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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÁY TÍNH

Đà Nẵng năm 2018


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: 6048.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS HUỲNH CÔNG PHÁP

Đà Nẵng năm 2018

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác. Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ.
Tác giả luận văn


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian hai năm học tập, nghiên cứu và làm luận văn tốt nghiệp, em đã
có được thêm nhiều tri thức bổ ích cho cơng việc và sự nghiệp giáo dục của mình. Để
có được điều này, một phần lớn là nhờ sự chỉ dạy nhiệt tình của các thầy cô giáo trong
khoa Công nghệ thông tin – trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
Em xin thành thật cảm ơn thầy PGS.TS Huỳnh Công Pháp, người thầy đã tận tâm
hướng dẫn và chỉ giáo cho em trong suốt nhiều tháng làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ.
Trong cả q trình làm luận văn, ngồi sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Pháp,
em cịn may mắn khi có được sự giúp đỡ và động viên từ gia đình, bạn bè thân thuộc.
Em xin gửi đến họ lời cảm ơn chân thành.
Luận văn tốt nghiệp được hoàn thành với sự nỗ lực và cố gắng của bản thân em
nhưng sẽ khơng tránh được những sai sót, kính mong các thầy cơ, bạn bè đóng góp
thêm những ý kiến hữu ích để hoàn thiện luận văn hơn nữa trong tương lai gần.
Quảng Nam, ngày 24 tháng 10 năm 2018
Tác giả luận văn

iii

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG IOT THEO DÕI NHỊP TIM CỦA BỆNH
NHÂN
Học viên: Nguyễn Đình Quang Minh

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: …………………………Khóa: 34, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Các ứng dụng Internet vạn vật ( Internet of things – IoT) 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. Một hệ thống IoT ứng dụng trong y tế 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. Các thiết bị trong hệ thống IoT
thường liên quan đến bệnh huyết áp, tim mạch.
Hoạt động của trái tim là một quá trình quan trọng đối với cơ thể người.Một trong những thông số
quan trọng của sức khỏe tim mạch là nhịp tim. Việc theo dõi nhịp tim của bệnh nhân có ý nghĩa
quan trọng trong q 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 phịng 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
thường xuyên.
Luận văn tập trung nghiên cứu và xây dựng ứng dụng IoT để tự động hóa q trình thu thập, lưu
trữ và theo dõi nhịp tim của bệnh nhân bằng việc ghi nhận của các thiết bị điện tử. Hệ thống sẽ
giúp tối thiểu hóa nguy cơ lỗi, đồng nghĩa với tăng hiệu quả, giảm chi phí và cải thiện chất lượng.
Từ khóa - Internet vạn vật, theo dõi nhịp tim, cảm biến nhịp tim, tim mạch, mạng cảm biến.

RESEARCH AND BUILDING IOT APPLICATION TO MONITOR PATIENT’S HEART
RATE
Abstract – Internet of Things (IoT) applications are changing the way we are living and the way
we are working owning to saving time and resources, and they are opening the door to the

development, innovation as well as knowledge creation. An IoT system which is applied in health
can monitor exactly human health from remote places. Together with it, it is health warning
system which sends humanurgent messages for their health problems. The devices in IoT system
are normally related to blood pressure and cardiovascular diseases.
The activity of heart is a crucial process in human body. One of the important parameters in
cardiovascular health is heart rate. Monitoring the heart rate of patients plays significant roles in
medical examination and treatment or after surgery. Nowadays, the patients who suffer from
chronic diseases or illnesses which develop abrupt complications and are difficult to prevent such
as cardiovascular diseases and cardiovascular accidents are increasing. Therefore, monitoring
heart rate requires accuracy and frequency.
This thesis focuses on studying and building IoT applications in order to automate the process of
collecting, saving and monitoring patient’s heart rate by acknowledging electronic devices. This
system helps to minimize the risk of error, which increases the efficiency, cuts the cost and
improves quality in health.
Key words – Internet of things, Heart rate monitor, Heart beat sensor, Network sensor, Heartrelated diseaes


