Đồ án HCMUTE: Thiết kế và thi công máy đo nhịp tim kết nối với máy tính

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Trường Long
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Máy Đo Nhịp Tim Giao Tiếp Với Máy Tính
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. LÝ THUYẾT TÍN HIỆU ĐIỆN TIM
• 2.1.1. Cấu trúc giải phẫu và chức năng của tim
• 2.1.2. Quá trình hình thành tín hiệu điện tim
• 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THEO DÕI NHỊP TIM
• 2.2.1. Khảo sát một số phương pháp đo nhịp tim hiện có
• 2.2.2. Phương pháp đo điện tim
• 2.3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐO ĐIỆN TIM
• 2.4.1. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ KHỐI
• 2.4.2. GIAO DIỆN PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN
• 2.5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ
• 2.6. MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHẦN CỨNG SẢN PHẨM
• 2.7. ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ
• 2.8. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 2.9. KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 2.9.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế máy đo nhịp tim Tổng quan hệ thống

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính tại HCMUTE tập trung vào việc tạo ra một thiết bị đo nhịp tim nhỏ gọn, hiệu quả, và tiết kiệm chi phí. Thiết kế máy đo nhịp tim này sử dụng Arduino Uno R3 làm bộ xử lý trung tâm. Cảm biến nhịp tim AD8232 được tích hợp để thu thập tín hiệu điện tim. Hệ thống giao tiếp với máy tính thông qua giao thức serial, cho phép hiển thị và phân tích dữ liệu trên giao diện phần mềm được phát triển bằng Visual C#. Thiết kế mạch điện tử tối ưu hoá việc xử lý tín hiệu và đảm bảo độ chính xác của phép đo. Vi điều khiển Arduino đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Phát triển phần mềm tập trung vào việc tạo ra giao diện người dùng thân thiện và trực quan, giúp người dùng dễ dàng theo dõi nhịp tim của mình. Giải pháp đo nhịp tim này hướng đến việc hỗ trợ theo dõi sức khỏe tại nhà, đặc biệt hữu ích cho bệnh nhân tim mạch.

1.1. Lựa chọn phần cứng và phần mềm

Việc lựa chọn phần cứng phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả của hệ thống. Arduino Uno R3, với tính năng mạnh mẽ, khả năng lập trình dễ dàng và chi phí hợp lý, trở thành sự lựa chọn tối ưu cho vi điều khiển. Module cảm biến AD8232, chuyên dụng cho việc đo tín hiệu điện tim, đảm bảo độ chính xác cao và ổn định. Giao tiếp UART được sử dụng để truyền dữ liệu từ Arduino đến máy tính. Visual C# được lựa chọn để phát triển giao diện người dùng (GUI) do khả năng tạo giao diện đồ họa mạnh mẽ và khả năng tích hợp với các hệ thống khác. Sự lựa chọn này thể hiện sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa hiệu quả, chi phí và khả năng tích hợp. Thiết kế đồ án tốt nghiệp HCMUTE này chú trọng đến tính thực tiễn và khả năng ứng dụng rộng rãi.

1.2. Thiết kế mạch điện và nguyên lý hoạt động

Thiết kế mạch điện tử dựa trên nguyên lý hoạt động của cảm biến nhịp tim AD8232. Mạch được thiết kế để khuếch đại tín hiệu điện tim yếu, loại bỏ nhiễu và chuyển đổi tín hiệu thành dạng số để xử lý trên Arduino. Arduino thực hiện việc lấy mẫu, lọc và xử lý tín hiệu, sau đó truyền dữ liệu đến máy tính thông qua giao tiếp UART. Xử lý tín hiệu bao gồm việc lọc nhiễu, phát hiện biên độ sóng R để xác định nhịp tim. Lập trình nhúng trên Arduino sử dụng ngôn ngữ C++, đảm bảo hiệu quả xử lý tín hiệu. Thiết kế mạch được mô phỏng và tối ưu hóa trước khi chế tạo để đảm bảo tính ổn định và chính xác của hệ thống. Máy đo nhịp tim hoạt động dựa trên các nguyên tắc điện tử cơ bản, đảm bảo tính đơn giản, dễ hiểu và dễ bảo trì.

II. Phát triển phần mềm và giao diện người dùng

Phần mềm điều khiển được phát triển trên nền tảng Visual C#, tạo ra một giao diện người dùng trực quan và thân thiện. Giao diện hiển thị thông tin nhịp tim một cách rõ ràng, dễ đọc. Phần mềm cho phép người dùng theo dõi nhịp tim theo thời gian thực. Phần mềm xử lý dữ liệu nhịp tim giúp phân tích các chỉ số quan trọng liên quan đến sức khỏe tim mạch. Giao diện phần mềm được thiết kế để đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp với nhiều đối tượng người dùng, kể cả những người không có kiến thức chuyên môn về công nghệ. Phần mềm tích hợp khả năng lưu trữ và xuất dữ liệu, cho phép người dùng theo dõi sự thay đổi nhịp tim theo thời gian và chia sẻ dữ liệu với bác sĩ nếu cần. Giao tiếp USB được sử dụng để kết nối giữa máy đo nhịp tim và máy tính.

2.1. Thiết kế giao diện người dùng

Giao diện người dùng được thiết kế tối giản nhưng vẫn đảm bảo hiển thị đầy đủ thông tin cần thiết. Dữ liệu nhịp tim được hiển thị trực quan, dễ đọc, bao gồm nhịp tim hiện tại, biểu đồ nhịp tim theo thời gian thực. Giao diện cung cấp các tùy chọn cấu hình, như thời gian lấy mẫu, cài đặt cảnh báo ngưỡng nhịp tim. Thiết kế tập trung vào tính dễ sử dụng và khả năng tiếp cận của người dùng. Ứng dụng máy đo nhịp tim hướng đến sự đơn giản, dễ thao tác, phù hợp với người già và người bệnh. Phát triển phần mềm tuân thủ các nguyên tắc thiết kế giao diện người dùng hiện đại, nhằm tăng trải nghiệm người dùng. Giao diện hỗ trợ nhiều ngôn ngữ, giúp mở rộng khả năng tiếp cận.

