Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID-19 tại nhà - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng

Tìm hiểu đồ án tốt nghiệp hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID-19 tại nhà sử dụng công nghệ IoT. Nghiên cứu thiết kế chế tạo giải pháp giám sát nhịp tim

• Tác giả: Huỳnh Thiên Phú
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Linh Nam
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID-19 tại nhà
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID 19 tại nhà bằng IoT

Hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID-19 tại nhà bằng IoT là giải pháp công nghệ hiện đại. Hệ thống sử dụng các cảm biến sinh học kết nối internet để theo dõi liên tục các chỉ số sức khỏe quan trọng. Các chỉ số bao gồm nhịp tim, nhiệt độ cơ thể và nồng độ oxy trong máu (SpO2). Dữ liệu được thu thập theo thời gian thực và truyền lên nền tảng đám mây. Bác sĩ có thể truy cập dữ liệu từ xa thông qua web hoặc ứng dụng di động. Giải pháp này giúp giảm tải cho bệnh viện và cơ sở y tế. Bệnh nhân được chăm sóc tại nhà mà vẫn đảm bảo an toàn. Hệ thống gửi cảnh báo tức thời khi chỉ số vượt ngưỡng cho phép. Công nghệ IoT mở ra hướng đi mới trong quản lý bệnh nhân COVID-19 hiệu quả.

1.1. Vai trò của IoT trong chăm sóc sức khỏe từ xa

Công nghệ IoT đóng vai trò quan trọng trong chăm sóc sức khỏe từ xa. Các thiết bị đeo và cảm biến y tế kết nối internet thu thập dữ liệu sức khỏe liên tục. Thông tin được truyền đến đội ngũ y tế theo thời gian thực. Bác sĩ theo dõi tình trạng bệnh nhân mà không cần gặp trực tiếp. Điều này đặc biệt ý nghĩa trong đại dịch COVID-19. Bệnh nhân cách ly tại nhà vẫn được giám sát chặt chẽ. Hệ thống giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường. Từ đó can thiệp y tế kịp thời, giảm nguy cơ biến chứng nặng.

1.2. Các chỉ số sức khỏe được giám sát chính

Hệ thống giám sát ba chỉ số sức khỏe quan trọng nhất. Nhịp tim phản ánh hoạt động của hệ tim mạch. Nồng độ oxy trong máu (SpO2) cho biết khả năng hô hấp của bệnh nhân. Nhiệt độ cơ thể theo dõi tình trạng sốt và viêm nhiễm. Chỉ số SpO2 đặc biệt quan trọng với bệnh nhân COVID-19. Khi SpO2 giảm dưới 95%, bệnh nhân có nguy cơ suy hô hấp. Hệ thống cảnh báo ngay lập tức để bác sĩ can thiệp kịp thời. Việc theo dõi liên tục giúp phát hiện sớm diễn biến xấu của bệnh.

II. Vấn đề giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID 19 tại nhà

Giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID-19 tại nhà đối mặt nhiều thách thức. Số lượng bệnh nhân tăng nhanh gây quá tải hệ thống y tế. Bệnh viện không đủ giường và nhân lực để tiếp nhận tất cả ca bệnh. Nhiều bệnh nhân nhẹ và trung bình phải điều trị tại nhà. Tuy nhiên, việc theo dõi sức khỏe tại nhà gặp nhiều hạn chế. Bệnh nhân và người nhà thiếu kiến thức y tế chuyên sâu. Các triệu chứng xấu có thể xuất hiện đột ngột mà không được phát hiện kịp thời. Thiết bị y tế gia đình không đáp ứng nhu cầu giám sát liên tục. Nguy cơ bệnh tiến triển nặng tăng cao khi không có cảnh báo sớm. Giải pháp công nghệ là cần thiết để giải quyết vấn đề này.

2.1. Hạn chế của hệ thống y tế truyền thống

Hệ thống y tế truyền thống đối mặt áp lực lớn trong đại dịch. Số lượng bệnh nhân vượt quá năng lực tiếp nhận của bệnh viện. Nhân viên y tế phải làm việc liên tục với cường độ cao. Thời gian chờ đợi khám và làm thủ tục kéo dài. Chi phí đi lại và nhập viện tốn kém cho bệnh nhân. Việc theo dõi bệnh nhân sau xuất viện gặp nhiều khó khăn. Bác sĩ không có công cụ giám sát từ xa hiệu quả. Thông tin sức khỏe bệnh nhân tại nhà không được cập nhật thường xuyên. Hệ thống truyền thống cần sự hỗ trợ của công nghệ để đáp ứng nhu cầu.

