MỞ ĐẦU a. TỔNG QUAN Dương Trọng Lượng và nhóm nghiên cứu đã trình bày đề tài: Thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu điện tâm đồ trong thßi gian thực dựa trên giao tiếp âm thanh- soundcard tích hợp trong máy tính [1]. Bài báo này đã trình bày nghiên cứu, thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu điện tâm đồ (ECG) trong thßi gian thực dựa vào soundcard có sẵn trong máy tính. Nghiên cứu này đã phát triển được công cụ giúp thu thập, xử lý, phân tích tín hiệu ECG được thuận tiện hơn nhß soundcard và phần mềm Matlab có trên máy tính.
Đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Văn Hải và Nguyễn Minh Quân với đề tài: Giám sát nhịp tim qua điện thoại Android đã tập trung gửi dữ liệu nhịp tim lên điện thoại android [2]. Dữ liệu nhịp tim được lấy từ cảm biến không xâm lấn được đặt á đầu ngón tay. Dữ liệu này được đưa vào và xử lý trong arduino. Sau khi được xử lý, dữ liệu được gửi lên điện thoại qua serial và giao tiếp qua bluetooth.
Trên điện thoại có phần mềm được tạo từ môi trưßng Mit App Inventer để hiển thị và giám sát. Theo dõi dữ liệu điện tim là một nhu cầu cần thiết của mọi ngưßi. Bin Yu, Lisheng Xu và Yongxu Li [3] đã đưa được tín hiệu đó lên điện thoại. Sử dụng bluetooth nămg lượng thấp (BLE) để gửi dữ liệu lên.
Trên nền tảng di động IOS của Iphone 4s được nhúng bluetooth 4.0, dữ liệu được nhận từ cảm biến và hiển thị. Cảm biến thu nhận tín hiệu là loại 2 cực. Nghiên cứu không những cho thấy tính hiệu quả trong việc loại bỏ hạn chế bái dây dẫn vật lý mà còn giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng khi giám sát điện tim dài hạn. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì khoa học máy tính và mạng máy tính phát triển.
Wei Lin giám sát tín hiệu điện tim theo thßi gian thực thông qua kết nối IEEE802. Các bác sĩ có thể nắm được sự bất thưßng của tín hiệu điện tim mà không bị ràng buộc với thiết bị ECG. Mục tiêu của nghiên cứu là tạo nên nền tảng mạng chăm sóc sức khỏe không dây dựa trên tiêu chuẩn IEEE 8002.4 có khả năng truyền dữ liệu ECG đa kênh trong thßi gian thực. Sử dụng module ZB XBEE Pro cho hai thiết bị máy tính để bàn; một để lấy dữ liệu, xử lý và truyền, thiết bị còn lại tiếp nhận và hiển thị trong thßi gian thực.
Phần mềm kiểm tra kết nối giữa phần cứng khác và XBEE đã được viết trên Labview. Kết quả thử nghiệm cho thấy tốc độ truyền dữ liệu hiệu quả là trên 3,2 Kb/s nếu dữ liệu trên 60 byte, tốc độ này cho phép truyền phát tin cậy một kênh tín hiệu ECG chất lượng cao mà không bị tràn bộ đệm. Số hiệu:HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét:00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 1/83 Việc số hóa điện tim có thể thúc đẩy được phát hiện các loại bệnh về tim và liên quan. Guo Ying [7] và nhóm nghiên cứu phát triển hệ thống phát hiện và phân tích ECG trên nền tảng Labview thông qua module chuyển đổi.
Các tín hiệu này được số hóa và xử lý lọc đơn giản từ module. Sau đó hiển thị lưu trữ và phát lại dữ liệu dựa trên nền tảng của Labview và một số xử lý dựa trên nền tảng của Matlab. Hiệu suất của hệ thống là đáng tin cậy, module gần gũi hơn với thực tế và dễ vận hành. Labview dần cho thấy lợi thế của mình trong lĩnh vực điện tử bái khả năng tương thích phần cứng của nó.