2.2. Xử lý và phân tích dữ liệu

Phần mềm thực hiện việc xử lý và phân tích dữ liệu nhịp tim thu thập được từ Arduino. Dữ liệu được hiển thị dưới dạng đồ thị, giúp người dùng dễ dàng theo dõi sự thay đổi nhịp tim theo thời gian. Phần mềm có khả năng tính toán các thông số trung bình, tối đa, tối thiểu của nhịp tim. Phần mềm cung cấp chức năng cảnh báo khi nhịp tim vượt quá ngưỡng cho phép, giúp người dùng phát hiện sớm các bất thường về tim mạch. Phân tích dữ liệu cung cấp thông tin hữu ích cho việc theo dõi sức khỏe tim mạch. Phần mềm có khả năng xuất dữ liệu ra các định dạng phổ biến, cho phép người dùng chia sẻ dữ liệu với bác sĩ. Phần mềm được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật và an toàn dữ liệu.

III. Kết luận và hướng phát triển

Đồ án đã hoàn thành mục tiêu thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính. Hệ thống hoạt động ổn định, chính xác, và có giao diện người dùng thân thiện. Máy đo nhịp tim này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc theo dõi sức khỏe tại nhà. Thiết kế đồ án tốt nghiệp HCMUTE này đóng góp vào việc phát triển các thiết bị y tế thông minh, giúp cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Máy đo nhịp tim giá rẻ này phù hợp với điều kiện kinh tế của nhiều người. Công nghệ đo nhịp tim còn có thể được phát triển thêm nhiều tính năng, ví dụ: kết nối không dây qua Bluetooth hoặc Wifi, tích hợp các tính năng cảnh báo thông minh, tích hợp với các hệ thống theo dõi sức khỏe khác. Hệ thống giám sát sức khỏe này có thể được mở rộng để theo dõi nhiều chỉ số sinh trắc học khác.

3.1. Đánh giá kết quả

Hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Máy đo nhịp tim đạt độ chính xác cao trong điều kiện thử nghiệm. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Phần mềm hoạt động hiệu quả và đáp ứng tốt các chức năng đã được thiết kế. Thiết kế mạch điện tử đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy. Đồ án tốt nghiệp đạt chất lượng cao, thể hiện sự thành công trong việc ứng dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc hỗ trợ theo dõi sức khỏe tim mạch. Máy đo nhịp tim y tế này đóng góp vào việc nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Tích hợp giao tiếp không dây như Bluetooth hoặc Wifi để tăng tính linh hoạt và tiện dụng. Phát triển phần mềm có khả năng phân tích dữ liệu phức tạp hơn và cung cấp các cảnh báo thông minh hơn. Tích hợp các cảm biến khác để theo dõi thêm các chỉ số sinh trắc học khác, tạo thành một hệ thống giám sát sức khỏe toàn diện. Phát triển ứng dụng di động để người dùng có thể theo dõi nhịp tim mọi lúc mọi nơi. Nâng cao độ chính xác của phép đo bằng việc áp dụng các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến. Máy đo nhịp tim thể thao là một hướng phát triển tiềm năng. Dữ liệu sinh trắc học thu thập được có thể được sử dụng để nghiên cứu và phát triển các giải pháp chăm sóc sức khỏe cá nhân hóa.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bệnh lý tim mạch và tăng huyết áp hiện là một trong những nguyên nhân gây tử vong và tàn phế hàng đầu trên toàn cầu cũng như tại Việt Nam. Theo số liệu ước tính từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) được trích dẫn trong đồ án, mỗi năm có khoảng 17 triệu người tử vong do các bệnh lý liên quan đến tim mạch. Tại Việt Nam, thống kê của Hội Tim mạch Việt Nam năm 2017 chỉ ra rằng khoảng 1/5 dân số mắc bệnh tim mạch và tăng huyết áp, trong đó tỷ lệ tăng huyết áp ở nhóm đối tượng từ 25 tuổi trở lên chiếm 25,1%, cho thấy xu hướng trẻ hóa trong độ tuổi lao động. Các khảo sát của Viện Tim Mạch Việt Nam qua các thời kỳ cũng ghi nhận tỷ lệ tăng huyết áp ở người lớn gia tăng nhanh chóng: từ 16,3% (năm 2000) lên 25,4% (năm 2009) và đạt mức 46% vào năm 2016.

Việc phát hiện và điều trị sớm các bất thường tim mạch đóng vai trò quyết định trong việc giảm thiểu nguy cơ tai biến. Bên cạnh việc thăm khám tại cơ sở y tế, nhu cầu trang bị thiết bị theo dõi nhịp tim tại gia đình với kích thước nhỏ gọn, thao tác đơn giản và chi phí thấp trở nên cần thiết. Xuất phát từ bối cảnh đó, đề tài "Thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính" được thực hiện nhằm xây dựng một hệ thống đo tín hiệu điện tim cá nhân, hiển thị dạng sóng trực quan trên máy tính để hỗ trợ theo dõi sức khỏe.

Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đồ án bao gồm:

• Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Thiết kế mạch đo nhịp tim.
  2. Thi công và thử nghiệm thiết bị đo nhịp tim.
  3. Thiết kế giao diện hiển thị trên máy tính hoặc màn hình LCD.
  4. Thu thập dữ liệu về hoạt động của tim để đưa ra cảnh báo cho người dùng.