iv

MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................. vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .....................................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................... x
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................................ 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................... 1
2.1 Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................... 1
2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................... 2
3.2 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................................ 2
CHƯƠNG 1 – NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ....................................................................... 3
1.1 Tìm hiểu về nhịp tim ........................................................................................................ 3
1.1.1 Giới thiệu chung ........................................................................................................ 3
1.1.2 Nhịp tim trung bình ................................................................................................... 3
1.1.3 Ý nghĩa của việc theo dõi nhịp tim ............................................................................ 5
1.2 Các phương pháp theo dõi nhịp tim trong các cơ sở khám chữa bệnh tại địa phương.... 5
1.2.1 Phương pháp không xâm lấn ..................................................................................... 5
1.2.2 Phương pháp đo nhịp tim Oscillometric ................................................................... 6
1.2.3 Điện tâm đồ (Electrocardiogram -ECG) ................................................................... 7
1.3 Tình hình ứng dụng tin học và cơng nghệ trong các cơ sở khám chữa bệnh ở Quảng
Nam ........................................................................................................................................ 9
1.4 Tổng quan về IoT ........................................................................................................... 10


v
1.4.1 Khái niệm................................................................................................................. 10
1.4.2 Kiến trúc hệ thống IoT ............................................................................................ 10
1.4.3 Đặc điểm cơ bản và yêu cầu đối với hệ thống IoT .................................................. 12
1.4.5 Ứng dụng của IoT. ................................................................................................... 14
1.5 Các thiết bị điện tử theo dõi nhịp tim hiện có trên thị trường. ...................................... 14
1.6 Kết luận chương 1 ......................................................................................................... 15
CHƯƠNG 2 - GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT ĐỂ THEO DÕI NHỊP TIM
TỪ XA...................................................................................................................................... 16
2.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................................... 16
2.2 Sử dụng công nghệ IoT để theo dõi nhịp tim ................................................................. 16
2.2.1 Tổng quan hệ thống ................................................................................................. 17

2.2.2 Chức năng của từng module .................................................................................... 17
2.3 Phân tích và thiết kế hệ thống. ........................................................................................ 17
2.3.1 Kiến trúc hệ thống ................................................................................................... 17
2.3.2 Lưu đồ hoạt động của hệ thống ............................................................................... 18
2.4. Vấn đề kỹ thuật xây dựng hệ thống IoT theo dõi nhịp tim ............................................ 21
2.4.1 Giới thiệu các giao thức truyền thông không dây trong IoT ................................... 21
2.4.2 Chuẩn giao tiếp SPI ( Serial Peripheral Bus – Chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ
cao) ................................................................................................................................... 25
2.4.3 Xác định tín hiệu nhịp tim bằng phương pháp hấp thụ quang học ......................... 27
2.5 Kết luận chương 2 .......................................................................................................... 30
CHƯƠNG 3 - TRIỂN KHAI XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ THỬ NGHIỆM .................... 31
3.1 Yêu cầu của đề tài ........................................................................................................... 31
3.2 Xây dựng Module đo nhịp tim ....................................................................................... 31
3.2.1 Sơ đồ khối ................................................................................................................ 31
3.2.2 Tìm hiểu thiết bị Raspberry Pi ................................................................................. 31
3.2.3 Cảm biến nhịp tim dạng quang (Pulse Sensor) ....................................................... 34


vi
3.2.4 IC MCP3008 ............................................................................................................ 35
3.2.5 Cài đặt các thư viện Python cần thiết cho chương trình ......................................... 36
3.2.6 Thiết kế phần mềm ................................................................................................... 37
3.3 Xây dựng ứng dụng IoT theo dõi nhịp tim từ xa ............................................................ 38
3.3.1 Mơ hình tổng quan................................................................................................... 38
3.3.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................................ 38
3.4 Kết quả thử nghiệm và đánh giá ..................................................................................... 39
3.4.1 Kết quả thử nghiệm.................................................................................................. 39
3.4.2 Đánh giá kết quả ..................................................................................................... 44
3.4.3 Hạn chế .................................................................................................................... 44
3.4.4 Hướng phát triển ..................................................................................................... 45

3.5 Kết luận chương 3 .......................................................................................................... 45
KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 46
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 47


vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT

THUẬT NGỮ TIẾNG ANH

DỊCH NGHĨA

AIDC

Automatic Identification and
Data Capture

Tự động nhận dạng và thu thập dữ
liệu

BPM

Beats per minute

nhịp tim/phút

DP

Diastolic Presure

Huyết áp tâm trương

ECG

Electrocardiogram

Điện tâm đồ

IBI

Interbeat interval

Khoảng thời gian giữa hai nhịp tim

IoT

Internet of things

Internet vạn vật

ITU

International Telecomunication
Union

Tổ chức viễn thông quốc tế

M2M

Machine to machine

Kết nối giữa thiết bị - thiết bị

MEMS

Micro electro mechenical
system

Công nghệ vi cơ điện tử

PAN

Personal area network

Mạng cá nhân

PPG

Photoplethysmogram

Phép đo quang thể tích

RIFD

Radio Frequency Identification

Nhận dạng qua tần số vô tuyến

SP

Systolic Presure

Huyết áp tâm thu

SPI

Serial Peripheral Bus

Chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ
cao

WLAN

Wireless local area network

Mạng cục bộ không dây


viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Phương pháp theo dõi nhịp tim thủ cơng..................................................................... 6
Hình 1.2 Thiết bị nghe tim ......................................................................................................... 6
Hình 1.3 Thiết bị đo huyết áp và nhịp tim phổ biến ................................................................... 7
Hình 1.4 Nguyên tắc đo nhịp tim bằng phương pháp Oscillometric .......................................... 7
Hình 1.5 Tín hiệu nhịp tim đo bằng máy ghi điện tim ............................................................... 8
Hình 1.6 Máy đo điện tâm đồ ..................................................................................................... 8
Hình 1.7 Các phân hệ chức năng của VNPT-HIS ...................................................................... 9

Hình 1.8 Chiều thơng tin mới [ITU 2005] ................................................................................ 10
Hình 1.9 Mơ hình kiến trúc hệ thống IoT ................................................................................. 11
Hình 1.10 Đồng hồ đeo tay, vịng đeo tay có chức năng đo nhịp tim ...................................... 15
Hình 1.11 Thiết bị đo huyết áp và nhịp tim. ............................................................................. 15
Hình 2.1 Tổng quan hệ thống theo dõi nhịp tim....................................................................... 17
Hình 2.2 Kiến trúc của hệ thống IoT theo dõi nhịp tim............................................................ 18
Hình 2.3 Lưu đồ hoạt động của hệ thống ................................................................................. 19
Hình 2.4 Cách thức truyền thơng khơng dây trong IoT ............................................................ 21
Hình 2.5 Các kênh tần số của Wifi ........................................................................................... 23
Hình 2.6 Mơ hình mạng Zigbee. .............................................................................................. 23
Hình 2.7 Giao tiếp 1 master – 1 slave ..................................................................................... 25
Hình 2.8 Quá trình truyền nhận dữ liệu trong giao tiếp SPI..................................................... 26
Hình 2.9 Dạng tín hiệu nhịp đập của tim ................................................................................. 27
Hình 2.10 Tín hiệu PPG đơn giản ............................................................................................ 28
Hình 2.11 Dạng tín hiệu PPG[8] ............................................................................................. 29
Hình 2.12 Thu tín hiệu PPG sử dụng LED và Photodetector .................................................. 29
Hình 2.13 Thu tín hiệu bằng phương pháp phản xạ. ................................................................ 30
Hình 2.14 Tín hiệu nhịp tim ..................................................................................................... 30
Hình 3.1 Sơ đồ khối của Module đo nhịp tim .......................................................................... 31


ix
Hình 3.2 Bảng mạch Raspberry Pi 3. ....................................................................................... 32
Hình 3.3 Sơ đồ chân GPIO của Raspberry Pi ........................................................................... 33
Hình 3.4 Cảm biến nhịp tim dạng quang Pulse Sensor ............................................................ 34
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến .................................................................................. 35
Hình 3.6 Sơ đồ chân của MCP3008 ......................................................................................... 35
Hình 3.7 Kết nối SPI giữa các chân GPIO của Raspberry Pi và IC MCP3008 ........................ 36
Hình 3.8 Lưu đồ thực hiện đo nhịp tim và gửi dữ liệu ............................................................. 38
Hình 3.9 Tổng quan mơ hình thực nghiệm ............................................................................... 38

Hình 3.10 Giao diện quản lý..................................................................................................... 39
Hình 3.11 Tab General Information ......................................................................................... 40
Hình 3.12 Tab Medical ............................................................................................................. 40
Hình 3.13 Giá trị nhịp tim được lưu trữ ................................................................................... 41
Hình 3.14 Tab Feedback ........................................................................................................... 41


x

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng I.1 Thông số đánh giá nhịp tim người bình thường ở trạng thái nghỉ ngơi ....................... 4
Bảng I.2 Bảng so sánh nhịp tim mục tiêu theo độ tuổi............................................................... 5
Bảng II.1 Chuẩn 802.11 ........................................................................................................... 22
Bảng III.1 Bảng thơng số cấu hình phần cứng của Raspberry Pi 3 model B ........................... 33


