Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ, việc ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT) vào đời sống và sản xuất đã mở ra nhiều bước tiến vượt bậc, đặc biệt là trong lĩnh vực y học và chăm sóc sức khỏe. Nhờ các tiến bộ khoa học kỹ thuật, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao, nhiều bệnh lý nguy hiểm được phát hiện, cảnh báo sớm và có phương án can thiệp điều trị kịp thời.

Tại các cơ sở y tế và bệnh viện truyền thống, hệ thống thiết bị đo đạc chỉ số sinh tồn của bệnh nhân (như máy đo điện tâm đồ, máy theo dõi nồng độ oxy) phần lớn hoạt động đơn chức năng, cồng kềnh và sử dụng hệ thống cáp tín hiệu vật lý nối trực tiếp từ bệnh nhân đến máy đo. Điều này dẫn đến sự giới hạn nghiêm trọng về mặt không gian, cản trở sự di chuyển của người bệnh, đồng thời buộc đội ngũ bác sĩ và nhân viên y tế phải có mặt trực tiếp tại phòng bệnh hoặc trước màn hình giám sát để theo dõi chỉ số. Các thiết bị y tế hiện đại hỗ trợ đa chức năng và lưu trữ số hóa trên thị trường thường có giá thành rất cao, chưa phổ biến rộng rãi cho việc chăm sóc sức khỏe từ xa tại gia đình hoặc cộng đồng.

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài khóa luận tốt nghiệp "Thu thập và lưu trữ thông tin y sinh qua wifi" do sinh viên Trần Thiều Quang Đại và Huỳnh Văn Phận thực hiện (ngành Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của ThS. Hồ Trung Mỹ) tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế một hệ thống phần cứng và phần mềm hoàn chỉnh nhằm thu thập đa thông số y sinh (ECG, SpO2, nhịp tim, thân nhiệt) và truyền dữ liệu không dây qua sóng Wi-Fi về máy chủ để lưu trữ, giám sát từ xa.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể qua các nội dung sau:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các chỉ số y sinh: điện tâm đồ (ECG), nhịp tim, độ bão hòa oxy trong máu (SpO2), thân nhiệt, cùng nền tảng giao thức mạng và Webserver.
  2. Thiết kế các mạch điện tử tương tự và số để đọc chính xác tín hiệu ECG, nhịp tim, độ bão hòa oxy và thân nhiệt (yêu cầu không sử dụng các module đo tích hợp sẵn trên thị trường nhằm làm chủ quy trình tiền xử lý tín hiệu).
  3. Thiết kế kit vi xử lý/vi điều khiển, giao tiếp với các khối cảm biến và truyền dữ liệu về máy tính thông qua mạng Wi-Fi bằng module ESP32 để theo dõi và lưu trữ trên cơ sở dữ liệu.
  4. Xây dựng chương trình phần mềm, thiết lập Webserver và giao diện người dùng trên máy tính nhằm trực quan hóa dạng sóng và các thông số y sinh theo thời gian thực.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là các tín hiệu điện sinh học và quang sinh học trên cơ thể người (tín hiệu điện tim millivolt, sự biến thiên hấp thụ quang học của máu động mạch, nhiệt độ cơ thể) trong điều kiện đo đạc không xâm lấn, được thu nhận qua các điện cực bề mặt, cảm biến quang học ngón tay và cảm biến nhiệt độ số.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở sinh lý học và tín hiệu y sinh

Hệ thống tập trung vào bốn thông số y sinh then chốt:

  • Điện tâm đồ (ECG): Tín hiệu ECG ghi nhận sự biến đổi dòng điện trong quá trình co bóp và dẫn truyền của cơ tim (từ nút xoang nhĩ Keith-Flack đến nút nhĩ thất Aschoff-Tawara, bó His và mạng lưới Purkinje). Tín hiệu ECG có biên độ rất nhỏ (cỡ vài millivolt) trong dải tần số 0,1 Hz đến 150 Hz. Một chu kỳ tim hoàn chỉnh bao gồm sóng P (khử cực hai tâm nhĩ, biên độ < 0,2 mV, kéo dài khoảng 0,1 s), phức bộ QRS (khử cực hai tâm thất, kéo dài 0,08 - 0,12 s), sóng T (tái cực muộn hai tâm thất) và sóng U (tái cực sợi Purkinje hoặc tế bào cơ tim). Hệ thống đạo trình đo đạc dựa trên tam giác Einthoven (với ba điện cực chi lưỡng cực I, II, III; điện cực chân phải RL làm điểm tham chiếu) kết hợp các đạo trình đơn cực tăng cường (aVR, aVL, aVF) thông qua điện áp trung tâm Wilson (WCT) và 6 đạo trình trước tim (V1 đến V6).
  • Nhịp tim (Heart Rate): Được định lượng bằng số lần co bóp của tim trong một phút (bpm). Ở người trưởng thành lúc nghỉ ngơi, nhịp tim bình thường dao động trong khoảng 60 - 100 bpm (nhịp nhanh > 100 bpm, nhịp chậm < 60 bpm). Tín hiệu nhịp tim được trích xuất bằng phương pháp quang thể tích (Photoplethysmography - PPG) thông qua sự biến thiên thể tích máu trong động mạch ngón tay.
  • Độ bão hòa oxy trong máu (SpO2): Biểu thị tỷ lệ phần trăm giữa Hemoglobin gắn oxy ($HbO_2$) trên tổng lượng Hemoglobin ($Hb + HbO_2$) trong máu động mạch. Chỉ số SpO2 ở người bình thường đạt từ 95% đến 100%; mức dưới 90% là tình trạng cấp cứu lâm sàng. Nguyên lý đo quang sử dụng hai bước sóng ánh sáng: bước sóng đỏ 660 nm (được hấp thụ mạnh bởi Hemoglobin không oxy hóa) và bước sóng hồng ngoại 940 nm (được hấp thụ mạnh bởi Hemoglobin gắn oxy). Tỷ số suy hao quang học qua mô ở hai bước sóng này cho phép tính toán chính xác nồng độ SpO2.
  • Thân nhiệt: Dấu hiệu sinh tồn phản ánh tình trạng cân bằng nhiệt của cơ thể, đo đạc qua cảm biến nhiệt độ tiếp xúc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thiết kế hệ thống kỹ thuật kết hợp thực nghiệm thực tế:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Tính toán thông số mạch tương tự (trở kháng vào, hệ số suy giảm dải chắn, tần số cắt của bộ lọc, hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai).
  • Phương pháp thiết kế phần cứng và phần mềm nhúng: Thiết kế sơ đồ nguyên lý, mạch in (PCB), lập trình vi điều khiển, tối ưu hóa thuật toán xử lý tín hiệu số và xây dựng máy chủ truyền dữ liệu.
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Đo đạc dạng sóng tín hiệu thực tế trên cơ thể người thử nghiệm, so sánh dữ liệu qua các tầng lọc nhiễu analog/digital và đánh giá độ ổn định của đường truyền Wi-Fi qua giao thức HTTP.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module phân tầng, kết hợp chặt chẽ giữa các khối xử lý tín hiệu tương tự, vi xử lý điều khiển và nền tảng Webserver giám sát.

[Bệnh nhân]

1. Khối phần cứng đo tín hiệu ECG

Tín hiệu điện tim rất nhỏ và chịu ảnh hưởng lớn từ nhiễu điện lưới 50 Hz, nhiễu điện cơ (EMG lên tới 30 mV) và điện thế phân cực tiếp xúc giữa điện cực kim loại với lớp gel dẫn điện. Mạch đo ECG được thiết kế gồm các tầng xử lý tuần tự:

  • Mạch bảo vệ và đệm đầu vào: Đảm bảo an toàn sinh học theo các tiêu chuẩn y tế (dòng rò tối đa cho phép < 10 $\mu$A), cung cấp trở kháng đầu vào cao (xấp xỉ 10 M$\Omega$) để tránh suy giảm biên độ tín hiệu sinh học.
  • Mạch khuếch đại vi sai đo lường (Instrumentation Amplifier): Sử dụng IC AD620 chuyên dụng kết hợp với mạch hồi tiếp lái chân phải (Right Leg Drive circuit). Mạch lái chân phải lấy tín hiệu đồng pha, đảo pha và đưa ngược trở lại cơ thể qua điện cực RL nhằm triệt tiêu tối đa nhiễu chế độ chung, nâng cao tỷ số khử đồng pha (CMRR).
  • Chuỗi mạch lọc tương tự: Gồm mạch lọc thông cao (loại bỏ điện áp một chiều DC offset từ điện cực), mạch lọc thông thấp (tần số cắt 150 Hz để loại bỏ các sóng hài bậc cao) và mạch lọc chắn dải Notch Filter 50 Hz chủ động nhằm triệt tiêu nhiễu can nhiễu từ mạng lưới điện xoay chiều dân dụng.
  • Tầng khuếch đại lặp: Điều chỉnh biên độ tín hiệu về dải điện áp tương thích với bộ biến đổi tương tự - số (ADC) của vi điều khiển.