2.2. Nguy cơ khi không giám sát liên tục tại nhà

Bệnh nhân COVID-19 tại nhà đối mặt nhiều nguy cơ khi thiếu giám sát. Diễn biến bệnh có thể chuyển nặng nhanh chóng trong vài giờ. Nồng độ oxy máu giảm đột ngột gây suy hô hấp cấp. Người nhà khó nhận biết các dấu hiệu cảnh báo sớm. Bệnh nhân lớn tuổi và có bệnh nền đặc biệt nguy hiểm. Thời gian trì hoãn trong cấp cứu ảnh hưởng nghiêm trọng đến tiên lượng. Không có hệ thống cảnh báo tự động, bệnh nhân có thể bỏ lỡ thời điểm vàng điều trị. Giám sát liên tục giúp giảm tỷ lệ tử vong và biến chứng nặng.

III. Giải pháp hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID 19 bằng IoT

Giải pháp hệ thống giám sát sử dụng công nghệ IoT kết hợp phần cứng và phần mềm. Phần cứng gồm board Arduino Uno và cảm biến MAX30102. Cảm biến đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu qua đầu ngón tay. Màn hình LCD hiển thị kết quả đo tại chỗ cho bệnh nhân. Dữ liệu được truyền lên nền tảng đám mây ThingSpeak qua kết nối WiFi. Ứng dụng Blynk trên điện thoại thông báo chỉ số sức khỏe real-time. Bác sĩ và người nhà dễ dàng theo dõi từ xa mọi lúc mọi nơi. Hệ thống tự động gửi cảnh báo khi chỉ số vượt ngưỡng an toàn. Giải pháp này tiết kiệm chi phí và giảm tải cho bệnh viện hiệu quả.

3.1. Cấu trúc phần cứng của hệ thống giám sát

Phần cứng hệ thống gồm nhiều thành phần quan trọng. Board Arduino Uno đóng vai trò trung tâm xử lý dữ liệu. Cảm biến MAX30102 sử dụng giao thức I2C kết nối với Arduino. Chân SCL nối với A5, chân SDA nối với A4 trên Arduino. Chân INT kết nối digital 2 để kiểm tra nhịp tim chính xác. Màn hình LCD sử dụng module IIC tiết kiệm chân kết nối. Chỉ cần hai dây SDA và SCL để điều khiển màn hình. Nguồn điện 5V cấp cho toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định. Thiết kế đơn giản, dễ lắp ráp và bảo trì tại nhà.

3.2. Phần mềm và nền tảng giám sát từ xa

Phần mềm hệ thống tích hợp nhiều nền tảng giám sát. ThingSpeak lưu trữ và trực quan hóa dữ liệu sức khỏe theo thời gian. Biểu đồ xu hướng giúp bác sĩ đánh giá tình trạng bệnh nhân dễ dàng. Ứng dụng Blynk gửi thông báo push đến điện thoại khi có cảnh báo. Giao diện thân thiện, dễ sử dụng cho cả bệnh nhân và người nhà. Dữ liệu được mã hóa bảo mật trong quá trình truyền tải. Hệ thống hoạt động 24/7 đảm bảo giám sát liên tục không gián đoạn. Phần mềm dễ nâng cấp và mở rộng theo nhu cầu thực tế.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế hệ thống giám sát COVID 19 tại nhà

Hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID-19 tại nhà bằng IoT mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Hệ thống giúp giảm áp lực đáng kể cho các cơ sở y tế. Bệnh nhân được chăm sóc liên tục ngay tại nhà riêng. Thời gian khám và chờ đợi thủ tục tại bệnh viện được tiết kiệm. Chi phí đi lại và nhập viện giảm rõ rệt cho người bệnh. Cảnh báo tức thời giúp bác sĩ can thiệp kịp thời khi chỉ số bất thường. Hệ thống có tính ứng dụng cao và dễ triển khai đại trà. Công nghệ IoT mở ra hướng phát triển mới cho y tế thông minh. Nghiên cứu này là tiền đề cho các hệ thống chăm sóc sức khỏe từ xa trong tương lai.