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 cơng việc đầu tiên của các y bác sĩ là thu thập những thơng
tin về tình trạng sinh lý của bệnh nhân, một trong những thơng tin đó là nhịp tim. Việc

theo dõi nhịp tim của bệnh nhân có ý nghĩa quan trọng trong q 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 phịng 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 khơng 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 khơng có tính liên tục, thường xun. Đề
tài đề xuất ứng dụng IoT để giải quyết thực trạng trên bằng q 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, giảm chi phí và cải thiện chất lượng.
Đó cũng là lý do tơi 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 cịn xây
dựng một mơ 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

2.2 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
- Nghiên cứu các mơ hình IoT trong lĩnh vực y tế.
- Xây dựng mơ 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 thơng 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.


3

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 thơng 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 vịng 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.
Trái tim của người trưởng thành khỏe mạnh luôn đập khoảng 70 lần/phút, mỗi
lần đẩy ra 150ml máu. Một ngày tim đập 105,000 lần và bơm hơn 6,000 lít máu. Trong
suốt đời người, tim lần lượt đập cả gần ba tỷ nhịp, bơm ra cả triệu thùng máu.
Những yếu tố có thể ảnh hưởng đến nhịp tim như: môi trường, cảm xúc, nhịp
thở, kích thước cơ thể, thuốc, tuổi tác…Biểu hiện dễ nhận biết sự thay đổi của nhịp tim
đó là ảnh hưởng của yếu tố cảm xúc, khi bị căng thẳng, lo âu hay đột nhiên vui buồn
thì nhịp tim có thể tăng lên. Nhưng tất cả các yếu tố trên đều được dung hòa để đưa
nhịp tim ổn định nhờ sự phối hợp nhịp nhàng của hệ thần kinh trung ương, hệ thần
kinh tim, hệ mạch và các chất trung gian hóa học để làm cho cơ chế tim hoạt động
hiệu quả trở lại.
Tim làm việc liên tục ngày đêm, không mệt mỏi, mặc dù tim chỉ to bằng nắm tay
em bé và nặng trên 300 gram. Khả năng và cấu tạo của tim vẫn tương đối toàn vẹn cho
tới khi con người đi vào tử biệt, nếu không xảy ra những biến cố, khó khăn.
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 khơng giống nhau và bao hàm hai khái niệm:
•

Nhịp tim nghỉ ngơi

Được xác định trong trạng thái nghỉ ngơi và cơ thể không phải cử động mạnh.
Một người trưởng thành sẽ có nhịp tim nghỉ ngơi trong khoảng 60 – 100 nhịp / phút.
Theo thông số của Dịch vụ y tế quốc gia vương quốc Anh (National health

service) thì những nhịp tim dưới đây được coi là lý tưởng (nhịp/phút):
➢
➢
➢
➢
➢

Trẻ sơ sinh: 120 - 160.
Trẻ 1 - 12 tháng tuổi: 80 - 140.
Trẻ 1 - 2 tuổi: 80 - 130.
Trẻ 2 - 6 tuổi: 75 - 120.
Trẻ 7 - 12 tuổi: 75 - 100.


4

➢
Người trưởng thành từ 18 tuổi: 60 - 100 (nhịp mạch sẽ giảm dần theo
tuổi). Khi hấp hối, nhịp mạch cơ thể sẽ tăng lên 160 nhịp/phút, đó là lý do vì sao trước
khi chết con người thường đột ngột tỉnh táo trong một khoảng thời gian ngắn

Bảng I.1 Thông số đánh giá nhịp tim người bình thường ở trạng thái nghỉ ngơi
•

Nhịp tim mục tiêu:

Là một khoảng giá trị, trong đó tim hoạt động tốt nhất và mang lại nhiều lợi ích
sức khỏe nhất. Cách tính nhịp tim mục tiêu rất đơn giản:
- Lấy 220 trừ đi số tuổi của bạn để tính được nhịp tim tối đa.
- Lấy nhịp tim tối đa nhân với 0.5, bạn sẽ có giá trị dưới của nhịp tim mục tiêu.

