Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài, mục tiêu, giới hạn nghiên cứu và bố cục nội dung. Chương 2: Giới thiệu về cơ sở lý thuyết. Chương này tập trung vào những lý thuyết được sử dụng hay liên quan đến đề tài bao gồm kiến thức về các linh kiện điện tử, các cảm biến, thiết bị ngoại vi, mạch điều khiển, phần mềm hay ngôn ngữ lập trình liên quan. Chương 3: Tính toán và thiết kế.
Chương này sẽ trình bày chi tiết về mô hình hệ thống bao gồm sơ đồ khối, nguyên lý hoạt động của thiết bị. Tiếp theo sẽ thiết kế hệ thống, sơ đồ kết nối các module và lựa chọn module nào để đạt hiểu quả cao nhất. Chương 4: Thi công thiết bị. Dựa trên phần tính toán và thiết kế, nhóm sẽ tiến hành thi công phần cứng và phần mềm cho hệ thống.
Chương 5: Kiểm và và đánh giá kết quả đạt được. Ở chương này sẽ trình bày kết quả đạt được, đưa ra nhận xét về kết quả. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Chương này sẽ tóm tắt lại những việc đã làm được ở đề tài và những khó khăn hạn chế trong quá trình thực hiện để từ đó có thể đưa ra những giải pháp cũng như hướng phát triển mới cho đề tài.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. Thiết bị đo nhiệt độ, nhịp tim và SpO2 Với sự phát triển của công nghệ và Internet như ngày nay, việc sử dụng các thiết bị theo dõi sức khỏe tại nhà là điều rất khả thi và cần thiết. Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để kiểm tra tình trạng sức khỏe là đo các chỉ số cơ bản như nhiệt độ, nồng độ oxy trong máu và nhịp tim của họ.
Máy đo huyết áp, nhịp tim, nhiệt độ thông minh ihealth xiaomi version 2 Hình 2. Máy đo huyết áp, nhịp tim, nhiệt độ iHealth Xiaomi version 2 ❖ Các tính năng chính: • Màn hình lớn 4. • Sử dụng rất đơn giản chỉ cần một nút bấm. • Tích hợp pin sạc 2.200mAh (sạc đầy có thể đo được 180 lần) • Kết nối wifi.
• Điều khiển bằng APP Mihome. • Thông báo bằng âm thanh. • Đồng bộ số liệu sức khỏe lên dữ liệu lên điện thoại, theo dõi và phân tích số liệu qua app. • Tính năng đo nhiệt kế, nhiệt độ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. Máy đo nồng độ oxy trong máu (SpO2) và nhịp tim Beurer po40 ❖ Các tính năng chính: • Kích thước nhỏ gọn và thiết kế sang trọng, có thể sử dụng tại nhà và di chuyển. • Sử dụng với hầu hết các bệnh nhân từ trẻ sơ sinh, trẻ em và người lớn. • Vận hành dễ dàng, hiệu quả, đơn giản và hoàn toàn đo lường không đau.
• Pin có thời gian vận hành lâu tiết kiệm pin. • Thích hợp cho các môn thể thao ở độ cao. • Thích hợp là thiết bị y tế trong gia đình và bệnh viện (Bệnh nhân bị bệnh tim, hen suyễn, huyết áp thấp,. Máy đo nồng độ oxy trong máu (SpO2) và nhịp tim Beurer po40 2.
Cảm biến hồng ngoại 2. Đặc điểm và tính chất tia hồng ngoại Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng từ 700nm đến 1mm và tần số nằm trong khoảng từ 430Thz đến 300Ghz nên nằm ngoài phạm vi nhìn thấy của mắt con người. Tia hồng ngoại vẫn tuân theo các định luật: Truyền thẳng, phản xạ, có thể gây nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường, ngoài ra tia hồng ngoại có thêm các tính chất như tác dụng nhiệt, biến điệu như sóng điện từ cao tần, có thể gây ra hiện tượng quang điện trong ở chất bán dẫn, tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt [3]. ❖ Phân loại: Tia hồng ngoại được phân chia theo bước sóng thành ba vùng chính: • Hồng ngoại gần: có kí hiệu là NIR, có bước sóng từ 0,78μm đến 3 μm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Hồng ngoại trung: có kí hiệu là MIR, có bước sóng từ 3 μm đến 50 μm. • Hồng ngoại xa: có kí hiệu là FIR, có bước sóng từ 50 μm đến 1000 μm. Ứng dụng tia hồng ngoại Tia hồng ngoại được ứng dụng nhiều và phổ biến trong nhiều lĩnh vực như dùng để sấy khô, sưởi, đo nhiệt độ, dùng để tiệt trùng cho thực phẩm, sử dụng để dò tìm vết sướt trên bề mặt sản phẩm, dùng để quay phim, chụp ảnh ban đêm được sử dụng phổ biến trong quân sự, dùng để truyền thông cáp quang, sản xuất linh kiện thu phát tín hiệu hồng ngoại, đặc biệt là dùng trong các cảm biến hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại (IR) là một thiết bị điện tử đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. ❖ Phân loại: • Cảm biến hồng ngoại chủ động có hai phần: Led phát và Led thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ khỏi vật thể và được led thu phát hiện. Cảm biến hồng ngoại chủ động đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).