2. Khối phần cứng đo nồng độ SpO2 và nhịp tim

Khối SpO2 sử dụng cảm biến dạng kẹp ngón tay chuyên dụng Nellcor DS-100A (với 1 cặp LED phát 660 nm / 940 nm và 1 Photodiode thu).

  • Khối điều khiển cảm biến phát: Sử dụng IC chuyển đổi số - tương tự (DAC) 2 kênh 12-bit MCP4922 (giao tiếp SPI với vi điều khiển) để điều khiển nguồn dòng kích thích luân phiên hai LED bước sóng 660 nm và 940 nm theo chu kỳ định thời chính xác.
  • Khối tiền xử lý tín hiệu thu: Tín hiệu dòng điện rất nhỏ từ Photodiode được đưa qua mạch biến đổi dòng thành áp (I-to-V Converter), tiếp tục qua tầng lọc thông cao để tách thành phần xoay chiều (AC - biến thiên theo nhịp mạch đập) khỏi thành phần một chiều (DC - hấp thụ bởi mô, xương và tĩnh mạch), qua mạch lọc thông thấp, lọc triệt dải 50 Hz và mạch khuếch đại trước khi đưa về chân ADC.

3. Khối cảm biến thân nhiệt và phần cứng trung tâm

  • Cảm biến nhiệt độ DS18B20: Sử dụng phiên bản đầu dò bằng thép không gỉ chống nước, giao tiếp theo chuẩn 1-Wire (truyền nhận dữ liệu qua duy nhất 1 dây tín hiệu). Cảm biến có dải đo từ -55°C đến +125°C, độ phân giải cấu hình 12-bit (thời gian chuyển đổi tối đa 750 ms), sai số $\pm 0,5^\circ\text{C}$ trong khoảng nhiệt độ sinh học (-10°C đến +85°C).
  • Khối vi điều khiển và truyền thông Wi-Fi:
    • ATmega328P: Vi điều khiển 8-bit kiến trúc RISC, bộ nhớ 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM, tích hợp bộ ADC 10-bit đảm nhiệm việc đọc các giá trị điện áp tương tự từ mạch đo ECG và SpO2.
    • Module ESP32: Trang bị vi xử lý Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 (tần số hoạt động 160 – 240 MHz), 520 KB SRAM, tích hợp Wi-Fi chuẩn 802.11 b/g/n và BLE. ESP32 thực hiện nhiệm vụ thu nhận dữ liệu từ ATmega328P, thực hiện thuật toán tính toán và đóng gói dữ liệu truyền tải không dây qua giao thức mạng.

4. Giao thức truyền thông và phần mềm máy chủ

Hệ thống sử dụng giao thức truyền tải siêu văn bản HTTP/1.1 tại tầng ứng dụng (Application Layer) của mô hình mạng TCP/IP để đẩy dữ liệu lên máy chủ web. Quá trình truyền nhận dữ liệu được tối ưu hóa thông qua việc lựa chọn phương thức gửi tin phù hợp:

Tiêu chí so sánh Phương thức GET Phương thức POST
Bảo mật Kém an toàn, dữ liệu hiển thị trực tiếp trên URL An toàn hơn, dữ liệu nằm trong phần thân (Body) của Request
Giới hạn kích thước Bị hạn chế theo độ dài URL (khoảng 2048 ký tự) Không giới hạn độ dài dữ liệu truyền tải
Kiểu dữ liệu hỗ trợ Chỉ chấp nhận bảng mã ASCII Hỗ trợ đa dạng, chấp nhận cả dữ liệu nhị phân (Binary)
Khả năng lưu trữ Cache / Bookmark Có thể lưu trong bộ nhớ Cache và Bookmark trình duyệt Không lưu Cache, không hỗ trợ Bookmark
Định dạng mã hóa (Encoding) application/x-www-form-urlencoded application/x-www-form-urlencoded hoặc multipart/form-data
Ảnh hưởng khi tải lại trang Vô hại, không gửi lại dữ liệu Dữ liệu sẽ được thực thi gửi lại một lần nữa