- Lấy nhịp tim tối đa nhân với 0.85, bạn sẽ có giá trị trên của nhịp tim mục tiêu.
Tuổi

Nhịp tim mục tiêu
(Nhịp/phút)

Nhịp tim tối đa
(Nhịp/phút)

20

100 – 170

200

30

95 – 162

190

35

93 – 157

185

40

90 – 153

180

45

88 – 149

175

50

85 – 145

170

55

83 – 140

165


5

60

80 – 136

160

Tuổi

Nhịp tim mục tiêu
(Nhịp/phút)

Nhịp tim tối đa
(Nhịp/phút)

65

78 – 132

155

70

75 – 128

150

Bảng I.2 Bảng so sánh nhịp tim mục tiêu theo độ tuổi
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 thơng số hàng đầu cần quan tâm về sức khỏe tim mạch. Khi
đến khám bệnh thì cơng 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.
Theo ước tính của Tổ chức Y tế thế giới, hàng năm trên thế giới có khoảng 17,5
triệu người tử vong do các bệnh liên quan đến tim mạch và số bệnh nhân tim mạch tích
lũy ngày một nhiều.

Theo thống kê của Hội tim mạch Việt Nam, vào năm 1980, tỷ lệ mắc bệnh tim
mạch ở tuổi 50 trở lên chỉ ở mức 11%, thì đến năm 2009, tỷ lệ này lên đến 25% và độ
tuổi mắc từ 22 tuổi trở lên.
Do đó, việc theo dõi tình trạng nhịp tim thường xuyên rất cần thiết đối với những
đối tượng là bệnh nhân mắc những bệnh lý liên quan đến tim mạch như: rối loạn nhịp
tim, suy tim, nhồi máu cơ tim, hoặc những bệnh nhân sau khi được giải phẫu.
Đối với những người bình thường cũng cần theo dõi nhịp tim của mình nhất là
trong lúc luyện tập thể dục thể thao. Việc xác định nhịp tim mục tiêu và theo dõi sẽ
giúp chúng ta chú ý không vận động quá sức gây nguy hiểm cho sức khỏe.
1.2 Các phương pháp theo dõi nhịp tim trong các cơ sở khám chữa bệnh tại địa
phương
1.2.1 Phương pháp khơng xâm lấn
a) Phương pháp thủ cơng:
Đặt nhẹ nhàng ngón 2 ngón tay (ngón trỏ và ngón giữa) vào mạch cổ hoặc cổ tay,
và bấm nhẹ vào đó cho đến khi bạn cảm thấy mạch đập. Nếu cần thiết, có thể di
chuyển ngón tay xung quanh đó cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập. Sau đó, sử dụng
đồng hồ bấm giờ, đếm nhịp đập trong vòng 30 giây và nhân đơi kết quả để có được số
nhịp đập trong mỗi phút.


6

Hình 1.1 Phương pháp theo dõi nhịp tim thủ cơng
b) Nghe tiếng tim
Nhịp tim được xác định qua một ống nghe đặt hơi lệch về phía ngực bên trái, là
phương pháp chẩn đoán nhịp đỉnh (tiếng đập từ mỏm tim) chính xác nhất để đánh giá
sức khỏe tim mạch. Nhịp đỉnh cho biết các thông tin về số lượng, nhịp điệu, tình trạng
hoạt động của tim. Tâm nhĩ co bóp khơng gây tiếng động, nhưng tâm thất co bóp thì
gây tiếng động. Tiếng động của tâm thất gây ra là tiếng của các van tim đóng. Khi tâm
thất co bóp, các van lá sẽ đóng sập lại gây ra tiếng động – đây là âm thanh tim đầu

tiên. Âm thanh tim thứ 2 sẽ phát ra khi tâm thất giãn và các van bán nguyệt đóng. Hai
âm thanh tim xảy ra rất gần nhau và có thể nghe được bằng tai thường. Tim đập “thình
thịch” chính là cách gọi của 2 âm thanh tim này. Nếu van tim có vấn đề, bác sỹ sử
dụng ống nghe có thể nghe được những tiếng thổi ở tim (âm thổi) và nhờ vậy có thể
phát hiện ra.

Hình 1.2 Thiết bị nghe tim
Nhận xét: là những phương pháp phổ biến, đơn giản. Trong quá trình xác định
nhịp tim có thể có sai sót do chênh lệch thời gian đếm và đồng hồ đếm. Phương pháp
này cũng tốn thời gian, cơng sức vì các y bác sĩ phải thực hiện đo trực tiếp trên bệnh
nhân.
1.2.2 Phương pháp đo nhịp tim Oscillometric
Quá trình đo được thực hiện theo trình tự: dùng một bao khí có gắn sensor đo,
quấn quanh bắp tay của người cần đo (nơi có động mạch chạy qua), bắp tay nơi quấn
bao khí phải được đặt ngang tim. Trước tiên bao khí được bơm căng lên để áp suất
trong bao cao (thông thường bơm lên cỡ 180mmHg là đủ, đặc biệt những người già có
thể phải bơm lên cỡ 200mmHg). Lúc này động mạch được bao khí chẹn lại, máu


