Giới thiệu dự án

Theo thống kê y tế quốc tế và số liệu dịch tễ học tại Việt Nam, mỗi năm có hơn 200.000 trường hợp đột quỵ (tai biến mạch máu não), trong đó tỷ lệ tử vong vượt mức 50% và 90% người bệnh sống sót phải chịu các di chứng vận động và thần kinh nặng nề. Tỷ lệ nhập viện do biến cố tim mạch tăng bình quân 1,7% - 2,0% hàng năm, đồng thời xuất hiện xu hướng trẻ hóa rõ rệt ở nhóm tuổi 40 – 45. Phần lớn các biến cố nghiêm trọng như ngừng tim đột ngột, tăng hoặc tụt huyết áp kịch phát thường xảy ra vào ban đêm trong lúc ngủ mà không có sự giám sát liên tục.

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement) nằm ở sự đứt gãy trong chuỗi theo dõi sức khỏe chủ động: các thiết bị đo huyết áp và nhịp tim truyền thống tại gia đình đòi hỏi thao tác thủ công, cồng kềnh, không thể đo lường liên tục (continuous monitoring), trong khi các thiết bị đeo thương mại cao cấp thường có giá thành đắt đỏ và sử dụng hệ sinh thái đóng, không hỗ trợ truyền trực tiếp dữ liệu đo đạc theo thời gian thực về máy chủ nội bộ hoặc trang web theo dõi y tế chuyên dụng.

Đồ án "Thiết kế và thi công vòng tay đo nhịp tim sử dụng công nghệ IoTs" được thực hiện nhằm giải quyết trực tiếp bài toán giám sát sức khỏe từ xa cho người cao tuổi và bệnh nhân tim mạch thông qua các mục tiêu cụ thể:

  1. Thiết kế và chế tạo phần cứng vòng tay nhỏ gọn, tích hợp cảm biến quang học PPG (Photoplethysmography) đo nhịp tim và ước lượng huyết áp.
  2. Xây dựng mạch lọc tín hiệu tương tự (Active Sallen-Key Filter) nhằm triệt tiêu nhiễu tần số 50 Hz và tách thành phần xoay chiều (AC) của dòng máu.
  3. Ứng dụng vi điều khiển ESP8266 (SoC 32-bit Wi-Fi) để thực hiện tiền xử lý tín hiệu tại biên (Edge Processing) và tính toán khoảng cách giữa các nhịp đập liên tiếp (Inter-Beat Interval - IBI).
  4. Phát triển máy chủ Web Server nhúng trực tiếp trên phần sụn (firmware), cho phép hiển thị trực quan thông số sức khỏe và biểu đồ thời gian thực lên màn hình OLED 0.96 inch và cổng giao diện Web HTML5/CSS3.
  5. Kiểm định, hiệu chuẩn độ chính xác của thiết bị thông qua đối chiếu với thiết bị y tế chuẩn Omron HEM-8712.

Giải pháp lựa chọn kỹ thuật đo quang học (PPG) không xâm lấn kết hợp nền tảng IoT Wi-Fi 802.11 b/g/n mang lại sự thoải mái, liên tục và chi phí thấp. Kết quả kỳ vọng là hệ thống đạt sai số nhịp tim dưới 4% so với thiết bị y tế chuyên dụng, độ trễ truyền dữ liệu web dưới 500 ms và thời lượng pin hoạt động liên tục trên 18 giờ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thu thập, lọc tín hiệu, tính toán nhịp tim/huyết áp và truyền phát trong mạng cục bộ thông qua vi điều khiển ESP8266.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hiện nay trên thị trường tồn tại nhiều giải pháp theo dõi tim mạch với ưu và nhược điểm riêng biệt:

Tiêu chí Máy đo huyết áp bắp tay (Omron HEM-8712) Đồng hồ thông minh (Apple Watch / Garmin) Hệ thống vòng tay IoT đề tài
Phương pháp đo Dao động ký (Oscillometric) bằng băng hơi Cảm biến quang học PPG đa bước sóng Cảm biến quang học PPG bước sóng lục (525 nm)
Tính liên tục Đo gián đoạn, thao tác thủ công Liên tục 24/7 Liên tục theo thời gian thực
Khả năng kết nối Độc lập hoặc Bluetooth cục bộ Cloud đóng của nhà sản xuất Web Server nội bộ (Wi-Fi 802.11 b/g/n), API mở
Giá thành 800.000 – 1.500.000 VNĐ 5.000.000 – 15.000.000 VNĐ < 400.000 VNĐ (Tối ưu sản xuất)
Mức độ tiện lợi Cồng kềnh, không mang đi lại tự do Đeo tay tiện lợi, hỗ trợ nhiều app Đeo tay nhỏ gọn, in 3D công thái học

Yêu cầu người dùng được phân bổ theo mô hình MoSCoW:

  • Must Have: Đo nhịp tim theo thời gian thực (BPM); hiển thị màn hình OLED tại chỗ; phát Web Server qua Wi-Fi để xem trên máy tính/điện thoại; sạc pin an toàn qua cổng Micro-USB.
  • Should Have: Đồng bộ thời gian thực (RTC/NTP); tính toán ước lượng chỉ số huyết áp tâm thu/tâm trương; vẽ đồ thị biến thiên xung tim.
  • Could Have: Cảnh báo âm thanh khi nhịp tim vượt ngưỡng Resting Heart Rate (RHR > 100 BPM hoặc < 50 BPM).
  • Won't Have (Giai đoạn này): Lưu trữ đám mây Cloud SQL dài hạn; tích hợp modem 4G/LTE độc lập.

Thách thức kỹ thuật lớn nhất là hiện tượng nhiễu cử động (Motion Artifacts) và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) thấp từ cảm biến quang học khi tia sáng đi qua lớp biểu bì và mô xương.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc hệ thống gồm 4 khối chức năng chính tương tác qua các giao thức chuẩn công nghiệp:

+-----------------------------------------------------------------------+
|                            NGUỒN HỆ THỐNG                             |
|       Pin LiPo 3.7V 1000mAh  --->  Module TP4056 (Sạc CC/CV)          |
+-----------------------------------+-----------------------------------+
                                    | Cấp nguồn 3.3V / 5V
                                    v
+------------------------+      +---------------------------------------+
|  KHỐI CẢM BIẾN QUANG   |      |        KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM           |
|  - LED Kingbright 525nm| ---> |             ESP8266 SoC               |
|  - LDR APDS-9008       | (A0) |  - Lọc số & Thuật toán tính IBI / BPM |
|  - Active Sallen-Key   |      |  - HTTP Web Server & SoftAP / Station |
+------------------------+      +---+-------------------------------+---+
                                    | (I2C: SDA/D1, SCL/D2)         | (Wi-Fi 2.4GHz)
                                    v                               v
                        +-----------------------+       +-----------------------+
                        |    KHỐI HIỂN THỊ      |       |      GIAO DIỆN WEB    |
                        | Màn hình OLED 0.96"   |       | Dashboard HTML5/CSS3  |
                        | SSD1306 (128x64)      |       | Real-time Telemetry   |
                        +-----------------------+       +-----------------------+

Technology Stack và phiên bản kỹ thuật:

  • Vi điều khiển: NodeMCU Lua D1 Mini (Chip ESP8266EX, 32-bit Tensilica L106 @ 80 MHz, Flash 4MB, Wi-Fi 802.11 b/g/n, firmware tương thích Arduino Core v2.5.2).
  • Cảm biến nhịp tim: SparkFun SEN-11574 tích hợp LED Kingbright AMZGC09 ($\lambda = 525\text{ nm}$), Phototransistor APDS-9008 ($\lambda_p = 565\text{ nm}$) và mạch lọc thông cao tích cực Sallen-Key Op-Amp.
  • Màn hình hiển thị: OLED 0.96 inch 128x64 I2C (Driver SSD1306, điện áp 3.3V – 5V, công suất tiêu thụ 0.04W).
  • Quản lý nguồn: Pin Lithium Polymer (LiPo) 1-cell 3.7V 1000mAh, Module bảo vệ và sạc pin TP4056 tích hợp tự ngắt khi đạt 4.2V (chế độ dòng hằng CC = 1A, áp hằng CV = 4.2V).
  • Môi trường lập trình: Arduino IDE 1.8.9, ngôn ngữ C/C++ nhúng kết hợp HTML5, CSS3 cho giao diện Web.
  • Phần mềm thiết kế phần cứng: Altium Designer 17.1 thiết kế mạch in PCB 2 lớp.

Methodology

Đề tài áp dụng mô hình phát triển phần cứng lặp (Iterative Prototyping) kết hợp kiểm định thực nghiệm V-Model trong 15 tuần:

Mốc thời gian Giai đoạn & Nhiệm vụ chính Sản phẩm bàn giao (Deliverables)
Tuần 1 - 2 Khảo sát tài liệu điện tim học (ECG), tín hiệu PPG, duyệt đề cương Báo cáo tổng quan lý thuyết & đề cương chi tiết
Tuần 3 - 4 Nghiên cứu module ESP8266, giao tiếp I2C màn hình OLED, NTP RTC Mã nguồn kiểm tra I2C scanner & demo OLED
Tuần 5 - 7 Lập trình Web Server nhúng, thiết kế UI HTML/CSS, tiền xử lý ADC Web server phản hồi thông số nhịp tim mô phỏng
Tuần 8 - 10 Thiết kế sơ đồ nguyên lý, layout PCB trên Altium Designer 17, thi công Bo mạch phần cứng hoàn chỉnh, vỏ in 3D
Tuần 11 Chạy thử nghiệm thực tế, thu thập số liệu đối chuẩn Omron HEM-8712 Bộ dữ liệu đo đạc thực nghiệm (Dataset)
Tuần 12 - 15 Tối ưu thuật toán IBI, viết báo cáo tốt nghiệp, nghiệm thu đề tài Khóa luận hoàn chỉnh & Slide bảo vệ

Implementation và kết quả

Development process

Cốt lõi xử lý của hệ thống dựa trên nguyên lý quang thể tích (PPG): khi tim co bóp (tâm thất thu), lưu lượng máu giàu oxy được tống qua động mạch ngoại vi tăng vọt, làm tăng hấp thụ ánh sáng bước sóng 525 nm từ LED xanh lục Kingbright AMZGC09. Cường độ ánh sáng phản xạ tới đầu thu APDS-9008 suy giảm cực tiểu. Ngược lại, ở thì tâm trương, lượng máu giảm, ánh sáng phản xạ tăng lên cực đại.

Tín hiệu thô từ cảm biến gồm thành phần tĩnh DC (mô, xương, tĩnh mạch) và thành phần động AC (mạch máu dao động theo nhịp tim). Tín hiệu AC được đưa qua bộ lọc tích cực Sallen-Key trên cảm biến SEN-11574 với tần số cắt $f_c \approx 0.5\text{ Hz} - 5\text{ Hz}$ để khử trôi đường nền và lọc nhiễu mạng điện 50 Hz.

Thuật toán xác định nhịp tim sử dụng cơ chế phát hiện ngưỡng động (Dynamic Thresholding) tại 50% biên độ sóng tâm thu (Systolic Upstroke - Điểm P) nhằm tính khoảng thời gian giữa hai nhịp đập liên tiếp (Inter-Beat Interval - IBI, đơn vị millisecond). Nhịp tim (BPM) được làm mượt qua bộ lọc trung bình trượt 10 mẫu (Moving Average Filter):

$$\text{BPM} = \frac{60000}{\frac{1}{10} \sum_{i=1}^{10} \text{IBI}_i}$$

Dưới đây là đoạn mã nguồn nhúng C++ xử lý tín hiệu ngắt và tính toán BPM trên nền ESP8266:

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>

#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, OLED_RESET);
ESP8266WebServer server(80);

volatile int rate[10];                    // Mảng lưu 10 giá trị IBI gần nhất
volatile unsigned long sampleCounter = 0; // Định thời gian mẫu (ms)
volatile unsigned long lastBeatTime = 0;  // Thời điểm phát hiện xung trước
volatile int P = 512;                     // Đỉnh sóng PPG
volatile int T = 512;                     // Đáy sóng PPG
volatile int thresh = 525;                // Ngưỡng phát hiện xung động
volatile int amp = 100;                   // Biên độ sóng
volatile boolean firstBeat = true;
volatile boolean secondBeat = false;
volatile int BPM;
volatile int IBI = 600;                   // Khoảng cách nhịp mặc định (ms)
volatile boolean Pulse = false;

void ICACHE_RAM_ATTR onTimerISR() {
  int Signal = analogRead(A0);            // Đọc tín hiệu tương tự từ SEN-11574
  sampleCounter += 2;                     // Ngắt mỗi 2ms
  int N = sampleCounter - lastBeatTime;   // Thời gian trôi qua từ nhịp trước

  // Tìm đỉnh và đáy sóng PPG
  if (Signal < thresh && N > (IBI / 5) * 3) {
    if (Signal < T) T = Signal;
  }
  if (Signal > thresh && Signal > P) {
    P = Signal;
  }

  // Phát hiện xung nhịp khi tín hiệu vượt ngưỡng (cạnh lên 50% biên độ)
  if (N > 250) {                          // Giới hạn tần số tim tối đa 240 BPM
    if ((Signal > thresh) && (!Pulse) && (N > (IBI / 5) * 3)) {
      Pulse = true;
      IBI = sampleCounter - lastBeatTime;
      lastBeatTime = sampleCounter;

      if (secondBeat) {
        secondBeat = false;
        for (int i = 0; i <= 9; i++) rate[i] = IBI;
      }
      if (firstBeat) {
        firstBeat = false;
        secondBeat = true;
        return;
      }

      long runningTotal = 0;
      for (int i = 0; i <= 8; i++) {
        rate[i] = rate[i + 1];
        runningTotal += rate[i];
      }
      rate[9] = IBI;
      runningTotal += rate[9];
      runningTotal /= 10;
      BPM = 60000 / runningTotal;         // Tính toán nhịp tim trung bình
    }
  }

  // Đưa về trạng thái chờ nhịp kế tiếp
  if (Signal < thresh && Pulse) {
    Pulse = false;
    amp = P - T;
    thresh = amp / 2 + T;                 // Cập nhật ngưỡng động 50%
    P = thresh;
    T = thresh;
  }

  if (N > 2500) {                         // Thiết lập lại khi mất tiếp xúc > 2.5s
    thresh = 512;
    P = 512;
    T = 512;
    lastBeatTime = sampleCounter;
    firstBeat = true;
    secondBeat = false;
  }
}

Trang Web Server nhúng phản hồi mã HTML/CSS bất đồng bộ giúp cập nhật trực tiếp dữ liệu lên Dashboard của trình duyệt mà không cần tải lại trang:

void handleRoot() {
  String html = "<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='UTF-8'>";
  html += "<meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1.0'>";
  html += "<title>IoT Health Monitor</title>";
  html += "<style>body{font-family:Arial;text-align:center;background:#f4f7f6;padding:20px;}";
  html += ".card{background:#fff;padding:20px;border-radius:10px;box-shadow:0 4px 8px rgba(0,0,0,0.1);max-width:400px;margin:auto;}";
  html += "h1{color:#e74c3c;} .val{font-size:48px;font-weight:bold;color:#2c3e50;}</style></head>";
  html += "<body><div class='card'><h1>HỆ THỐNG ĐO NHỊP TIM</h1>";
  html += "<p>Chỉ số nhịp tim (BPM):</p><div class='val'>" + String(BPM) + "</div>";
  html += "<p>Khoảng cách nhịp (IBI): " + String(IBI) + " ms</p>";
  html += "</div></body></html>";
  server.send(200, "text/html", html);
}

Testing và validation

Mô hình vòng tay được đưa vào thử nghiệm trên các tình nguyện viên ở nhiều trạng thái sinh lý khác nhau, đối chiếu trực tiếp với thiết bị chuẩn y tế Omron HEM-8712.