Brucal và nhóm nghiên [5] cứu đã phát triển thuật toán xử lý tín hiệu ECG 12 đạo trình bằng NI Labview và NI Elvis. Nghiên cứu này thực hiện thuật toán loại bỏ một lượng nhiễu nhất định trong tín hiệu ECG. Tính thân thiện của nó được khảo sát thông qua các bác sĩ tim mạch. Khảo sát này cho thấy ECG-NI loại bỏ tốt được nhiễu, chính xác và thân thiện với ngưßi dùng.
Công nghệ phát triển, nhu cầu khám chữa bệnh từ xa cũng tăng theo. Một hệ thống đo tín hiệu sinh học từ xa trong thßi gian thực đã được phát triển bái Jay A. Nghiên cứu này cho phép theo dõi bệnh nhân liên tục; thu nhận, phân tích và xử lý các thông tin như nhịp tim và ECG. Thu tín hiệu thô sử dụng bái cảm biến EKG được tiền xử lý trên nền tảng NI ELVIS.
Tín hiệu được xử lý tiếp á phần mềm Labview để phân tích. Qua đó có thể theo dõi tín hiệu á một vị trí từ xa trong thßi gian thực bằng công cụ web. LÝ DO CHàN ĐÀ TÀI Phân loại, phát hiện và chẩn đoán sớm được bệnh tim dựa trên tín hiệu điện tim lad vấn đề cấp thiết của các nhà khoa học và đội ngũ y bác sĩ. Tại Việt Nam, theo thống kê của bộ Y tế, hàng năm có khoảng 200.000 ngưßi tử vong vì bệnh tim mạch, chiếm 33% tổng số ca tử vong.
Theo báo cáo và thống kê của viện Tim mạch năm 2015, ngưßi trưáng thành trong độ tuổi 18-65 chiếm 25% tỷ lệ tăng huyết áp. Trong đó bệnh tim mạch còn làm cho 17,3 triệu ngưßi chết mỗi năm và đến năm 2030 thì con số này lên đến 23,6 triệu ngưßi trên thế giới. Do đó, việc phân loại và chẩn đoán kịp thßi các bệnh cần phải được thực hiện sớm. Để làm được điều trên thì trước hết cần phải có một hệ thống thu thập và lưu trữ dữ liệu điện tim để phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên, nhà khoa học tại các cơ sá trưßng đại học, khoa, viện nghiên cứu… được diễn ra một cách nhanh chóng và thuận lợi nhất.
Tín hiệu điện tim có đặc điểm là biên độ nhỏ và dễ bị nhiễu. à các độ tuổi khác nhau thì việc lấy điện tim và gặp trá ngại khác nhau và số điện cực sẽ quyết định số đạo Số hiệu:HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét:00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 2/83 trình cần lấy. Vì vậy, trong quá trình thu thập tín hiệu điện tim cần tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc trong việc lấy tín hiệu điện tim cho tốt nhất. Không những thế cần phải có thiết bị lấy tín hiệu điện tim đáng tin cậy để có thể thu thập các dữ liệu điện tim chính xác.
Trong thßi đại công nghệ 4.0 hiện nay, IoT được áp dụng vào mọi lĩnh vực trong cuộc sống. Trong lĩnh vực y tế thì IoT đóng vai trò vô cùng quan trọng khi nó giúp việc khám chữa bệnh trá nên nhanh hơn, thuận tiện hơn khi <vạn vật= được kết nối với nhau. Đối với việc thu thập và hệ thống hóa số tín hiệu điện tim sẽ giúp cho việc phân loại và chẩn đoán bện được diễn ra nhanh chóng hơn đồng thßi hưáng ứng chính sách hồ sơ y tế của Bộ Y tế Việt Nam ban hành vào ngày 01/03/2019. Đây là lý do thôi thúc nhóm thực hiện đề tài Thi¿t k¿ và thi công hệ thßng thu thập dữ liệu điện tim ECG có hiển thß tín hiệu qua smart phone.