7

không chảy được trong động mạch ở chỗ bị quấn bao khí. Tiếp theo người ta xả từ từ
khí trong bao ra, lúc này áp suất trong bao khí mới bắt đầu thay đổi theo nhịp đập của
tim, do đó tín hiệu điện mà sensor áp suất đưa ra cũng thay đổi đồng bộ với nhịp
tim.[4]

Hình 1.3 Thiết bị đo huyết áp và nhịp tim phổ biến

Hình 1.4 Nguyên tắc đo nhịp tim bằng phương pháp Oscillometric
Chu kỳ thay đổi của tín hiệu điện này đúng bằng chu kỳ của tim. Phương pháp đo

nhịp tim bằng cách đếm số chu kỳ này trong một khoảng thời gian nhất định. Phương
pháp này tuy đơn giản nhưng độ chính xác sẽ khơng cao nếu đếm trong khoảng thời
gian không đủ lớn.
Hạn chế của phương pháp đo nhịp tim Ocillometric: Bao khí chặn nghẽn dòng
máu trong động mạch nơi khuỷu tay lại nên mạch đập của tim nhận được sẽ bị sai khác
so với bình thường. Sai khác này tuy nhỏ nhưng ít nhiều vẫn ảnh hưởng tới độ chính
xác của kết quả đo nhịp tim.
Nhận xét: bác sĩ phải thực hiện trực tiếp trên cơ thể của bệnh nhân ở những thời
điểm cần thiết. Vì vậy, nếu muốn theo dõi thơng số nhịp tim liên tục trong thời gian
dài thì phương pháp này khó thực hiện được.
1.2.3 Điện tâm đồ (Electrocardiogram -ECG)
Điện tâm đồ (hay thường gọi tắt là ECG) là đồ thị ghi những thay đổi của
dòng điện trong tim. Quả tim co bóp theo nhịp được điều khiển của một hệ thống dẫn
truyền trong cơ tim. Những dòng điện tuy rất nhỏ, khoảng một phần nghìn volt, nhưng


8

có thể dị thấy được từ các điện cực đặt trên tay, chân và ngực bệnh nhân và chuyển
đến máy ghi. Máy ghi điện khuếch đại lên và ghi lại trên điện tâm đồ.
Có nhiều cách lắp các đầu điện cực của máy trên bề mặt cơ thể để ghi điện tim.
Trong trường hợp thông thường các bệnh viện thường lắp 10-12 điện cực ở những
điểm sau: 2-3 đầu lưỡng cực và 2-3 đầu đơn cực ở các chi và 6 đầu đơn cực ở vùng
ngực. Các chi bên phải điện cực âm, bên trái điện cực dương, trong trường hợp lắp 12
điện cực thì lắp đối chiếu tay trái và chân trái, tay trái âm, chân trái dương.

Hình 1.5 Tín hiệu nhịp tim đo bằng máy ghi điện tim
Điện tâm đồ được sử dụng trong y học để phát hiện các bệnh về tim như rối loạn
nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ tim v.v.... Thông tin về nhịp tim của bệnh nhân sẽ
được theo dõi liên tục trong thời gian dài và được các bác sĩ kiểm tra thơng qua màn

hình của máy đo đặt gần giường bệnh của bệnh nhân.
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 thơng số trong cùng một
khoảng thời gian. Nhưng có thể gây ra các tác dụng phụ như dị ứng da do tiếp xúc
dòng điện cực hay các chất để dán cố định , gây cảm giác khó chịu.

Hình 1.6 Máy đo điện tâm đồ


9

1.3 Tình hình ứng dụng tin học và cơng nghệ trong các cơ sở khám chữa bệnh ở
Quảng Nam
Tại các bệnh viện tuyến trên ở tỉnh Quảng Nam với cơ sở vật chất đầy đủ và hạ
tầng mạng truyền thông được đảm bảo nên việc ứng dụng CNTT trong công tác khám
chữa bệnh đang được đẩy mạnh và phát triển.
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.[10] Hình 1.7
mô tả các phân hệ chức năng của phần mềm VNPT-HIS.

