Đặt vấn đề Ngày nay, nhịp sống con người ngày càng tăng cao, cuộc sống ngày càng bận rộn, yếu tố sức khỏe vốn luôn là yếu tố thiết yếu lại không nhận được nhiều sự coi trọng. Con người nói chung, tại Việt Nam nói riêng, do là một nước đang phát triển, đa phần mọi người đều bị cuốn vào cuộc sống công việc mưu sinh hàng ngày mà bỏ qua yếu tố sức khỏe của bản thân và người thân, dẫn đến hậu quả đáng tiếc do phát hiện chậm trễ. Theo như số liệu thống kê năm 2015 [1], mỗi năm Việt Nam có hơn 200.000 người bị đột quỵ (tai biến mạch máu não), hơn 50% trong số đó tử vong và 90% số người sống sót sau đột quỵ phải sống chung với các di chứng về thần kinh và vận động. Trong ba năm trở lại, số bệnh nhân phải nhập viện vì đột quỵ đang có chiều hướng tăng lên từ 1,7%-2,5%.
Trong đó, tỷ lệ nam giới mắc phải cao gấp 4 lần nữ giới. Nghiêm trọng hơn, độ tuổi bị tai biến máu não đang dần trẻ hóa, từ 40-45 tuổi so với trước đây là 50-60 tuổi, số lượng bệnh nhân bị tàn tật do đột quỵ có xu hướng tang mạnh với nhiều di chứng nặng nề [2]. Việc phòng ngừa tình trạng nói trên là một quá trình dài và khi sự cố xảy ra, nếu được phát hiện ngay lập tức, cơ hội để cứu chữa người bệnh và giảm thiểu khả năng di chứng tàn tật là rất nhiều. Qua đó, vấn đề được đặt ra là làm thế nào để có thể theo dõi sức khỏe người bệnh lâu dài cũng như phát hiện ngay khi có sự cố xảy ra.2 Tính cấp thiết Các thông số có thể đánh giá được gần đúng tình trạng sức khỏe bao gồm: Nhịp tim, huyết áp, nhiệt độ cơ thể.
Tuy nhiên, với những hạn chế như trình độ, thời gian thực hiện đề tài và yếu tố về công nghệ nên đề tài của em sẽ tập trung vào phần đo nhịp tim, huyết áp, đếm số bước chân và tính toán calories. Đồng thời đối tượng người sử dụng mà đề tài hướng đến là người cao tuổi và người chơi thể thao, vận động nhiều. Nhu cầu chăm sóc, theo dõi sức khỏe, đặc biệt cho người cao tuổi luôn rất cần thiết. Song vấn đề về thời gian chăm sóc của đa phần hộ gia đình lại khá eo hẹp, do đó nhiều người hay quên mất việc chăm sóc và kiểm tra sức khoẻ của bản thân và người thân 1 trong gia đình thường xuyên.
Chỉ khi có dấu hiệu của cơ thể nghiêm trọng mới tìm tới bệnh viện để khám chữa bệnh. Từ đó, vì những lí do nêu trên, em hướng đến việc vừa đáp ứng nhu cầu muốn ở nhà với gia đình của người cao tuổi, đồng thời vừa không tốn quá nhiều thời gian, việc di chuyển đi lại, chi phí chăm sóc của người thân. Bên cạnh đó, mọi người mắc bệnh liên quan đến tim mạch, huyết áp ngày càng gia tăng. Các thống kê chỉ ra rằng các đối tượng trên vào ban đêm khi ngủ thường có tình trạng như ngừng thở đột ngột hay tim ngừng đập, tăng hay giảm huyết áp bất thường.