MỤC TIÊU Xây dựng được mô hình thu thập tín hiệu điện tim và gửi dữ liệu lên server. Đồng thßi, tín hiệu cũng được hiển thị lên smart phone thông qua phần mềm ứng dụng được lập trình. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tham khảo tài liệu: Tham khảo các tài liệu về thu thập tín hiệu ECG và cách sử dụng phần mềm Labview. Phương pháp thực nghiệm khoa học: Trực tiếp thu thập dữ liệu và đưa dữ liệu lên web, app điện thoại.
ĐÞI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là tín hiệu điện tim, cách thức truyền dữ liệu điện tim và lưu dữ liệu điện tim. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu là tập trung vào xây dựng một hệ thống phần mềm dùng để truyền dữ liệu ECG từ lúc thu được đến lúc hiển thị lên thiết bị đầu cuối cho ngưßi dùng. Số hiệu:HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét:00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 3/83 Ch°¢ng 1. GIàI THIÞU Sau khi lựa chọn được đề tài, để hiểu rõ hơn về tính thực thi và một số lý thuyết liên quan đến đề tài, nhóm chúng em xin được trình bày một số nội dung chính sau: Tổng quan về hoạt động của tim và điện tim, Lý thuyết về bộ lọc số, Giới thiệu sơ lược về Android, Server, Wifi, Mysql, PHP cũng như phần cứng và phần mềm được sử dụng để thực hiện đề tài này.
TàNG QUAN VÀ HO¾T ĐÞNG CĀA TIM VÀ ĐIÞN TIM 1. Mô tả s¢ l°ÿc nguyên lý ho¿t đßng cāa tim Tim là một trong những bộ phận quan trọng trong hệ tuần hoàn của ngưßi và động vật [12]. Tim hoạt động như cái bơm với chức năng bơm đều đặn để đẩy máu theo các động mạch cùng dưỡng khí và các chất dinh dưỡng đến các tế bào trong toàn bộ cơ thể [13-14]. Đồng thßi tim hút máu từ các tĩnh mạch về hai tâm thất của tim, sau đó đẩy máu đến phổi để trao đổi khí CO2 và lấy khí O2 [15].
Chu kì ho¿t đßng cāa tim Tim hoạt động theo chu kỳ với mỗi chu kỳ tim được bắt đầu từ pha co tâm nhĩ, tiếp đến là pha co tâm thất và cuối cùng là pha giãn chung như mô tả á hình 1.1: Chu kỳ hoạt động của tim Mỗi một chu kỳ tim thưßng kéo dài 0,8 giây gồm 3 pha, trong đó: Pha nhĩ co 0.7s còn lại là thßi gian nghỉ của cơ tâm nhĩ. Pha thất co 0.5s còn lại là thßi gian nghỉ của cơ tâm thất. Thßi gian của pha dãn chung là 0.4s là thßi gian nghỉ. Số hiệu:HD/QT-PKHCN-QHQT-NCKHSV/00 Lần soát xét: 00 Ngày hiệu lực: 01/4/2020 Trang: 4/83 Nhß vào các yếu tố như hoạt động theo chu kỳ đều đặn, phân bổ đều thßi gian nghỉ cùng cấu tạo đặc biệt và bền bỉ của tim cũng như lượng máu cung cấp để nuôi dưỡng dồi dào nên cơ tim có thể hoạt động liên tục [17].
Các quá trình đißn hßc cāa tim Hình 1.2: Điện thế hoạt động – Các quá trình điện học của tim Hình 1.2 chính là quá trình điện học của tim, xảy ra do sự biến đổi hiệu điện thế giữa hai mặt trong và ngoài màng tế bào cơ tim. Sự thay đổi hiệu điện thế này xuất hiện khi có sự di chuyển của các ion (K+, Na+.) giữa mặt trong và ngoài tế bào. Khi tế bào bắt đầu hoạt động thì điện thế mặt ngoài màng tế bào trá thành âm tính tương đối so với mặt trong của màng tế bào và đó chính là hiện tượng khử cực.