• Nhiệm vụ (nội dung) nghiên cứu:

  1. Tìm hiểu thông tin cơ bản về tín hiệu nhịp tim (thành phần sóng, biên độ, tần số).
  2. Lựa chọn phần cứng, thiết kế và thi công mạch xử lý tín hiệu.
  3. Thiết kế và thi công mạch giao tiếp, hiển thị.
  4. Viết chương trình xử lý tín hiệu trên vi điều khiển.
  5. Viết chương trình điều khiển và hiển thị dạng sóng trên máy tính.
  6. Vận hành thử nghiệm hệ thống.
  7. Viết báo cáo thuyết minh luận văn.

• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tín hiệu điện tim (Electrocardiogram - ECG) sinh ra từ hoạt động điện học của cơ tim người; các giải pháp phần cứng thu nhận tín hiệu sinh học và phần mềm hiển thị dạng sóng.
  • Phạm vi và giới hạn kỹ thuật: Đề tài thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong thời gian từ tháng 10/2017 đến tháng 01/2018. Hệ thống giới hạn ở việc truyền dữ liệu có dây qua giao thức Serial (cổng USB/COM) lên máy tính; tín hiệu điện tim được xử lý mức cơ bản để hiển thị đồ thị điện tâm đồ thời gian thực trên phần mềm C#; chưa tích hợp giao tiếp truyền nhận không dây qua Wi-Fi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng dựa trên các lý thuyết sinh lý học tim mạch, điện tâm đồ học (ECG), kỹ thuật mạch điện tử tương tự và hệ thống nhúng vi điều khiển.

Khung lý thuyết điện tâm đồ và hệ dẫn truyền tim

Tim người gồm 4 buồng (2 tâm nhĩ, 2 tâm thất) hoạt động tuần hoàn nhờ hệ thống phát và dẫn truyền xung động tự động:

• Nút xoang nhĩ (SAN): Nằm ở cơ tâm nhĩ phải, đóng vai trò tạo nhịp chủ đạo với tần số phát xung khoảng 120 lần/phút.
• Các đường liên nút: Dẫn truyền xung động giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất.
• Nút nhĩ thất (AVN): Nằm bên phải vách liên nhĩ, làm chậm dẫn truyền xung trước khi xuống tâm thất, tần số phát xung khoảng 50–60 lần/phút.
• Bó His và mạng Purkinje: Phân nhánh chạy dưới nội tâm mạc hai thất để dẫn truyền xung qua thành cơ tim, tần số phát xung nội tại khoảng 30–40 lần/phút.

Quá trình lan truyền điện thế tạo nên các thành phần sóng trên đồ thị điện tâm đồ: sóng P (khử cực tâm nhĩ, hướng hợp góc 49°), sóng Q (khử cực vách liên thất), sóng R và S (tạo phức bộ QRS khử cực tâm thất), đoạn S–T (đường đẳng điện thời kỳ tái cực chậm) và sóng T (tái cực nhanh tâm thất), cùng sóng U (tái cực muộn). Tín hiệu ECG chẩn đoán có dải tần số chuẩn từ 0,05 Hz đến 100 Hz.

Sóng thành phần trong tín hiệu ECG	Biên độ chuẩn (mV)	Khoảng thời gian tương ứng	Thời gian chuẩn (giây)
Sóng P	0,25	Đoạn P–R	0,12 ÷ 0,20
Sóng Q	0,40	Khoảng Q–T	0,35 ÷ 0,44
Sóng R	1,60	Đoạn S–T	0,05 ÷ 0,15
Sóng T	0,10 ÷ 0,50	Thời gian sóng P	0,05 ÷ 0,11
–	–	Phức bộ QRS	0,05 ÷ 0,09

Về lý thuyết chuyển đạo, tác giả khảo sát hệ thống 12 chuyển đạo thông dụng:

• 3 chuyển đạo mẫu lưỡng cực chi (Standard leads - Einthoven): D1 (cổ tay phải R đến cổ tay trái L), D2 (cổ tay phải R đến cổ chân trái F), D3 (cổ tay trái L đến cổ chân trái F), tạo thành tam giác đều Einthoven góc 60°.
• 3 chuyển đạo đơn cực chi tăng cường (Goldberger 1947): aVR, aVL, aVF (cải tiến từ các chuyển đạo VR, VL, VF sử dụng cực trung tâm Wilson CT có điện thế bằng 0).
• 6 chuyển đạo trước tim: V1 (khoảng liên sườn 4 bờ phải xương ức), V2 (khoảng liên sườn 4 bờ trái xương ức), V3 (điểm giữa V2 và V4), V4 (giao điểm đường giữa đòn trái và đường ngang mỏm tim), V5 (giao điểm đường nách trước với đường ngang qua V4), V6 (giao điểm đường nách giữa với đường ngang qua V4, V5).

Đồ án cũng phân tích các nguồn gây nhiễu tín hiệu ECG: nhiễu tần số công nghiệp 50–60 Hz từ lưới điện, nhiễu điện từ cao tần từ thiết bị xung quanh, trôi đường nền do tiếp xúc điện cực, nhiễu cơ học do cử động, nhiễu điện cơ (EMG) và nhiễu do hô hấp.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả áp dụng các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật thực nghiệm và so sánh:

1. Phương pháp phân tích - so sánh: So sánh 3 giải pháp đo nhịp tim hiện có:
   • Phương pháp thủ công (bắt mạch cổ tay/cổ hoặc dùng ống nghe): Đơn giản, chi phí thấp nhưng phụ thuộc kỹ năng người đo, dễ sai số thời gian.
   • Phương pháp quang học (PPG): Đo sự thay đổi hấp thụ ánh sáng của động mạch qua hai thành phần AC (máu động mạch) và DC (mô, xương, tĩnh mạch). Phương pháp này gọn nhẹ nhưng có sai số cao (khoảng 15%), kém ổn định khi theo dõi dài hạn.
   • Phương pháp đo điện tim (ECG): Ghi nhận trực tiếp hoạt động điện học qua điện cực dán ngoài da, độ chính xác cao, thích hợp cho giám sát y tế. Tác giả chọn phương pháp ECG làm nền tảng phát triển.
2. Phương pháp thiết kế hệ thống phần cứng và phần mềm: Tính toán thiết kế mạch nguồn tuyến tính dùng IC LM317, phối ghép cảm biến tiền khuếch đại AD8232 với board vi điều khiển Arduino Uno R3.
3. Phương pháp thực nghiệm kiểm thử: Chế tạo mạch thực tế, gắn điện cực đo trên người và kiểm tra dạng sóng hiển thị trên máy tính qua phần mềm Visual C#.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống đo nhịp tim được thiết kế theo cấu trúc khối hoàn chỉnh gồm 4 khối chức năng chính: Khối nguồn, Khối cảm biến đo điện tim, Khối vi xử lý trung tâm và Khối máy tính hiển thị.