4.1. Lợi ích của hệ thống giám sát IoT cho bệnh nhân

Hệ thống giám sát IoT mang lại nhiều lợi ích cho bệnh nhân COVID-19. Bệnh nhân được theo dõi sức khỏe liên tục 24 giờ mỗi ngày. Dữ liệu sức khỏe tự động ghi nhận và lưu trữ đầy đủ. Bác sĩ truy cập thông tin từ xa mà không cần gặp trực tiếp. Cảnh báo tự động giúp phát hiện sớm tình trạng nguy hiểm. Người nhà yên tâm hơn khi biết chỉ số sức khỏe được cập nhật thường xuyên. Bệnh nhân hồi phục tốt hơn nhờ can thiệp y tế kịp thời. Hệ thống cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe tại nhà đáng kể.

4.2. Hướng phát triển và mở rộng ứng dụng trong tương lai

Hệ thống giám sát IoT có tiềm năng mở rộng ứng dụng rộng rãi. Công nghệ có thể áp dụng cho bệnh nhân bệnh mãn tính như tiểu đường, tim mạch. Tích hợp trí tuệ nhân tạo để dự đoán tình trạng sức khỏe tự động. Mở rộng thêm cảm biến đo huyết áp, điện tâm đồ và SpO2 nâng cao. Kết nối với hệ thống quản lý bệnh viện điện tử toàn diện. Phát triển ứng dụng di động với giao diện thông minh hơn. Triển khai đại trà tại các khu cách ly cộng đồng. Nghiên cứu đóng góp vào chiến lược chuyển đổi số y tế quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam và thế giới đang phải đối mặt với một đại dịch toàn cầu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và cuộc sống của mọi người đó chính là đại dịch Corona (COVID – 19). COVID-19 do vi-rút có tên là SARS-CoV 2 gây ra và được phát hiện vào tháng 12 năm 2019 ở Vũ Hán, Trung Quốc. Căn bệnh này rất dễ lây lan và đã nhánh chóng lan ra thế giới. Nó là một phần của họ vi-rút corona, bao gồm các loại vi-rút phổ biến gây ra nhiều loại bệnh từ cảm thông thường hoặc viêm phế quản đến các bệnh nghiêm trọng hơn (nhưng hiếm gặp hơn) như hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng (SARS) và Hội Chứng Hô Hấp Trung Đông (MERS).

Môi trường sống của bệnh COVID – 19 [1]. Giống như nhiều loại vi-rút đường hô hấp khác, vi-rút corona có thể lây từ miệng hoặc mũi của người bị nhiễm bệnh dưới dạng các giọt nhỏ khi họ ho, hắt hơi, nói chuyện, hát hoặc thở. Những giọt này có kích thước từ các giọt bắn lớn theo đường hô hấp cho đến các hạt bài tiết ở đường hô hốp (đường kính từ dưới 1 – 20 micron), có thể có cả các sinh vật truyền nhiễm có cơ chế biến đổi. Một người có thể bị nhiễm bệnh khi hít phải vi-rút nếu đang ở gần người nhiễm COVID-19 hoặc chạm vào bề mặt có vi-rút rồi lại chạm tay vào mắt, mũi hoặc miệng.

Vi-rút dễ lây lan hơn trong nhà và ở những nơi đông đúc. 3 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thiên Phú – Rah Lan Tiê – Trần Minh Tuấn Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Linh Nam Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà Cách ngăn chặn COVID-19 lây lan: - Giữ khoảng cách an toàn với người khác (ít nhất 1 mét), kể cả khi họ không có biểu hiện bệnh. - Đeo khẩu trang ở nơi công cộng, nhất là khi ở trong nhà hoặc khi không thể giữ khoảng cách.

- Chọn những không gian mở, thông thoáng thay vì những không gian kín. Mở cửa sổ nếu ở trong nhà. - Thường xuyên rửa tay. Dùng xà phòng và nước hoặc dung dịch rửa tay chứa cồn.

- Tiêm vaccine khi đến lượt. Tuân thủ chỉ dẫn của địa phương về việc tiêm vaccine. - Khi ho hoặc hắt hơi, hãy che mũi và miệng bằng khăn giấy hoặc khuỷu tay. - Ở nhà khi bạn cảm thấy không khỏe.

