Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài, mục tiêu nghiên cứu, giới hạn, nội dung thực hiện và bố cục đề tài. Chương 2: Cơ sở lí thuyết, chương này tập trung tìm hiểu lí thuyết liên quan đến đề tài bao gồm kiến thức về linh kiện, thiết bị được sử dụng trong hệ thống. Chương 3: Tính toán và thiết kế, chương này sẽ đi trình bày một cách chi tiết về mô hình của hệ thống bao gồm sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống. Chương 4: Thi công hệ thống.
Dựa vào thiết kế hệ thống, tiến hành thi công phần cứng và phần mềm của hệ thống. Chương 5: Kiểm tra đánh giá kết quả đo được. Chương này trình bày kết quả đồng thời đưa ra lời nhận xét, đánh giá về mục tiêu đã trình bày ở chương 2. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
Chương này viết ra những điều đã đạt được và những hạn chế của đề tài. Từ đó đánh giá đưa ra giải pháp cho đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT Chương 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO 2.1 Phương pháp đo nhịp tim Hiện nay trong lĩnh vực y học có rất nhiều phương pháp để đo xác định nhịp tim khác nhau.
Nhìn chung các phương pháp đo là giống nhau, chỉ khác nhau ở hình thức đo và chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâm lấn và không xâm lấn [6]. Phương pháp 1: 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 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. Cách đo được miêu tả rõ ở hình 2.
Cách đo nhịp tim thủ công bằng tay - Đo nhịp tim bằng dùng ống nghe đeo tai, tư thế đo như hình 2. Đầu tiên, ta 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.
Trong quá trình đo cần thả lỏng cơ thể, ngồi ở tư thế thoải mái. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT Hình 2. Đo nhịp tim bằng ống nghe Nhận xét: Đây là các 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 xâm lấn 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.
Các điện cực sẽ được gắn lên vùng ngực đã được cồn khử trùng, dùng bằng dán cố định dây và điện cực, dụng cụ sẽ được khởi động và đo liên tục từ 24-48 tiếng, dữ liệu sẽ được lưu trữ vào một bộ nhớ. Nhận xét: là phương pháp có độ chính xác cao, được sử dụng nhiều trong các bệnh viện, trung tâm khám sức khỏe, có thể đo được nhiều thông số trong cùng một khoảng thời gian. Nhưng có thể gây ra các tác dụng phụ như dị ứng da do tiếp xúc dòng điện cực hay các chất để dán cố định, gây cảm giác khó chịu. Phương pháp 3: Phương pháp không xâm lấn 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 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 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THYẾT - 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. Người ta ứng dụng hiện tượng này của ánh sáng để thực hiện đo nhịp tim bằng phương pháp quang, nguyên lý đo được thể hiện ở hình 2. Đo nhịp tim bằng phương pháp quang 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, nhóm đã quyết định chọn đo nhịp tim bằng phương pháp quang.2 Phương pháp đo Sp02 dựa vào hấp thụ quang học Hình 2. Tư thế đặt ngón tay khi đo nồng độ oxy trong máu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT Vị trí đặt cảm biến hợp lý nhất là các đầu ngón tay như hình 2.4, tuy động mạch ở vị trí này không quá lớn nhưng bề dày cơ thể ánh sáng phải truyền qua lại tương đối ít nên chỉ cần dùng 1 LED làm nguồn phát.
Mặt khác, ở vị trí này cho mức độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận được là khá lớn so với toàn bộ ánh sáng nhận được, tỉ số giữa biên độ tín hiệu với nền một chiều là đủ lớn để phần xử lý tín hiệu hoạt động đưa ra kết quả chính xác nhất. Tuy nhiên, khi đo cần giữ ngón tay không dịch chuyển, sẽ ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả đo. Một thiết bị ở một bên của đầu dò phát ra ánh sáng đỏ (660nm) và hồng ngoại (880nm). Đầu dò (photodetecter) sẽ đặt quanh ngón tay để thu nhận ánh sáng.