Hình 1.7 Các phân hệ chức năng của VNPT-HIS
Phần mềm được xây dựng với mục tiêu hỗ trợ công tác quản lý bệnh viện hiệu
quả hơn, cải cách thủ tục hành chính, góp phần chăm sóc, phục vụ người bệnh tốt hơn.
Cụ thể là phần mềm cho phép quản lý tình trạng hoạt dộng của bệnh viện, quản lý
thơng tin bệnh nhân nội trú, ngoại trú (bệnh án điện tử), quản lý thanh tốn bảo hiểm
xã hội, viện phí, cho phép kết xuất thống kê, báo cáo nhanh chóng, thuận tiện.
Việc ứng dụng CNTT ở các bệnh viện tại Quảng Nam đang được đầu tư và phát
triển đã cải thiện tốt quy trình khám chữa bệnh cho bệnh nhân. Tuy nhiên, các bác sĩ

và điều dưỡng viên lại đang cần nhiều hơn những tiện ích & hệ thống CNTT hỗ trợ tốt
cho chuyên môn khám chữa bệnh, giảm thiểu rủi ro sai sót trong y khoa.
Riêng đối với việc đo và theo dõi nhịp tim của các bệnh nhân trong quá trình
khám chữa bệnh thì tùy theo điều kiện cơ sở trang thiết bị hiện có mà các y bác sĩ sẽ
thực hiện các phương pháp đã nêu ở phần 1.2. Tuy nhiên, những ứng dụng CNTT và
các thiết bị đo nhịp tim ở các cơ sở khám chữa bệnh chưa cho phép các bác sĩ theo dõi


10

nhịp tim của bệnh nhân liên tục, thường xuyên từ xa qua Internet mà phải đến từng
bệnh nhân để thu thập thông số nhịp tim.
1.4 Tổng quan về IoT
1.4.1 Khái niệm
IoT là mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới các thiết bị kết nối
Internet, được xem như là một kịch bản của thế giới khi mà mọi đồ vật, con người
được cung cấp một định danh riêng của mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi
thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp
giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công
nghệ không dây, cơng nghệ vi cơ điện tử (MEMS) và Internet. Nói đơn giản là một tập
hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngồi để
thực hiện một cơng việc nào đó.

Hình 1.8 Chiều thông tin mới [ITU 2005]
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 thơng
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 tồn diện, truyền
đáng tin cậy và xử lý thơng minh. Do đó, cấu trúc hệ thống IoT được chia thành ba

lớp: sensing layer, network/transport layer, Application layer.


11

Hình 1.9 Mơ hình kiến trúc hệ thống IoT
Lớp cảm ứng - Sensing Layer:
Lớp Sensing sẽ giải quyết vấn đề thu thập dữ liệu từ các thiết bị kết nối với đối
tượng. Trong lớp này có 2 thành phần chính:
- Các loại cảm biến cơ bản, ví dụ như thẻ nhận dạng vô tuyến RFID, sensor,
GPS, cameras…
- Thành phần thứ hai là mạng cảm biến (Sensor Network)
Cả hai thành phần này đều được dùng để nhận dạng và thu thập dữ liệu một cách
thơng minh. Vì vậy lớp Sensing là lớp cơ bản và cốt lõi trong hệ thống IoT.
Mạng cảm biến gồm nhiều node cảm biến, mỗi node cảm biến là một thiết bị nhỏ
và có khả năng tự tổ chức truyền thông qua mạng không dây.Mạng cảm biến sử dụng
các công nghệ truyền thông không dây (Bluethooh, ZigBee…) để truyền dữ liệu. Mỗi
node trong mạng cảm biến đều có chức năng thu thập dữ liệu và truyền dữ liệu đến các
node khác trong mạng.
Có nhiều loại cảm biến được sản xuất trên thị trường: cảm biến nhiệt độ, âm
thanh, ánh sáng, độ rung, nhịp tim…Đối với những loại cảm biến khơng dây cịn tích
hợp thêm bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ thu phát sóng, nguồn điện và chức năng cảm biến.
Lớp mạng/vận chuyển - Network/Transport Layer
Lớp Network có 2 chức năng chính:


12

– Chức năng Networking: cung cấp chức năng điều khiển các kết nối kết nối
mạng, chẳng hạn như tiếp cận được nguồn tài ngun thơng tin và chuyển tài ngun