Tình nguyện viên Trạng thái đo Nhịp tim Omron (BPM) Nhịp tim Vòng tay (BPM) Sai số tuyệt đối (BPM) Sai số tương đối (%)
Người thử nghiệm 1 (Lần 1) Nghỉ ngơi (Resting) 75 77 +2 2.67%
Người thử nghiệm 1 (Lần 2) Nghỉ ngơi (Resting) 78 76 -2 2.56%
Người thử nghiệm 1 (Lần 3) Sau vận động nhẹ 92 89 -3 3.26%
Người thử nghiệm 2 (Lần 1) Nghỉ ngơi (Resting) 82 84 +2 2.44%
Người thử nghiệm 2 (Lần 2) Căng thẳng/Nói chuyện 88 85 -3 3.41%
Người thử nghiệm 2 (Lần 3) Sau vận động 104 101 -3 2.88%

Phân tích hiệu năng hệ thống:

  • Độ chính xác trung bình: Sai số tương đối đạt mức trung bình $\approx 2.87%$, hoàn toàn nằm trong biên độ cho phép đối với các thiết bị giám sát sức khỏe không xâm lấn ($< 5%$).
  • Thời gian đáp ứng hiển thị: Màn hình OLED SSD1306 cập nhật với tần số quét 20 Hz, giao diện Web phản hồi với độ trễ mạng Wi-Fi trung bình $180\text{ ms} \pm 25\text{ ms}$.
  • Mức tiêu thụ năng lượng: Dòng tiêu thụ đỉnh khi phát Wi-Fi đạt 75 mA, dòng trung bình khi hoạt động ổn định đạt 48 mA. Với dung lượng pin LiPo 1000 mAh, thiết bị hoạt động liên tục từ 18 đến 20 giờ sau mỗi chu kỳ sạc đầy qua IC TP4056.

Kết quả đạt được

Hệ thống đã hoàn thiện toàn bộ các khối phần cứng và phần mềm:

  • Thiết kế và gia công thành công bo mạch PCB kích thước nhỏ gọn $35 \times 45\text{ mm}$ gắn vừa trong khung vỏ in 3D công thái học dạng vòng đeo cổ tay.
  • Màn hình OLED hiển thị rõ nét đồ thị xung PPG, chỉ số BPM và đồng hồ thời gian thực.
  • Khởi tạo máy chủ Web Server cục bộ ổn định, cho phép mọi thiết bị trong mạng Wi-Fi truy cập tức thời dữ liệu mà không cần cài đặt phần mềm bên thứ ba.

Đổi mới và đóng góp

  1. Kiến trúc nhúng tất cả trong một (All-in-One Standalone Architecture): Khác với các hệ thống IoT thông thường phải phụ thuộc vào máy chủ trung gian (Blynk, Firebase hoặc MQTT Broker ngoài Internet), đồ án đã tối ưu hóa bộ nhớ Flash và RAM của ESP8266 để tự lưu trữ và phục vụ Web Server trực tiếp, giảm chi phí vận hành xuống 0 đồng.
  2. Kỹ thuật lọc Sallen-Key phần cứng kết hợp ngưỡng động phần mềm: Khắc phục triệt để hiện tượng trôi mức điện áp DC do sự khác biệt về màu da và độ dày mạch máu của người dùng, mang lại độ ổn định cao với tỷ lệ sai lệch nhịp tim giảm 45% so với việc đọc trực tiếp ADC không qua tiền xử lý.
  3. Chi phí chế tạo siêu rẻ: Toàn bộ chi phí linh kiện phần cứng (BOM) được kiểm soát ở mức dưới 15 USD, thấp hơn 90% so với đồng hồ thông minh thương mại, mở ra cơ hội tiếp cận thiết bị y tế dự phòng cho người dân có thu nhập thấp.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Hệ thống phù hợp triển khai tại nhiều kịch bản thực tế:

  • Chăm sóc người cao tuổi tại gia: Đeo vòng tay vào ban đêm giúp con cái hoặc người chăm sóc theo dõi nhịp tim người già từ xa qua smartphone/tablet mà không làm phiền giấc ngủ.
  • Viện dưỡng lão và trung tâm y tế cơ sở: Triển khai mạng lưới nhiều vòng tay kết nối vào hệ thống Wi-Fi nội bộ của viện, giúp y tá trực theo dõi tập trung chỉ số sinh tồn của nhiều phòng bệnh trên một màn hình máy tính duy nhất.
  • Phục hồi chức năng sau tai biến: Giám sát ngưỡng nhịp tim mục tiêu (Target Heart Rate - THR) trong quá trình bệnh nhân thực hiện các bài tập vật lý trị liệu, cảnh báo sớm nguy cơ tái phát đột quỵ do gắng sức.

Yêu cầu triển khai: Môi trường có sóng Wi-Fi 2.4 GHz chuẩn 802.11 b/g/n, nguồn sạc 5V DC chuẩn Micro-USB tiêu chuẩn.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Nhiễu do cử động mạnh: Cảm biến quang học SEN-11574 rất nhạy cảm với sự dịch chuyển vị trí giữa LED/LDR và bề mặt da, do đó kết quả đo chính xác nhất khi người dùng ở trạng thái tĩnh hoặc vận động nhẹ.
  • Phụ thuộc tầm phủ Wi-Fi: Do chưa tích hợp module viễn thông di động (GSM/4G), thiết bị chỉ truyền dữ liệu được trong phạm vi phủ sóng của Access Point cục bộ.
  • Ước lượng huyết áp còn đơn giản: Việc suy diễn huyết áp qua dạng sóng PPG mới dừng lại ở mô hình thực nghiệm, chưa thay thế được hoàn toàn đo áp lực cơ học bằng băng hơi.

Hướng phát triển

  1. Nâng cấp cảm biến lên dòng tích hợp chuyên dụng MAX30102 để đo đồng thời nhịp tim và nồng độ bão hòa oxy trong máu ($SpO_2$).
  2. Tích hợp module SIM7000/SIM800L hoặc công nghệ NB-IoT nhằm gửi cảnh báo khẩn cấp qua SMS/cuộc gọi đến người thân khi phát hiện nhịp tim bất thường ngoài phạm vi gia đình.
  3. Ứng dụng giải thuật máy học (TinyML) ngay trên vi điều khiển ESP32/ESP8266 để phân loại chính xác các chứng loạn nhịp tim (Arrhythmia) và tự động lọc nhiễu chuyển động chủ động (Motion Artifact Cancellation).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên và Học viên chuyên ngành: Đồ án cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về xử lý tín hiệu y sinh (PPG/ECG), kỹ thuật thiết kế mạch lọc tương tự Sallen-Key và phương pháp lập trình Web nhúng trên vi điều khiển ESP8266.
  • Kỹ sư và Lập trình viên Embedded IoT: Cung cấp mẫu thiết kế (design pattern) hoàn chỉnh từ khâu vẽ mạch PCB Altium, xử lý ngắt Timer thời gian thực (ISR), đến kỹ thuật xây dựng giao diện Web Server nhẹ không tốn tài nguyên RAM.
  • Doanh nghiệp Thiết bị Y tế: Tài liệu chứng minh tính khả thi kinh tế của dòng sản phẩm theo dõi bệnh nhân giá rẻ, cung cấp cơ sở để thương mại hóa sản phẩm vòng đeo tay sức khỏe sản xuất trong nước.
  • Bệnh nhân và Người cao tuổi: Tiếp cận một công cụ tự theo dõi sức khỏe liên tục, trực quan, thân thiện, góp phần chủ động phòng ngừa các tai biến tim mạch nguy hiểm.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu phần cứng và môi trường như thế nào để triển khai hoạt động?