Với số ca mắc COVID – 19 trên thế giới được thống kê vào cuối ngày 26/04/2022 là 510.045 ca nhiêm, trong đó 463.004 ca khỏi bệnh; 6.953 ca tử vong và 40.088 ca đang điều trị (42.408 ca diễn biến nặng). Ở Việt Nam kể từ đầu dịch đến nay Việt Nam có 10.203 ca nhiễm, đứng thứ 12/227 quốc gia và vùng lãnh thổ, trong khi với tỷ lệ số ca nhiễm/1 triệu dân, Việt Nam đứng thứ 104/227quốc gia và vùng lãnh thổ (bình quân cứ 1 triệu người có 107. Đợt bùng phát dịch COVID – 19 lần thứ thứ 4 đã tác động nặng nề về mọi mặt kinh tế Việt Nam nói chung và cho thị trường lao động nói riêng trong quý III năm 2021. Thị trường lao động đối mặt với tình trạng khủng hoảng nghiêm trọng với hàng loạt kỷ lục tiêu cực được sáng lập, hàng triệu lao động bị mất việc làm, bị cắt giảm thu nhập.

Việc tìm kiếm việc làm trở nên khó khăn hơn bao giờ hết [3]. Tác động của dịch Covid – 19 đến lao động, việc làm cả nước quý III năm 2021 [4]. 4 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thiên Phú – Rah Lan Tiê – Trần Minh Tuấn Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Linh Nam Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà Thay vì nỗ lực "quét sạch" COVID-19, Việt Nam ta cùng các nước trên thế giới điều chỉnh sang mô hình "sống chung an toàn," vừa kiểm soát các đợt bùng phát dịch, vừa mở cửa trở lại nền kinh tế và khôi phục cuộc sống bình thường.

Để chủ động phòng, chống dịch COVID-19 trong trạng thái “bình thường mới”, Bộ Y tế mong muốn và kêu gọi mỗi người dân Việt Nam cùng nhau thực hiện Chung sống an toàn với đại dịch COVID-19 [5]: KHẨU TRANG: Đeo khẩu trang vải thường xuyên tại nơi công cộng, nơi tập trung đông người; đeo khẩu trang y tế tại các cơ sở y tế, khu cách ly. KHỬ KHUẨN: Rửa tay thường xuyên bằng xà phòng hoặc dung dịch sát khuẩn tay. Vệ sinh các bề mặt/ vật dụng thường xuyên tiếp xúc (tay nắm cửa, điện thoại, máy tính bảng, mặt bàn, ghế…). Giữ vệ sinh, lau rửa và để nhà cửa thông thoáng.

KHOẢNG CÁCH: Giữ khoảng cách khi tiếp xúc với người khác. KHÔNG TỤ TẬP đông người. KHAI BÁO Y TẾ: thực hiện khai báo y tế trên App NCOVI; cài đặt ứng dụng BlueZone tại địa chỉ https://www.vn để được cảnh báo nguy cơ lây nhiễm COVID-19. Biện pháp phòng ngừa Covid “5K”[6].

Để giảm nguy cơ nhập viện, tử vong khi bị lây nhiễm COVID 19, và hạn chế những di chứng sau khi người nhiễm khỏi bệnh thì giải pháp tiêm phòng vác xin là hiệu quả nhất. Cách thức hoạt động của vắc xin COVID 19 là sẽ giúp cơ thể chúng ta phát triển khả năng miễn dịch chống lại vi rút gây bệnh mà không cần bị nhiễm. Đến thời điểm hiện nay, tại Việt Nam đã có 8 loại vắc-xin phòng COVID-19 được Bộ Y tế cấp phép sử dụng. Các loại vắc-xin được phê duyệt sử dung hiện nay gồm: 5 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thiên Phú – Rah Lan Tiê – Trần Minh Tuấn Người hướng dẫn: TS.

Nguyễn Linh Nam Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà - AstraZeneca - Gam-COVID-Vac (tên khác là SPUTNIK V) - Vero Cell - Comirnaty của Pfizer/BioNTech - Vắc xin Spikevax (Tên khác là Moderna) - Vắc-xin Janssen - Vắc-xin Hayat-Vax - Vắc-xin Abdala. Dựa trên những gì đã biết về vắc-xin đối với các bệnh khác và dữ liệu ban đầu từ các thử nghiệm lâm sàng, các chuyên gia tin rằng tiêm vắc-xin ngừa COVID-19 cũng giúp ngăn ngừa khả năng bị bệnh nặng ngay cả khi đang nhiễm COVID-19. Khi đó hầu hết người mắc bệnh COVID-19 sẽ gặp các triệu chứng từ nhẹ đến trung bình và hồi phục mà không cần phải điều trị đặc biệt, nên người bệnh có thể tự cách ly và điều trị. Tuy nhiên, một số người sẽ chuyển bệnh nghiêm trọng và cần được hỗ trợ y tế.

