinh ngạc của Internet of Things đã đem đến những thay đổi
lớn trong lĩnh vực y tế. Những đặc điểm của IoT như: thu thập, theo
dõi, cảnh báo …rất phù hợp với việc xây dựng một hệ thống theo dõi
nhịp tim có các chức năng như trên. Một hệ thống IoT theo dõi nhịp
tim từ xa có thể hỗ trợ các bác sĩ trong việc điều trị, chẩn đoán hoặc
có thể thông qua hệ thống để gửi những tư vấn, cảnh báo kịp thời đến
với bệnh nhân mà không cần thiết phải tiếp xúc trực tiếp với bệnh
nhân. Hệ thống sẽ giúp tăng hiệu quả điều trị, giảm chi phí và cải
thiện chất lượng. Đó là mục tiêu mà đề tài này hướng đến.
2.2 Sử dụng công nghệ IoT để theo dõi nhịp tim
2.2.1 Tổng quan hệ thống

Hình 2.1 Tổng quan hệ thống theo dõi nhịp tim


8
2.2.2 Chức năng của từng module
2.3 Phân tích và thiết kế hệ thống.
2.3.1 Kiến trúc hệ thống

Hình 2.2 Kiến trúc của hệ thống IoT theo dõi nhịp tim
2.3.2 Lưu đồ hoạt động của hệ thống

Hình 2.3 Lưu đồ hoạt động của hệ thống


9
2.4. Vấn đề kỹ thuật xây dựng hệ thống IoT theo dõi nhịp tim
2.4.1 Giới thiệu các giao thức truyền thông không dây trong IoT
a) Giới thiệu
Ý tưởng chính cho IoT vẫn là Internet. Không giống như
Internet, IoT không chỉ có PC và các máy chủ mà còn có các hệ
thống máy tính nhúng và các cảm biến hỗ trợ được coi là thiết bị đầu
cuối. Ví dụ như các thiết bị giám sát môi trường, thiết bị thực tế
ảo,…các thiết bị này có phần cứng kết nối với Internet và có khả
năng trao đổi dữ liệu. IoT có thể kết nối tất cả các loại đối tượng độc
lập và hoạt động cùng nhau, để đạt được một mạng kết nối có chức
năng cụ thể nào đó.
b) Wifi
Wi-Fi là một công nghệ nền tảng IEEE802.11, được sử dụng
trong mạng cục bộ không dây WLAN(wireless local area network).
Kết nối Wi-Fi cho phép hai hoặc nhiều thiết bị di động sử dụng

Internet qua kết nối không dây. Kết nối này dựa trên điểm truy cập
AP (Access Point), cho phép người dùng di chuyển xung quanh trong
một vùng phủ sóng nhất định. Ngày nay, WiFi đã được thường được
sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.
c) Zigbee
Tên gọi Zigbee lấy cảm hứng từ điệu nhảy theo đường zig-zag
của ong mật, điệu nhảy này được loài ong sử dụng để trao đổi thông
tin với nhau về vị trí của hoa và nguồn nước, và mạng thông tin
Zigbee được tạo thành theo cách này.
ZigBee là một giao thức liên kết dữ liệu khác trong hệ thống
IoT, dựa trên chuẩn IEEE802.15.4. là một giao thức sử dụng tín hiệu
radio cho các mạng cá nhân PAN và hoạt động ở tần số 2.4 GHz.
Zigbee phù hợp với những ứng dụng không đòi hỏi tốc độ truyền dữ
liệu cao nhưng cần có mức độ bảo mật và thời gian hoạt động dài.