Tình trạng trên nếu không được phát hiện sớm và cứu chữa kịp thời sẽ dẫn đến đột quỵ tai biến mạch máu não gây tử vong. Vì vậy, việc phát hiện sớm những bất thường trong các chỉ số sức khỏe cơ bản của bệnh nhận là rất quan trọng. Cho nên việc có một thiết bị nhỏ gọn có thể theo dõi các thông số sức khỏe và đưa ra cảnh báo mà không gây sự bất tiện cho bệnh nhân là cần thiết.3 Mục tiêu Thiết bị đo nhịp tim, nồng độ oxy trong máu, đếm số bước chân và tính lượng calories tiêu thụ đảm bảo tính chính xác, nhỏ gọn, tức thời và có thể hoạt động liên tục.4 Đối tượng và phạm vi đề tài Đối tượng của đề tài về phần cứng các linh kiện điện tử, cảm biến nhịp tim và oxy trong máu, cảm biến đo sự thay đổi về sự chuyển động, v. Phạm vi đề tài trong khuôn khổ mô hình nhỏ tiện lợi cho người dùng 2 CHƯƠNG 2.
CỞ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tín hiệu nhịp tim và các phương pháp đo nhịp tim Tín hiệu nhịp tim Nhịp tim (Heart Rate - HR) là số nhịp đập của tim trên một đơn vị thời gian, thường được tính bằng nhịp/phút. Nhịp tim có thể thay đổi theo nhu cầu hấp thụ oxy và bài tiết CO! của cơ thể, ví dụ như lúc tập thể dục và lúc ngủ. Chỉ số HR bình thường là khác nhau giữa các cá thể, phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi, tình trạng sức khỏe,v. Sự thay đổi của chỉ số HR có thể là dấu hiệu cho thấy một sự thay đổi của trạng thái tim, qua đó có thể phản ánh tình trạng sức khỏe cơ thể.
Resting Heart Rate (RHR) là chỉ số nhịp tim khi cơ thể ở trạng thái nghỉ ngơi, do đó tim không cần phải hoạt động nhiều để bơm máu đi khắp cơ thể, RHR được đo chính xác nhất vào thới điểm vừa ngủ dậy lúc sáng sớm. Ở trạng thái đang ngồi hoặc nằm, thư giãn và cơ thể không bệnh tật, chỉ số RHR vào khoảng 60-100 nhịp trên phút (Beats Per Minute – BPM). Tuy vậy, RHR thấp hơn 60 không đồng nghĩa với sự bất ổn nào đó trong cơ thể, đó có thể là dấu hiệu của tác dụng phụ khi dùng thuốc, hoặc đối với vận động viên, những người hoạt động nhiều, có thể trạng tốt, cơ tim của họ không cần phải hoạt động mạnh để giữ được cho các cơ quan chức năng trong cơ thể hoạt động ổn định. Ngoài ra, các yếu tố bên ngoài cũng gây ảnh hường đến RHR.
• Nhiệt độ môi trường: Khi nhiệt độ tăng cao, tim đập mạnh hơn và truyền máu đi nhiều hơn, chỉ số HR sẽ tăng nhưng thường không quá 10 BPM. • Trạng thái cơ thể: HR thường không đổi ở trạng thấy nghỉ ngơi, đứng hoặc ngồi. Tuy nhiên, vào khoảng 15-20s khi vừa đứng lên HR sẽ tăng lên một chút trước khi ổn định trở lại. • Yếu tố cảm xúc, tinh thần cũng ảnh hưởng đến HR: Lo lắng, căng thẳng hay quá xúc động sẽ khiến HR tăng.
• Kích thước cơ thể: Với những người nặng cân, RHR thường sẽ cao hơn, nhưng cũng không vượt quá 100BPM. • Tác dụng phụ khi sử dụng thuốc: Các loại thuốc kiềm hãm cơ thể tiết ra adrenaline sẽ làm chậm HR, quá liều lượng thuốc làm tăng HR.1 Chỉ số RHR phụ thuộc vào giới tính và độ tuổi Target Heart Rate (THR) là chỉ số nhịp tim nhắm đến khi cơ thể ở trạng thái hoạt động như làm việc, tập thể dục, vận động cơ thể, v.v, do đó tim cần hoạt động co bóp mạnh để cung cấp đủ lượng máu nuôi các cơ quan. Chỉ số THR thường được sử dụng để theo dõi trong quá trình luyện tập, bảo đảm các bài tập không quá sức.2 Chỉ số THR đối với trạng thái hoạt động cơ thể 4 Do đó, theo dõi chỉ số HR của một người trong thời gian dài sẽ cho ta biết được phần nào tình trạng sức khỏe, thói quen hàng ngày, chất lượng cuộc sống của họ, qua đó có những biện pháp cải thiện kịp thời. Phương pháp đo nhịp tim của cảm biến MAX30102 Khi tim đập, máu sẽ được đẩy đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi về áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch.