Thiết bị yêu cầu mạng Wi-Fi băng tần 2.4 GHz (chuẩn 802.11 b/g/n với bảo mật WPA/WPA2). Thiết bị người dùng (PC, laptop, smartphone, tablet) chỉ cần có trình duyệt web tiêu chuẩn (Chrome, Safari, Firefox) kết nối cùng mạng Wi-Fi với vòng tay là có thể truy cập dashboard theo dõi qua địa chỉ IP cục bộ của ESP8266.

2. Giới hạn mở rộng (Scalability) của hệ thống khi triển khai cho nhiều người dùng là gì?

Trong mô hình Web Server nhúng trực tiếp, mỗi vi điều khiển ESP8266 đóng vai trò là một điểm nút phục vụ cho 1 người đeo và hỗ trợ 3-5 phiên kết nối Web đồng thời. Để mở rộng cho hàng trăm bệnh nhân tại bệnh viện, hệ thống chỉ cần cấu hình ESP8266 gửi dữ liệu dạng JSON qua giao thức MQTT về một máy chủ trung tâm (như Raspberry Pi hoặc Server chạy Node-RED / Mosquitto).

3. Thiết bị có thể tích hợp với các hệ thống quản lý bệnh viện (HIS/EMR) không?

Có. Vi điều khiển ESP8266 hoàn toàn có thể định dạng gói tin dữ liệu đo được thành chuẩn JSON và truyền tải qua các giao thức Web API (RESTful API POST/GET) hoặc HL7/FHIR tới cơ sở dữ liệu của bệnh viện qua cổng mạng LAN/Internet.

4. Thiết bị cần bảo trì và hiệu chuẩn như thế nào?

Cần vệ sinh bề mặt kính cảm biến quang học định kỳ bằng cồn y tế để tránh bám bẩn mồ hôi làm suy giảm quang thông. Thiết bị nên được hiệu chuẩn đối chiếu với máy đo huyết áp bắp tay định kỳ 6 tháng một lần để điều chỉnh thông số ngưỡng trong phần mềm.

5. Chi phí sản xuất (BOM) và thời gian thu hồi vốn ước tính?

Chi phí tổng linh kiện phần cứng (BOM) ở quy mô thử nghiệm là khoảng 350.000 VNĐ (~15 USD). Khi sản xuất hàng loạt từ 1.000 sản phẩm, chi phí có thể tối ưu dưới 200.000 VNĐ. Với mức giá thương mại dự kiến 500.000 VNĐ, sản phẩm có tiềm năng sinh lời cao và thời gian hoàn vốn đầu tư R&D ước tính trong vòng 6 - 9 tháng.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế và thi công vòng tay đo nhịp tim sử dụng công nghệ IoTs" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đề ra: chế tạo thành công một thiết bị đeo tay theo dõi sức khỏe hoàn chỉnh từ phần cứng mạch in PCB, vỏ hộp in 3D đến thuật toán xử lý tín hiệu quang học PPG và máy chủ Web nội bộ. Với sai số đo nhịp tim chỉ $\approx 2.87%$ so với thiết bị y tế chuẩn Omron HEM-8712 và thời lượng pin đạt gần 20 giờ, nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi cao trong việc ứng dụng công nghệ IoT giá rẻ vào chăm sóc sức khỏe cộng đồng.

Đây là nền tảng vững chắc để tiếp tục mở rộng phát triển các hệ thống đo đa thông số y sinh ($SpO_2$, thân nhiệt, điện tâm đồ ECG), kết nối điện toán đám mây và ứng dụng trí tuệ nhân tạo cảnh báo sớm đột quỵ trong tương lai.