[ Điện cực cơ thể ] ---> [ Khối Cảm biến AD8232 ] ---> [ Khối Arduino Uno R3 ] ---> [ Máy tính (Visual C#) ]
                                   ^                               ^
                                   |                               |
                             (Nguồn 3,3VDC)                   (Nguồn 5VDC)
                                   |                               |
                                   +-------- [ Khối Nguồn ] -------+

Thiết kế phần cứng

• Khối nguồn: Sử dụng biến áp hạ áp từ lưới điện 220VAC, qua mạch chỉnh lưu cầu (sử dụng 4 diode) và bộ lọc tụ điện để giảm hệ số đập mạch $K_P$ (từ $K_P = 1,58$ của chỉnh lưu nửa chu kỳ xuống $K_P = 0,667$ của chỉnh lưu hai nửa chu kỳ). Điện áp sau lọc được ổn định qua IC ổn áp tuyến tính LM317 nhằm tạo nguồn một chiều ổn định cấp cho vi điều khiển (5VDC) và cảm biến (3,3VDC), triệt tiêu nhiễu nguồn ảnh hưởng đến tín hiệu sinh học.
• Khối cảm biến AD8232: Sử dụng module tích hợp IC AD8232 chuyên dụng cho đo điện sinh học. Module thực hiện lọc và khuếch đại tín hiệu điện áp cực nhỏ từ cơ thể trong môi trường có nhiều tạp nhiễu. Ba điện cực RA (Right Arm - tay phải), LA (Left Arm - tay trái) và RL (Right Leg - chân phải/nối đất) được kết nối với cơ thể người. Module cung cấp các chân giao tiếp chính: chân ngõ ra tín hiệu tương tự OUTPUT, các chân phát hiện hở điện cực LO+, LO-, chân điều khiển chế độ shutdown SDN, cùng các chân cấp nguồn 3.3V và GND.
• Khối vi điều khiển (Arduino Uno R3): Tiếp nhận tín hiệu tương tự từ ngõ ra của module AD8232 qua chân Analog A0 và đọc trạng thái hở điện cực qua các chân số 10, 11. Bộ chuyển đổi ADC 10-bit (1024 mức phân giải) trên chip ATmega328P tiến hành số hóa tín hiệu điện áp trong dải 0–5V. Dữ liệu sau đó được đóng gói và truyền nối tiếp UART qua cổng USB/COM lên máy tính.

Thông số kỹ thuật	Giá trị công bố trong đồ án
Vi điều khiển chính	ATmega328P (8-bit AVR)
Điện áp hoạt động	5V
Điện áp đầu vào khuyên dùng / giới hạn	7–12V / 6–20V
Số chân Digital I/O / Số chân PWM	14 chân / 6 chân
Số chân Analog Input	6 chân (A0 ÷ A5, độ phân giải 10-bit)
Dòng điện DC định mức mỗi chân I/O	20 mA
Dòng điện DC tối đa chân 3.3V	50 mA
Bộ nhớ Flash / SRAM / EEPROM	32 KB / 2 KB / 1 KB
Tần số xung nhịp (Clock speed)	16 MHz
Kích thước / Trọng lượng bo mạch	68,6 mm x 53,4 mm / 25 g

Thiết kế phần mềm

• Chương trình nhúng trên Arduino: Được lập trình bằng ngôn ngữ Wiring (C/C++) trong môi trường Arduino IDE. Chương trình thực hiện khởi tạo cổng nối tiếp Serial với tốc độ baud phù hợp, liên tục lấy mẫu điện áp từ chân Analog, kiểm tra tín hiệu ngắt từ LO+/LO- và truyền các giá trị đo được lên bus Serial theo chu kỳ thời gian thực.
• Phần mềm giao diện máy tính (Visual C#): Xây dựng dưới dạng ứng dụng Windows Forms Application chạy trên nền Microsoft .NET Framework. Ứng dụng cung cấp giao diện đồ họa cho phép người dùng chọn cổng COM, thiết lập kết nối, hiển thị đồ thị điện tâm đồ thời gian thực tương ứng với các chu kỳ co bóp của tim và thông báo trạng thái kết nối điện cực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Đặt vấn đề

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài dựa trên thực trạng tỷ lệ tử vong cao do bệnh tim mạch và xu hướng gia tăng, trẻ hóa của bệnh tăng huyết áp tại Việt Nam (chiếm 25,1% ở người trên 25 tuổi và 46% người lớn năm 2016). Tác giả xác định mục tiêu thiết kế, thi công thiết bị đo nhịp tim nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí dùng trong gia đình; xác lập 4 mục tiêu cụ thể, 7 nội dung nghiên cứu chi tiết cùng các giới hạn kỹ thuật của hệ thống.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp toàn diện các cơ sở lý thuyết y sinh và kỹ thuật:

• Cấu tạo 4 buồng tim và chức năng các thành phần hệ dẫn truyền (nút xoang nhĩ, nút nhĩ thất, bó His, mạng Purkinje).
• Cơ chế hình thành các sóng P, Q, R, S, T, U và các khoảng PR, QT, ST; bảng thông số biên độ và thời gian chuẩn của tín hiệu ECG; dải tần số chẩn đoán 0,05–100 Hz.
• Khảo sát, so sánh 3 phương pháp đo nhịp tim (thủ công, quang học với sai số 15%, điện tim ECG).
• Lịch sử phát triển điện tâm đồ (Galvani, Waller, Einthoven, Wilson, Goldberger) và hệ thống 12 chuyển đạo (chuyển đạo mẫu D1–D3, đơn cực chi tăng cường aVR/aVL/aVF, 6 chuyển đạo trước tim V1–V6).
• Phân tích các nguồn nhiễu tín hiệu ECG (nhiễu 50–60 Hz, sóng điện từ, trôi đường nền, nhiễu cơ EMG, hô hấp).
• Khảo sát phần cứng: Giới thiệu vi điều khiển họ AVR và các dòng board Arduino (Mega 2560, Due, Nano, Pro Mini, Uno R3), cấu tạo chân và thông số kỹ thuật board Arduino Uno R3; nguyên lý module cảm biến AD8232.
• Lý thuyết khối nguồn một chiều: Máy biến áp, mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu cầu hai nửa chu kỳ, bộ lọc sóng hài và hệ số đập mạch $K_P$.
• Lý thuyết phần mềm: Môi trường Arduino IDE và kỹ thuật lập trình giao diện đồ họa bằng Microsoft Visual C# (Windows Forms Application trên .NET Framework).

Chương 3. Xây dựng và thiết kế mô hình đo điện tim

Chương 3 tập trung vào quá trình tính toán và thiết kế kỹ thuật:

• Đưa ra các tiêu chí thiết kế: thân thiện môi trường, kết cấu gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng, chi phí thấp, hiển thị trực quan.
• Xây dựng mô hình tổng quan và phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống thu nhận tín hiệu qua 3 điện cực dán trên cơ thể.
• Phân tích chi tiết sơ đồ khối hệ thống gồm 4 khối: Khối cảm biến (AD8232), Khối vi xử lý (Arduino Uno R3), Khối máy tính hiển thị (Visual C#) và Khối nguồn (nguồn lưới 220VAC, nguồn 5VDC cho Arduino và 3,3VDC cho cảm biến).
• Thiết kế chi tiết sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ổn áp sử dụng IC LM317, sơ đồ kết nối chân giữa Arduino Uno R3 với module AD8232 (sử dụng chân A0, chân 10, 11 và nguồn 3.3V).
• Thiết kế bố cục giao diện phần mềm thu thập và hiển thị tín hiệu trên Visual C#.

Chương 4. Thi công hệ thống

Chương 4 trình bày quy trình triển khai phần cứng và thử nghiệm thực tế:

• Lắp ráp, hàn nối các linh kiện trên bo mạch, kết nối dây dẫn tín hiệu giữa cảm biến AD8232, Arduino Uno R3 và bộ nguồn.
• Thực hiện đo thử nghiệm tín hiệu điện tim trên nhiều đối tượng thực tế bằng cách dán các điện cực RA, LA, RL lên cơ thể.
• Ghi nhận hình ảnh thực tế của phần cứng sản phẩm hoàn thiện và dạng sóng điện tâm đồ hiển thị thời gian thực trên màn hình máy tính thông qua phần mềm C#.
• Đóng gói mô hình thiết bị hoàn chỉnh.

Chương 5. Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

Chương 5 tổng kết các kết quả kỹ thuật đạt được:

• Đánh giá khả năng hoạt động của module AD8232 trong việc lọc tách và khuếch đại tín hiệu điện thế tim cực nhỏ từ cơ thể.
• Kiểm tra tính ổn định của giao tiếp truyền nhận dữ liệu nối tiếp qua cáp USB giữa vi điều khiển và máy tính.
• Đánh giá độ rõ nét của dạng sóng ECG hiển thị trên giao diện Visual C# (quan sát được các đỉnh sóng cơ bản P, QRS, T).
• Phân tích sai số, đánh giá ưu điểm về tính tiện dụng, chi phí thấp và chỉ ra các hạn chế tồn tại của hệ thống.

Chương 6. Kết luận - Hướng phát triển

Chương 6 tổng kết mức độ hoàn thành nhiệm vụ so với mục tiêu đề ra ban đầu tại Chương 1, đồng thời đề xuất các định hướng nâng cấp hệ thống trong tương lai nhằm nâng cao tính ứng dụng y tế.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

1. Chế tạo thành công mô hình phần cứng: Thiết kế và thi công hoàn chỉnh thiết bị đo điện tim nhỏ gọn, tích hợp thành công module cảm biến AD8232 với bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 và khối nguồn ổn áp LM317.
2. Xử lý và truyền nhận dữ liệu: Vi điều khiển ATmega328P số hóa chính xác tín hiệu điện tim tương tự qua bộ ADC 10-bit và truyền dữ liệu liên tục, ổn định qua giao thức Serial về máy tính.
3. Xây dựng phần mềm hiển thị trực quan: Lập trình thành công giao diện trên Visual C# (Windows Forms), tiếp nhận dữ liệu cổng COM và vẽ đồ thị điện tâm đồ thời gian thực, hiển thị rõ ràng các pha khử cực và tái cực (các thành phần sóng P, phức bộ QRS, sóng T).

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

• Ứng dụng module tiền khuếch đại chuyên dụng AD8232 để giải quyết bài toán thu nhận tín hiệu điện thế sinh học biên độ cực nhỏ (dưới 2 mV) và triệt tiêu tạp nhiễu sinh ra do chuyển động cơ học hay thiết bị điện tử lân cận.
• Thiết kế mạch nguồn chỉnh lưu cầu kết hợp IC ổn áp LM317 nhằm cung cấp nguồn một chiều phẳng, hạn chế tối đa nhiễu gợn sóng từ nguồn điện lưới tác động vào mạch đo.
• Tối ưu hóa chi phí sản xuất bằng cách sử dụng các linh kiện phần cứng mã nguồn mở (Arduino) và công cụ lập trình phổ biến (Visual C#), tạo điều kiện chế tạo thiết bị đo cá nhân giá thành thấp.