Dữ liệu y sinh từ ESP32 được đẩy lên Webserver bằng các HTTP Request chứa các trường thông số (Nhiệt độ, Nhịp tim, SpO2, mẫu điện thế ECG). Máy chủ tiếp nhận yêu cầu, cập nhật thông tin vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu và hiển thị trực tiếp lên giao diện trình duyệt web dưới dạng bảng số liệu và đồ thị dạng sóng thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan và Nhiệm vụ đề tài

Chương 1 phân tích bối cảnh phát triển của các thiết bị y tế trong kỷ nguyên IoT, chỉ rõ hạn chế của các hệ thống đo đạc truyền thống dùng dây dẫn cồng kềnh và phân tích xu hướng dịch chuyển sang các hệ thống giám sát từ xa. Tác giả tổng hợp tình hình nghiên cứu thiết bị y tế không dây trong và ngoài nước, từ đó xác lập mục tiêu, yêu cầu kỹ thuật và 4 nhiệm vụ cốt lõi của đề tài tốt nghiệp.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp nền tảng lý thuyết sinh y và kỹ thuật điện tử:

  • Sinh lý học tim và tín hiệu ECG: Cấu tạo buồng tim, hệ thống van, cơ chế phát nhịp tự động, phân tích hình thái các sóng P-QRS-T-U, các khoảng PQ, ST, QT và hệ thống 12 đạo trình theo tam giác Einthoven và điện áp trung tâm WCT.
  • Lý thuyết đo nhịp tim và nồng độ oxy: Phân tích 3 phương pháp đo nhịp tim (thủ công, điện cực, quang học PPG), cơ chế vận chuyển oxy của phân tử Hemoglobin, các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác phép đo SpO2 (áp lực mạch, thiếu máu, ngộ độc CO, cử động).
  • Linh kiện và vi điều khiển: Khảo sát chi tiết thông số kỹ thuật của ATmega328P, module ESP32, IC DAC MCP4922 (12-bit, giao tiếp SPI), cảm biến nhiệt độ DS18B20 và cảm biến SpO2 Nellcor DS-100A.
  • Giao thức mạng: Phân tích mô hình TCP/IP, cấu trúc gói tin HTTP Request/Response, cơ chế Pipelining, hiện tượng Head-of-line blocking và so sánh chi tiết hai phương thức GET và POST.

Chương 3: Thiết kế và thực hiện phần cứng

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình thiết kế, tính toán tham số linh kiện và sơ đồ nguyên lý của các khối phần cứng:

  • Mạch đo ECG: Thiết kế tầng khuếch đại vi sai sử dụng IC AD620 kết hợp mạch hồi tiếp chân phải (Right Leg Drive), mạch lọc thông cao, mạch lọc thông thấp (cắt tần số > 150 Hz), mạch lọc chắn dải Notch 50 Hz và mạch khuếch đại lặp.
  • Mạch đo SpO2: Thiết kế mạch điều khiển dòng phát LED thông qua DAC MCP4922 và mạch tiền xử lý tín hiệu thu (chuyển đổi I-to-V, tách lọc AC/DC và lọc triệt dải).
  • Sơ đồ khối toàn mạch: Tích hợp khối đo ECG, SpO2, cảm biến DS18B20 với vi điều khiển trung tâm.

Chương 4: Thiết kế và thực hiện phần mềm

Chương này tập trung vào cấu trúc phần mềm và giải thuật xử lý:

  • Xây dựng sơ đồ tổng quan luồng dữ liệu của hệ thống thu thập y sinh.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật đọc và xử lý tín hiệu ADC trên vi điều khiển ATmega328P và module ESP32 (NodeMCU).
  • Xây dựng thuật toán tự động điều chỉnh cường độ sáng của LED phát (660 nm / 940 nm) theo chu kỳ định thời và thuật toán tính toán tỷ lệ biên độ AC/DC để xuất ra chỉ số SpO2 cùng nhịp tim.
  • Thiết lập mã nguồn truyền thông HTTP client trên ESP32 gửi dữ liệu về máy chủ.