• Cảm biến hồng ngoại thụ động (Pir) chỉ phát hiện bức xạ hồng ngoại và không phát ra từ đèn LED. Cảm biến hồng ngoại thụ động bao gồm: Hai dải vật liệu nhiệt điện, một bộ lọc hồng ngoại, một thấu kính Fresnel [4]. Nguyên lý đo nhiệt độ, nhịp tim và spo2 bằng cảm biến hồng ngoại 2. Nguyên lý đo nhịp tim bằng cảm biến hồng ngoại a.
Tổng quan về nhịp tim Khái niệm: Nhịp tim là tốc độ hoạt động của tim chúng ta, chỉ số này được đo bằng số lần co thắt (nhịp đập – beat) của tim trong mỗi phút (bpm – beat per minute). Nhịp tim có thể thay đổi tùy theo nhu cầu thể chất của cơ thể. Những yếu tố này bao gồm nhu cầu hấp thụ oxy và bài tiết carbon dioxide. Nó thường bằng hoặc gần với mạch được đo tại bất kỳ điểm ngoại vi nào của tim.
Bên cạnh đó các hoạt động sinh lý BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. Các phương pháp đo nhịp tim ❖ Phương pháp thủ công: Đo nhịp tim bằng nhấn ngón tay: Sử dụng mặt trong của hai 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 có nhịp đập kết hợp với đồng hồ để xác định số nhịp tim trên một phút. Đo nhịp tim thủ công bằng tay Đo nhịp tim bằng ống nghe: Đeo tai nghe và kiểm tra nhịp tim bằng ống nghe.
Đặt ống nghe lên các vị trí gần tim, mỗi lần đặt ống nghe 10 – 20 giây sau đó dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim. Đo nhịp tim bằng ống nghe Nhận xét: Hai cách đo trên thì đơn giản, dễ thực hiện, chi phí đo không đáng kể nhưng kết quả đo với độ chính khác không cao. Độ chính xác của kết quả đo phụ thuộc vào người đo và do các tác động nhưng cử động của tay, hay đếm thời gian không đồng bộ với nhịp tim. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ❖ Phương pháp sử dụng điện cực: Sử dụng các điện cực để đo nhịp tim trong một khoảng thời gian, dòng điện từ nguồn sẽ đi qua các điện cực vào cơ thể rồi phản hồi lại các thông tin nhịp tim. Trước khi đo cần lưu ý: Không ăn uống, không sử dụng các mỹ phẩm ở vùng ngực cần đo. Các điện cực gắn lên vùng ngực cần được khử trùng, dùng băng dán các điện cực cố định các điện cực, các dữ liệu sẽ được lưu vào bộ nhớ. Nhận xét: Đây là phương pháp đo có độ chính xác cao hơn, sử dụng phổ biến trong các bệnh viện, phòng khám, có thể đo được nhiều thông số trong cùng thời gian.
Bên cạnh đó thì nó có thể gây ra các tác dụng phụ như dị ứng da do tiếp xúc điện cực, gây cảm giác đau và khó chịu. Đo nhịp tim bằng điện cực ❖ Phương pháp đo bằng quang học: Khi tim đập, máu sẽ dồn đi khắp cơ thể qua động mạch, tạo ra sự thay đổi áp suất trên thành động mạch và lượng máu chảy qua động mạch. Vì vậy ta có thể đo nhịp tim bằng sự thay đổi đó. Nguyên lý đo nhịp tim bằng hồng ngoại Các mạch máu trên khắp cơ thể được phân loại thành các động mạch hoặc tĩnh mạch.
Lưu lượng máu qua các tĩnh mạch thay đổi rất ít, trong khi đó lưu lượng máu qua các động mạch thay đổi tùy theo hoạt động của tim. Hơn nữa, một trong những tính chất của hemoglobin oxy trong máu chảy qua các động mạch là nó dễ dàng hấp thụ ánh sáng từ một bước sóng cụ thể. Do những đặc tính này, khi da tiếp xúc với ánh sáng liên tục có bước sóng cụ thể, ánh sáng phản xạ thay đổi theo sự thay đổi của lưu lượng máu. Thông qua đó ta có thể đo nhịp tim của cơ thể [6].
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. Tổng quan về SpO2 a. Độ bão hòa oxy trong máu Do khí oxy vận chuyển dưới dạng hòa tan rất nhỏ so với dạng kết hợp nên nồng độ oxy bão hòa trong máu chủ yếu được xác định bởi tỷ lệ % hòa tan của HbO2. Một phân tử Hb có thể gắn với 4 phân tử oxy.
Nếu tất cả các phân tử Hb trong máu đều gắn với oxy, lúc đó ta sẽ nói độ bão hòa oxy là 100%. Hầu hết các phân tử Hb sẽ gắn với oxy khi chúng đi qua phổi. Một người khỏe mạnh bình thường khi thở ở không khí ở mực nước biển sẽ có độ bão hòa oxy động mạch là 95 – 100%. • C(HbO2): nồng độ của hemoglobin oxy hóa nhạy với ánh hồng ngoại.
Các thông số này chịu ảnh hưởng của độ cao cũng như vị trí địa lý. Máu trong tĩnh mạch trở về từ các mô có chứa ít Oxy hơn và độ bão hòa thường khoảng 75%. Nguyên lý đo SpO2 bằng hồng ngoại Khi photodiode và LED được đặt ở hai phía đối diện của cơ thể người (ví dụ: Ngón tay). Các mô cơ thể hấp thụ một số ánh sáng, và photodiode thu thập ánh sáng còn lại đi qua cơ thể.
Dựa vào sự hấp thụ cảu 2 loại tế bào hemoglobin là HbO2 và RHb, ta xác định được nồng độ oxy trong máu [7].