Dựa vào sự hấp thụ của hai loại tế bào hemoglobin với các bước sóng khác nhau, ta xác định được thông số SpO2. Mức độ hấp thụ ánh sáng của một bước sóng xác định phụ thuộc vào bản chất môi trường vật chất. Sau khi cảm biến quang đã nhận được các tia ánh sáng đỏ (R) và tia hồng ngoại(IR), tỉ lệ R/IR sẽ được đem ra so sánh với bảng tra cứu chuẩn được các nhà thiết kế máy đo xây dựng sẵn để chuyển đổi sang giá trị Sp02 tương ứng [7].3 Phương pháp đo nhiệt độ Phương pháp 1: Phương pháp đo trực tiếp Phương pháp đo trực tiếp: Tính chất vật lí chung của nhiệt độ là luôn truyền từ vật nóng sang vật lạnh hơn. Lợi dụng tính chất này cho tiếp xúc nhiệt kế vào vật cần đo, nhiệt độ từ vật sẽ truyền sang nhiệt kế cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt thì số chỉ nhiệt kế là số chỉ nhiệt độ của vật.
Thiết bị ứng dụng tính chất này để đo nhiệt độ là nhiệt kế thủy ngân Phương pháp 2: Phương pháp đo gián tiếp Phương pháp đo nhiệt độ gián tiếp sử dụng thiết bị đo nhiệt độ từ xa (thường gọi là súng đo nhiệt độ hồng ngoại hay súng hồng ngoại). Phương pháp này sử dụng khi đo nhiệt độ bề mặt của vật ở xa, cao, khó tiếp cận, trong môi trường khắc nghiệt (đường ống trên cao, nhiệt độ khu vực quá nóng và nguy hiểm đến tính mạng) [8]. Nhận xét: Ở hai phương pháp trên, mỗi phương pháp sẽ có những ưu nhược điểm khác nhau. Tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng chúng ta có thể chọn ra những dụng cụ đo nhiệt độ phù hợp.
Theo mục tiêu ban đầu của nhóm là đo nhiệt độ không BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THYẾT tiếp xúc nên nhóm sẽ chọn phương pháp đo gián tiếp bằng việc sử dụng cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào là nút nhấn, cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu MAX30100 và cảm biến nhiệt độ MLX90614. Thiết bị đầu ra sử dụng Led, buzzer. Bộ điều khiển trung tâm là vi điều khiển Atmega 2560.
Sử dụng chuẩn truyền dữ liệu có dây I2C và truyền không dây qua module Bluetooth. Thiết bị lưu trữ là bộ nhớ RAM. Nguồn cấp là 2 Pin Cell 18650 4200mAh 3.1 Cảm biến nhịp tim và nồng độ oxy trong máu MAX30100 Cảm biến MAX30100 của hãng Maxim là module tích hợp có khả năng đo được nồng độ oxy trong máu và nhịp tim. Đây là một cảm biến quang học, nó phát ra hai bước sóng ánh sáng từ hai đèn LED (LED đỏ và một LED hồng ngoại) như trong hình 2.
Sau đó đo sự hấp thụ của mạch đập (pulsing blood) bằng cách thu tín hiệu thông qua một bộ cảm biến ánh sáng (photodetector). Sự kết hợp màu LED được sử dụng để đọc dữ liệu ở đầu ngón tay. Từ đó xác định được nồng độ oxy trong máu và nhịp tim [9]. Cảm biến nhịp tim MAX30100 Cảm biến có đặc điểm là tích hợp IC MAX30100 của Maxim, đây chính là bộ cảm biến quang học gồm hai LED, được tối ưu và giảm nhiễu.
Bên cạnh đó có sử dụng nguyên lý đo hấp thụ quang học của máu với tốc độ lấy mẫu dựa trên trạng thái LED có thể lập trình được phục vụ cho mục đích tiết kiệm năng lượng. Giao tiếp thông qua I2C. Chi tiết về cảm biến được thể hiện rõ ở thông số kỹ thuật trong bảng 2. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THYẾT Bảng 2. Thông số kĩ thuật của cảm biến MAX30100 STT THÔNG SỐ GIÁ TRỊ 1 IC MAX30100 2 Điện áp hoạt động 1.