10
d) RFID
Nhận dạng qua tần số vô tuyến (Radio Frequency
Identification-RFID) là một công nghệ truyền thông không dây cho
phép các tín hiệu vô tuyến xác định mục tiêu cụ thể, đọc và ghi dữ
liệu liên quan mà không cần thiết lập một liên hệ cơ học hoặc quang
học giữa hệ thống và một mục tiêu cụ thể. Trong RFID, hai thiết bị
chính là Tag (thẻ) và Reader (đầu đọc)
2.4.2 Chuẩn giao tiếp SPI ( Serial Peripheral Bus – Chuẩn truyền
thông nối tiếp tốc độ cao)
Giao thức SPI do hãng Motorola phát minh và còn được biết
đến với tên gọi khác là Microwire. Giao thức SPI cung cấp một giao
thức nối tiếp đơn giản với các vi điều khiển, IC thời gian thực…
Cách kết nối cơ bản:

Hình 2.7 Giao tiếp 1 master – 1 slave
2.4.3 Xác định tín hiệu nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang
học
a) Phương pháp hấp thụ quang học [4]
Phương pháp hấp thụ quang học được thực hiện bằng cách sử
dụng cảm biến quang học phát ra tia sáng đi tới động mạch máu. Khi
tim co bóp đẩy máu đi khắp cơ thể, thời điểm tim giãn ra dồn máu
vào trong nó thì áp suất của máu cũng bắt đầu giảm đi, khi tim co lại
để dồn máu đi thì áp suất máu trong động mạch tăng lên. Sự tăng
giảm áp suất máu sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánh sáng của động
mạch, vì vậy tia sáng từ cảm biến quang học sau khi được truyền qua


11
động mạch sẽ có cường độ biến thiên đồng bộ với tín hiệu nhịp đập
của tim.
b) Tín hiệu điện tim Photoplethysmogram -PPG
PPG là một kỹ thuật quang không xâm lấn để đo sự thay đổi
thể tích máu bên trong các mạch máu. Nguyên tắc đằng sau các cảm
biến PPG là phát hiện quang học các thay đổi thể tích máu trong
động mạch. Hệ thống cảm biến bao gồm một nguồn sáng và một máy
dò, với các đi-ốt phát quang màu đỏ và hồng ngoại (IR) thường được
sử dụng làm nguồn sáng.
c) Dạng tín hiệu PPG:
Tín hiệu PPG khi thu được gồm 2 thành phần AC và DC.
Thành phần AC được chồng lên thành phần DC

Hình 2.11 Dạng tín hiệu PPG[8]
d) Kĩ thuật thu PPG:

Có hai phương thức thu PPG:
Phương thức truyền:

Hình 2.12 Thu tín hiệu PPG sử dụng LED và Photodetector
Phương thức phản xạ:


12

Hình 2.13 Thu tín hiệu bằng phương pháp phản xạ.
e) Đo thông số nhịp tim (BPM) thông qua cảm biến PPG:
Nhịp tim được xác định là số lần đập của tim trong một phút.
Xung nhịp tim từ cảm biến PPG sau khi thu được có hình dạng:

Hình 2.14 Tín hiệu nhịp tim
Để xác định giá trị nhịp tim (BPM), chương trình sẽ đọc tín
hiệu xuất ra từ cảm biến PPG theo thời gian, xác định giá trị trung
bình T của 10 IBI liên tiếp, từ đó sẽ tính toán cho ra giá trị nhịp tim
với công thức:
60000(𝑚𝑠)
Heart rate =
(bpm)
𝑇
2.5 Kết luận chương 2
Trong chương 2, đề tài đã đặc tả ý tưởng về mô hình IoT theo
dõi nhịp tim của bệnh nhân từ xa thông qua Internet để khắc phục
những hạn chế trong các phương pháp theo dõi truyền thống. Đồng
thời chương 2 còn giới thiệu những giao thức kết nối các thiết bị
trong hệ thống IoT gồm các kết nối không dây và có dây.Ngoài ra
còn nghiên cứu về phương pháp để xác định tín hiệu nhịp tim thông

qua cảm biến PPG. Đó là cơ sở để xây dựng một mô hình IoT đúng
với mục tiêu của đề tài đặt ra.