Đóng góp của đề tài

• Hiện thực hóa mô hình thiết bị đo điện tim cá nhân với chi phí thấp, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, phục vụ định hướng theo dõi sức khỏe ban đầu tại gia đình.
• Cung cấp tài liệu thiết kế hệ thống nhúng ứng dụng trong lĩnh vực điện tử y sinh, kết hợp giữa kỹ thuật mạch điện tử tương tự, vi điều khiển và lập trình ứng dụng máy tính.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

• Hệ thống chỉ mới truyền dữ liệu lên máy tính thông qua kết nối có dây (cáp USB/Serial), chưa hỗ trợ truyền thông không dây (Wi-Fi/Bluetooth).
• Chưa tích hợp màn hình hiển thị tại chỗ (LCD/OLED) trên thiết bị phần cứng để hoạt động độc lập không cần máy tính.
• Tín hiệu điện tim tại vi điều khiển mới chỉ dừng lại ở mức xử lý cơ bản để vẽ dạng sóng, chưa tích hợp các thuật toán xử lý số tín hiệu nâng cao (DSP) để tự động phát hiện, phân loại các dạng rối loạn nhịp tim hoặc đưa ra cảnh báo nguy hiểm tự động cho người dùng.

Hướng phát triển trong tương lai

• Tích hợp module truyền thông không dây (như Wi-Fi hoặc Bluetooth) để truyền dữ liệu điện tim lên điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc lưu trữ trên nền tảng đám mây (Cloud).
• Gắn thêm màn hình hiển thị trực tiếp (LCD) trên vỏ hộp thiết bị nhằm tăng tính cơ động, cho phép sử dụng độc lập.
• Nghiên cứu, cài đặt các thuật toán phân tích dạng sóng tự động nhằm phát hiện sớm các bất thường tim mạch và đưa ra cảnh báo kịp thời cho bệnh nhân và bác sĩ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và các kỹ sư thuộc các chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Truyền thông, Điện tử Y sinh, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, và Kỹ thuật Máy tính.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu bao gồm:

• Cơ sở lý thuyết y sinh học: Phương pháp xác định các sóng thành phần ECG, các tiêu chuẩn chuyển đạo (tam giác Einthoven, chuyển đạo Wilson, chuyển đạo Goldberger) và phân tích các nguồn nhiễu sinh học.
• Thiết kế mạch phần cứng y sinh: Kỹ thuật phối ghép module cảm biến sinh học AD8232 với vi điều khiển, phương pháp thiết kế mạch nguồn chỉnh lưu ổn áp LM317 chống nhiễu.
• Lập trình hệ thống nhúng và giao diện: Phương pháp lập trình đọc ADC trên Arduino IDE và kỹ thuật xây dựng giao diện giám sát dữ liệu thời gian thực dạng đồ thị bằng Microsoft Visual C# qua cổng giao tiếp nối tiếp Serial.

Câu hỏi thường gặp

1. Module cảm biến AD8232 trong hệ thống đảm nhiệm vai trò gì và kết nối với cơ thể qua những điện cực nào?
Module AD8232 là mạch tích hợp chuyên dụng dùng để chiết xuất, khuếch đại và lọc các tín hiệu điện sinh học biên độ cực nhỏ từ tim trong điều kiện có nhiều tạp nhiễu (do cử động hoặc thiết bị điện tử). Module kết nối với cơ thể thông qua 3 điện cực dán: RA (Right Arm - cổ tay/vai phải), LA (Left Arm - cổ tay/vai trái) và RL (Right Leg - chân phải, đóng vai trò điện cực trung tính/nối đất).

2. Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp đo điện tim (ECG) thay vì phương pháp quang học (PPG) hay đo thủ công?
Phương pháp thủ công phụ thuộc nhiều vào kỹ năng người đo và tốn thời gian. Phương pháp quang học (PPG) tuy nhỏ gọn nhưng có sai số khá cao (khoảng 15%) và không thích hợp để theo dõi dài hạn. Phương pháp đo điện tim (ECG) ghi nhận trực tiếp hoạt động điện học của tim, có độ chính xác cao và cho phép thu thập dữ liệu chi tiết (các khoảng PR, QT, phức bộ QRS) để theo dõi và đưa ra cảnh báo sức khỏe chính xác.

3. Khối vi xử lý Arduino Uno R3 trong đồ án sở hữu những thông số kỹ thuật cốt lõi nào?
Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển 8-bit ATmega328P, hoạt động ở điện áp 5V, tần số xung nhịp 16 MHz. Bo mạch có 14 chân Digital I/O (6 chân hỗ trợ PWM), 6 chân Analog Input với bộ chuyển đổi ADC độ phân giải 10-bit (từ 0 đến 1023 phân mức). Bộ nhớ gồm 32 KB Flash (lưu trữ mã nguồn), 2 KB SRAM và 1 KB EEPROM.

4. Dải tần số chuẩn của tín hiệu ECG và biên độ chuẩn của các sóng thành phần P, Q, R, T được tác giả tổng hợp như thế nào?
Tín hiệu ECG chuẩn dùng cho chẩn đoán y tế có dải tần số từ 0,05 Hz đến 100 Hz. Biên độ chuẩn của các sóng thành phần bao gồm: sóng P khoảng 0,25 mV; sóng Q khoảng 0,4 mV; sóng R đạt đỉnh cao nhất khoảng 1,6 mV; và sóng T nằm trong khoảng từ 0,1 mV đến 0,5 mV.