đó đến nơi cần thiết, hay chứng thực, uỷ quyền…
– Chức năng Transporting: tập trung vào việc cung cấp kết nối cho việc truyền
thơng tin của dịch vụ/ứng dụng IOT
Ngồi ra lớp Network cịn có chức năng khác là lưu trữ và xử lý thơng tin.
Nền tảng điện tốn đám mây sẽ là một phần quan trọng trong lớp mạng của
Internet of Things vì nó có thể lưu trữ và phân tích dữ liệu lớn. Đây cũng là nền tảng
của nhiều ứng dụng trong lớp Application layer.
Lớp ứng dụng - Application Layer
Lớp ứng dụng còn được gọi là “Lớp xử lý”. Chức năng chính là giải quyết vấn đề
trong việc xử lý thông tin và giao diện giữa người dùng và máy. Lớp này là lớp thực
thi chức năng cuối cùng trong hệ thống IoT, nó sẽ xử lý dữ liệu từ lớp mạng và sau đó
gửi dữ liệu đến hệ thống thông tin. Cuối cùng, dữ liệu sẽ được tương tác với người
dùng thông qua thiết bị.
Lớp ứng dụng chứa các nền tảng khác nhau, chẳng hạn như nền tảng hỗ trợ dịch
vụ, nền tảng quản lý mạng (chẳng hạn như nền tảng quản lý M2M), thông tin nền tảng
xử lý, nền tảng bảo mật thông tin. Các nền tảng thực hiện chức năng như quản lý dữ
liệu; tính tốn, lưu trữ, phân tích và cung cấp dịch vụ cho người dùng hoặc cho nền
công nghiệp.
Công nghệ cốt lõi trong lớp này là tự động hóa và ảo hóa. Cơng nghệ tự động hóa
có thể xử lý yêu cầu của người dùng và tự động tổ chức tài nguyên. Hơn nữa, cơng
nghệ ảo hóa có thể cải thiện việc sử dụng tài ngun thơng tin hiệu quả, để giảm chi
phí.
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 đối tượng có thể tương tác với hạ tầng
truyền thơng và thơng tin toàn cầu.
Các dịch vụ liên quan đến các đối tượng - Things-related services: IoT có khả
năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến các đối tượng, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng
tư, tính nhất quán giữa đối tượng thực và đối tượng ảo.

Tính khơng đồng nhất - Heterogeneity: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất
do sử dụng mạng và nền tảng phần cứng khác nhau. Các thiết bị có thể tương tác với
nhau qua các nền tảng, mạng khác nhau.


13

Thay đổi linh hoạt - Dynamic changes: Trạng thái các thiết bị thay đổi linh hoạt,
ví dụ như trạng thái ngủ hoặc hoạt động, kết nối hoặc không kết nối, và vị trí, tốc độ,
số lượng thiết bị có thể thay đổi.
Quy mô lớn - Enormous scale: số lượng các thiết bị được quản lý và giao tiếp sẽ
lớn hơn số lượng thiết bị kết nối đến Internet ngày nay. Số lượng thông tin được truyền
bởi thiết bị sẽ lớn hơn lượng thông tin được truyền bởi con người. Một điều quan trọng
là cần quản lý dữ liệu được tạo ra và phân tích dữ liệu cho các ứng dụng. Điều đó liên
quan đến phân tích, xử lý dữ liệu.[5]
u cầu đối với hệ thống IoT:
Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:
– Kết nối dựa trên sự nhận diện: Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng biệt. Hệ
thống IOT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things”, và kết nối được thiết lập dựa trên
định danh (ID) của Things.
– Khả năng cộng tác: hệ thống IoT phải có khả năng tương tác qua lại giữa các
mạng và Things.
– Khả năng tự quản của mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự recovery, tự
tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này cần thiết để mạng có thể thích ứng với các
lĩnh vực ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết
bị khác nhau.
– Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng cách thu thập,
giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc (rules)
được thiết lập bởi người vận hành hoặc tùy chỉnh bởi người dùng.
– Các khả năng dựa vào vị trí (location-based capabilities): Thơng tin liên lạc và

các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào thơng tin vị trí của Things và
người sử dụng. Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động. Các dịch
vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy định, và phải tuân thủ các
yêu cầu an ninh.
– Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau. Chình điều này
làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thơng tin bị tiết lộ, xác thực
sai, hay dữ liệu bị thay đổi hay làm giả.
– Bảo vệ tính riêng tư: tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử dụng
của nó. Dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thơng tin cá nhân liên quan
chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó. Các hệ thống IoT cần bảo vệ sự riêng tư trong quá
trình truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý. Bảo vệ sự riêng tư không nên
thiết lập một rào cản đối với xác thực nguồn dữ liệu.
– Cắm và chạy - Plug and play: các Things phải được plug-and-play một cách dễ
dàng và tiện dụng.