13
CHƯƠNG 3 - TRIỂN KHAI XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ THỬ
NGHIỆM
3.1 Yêu cầu của đề tài
Như đã trình bày ở các chương trước, IoT được sử dụng để xây
dựng các hệ thống tự động, thông minh trong lĩnh vực y tế và nhiều
lĩnh vực khác. Trong chương 3 của đề tài sẽ trình bày chi tiết về các
loại thiết bị được sử dụng để xây dựng một chương trình thực nghiệm
theo dõi thông số nhịp tim của người bệnh từ xa, sau đó sẽ tiến hành
cài đặt, thử nghiệm và đánh giá về các kết quả đạt được.
3.2 Xây dựng Module đo nhịp tim
3.2.1 Sơ đồ khối

Hình 3.1 Sơ đồ khối của Module đo nhịp tim
3.2.2 Tìm hiểu thiết bị Raspberry Pi
a) Giới thiệu
Raspberry Pi được tạo ra tại phòng thí nghiệm máy tính ở
trường đại học Cambirdge, nó được phát triển nhằm để giúp trẻ em
có thể tự tạo được những phần mềm cho riêng mình mà không tốn
kém nhiều tiền bạc.
b) Phần cứng:
Thông số kĩ thuật: Raspberry Pi 3 Model B hỗ trợ chuẩn Wifi
802.11n cùng Bluetooth 4.1
Cấu hình Raspberry Pi B
Chip
Broadcom BCM2835 SoC

14
Cấu hình Raspberry Pi B
Core architecture ARM11
CPU
700 MHz ARM1176JZFS
GPU
Dual Core VideoCore IV® Multimedia CoProcessor. Hỗ trợ Open GL ES 2.0, tăng tốc
phần cứng OpenVG, và bộ giải mã 1080p30
H.264.
RAM
Thẻ nhớ
Kích thước

512MB SDRAM
Sử dụng MicroSD
85 x 56 x 17mm

Nguồn

Micro USB 5V, 2A

Các kết nối
Ethernet

Cổng mạng Ethernet 10/100M

Video

HDMI hỗ trợ phiên bản 1.3/1.4 và Composite
RCA (PAL and NTSC)

Audio
USB
GPIO
Camera

Cổng ra 3.5 và HDMI
4 cổng USB 2.0
40 chân
Connector 15-pin MIPI Camera Serial Interface
(CSI-2)
Connector Display Serial Interface (DSI)
MicroSD

Display
Memory Card
Slot
Bảng III.1 Bảng thông số cấu hình phần cứng của Raspberry Pi
3 model B
c) Sơ đồ chân GPIO trên Raspberry Pi


15

Hình 3.3 Sơ đồ chân GPIO của Raspberry Pi
d) Hệ điều hành:
Về mặt kỹ thuật, Raspberry Pi là một máy tính, để máy tính
này hoạt động cần cài đặt hệ điều hành. Trong thế giới mã nguồn mở

linux, có rất nhiều phiên bản hệ điều hành tùy biến (distro) khác
nhau. Tùy theo nhu cầu và mục đích, cũng như khả năng học hỏi mà
ta sẽ sử dụng distro phù hợp với mình. Đề tài này sử dụng hệ điều
hành Raspian để điều khiển Raspberry pi.
3.2.3 Cảm biến nhịp tim dạng quang (Pulse Sensor)
Cấu tạo: Gồm hai thành phần là một đầu phát quang là bóng
hồng ngoại (bước sóng 609nm) và một quang trở nhạy với bước
sóng ánh sáng mà đầu phát phát ra.