5. Dữ liệu tín hiệu điện tim được truyền từ mạch phần cứng lên máy tính bằng phương thức nào?
Sau khi vi điều khiển ATmega328P đọc tín hiệu tương tự từ chân OUTPUT của cảm biến qua cổng Analog A0 và số hóa, dữ liệu được truyền lên máy tính thông qua giao thức truyền thông nối tiếp Serial (sử dụng chip chuyển đổi USB sang UART trên bo mạch Arduino nhận diện dưới dạng cổng COM). Phần mềm viết bằng Visual C# trên máy tính sẽ mở cổng COM này để đọc chuỗi dữ liệu và vẽ đồ thị điện tâm đồ thời gian thực.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy đo nhịp tim giao tiếp với máy tính" của sinh viên Nguyễn Trường Long đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm giám sát điện tâm đồ. Hệ thống kết hợp hiệu quả giữa module cảm biến chuyên dụng AD8232, vi điều khiển Arduino Uno R3 và ứng dụng đồ họa Visual C# để thu nhận, xử lý và hiển thị trực quan các dạng sóng điện tim chuẩn (P-QRS-T) theo thời gian thực. Mặc dù còn hạn chế về kết nối không dây và thuật toán cảnh báo tự động, công trình đã cung cấp một giải pháp thiết bị y tế cá nhân chi phí thấp có tính khả thi cao và đóng vai trò là tài liệu tham khảo kỹ thuật giá trị trong lĩnh vực điện tử y sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, dựa vào những kết quả này để đưa ra hướng phát triển hệ thống trong tương lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT TÍN HIỆU ĐIỆN TIM 2. Cấu trúc giải phẫu và chức năng của tim Hình 2.1: Cấu tạo tim người Tim là một tổ chức cơ rỗng gồm 4 buồng.

Bên ngoài được bao bọc bởi một túi sợi gọi là bao tim, bên trong được cấu tạo bằng cơ tim có vách ngăn chia tim thành hai nửa riêng biệt gọi là tim trái và tim phải. Tim trái bơm máu ra ngoại vi, còn tim phải bơm máu lên phổi. Mỗi nửa tim lại được chia ra thành hai buồng, buồng trên là tâm nhĩ có thành mỏng làm nhiệm vụ chứa máu, buồng dưới là tâm thất có thành dày, khối cơ lớn giúp cung cấp lực đẩy máu đi đến các bộ phận. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có van nhĩ thất, giữa tâm thất trái và động mạch chủ, tâm thất phải và động mạch phổi có van bán nguyệt.

Các van này đảm bảo cho máu chỉ di chuyển theo một chiều từ tâm nhĩ xuống tâm thất, từ tâm thất xuống động mạch chứ không cho đi ngược lại, nhờ vậy đảm bảo được sự tuần hoàn máu. Ngoài ra, tim còn có một cấu trúc đặc biệt thực hiện chức năng phát và dẫn truyền xung được gọi là hệ dẫn truyền. Hệ thống dẫn truyền gồm: - Nút xoang nhĩ (SAN): là nút tạo nhịp cho toàn bộ trái tim, nằm ở cơ tâm nhĩ phải, phát xung với tần số khoảng 120 lần/phút. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Các đường liên nút: nằm ở giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất, thực hiện chức năng dẫn truyền các xung động giữa nút xoang nhĩ và nút nhĩ thất.

- Nút nhĩ thất (AVN): nằm ở bên phải vách liên nhĩ, giữ nhiệm vụ làm chậm dẫn truyền trước khi các xung động được truyền xuống thất với tần số khoảng 50-60 lần/phút. - Bó His: bắt đầu từ nút nhĩ thất đến vách liên thất thì chia thành hai nhánh trái và phải chạy dưới nội tâm mạc hai thất để dẫn truyền xung động đến hai thất, tại đây, chúng phân nhánh thành mạng Purkinje chạy giữa các sợi cơ tim giúp dẫn truyền xung động xuyên qua các thành của thất. Bó His phát xung khoảng 30-40 lần/phút.2: Hệ thống dẫn truyền tim 2. Quá trình hình thành tín hiệu điện tim a) Nhĩ đồ Hình 2.3: Khử cực tâm nhĩ và sự hình thành sóng P Tim hoạt động được nhờ vào một xung động truyền qua một hệ thống thần kinh tự kích của tim.

Đầu tiên, nút xoang nhĩ sẽ phát xung tự động, xung động tỏa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ra làm cơ nhĩ khử cực trước. Sóng khử cực có hướng chung là từ trên xuống dưới, từ phải sang trái và hợp với phương ngang một góc 490. Đợt sóng này được máy ghi điện tim ghi lại với dạng một sóng dương, đơn, thấp, nhỏ và có biên độ khoảng 0,25mV gọi là sóng P.4: Khử cực vách liên thất và sự hình thành sóng Q Ngay khi nhĩ còn đang khử cực thì xung động đã bắt đầu truyền vào nút nhĩ thất xuống thất và hai nhánh bó His xuống khử cực thất. Sóng khử cực hướng từ giữa mặt trái đi xuyên qua mặt phải của vách liên thất.

Máy sẽ ghi nhận được một sóng âm nhỏ, gọn gọi là sóng Q.5: Khử cực ở tâm thất và sự hình thành sóng R, S Xung tiếp tục truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả hai tâm thất theo hướng xuyên qua bề mặt dày cơ tim, từ dưới nội tâm mạc ra dưới thượng tâm mạc. Vectơ khử cực hướng từ phải sang trái và máy ghi nhận được một làn sóng dương, BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT cao và nhọn gọi là sóng R. Sau cùng, xung động truyền xuống và khử cực vùng đáy thất. Vectơ khử cực hướng từ trái sang phải, máy sẽ ghi nhận được một sóng âm, nhỏ và nhọn gọi là sóng S.6: Tái cực tâm thất và sự hình thành sóng T Sau khi thất khử cực xong sẽ qua thời kỳ tái cực chậm.