Chương 5: Kết quả thực hiện

Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm đạt được trên mô hình thực tế:

  • Hiện thực hóa thành công bo mạch phần cứng đo ECG và bo mạch đo SpO2 dạng rời.
  • Ghi nhận dạng sóng điện tâm đồ ECG thực tế rõ nét, thể hiện đầy đủ các đỉnh sóng P, phức bộ QRS và sóng T.
  • Kiểm chứng dạng sóng tín hiệu SpO2 trước và sau khi qua các bộ lọc tương tự, chứng minh hiệu quả khử nhiễu của khối lọc phần cứng.
  • Giao diện Webserver hoàn chỉnh hiển thị thông số nhịp tim, thân nhiệt, SpO2 và biểu đồ sóng ECG theo thời gian thực trên máy tính.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành các nhiệm vụ đề ra trong khóa luận, tổng kết các kết quả đạt được về phần cứng, phần mềm và đề xuất các định hướng nghiên cứu hoàn thiện hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Chế tạo thành công hệ thống phần cứng chuyên dụng: Tự thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh các mạch tương tự tiền xử lý tín hiệu ECG và tín hiệu quang SpO2 mà không phụ thuộc vào các module đo tích hợp thương mại có sẵn.
  2. Thu nhận và xử lý tín hiệu y sinh chính xác: Mạch khuếch đại vi sai AD620 và mạch lọc tương tự đã loại bỏ hiệu quả nhiễu điện lưới 50 Hz và các thành phần trôi đường đẳng điện DC, xuất ra dạng sóng ECG thực tế sắc nét với đầy đủ các thành phần xung tim tiêu chuẩn.
  3. Hệ thống giám sát không dây hoạt động ổn định: Module ESP32 giao tiếp mượt mà với cảm biến số DS18B20 và khối ADC, thực thi thuật toán điều chế LED, tính toán các chỉ số sinh tồn và truyền tải dữ liệu ổn định qua mạng Wi-Fi bằng giao thức HTTP về Webserver.
  4. Trực quan hóa dữ liệu thời gian thực: Xây dựng thành công giao diện web hiển thị đầy đủ 4 thông số sinh tồn quan trọng của bệnh nhân, hỗ trợ bác sĩ và người chăm sóc truy cập giám sát từ xa qua trình duyệt mạng nội bộ.

Đóng góp của đề tài

  • Khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng vi điều khiển giá thành thấp (ESP32, ATmega328P) kết hợp mạch tiền xử lý tương tự tự thiết kế vào các bài toán quan trắc y sinh phức tạp.
  • Đưa ra một giải pháp mở về hệ thống IoT trong y tế, giúp đơn giản hóa kết nối dây dẫn trong phòng bệnh, giảm thiểu áp lực đi lại cho nhân viên y tế và tạo tiền đề cho các thiết bị chăm sóc sức khỏe cá nhân từ xa tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Mô hình phần cứng mới dừng lại ở dạng bo mạch thí nghiệm/nguyên mẫu (prototype), kích thước còn tương đối lớn, chưa được đóng gói thành thiết bị đeo nhỏ gọn hoàn chỉnh.
  • Tín hiệu đo đạc còn nhạy cảm với các rung lắc cơ học mạnh hoặc khi bệnh nhân vận động nhiều trong quá trình đo (nhiễu cử động).
  • Giao thức truyền thông sử dụng HTTP không mã hóa (Port 80), chưa tích hợp chứng chỉ bảo mật HTTPS (Port 443) để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho dữ liệu bệnh án theo các tiêu chuẩn bảo mật y tế nghiêm ngặt.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tích hợp thuật toán lọc số thích nghi (Adaptive Digital Filter) trực tiếp trên vi xử lý để triệt tiêu nhiễu cử động và nhiễu điện cơ nâng cao.
  • Thiết kế lại mạch in nhiều lớp (Multi-layer PCB) sử dụng linh kiện dán (SMD) để thu nhỏ kích thước thiết bị theo dạng thiết bị đeo tay thông minh (Wearable Healthcare Device).
  • Nâng cấp giao thức truyền tải sang WebSocket hoặc MQTT nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu thời gian thực, đồng thời áp dụng giao thức mã hóa HTTPS/SSL để bảo mật cơ sở dữ liệu y tế của bệnh nhân.
  • Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI/Machine Learning) trên máy chủ để tự động phân tích dạng sóng ECG, phát hiện và đưa ra cảnh báo sớm các dạng rối loạn nhịp tim nguy hiểm.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao đối với sinh viên, kỹ sư và nhóm nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Y sinh (Biomedical Engineering), Hệ thống Nhúng và IoT:

  • Phần thiết kế mạch tương tự (Chương 3): Là tài liệu tham khảo chuẩn mực cho các đề tài cần xử lý tín hiệu sinh học biên độ nhỏ (khuếch đại vi sai đo lường AD620, mạch lái chân phải Right Leg Drive, các cấu trúc lọc tích cực thông dải và notch filter 50 Hz).
  • Phần giao tiếp ngoại vi và truyền thông: Cung cấp phương pháp cấu hình DAC 12-bit MCP4922 qua SPI, giao tiếp 1-Wire với cảm biến DS18B20 và giải pháp lập trình mạng HTTP Client trên vi điều khiển ESP32 kết nối máy chủ dữ liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao trong thiết kế mạch đo ECG của đề tài lại bắt buộc phải sử dụng mạch điều khiển chân phải (Right Leg Drive)?
Tín hiệu điện tâm đồ có biên độ rất nhỏ (dưới vài millivolt) và cơ thể người hoạt động như một ăng-ten hấp thu rất nhiều nhiễu điện trường từ mạng lưới điện dân dụng (50 Hz). Mạch điều khiển chân phải (Right Leg Drive) trích xuất điện áp đồng pha từ hai cực đo, đảo pha và đưa ngược trở lại cơ thể bệnh nhân qua chân phải (RL), giúp triệt tiêu dòng nhiễu chế độ chung và nâng cao tối đa tỷ số CMRR của khối khuếch đại vi sai.

2. Nguyên lý đo nồng độ SpO2 bằng hai bước sóng 660 nm và 940 nm được thực hiện như thế nào?
Phương pháp dựa trên sự khác biệt về phổ hấp thụ quang học của Hemoglobin không oxy hóa ($Hb$) và Oxyhemoglobin ($HbO_2$). Ánh sáng đỏ 660 nm bị hấp thụ mạnh bởi $Hb$, trong khi ánh sáng hồng ngoại 940 nm bị hấp thụ mạnh bởi $HbO_2$. Hệ thống điều khiển phát luân phiên hai bước sóng này xuyên qua ngón tay, cảm biến photodiode thu nhận cường độ ánh sáng suy hao và tách thành phần biến thiên xoay chiều (AC) cùng thành phần tĩnh (DC) để tính toán tỷ số $R$, từ đó suy ra chỉ số SpO2.

3. Đề tài sử dụng những vi điều khiển và cảm biến cụ thể nào trong hệ thống?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển 8-bit ATmega328P (lấy mẫu và tiền xử lý tín hiệu), module Wi-Fi 32-bit ESP32 (xử lý trung tâm và truyền thông), IC chuyển đổi DAC 12-bit MCP4922, cảm biến nhiệt độ số chống nước DS18B20 (chuẩn 1-Wire, độ phân giải 12-bit) và đầu dò kẹp ngón tay chuyên dụng Nellcor DS-100A SpO2.

4. Vì sao nhóm tác giả lại lựa chọn giao thức HTTP và sóng Wi-Fi để truyền dữ liệu y sinh?
Wi-Fi là chuẩn kết nối không dây phổ biến rộng rãi, có băng thông cao, tần số hoạt động lớn và công suất tiêu thụ tối ưu trên các dòng chip hiện đại như ESP32. Giao thức HTTP/1.1 có tính linh hoạt cao, cấu trúc bản tin Request/Response rõ ràng, dễ dàng tích hợp với các hệ thống Webserver và trình duyệt máy tính mà không đòi hỏi cài đặt phần mềm chuyên biệt phức tạp tại máy trạm của bác sĩ.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Thu thập và lưu trữ thông tin y sinh qua wifi" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu thiết kế và hiện thực hóa một hệ thống IoT y tế đa thông số. Nhóm tác giả đã làm chủ trọn vẹn quy trình công nghệ từ khâu thiết kế phần cứng tương tự khuếch đại, lọc tín hiệu ECG/SpO2 đến khâu lập trình nhúng trên ESP32 và xây dựng Webserver theo dõi thời gian thực. Đề tài mở ra hướng tiếp cận giàu tính ứng dụng trong việc hiện đại hóa các thiết bị giám sát bệnh nhân không dây, phục vụ đắc lực cho công tác chăm sóc sức khỏe cộng đồng.