Vì vậy, ta có thể đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó. Khi hàm lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một tia sáng được truyền qua động mạch thì cường độ ánh sáng sau khi truyền qua sẽ biến thiên đồng bộ với nhịp tim. Khi tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ít ánh sáng, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại khi tim co vào, lượng máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau khi truyền qua động mạch sẽ có cường độ nhỏ hơn. MAX30102 là module đo nhịp tim bằng phương pháp quang học nên có những bóng đèn LED nhỏ ở mặt dưới, chiếu ánh sáng xanh lên bề mặt da trên cổ tay con người.
Các bước sóng khác nhau của ánh sáng sẽ có những tương tác và khúc xạ khác nhau với mạch máu dưới da ở cổ tay. Khi ánh sáng được khúc xạ, một cảm ứng khác trong thiết bị điện tử sẽ ghi nhận thông tin này. Từ các thông tin thu thập được, các thuật toán cài đặt trong thiết bị theo dõi sức khỏe trên người sẽ xử lý để đưa ra thông số về nhịp tim cụ thể trong từng trường hợp. Nếu đặt cảm biến ở khủy tay hay cổ tay có ưu điểm là áp suất máu trong động mạch biến động rất lớn, nhưng do ánh sáng từ LED phải truyền qua một bề dày lớn cơ thể, dẫn đến việc bị hấp thụ quá nhiều bởi mô và xương.
Mà độ nhạy của Photodiode là giới hạn nên ta sẽ cần một nguồn sáng với cường độ rất lớn, dẫn đến hao phí năng lượng và khó ổn định được cường độ của nguồn sáng từ LED. Nếu đặt cảm biến ở vành tai, ánh sáng chỉ cần đi qua một bề dày rất nhỏ, nhưng động mạch ở vị trí này quá bé, mức độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận được là quá nhỏ so với toàn bộ ánh sáng nhận được, nên tín hiệu điện không đủ độ tin cậy.2 Nồng độ oxy trong máu và phương pháp đo nồng độ oxy trong máu Nồng độ oxy trong máu SpO! viết tắt của cụm từ "Saturation of peripheral oxygen" là độ bão hòa oxy trong máu ngoại vi. Hiểu cách khác, SpO! chính là tỷ lệ hemoglobin oxy hóa (hemoglobin có chứa oxy) so với tổng lượng hemoglobin trong máu (oxy hóa và không oxy hóa hemoglobin). Người ta vẫn thường ví von SpO! được xem là một trong những dấu hiệu sinh tồn của cơ thể, bên cạnh 4 dấu hiệu khác là mạch, nhiệt độ, huyết áp và nhịp thở.
Chỉ số SpO! có thể được đo bằng đo oxy xung - một phương pháp gián tiếp, không xâm lấn (Không liên quan đến việc đưa các dụng cụ vào cơ thể). Nó hoạt động bằng cách phát ra và sau đó hấp thụ một sóng ánh sáng truyền qua các mạch máu (hoặc mao mạch) trong đầu ngón tay. Một biến thể của sóng ánh sáng truyền qua ngón tay sẽ cho giá trị của phép đo SpO! vì mức độ bão hòa oxy gây ra các biến đổi về màu của máu. Chỉ số 𝑺𝒑𝑶𝟐 trong máu của người bình thường Các nghiên cứu đã chứng minh rằng, chỉ số SpO! ≥ 94% là những chỉ số bình thường.