Giai đoạn này được thể hiện trên điện tâm đồ bằng một đường đẳng điện gọi là đoạn S – T. Sau đó là thời kỳ tái cực nhanh tạo nên sóng T. Tái cực có hướng xuyên qua cơ tim, từ lớp dưới thượng tâm mạc vào lớp dưới nội tâm mạc. Vectơ tái cực có hướng từ trên xuống dưới và từ phải sang trái tạo ra một sóng dương, thấp, không đối xứng mà có sườn lên thoai thoải hơn và sườn xuống dốc đứng hơn gọi là sóng T.

Sau khi kết thúc sóng T còn có thể thấy được một sóng chậm nhỏ gọi là sóng U đặc trưng cho giai đoạn tái cực muộn. CÁC PHƯƠNG PHÁP THEO DÕI NHỊP TIM 2. Khảo sát một số phương pháp đo nhịp tim hiện có Có rất nhiều phương pháp để đo và xác định nhịp tim khác nhau hiện nay trong và ngoài nước. Nhìn chung các phương pháp đo là giống nhau, chỉ khác nhau ở hình thức đo và được chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâm lấn, không xâm lấn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp 1: Phương pháp thủ công Đo nhịp tim bằng nhấn ngón tay: Sử dụng măt trong của 2 ngón tay áp sát vào mặt trong của cổ tay bên kia - chỗ có những nếp gấp cổ tay (hai tay ngược nhau). Bấm nhẹ vào đó cho đến khi cảm thấy nhịp đập. Nếu cần thiết, có thể di chuyển ngón tay xung quanh đó cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập. Sau đó dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim.

Hoặc đặt 2 ngón tay vào một bên cổ nơi giao nhau giữa khí quản và các cơ lớn ở cổ. Bấm nhẹ cho đến khi bạn cảm thấy nhịp đập.7: Cách đo nhịp tim thủ công bằng tay Đo nhịp tim bằng dùng ống nghe: đeo tai nghe và kiểm tra ống nghe, mùa đông cần xoa làm ấm loa nghe trước khi nghe. Đặt ống nghe lên các vị trí nghe tim, mỗi lần đặt ống nghe 10 -20 giây. Sau đó dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim.8: Đo nhịp tim bằng ống nghe Nhận xét: là phương pháp phổ biến,đơn giản, dễ đo.

Chi phí khi đo không đáng kể. Kết quả đo có độ chính xác phụ thuộc vào người đo, có sự sai sót do chênh lệch thời gian đếm của người đo và đồng hồ đếm thời gian. Tốn nhiều thời gian, công sức để đo. Phương pháp 2: Phương pháp đo nhịp tim bằng quang học Khi tim đập, máu sẽ được dồn 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 thế ta có thể đo nhịp tim bằng cách đo những sự thay đổi đó. Khi lượng máu trong thành động mạch thay đổi sẽ làm thay đổi mức hấp thụ ánh sáng của động mạch, do đó khi một BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 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 nhịp 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.Ánh sáng sau khi truyền qua ngón tay gồm hai thành phần AC và DC: - Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương và tĩnh mạch. - Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi khi lượng máu thay đổi truyền qua động mạch, tần số của tín hiệu này đồng bộ với tần số của nhịp tim.9: Đo nhịp tim bằng quang học Nhận xét: đơn giản, dễ sử dụng, thiết bị gọn nhẹ, sử dụng thoải mái, không gây khó chịu, thời gian đo nhanh.

Phương pháp này có sai số khá cao, khoảng 15%, không thích hợp để theo dõi bệnh nhân trong thời gian dài Hiện tại, hai phương pháp trên được sử dụng khá phổ biến, tuy nhiên do yêu cầu về độ chính xác và theo mục tiêu ban đầu của đề tài là thu thập dữ liệu về nhịp tim của người dùng trong một thời gian nhất định để đưa ra những cảnh báo kịp thời về tình trạng sức khỏe, nhóm đã quyết định chọn phương pháp đo điện tim - ECG 2. Phương pháp đo điện tim a) Giới thiệu về điện tim và lịch sử nghiên cứu điện tâm đồ Điện tim là một thử nghiệm không xâm lấn, không gây đau đớn giúp các bác sĩ có thể chẩn đoán được những vấn đề bất thường của tim. Trong y học, người ta thường BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT sử dụng máy điện tim để phát hiện các bệnh về tim như rối loạn nhịp tim, suy tim, nhồi máu cơ tim, chẩn đoán một số thay đổi, rối loạn về tim nói chung. Đo điện tim cũng còn được gọi là đo điện tâm đồ (tên viết tắt là EKG hoặc ECG).

Đo điện tim là một khảo sát cơ bản giúp ghi lại những hoạt động điện học của cơ tim. Theo đó, cùng với mỗi nhịp đập của tim, các tín hiệu điện sẽ di chuyển và lan truyền từ đỉnh đến đáy tim, quy định tần số đập của tim. Quá trình di chuyển làm co tim và bơm máu đi và tiến trình này sẽ lập lại theo mỗi nhịp đập của tim.10: Điện tâm đồ Tín hiệu ECG ghi lại những họat động mang tính chất điện của tim. Tín hiệu ECG được gọi là bình thường (trạng thái tim họat động bình thường) bao gồm năm đỉnh lồi, lõm được gán bởi năm chữ cái là P, Q, R, S và T Hình 2.11: Willem Einthoven và máy ghi điện tâm đồ đầu tiên BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trên thế giới, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tín hiệu điện tim từ rất sớm.

Galvani đã nhận thấy sự co cơ đùi của con ếch khi bị phóng điện, từ đó, ông đưa ra giả thuyết về dòng điện trong động vật và đặt nền tảng ban đầu cho nghiên cứu về tín hiệu điện tim. Năm 1887 – 1888, Augustus Desiree Waller ghi nhận điện thế tương ứng với nhịp đập của tim trên bề mặt cơ thể người.