Những người nhiễm có ít triệu chứng và thể trạng bệnh nhẹ, được cách ly và chữa trị tại nhà. Lúc này người bệnh sẽ cần một thiết bị giám sát các chỉ số sức khỏe như nhịp tim, nhiệt độ cơ thể và nồng độ máu để có biện pháp đưa ra một số cảnh báo an toàn. Nên nhóm em chọn đề tài là “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà”. Việc mắc Covid có thể để lại những hậu quả nghiêm trọng theo tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã công bố định nghĩa chính thức đầu tiên về hội chứng hậu COVID-19 (post COVID-19 condition).

Theo đó, tình trạng hậu COVID-19 xảy ra ở những người có tiền sử nhiễm bệnh với các triệu chứng và kéo dài ít nhất 2 tháng mà không thể giải thích bằng chẩn đoán thay thế. Tình trạng này có thể khiến sức khỏe người bệnh bị suy giảm kéo dài, có tác động nghiêm trọng đến khả năng quay trở lại làm việc hoặc tham gia cuộc sống xã hội. Hậu COVID-19 ảnh hưởng đến sức khỏe tâm thần thể chất và có thể gây ra những hậu quả kinh tế đáng kể cho bản thân, gia đình và cho xã hội. - Người bệnh trong giai đoạn hậu COVID-19 cũng có thể gặp các triệu chứng về tâm thần kinh như rối loạn tâm lý, giảm sự tập trung, lo âu, trầm cảm, bồn chồn, rối loạn giấc ngủ, mau quên, không tập trung.

Thường xuất hiện tình trạng não sương mù, nhận thức kém, đọc chậm, giảm trí nhớ ngắn hạn, thay đổi tâm trạng. - Người nhiễm COVID-19 nhiều tuần đến nhiều tháng sau khi khỏi bệnh vẫn còn đối mặt với hàng loạt triệu chứng và di chứng kéo dài như sốt nhẹ, khó thở, ho kéo dài, mệt mỏi, đau cơ, khớp, rụng tóc, xơ phổi, tim đập nhanh hoặc đánh trống ngực, rối loạn nội tiết, huyết học bị huyết khối… Có trường hợp xuất hiện rối loạn tiêu hóa (ăn không ngon miệng, chán ăn, đau dạ dày, tiêu chảy…), rối loạn vị giác hoặc khứu giác, phát ban… - Với người có sẵn bệnh nền như bệnh tim mạch, tiểu đường, đặc biệt là hô hấp, viêm phổi tắc nghẽn mạn tính COPD, viêm phế quản mạn… khi COVID-19 xảy ra trên nền bệnh đó có thể khiến tổn thương vốn có của họ trở nên nặng hơn. - Không chỉ biểu hiện bằng các triệu chứng lâm sàng kể trên, người bệnh còn có thể xuất hiện những bất thường cận lâm sàng như tăng men tim kéo dài, rối loạn 6 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thiên Phú – Rah Lan Tiê – Trần Minh Tuấn Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Linh Nam Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát sức khỏe bệnh nhân COVID – 19 tại nhà đường huyết, rối loạn hormon giáp, giảm độ lọc cầu thận; rối loạn chức năng hô hấp (giảm độ khuếch tán phổi, hạn chế dung tích phổi; bất thường hình ảnh học, xơ phổi, giãn phế quản trên CT scan ngực) rối loạn chức năng tâm thất qua siêu âm tim.2 Công nghệ IOT có những lợi ích thiết thực trong chăm sóc sức khỏe Công nghệ IOT là một nền tảng quan trọng đối với các nhà cung cấp thiết bị thông minh và các công ty starup, nó có thể trang bị cho những sản phẩm chức năng quản lý từ xa như thời gian,tình trạng thiết bị, … được tích hợp với điện thoại thông minh và nhiều thiết bị khác của người sử dụng.

Công nghệ IOT dễ dàng kết nối nhiều thiết bị vào mạng lưới phát triển của các ứng dụng để kiểm soát va quảng lý chúng. Nhiệm vụ của chúng là kết nối , cung cấp dịch vụ dữ liệu đám mây cho các thiết bị của chúng. - Có thể làm gì trên nền tảng IOT ? + Một nền tảng đóng vai trò cực kì quan trong trong việc truyền tải dữ liệu từ thiết bị giám sát đến máy chủ từ xa có thể quản lý nhiều chức năng như thời gian thực, các thông báo cấu hình, dịch vụ đám mây dùng được ngay và khả năng tích hợp với điện thoại thông minh.