Hình 3.4 Cảm biến nhịp tim dạng quang Pulse Sensor


16
Nguyên lý hoạt động:
Khi áp chặt mặt cảm biến vào da, nơi có mạch máu chảy
(thường là áp vào tai, đầu ngón tay,....để dễ kẹp). Đầu phát sẽ phát ra
ánh sáng đi vào trong da. Dòng ánh sáng đó sẽ bị khuếch tán ra xung
quanh, và một phần đi tới quang trở gần đầu phát. Do bị ép vào nên
lượng máu ở phấn cảm biến sẽ thay đổi, cụ thể khi không có áp lực
do tim đập, máu sẽ dồn ra xung quanh, lượng ánh sáng từ đầu phát sẽ
về đầu thu nhiều hơn so với tim đập, máu chảy qua nơi có cảm biến
áp vào.
Thông số kỹ thuật:
•
Nguồn : 3~5VDC
•
Dòng tiêu thụ : < 4mA
•
Ngõ ra : Analog.
•

Độ dài dây : 61cm ( 24 inch).
•
Đường kính cảm biến : 1.6 cm ( 0.625 inch)
3.2.4 IC MCP3008
MCP3008 là một bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số (ADC) 10bit. Nó có 8 kênh tương tự đầu vào và có tốc độ lấy
mẫu là 200ksps. MCP3008 được tích hợp giao tiếp SPI để truyền
nhận dữ liệu với các vi điều khiển.

Hình 3.6 Sơ đồ chân của MCP3008


17
3.2.5 Cài đặt các thư viện Python cần thiết cho chương trình
Đề tài sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để phát triển các ứng
dụng dùng cho hệ thống. Để thực hiện việc truyền nhận dữ liệu giữa
Raspberry Pi với cảm biến và IC MCP3008 cần cài đặt một số thư
viện sau:
a) Cài đặt thư viện RPi.GPIO
b) Cài đặt thư viện giao tiếp SPI
3.2.6 Thiết kế phần mềm
Lưu đồ thực hiện việc đo nhịp tim được mô tả trong hình dưới:

Hình 3.8 Lưu đồ thực hiện đo nhịp tim và gửi dữ liệu


18
3.3 Xây dựng ứng dụng IoT theo dõi nhịp tim từ xa
3.3.1 Mô hình tổng quan

Hình 3.9 Tổng quan mô hình thực nghiệm
3.3.2 Nguyên lý hoạt động
Khi bệnh nhân đươc đo nhịp tim bằng cách áp ngón tay vào
cảm biến, thiết bị đo sẽ thu thập dữ liệu nhịp tim và gửi lên Server,
Server sẽ lưu trữ dữ liệu này vào đúng cơ sở dữ liệu của bệnh nhân.
Web sevice sẽ tương tác với người dùng là bệnh nhân và bác sĩ
để hiển thị dữ liệu. Bệnh nhân và bác sĩ có thể theo dõi dữ liệu nhịp
tim được gửi lên theo thời gian thực dưới dạng đồ thị. Bác sĩ có thể
theo dõi lịch sử dữ liệu nhịp tim của bệnh nhân, thông tin chung của
bệnh nhân và có thể gửi những bản tin phản hồi để tư vấn hoặc cảnh
báo cho bệnh nhân thông qua Web.
3.4 Kết quả thử nghiệm và đánh giá
3.4.1 Kết quả thử nghiệm
Một số hình ảnh thực tế về giao diện của Web Service được sử
dụng trong hệ thống:
Giao diện đăng nhập:


19

Sau khi đăng nhập sẽ xuất hiện giao diện quản lý thông tin của
bệnh nhân:

Hình 3.10 Giao diện quản lý
Thông tin chung của bệnh nhân hiển thị trong tab General
Information:

Hình 3.11 Tab General Information
Thông tin về lịch sử nhịp tim của bệnh nhân đã được đo hiển

20
thị trong tab Medical theo thứ tự ngày đo:

Hình 3.12 Tab Medical
Chi tiết từng giá trị nhịp tim đo được của bệnh nhân được lưu
lại:

Hình 3.13 Giá trị nhịp tim được lưu trữ
Trong tab Feedback là những phản hồi của bác sĩ dành cho
bệnh nhân được lưu trữ lại theo thứ tự thời gian:

Hình 3.14 Tab Feedback


21
Giao diện khi bác sĩ tạo bản tin phản hồi dành cho bệnh nhân:

Giao diện khi bác sĩ và bệnh nhân muốn theo dõi thông tin
nhịp tim được đo theo thời gian thực:

3.4.2 Đánh giá kết quả
Qua nhiều lần thử nghiệm, chương trình chạy ổn định theo
đúng thiết kế hệ thống. Dữ liệu đo được và hiển thị lên Web để theo
dõi là trùng khớp 100% với nhau. Tất cả dữ liệu đo được nhiều lần


22
đều lưu trữ lại ở Server.
Tuy nhiên, về mặt đo thông số nhịp tim có những sai số xảy ra

do nhiều nguyên nhân:
Chất lượng của cảm biến: ± 2.5 %
Ảnh hưởng của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, nhiễu ánh
sáng.
Trong quá trình đo có những cử động ngoài ý muốn của ngón
tay cũng khiến kết quả sai khác đi.
3.4.3 Hạn chế
- Thiết bị đo nhịp tim demo chưa gọn, chưa thực sự tiện dụng
để tối ưu việc đo nhịp tim chính xác.
3.4.4 Hướng phát triển
Hướng phát triển của đề tài là sẽ thu gọn lại kích thước của
thiết bị đo để nhỏ gọn và có thể đeo tay (sử dụng vi điều khiển nhỏ
hơn).
3.5 Kết luận chương 3
Trong chương 3, đề tài đã xây dựng hoàn thiện hệ thống demo theo
dõi nhịp tim của bệnh nhân và đã tiến hành thực nghiệm. Kết quả
thực nghiệm cho thấy hệ thống đã hoạt động cơ bản đúng với các yêu
cầu của đề tài đề xuất.


23
KẾT LUẬN

Sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, báo cáo và sản phẩm
đã đạt được yêu cầu cơ bản của đề tài đặt ra, đó là:
Tìm hiểu nhịp tim, các phương pháp theo dõi và đo nhịp tim
của bệnh nhân, tìm hiểu tổng quan về công nghệ IoT và những lợi ích
mà IoT mang lại trong đời sống, từ đó đề xuất phương án thiết kế hệ
thống theo dõi nhịp tim từ xa.
Phân tích và thiết kế các module của hệ thống IoT để đo và

theo dõi thông số nhịp tim (BPM) của bệnh nhân sử dụng cảm biến
Pulse Sensor gắn trên đầu ngón tay. Thông số nhịp tim được thu thập,
lưu trữ và theo dõi thông qua nền tảng Web.
Ưu điểm:
Hệ thống xây dựng được đã giúp tự động hóa quá trình thu
thập, lưu trữ và theo dõi nhịp tim, hỗ trợ cho các bác sĩ trong quá
trình điều trị cho bệnh nhân, và giúp bệnh nhân cũng như người thân
có thể trực tiếp theo dõi thông số sức khỏe của mình cùng với những
phản hồi kịp thời của bác sĩ.
Hạn chế:
Vì thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên người làm chưa thiết
kế được thiết bị đo nhịp tim nhỏ gọn và tiện dụng hơn để tối ưu quá
trình đo nhịp tim.
Hướng phát triển của đề tài:
Đề tài có thể được phát triển thêm khi thiết bị đo nhịp tim được
thu gọn nhỏ lại và có thể đeo tay. Đồng thời thiết bị đo cần phân tích
các thông số khác liên quan đến nhịp tim như: độ biến thiên nhịp tim,
phổ BPM…hoặc các thông số sinh lý khác trên cơ thể của bệnh nhân:
nhiệt độ cơ thể, nồng độ oxy trong máu…để hỗ trợ tốt hơn nữa trong