ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HO CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH TRAN QUANG VU - 19522537 CHAU MINH ĐỨC - 19521371 KHOA LUAN TOT NGHIEP UNG DUNG QUANG PHO HONG NGOAI GAN (NIR) DE DO DUONG HUYET KHONG XAM LAN APPLICATION OF NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY (NIR) FOR NON-INVASIVE BLOOD GLUCOSE MONITORING KY SU NGANH KY THUAT MAY TINH GIANG VIEN HUONG DAN Ts. Pham Quốc Hùng TP. HO CHi MINH, 2023 LỜI CẢM ƠN Lời nói đầu tiên, nhóm em muốn bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tất cả các giảng viên, các thầy cô khoa Kỹ thuật máy tính của trường Đại học Công nghệ thông tin Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và cơ hội cho nhóm em thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tất cả các thầy cô đều luôn hỗ trợ cho nhóm em bang rất nhiều các khác nhau, qua việc truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm. Đó là những giá trị vô cùng quý báu mà nhóm chúng em vô cùng cảm kích. Đặc biệt, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân đối với thầy hướng dẫn của nhóm là thay Ts. Phạm Quốc Hùng.
Cảm ơn thay, đã dành ra những thời gian quý báu dé hướng dẫn nhóm em, chỉ bảo nhóm em tận tình trong khoảng thời gian làm luận văn và cả trong khoảng thời gian dài gần ba năm nay. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn và muốn thể hiện lòng biết ơn của nhóm em đối với gia đình và bạn bè, những người luôn khuyến khích chúng tôi đạt được mục tiêu của mình và cung cấp cho nhím em sự hỗ trợ vô điều kiện trong suốt chặng đường sinh viên qua. Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, nhóm đã học thêm được nhiều kinh nghiệm quý báu. Tuy nhiên, trong quá trình làm cũng khó tránh khỏi sai sót, rât mong các thây cô bỏ qua.
Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trần Quang Vũ Khoa Kỹ thuật máy tính — Lớp MTCL2019.2 Sinh viên thực hiện Châu Minh Đức Khoa Kỹ thuật máy tính — Lớp MTCL2019. GIỚI THIỆU VE DE TÀI. Tổng quan đề tài. Nghiên cứu về các phương pháp định lượng Glucose.
Tình hình nghiên cứu trong TƯỚC. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. Mục tiêu của để tài. Mục tiêu tổng quan.- 2-2 ¿+5£+SE+EE+EE£2EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrkervee 7 1.
Mục tiêu cụ thỂ. Kết quả dự kiến isc ceccccccccecsssesssessssssscssscssessnecsssssscssscsnessscssecsuecssecsecasecasecsueesecases 9 CHƯƠNG 2. Bệnh tiểu Gu01ng o. Các phương pháp đo đường huyẾt.
Phương pháp đo xâm lắn.-- 2-2 2 +E£SE£EE+EE£EE2EE2EEEerEerkerxerxee 12 2. Phương pháp đo xắm lắn tối thiểu .---- 2-2 2 2+£+Ee£ke£xerxzcsee 12 2. Phương pháp do không xâm lắn. Ứng dung của quang phổ trong việc đo đường huyết.
Quang PhO ng. Ung dung của quang phổ trong việc do đường huyết không xâm 1an. Quang phô cận hồng ngoại. Các ưu điểm điểm của quang phổ cận hồng ngoại.
Phân loại quang phổ cận hồng ngoại. Lý do kết hợp quang phổ cận hồng ngoại nhìn thấy được và quang phố cận Ong ngOại.------ + +SsSt+SE2EEE2EE9EEEE11211211171711211211211 1121. Nguyên ly đo đường huyết không xâm lan bang NIRS. Điểm khác biệt về đặt vi trí tay so với các đề tài trước.
PHAN TÍCH VA THIET KE HE THÓNG. Tổng quan hệ thong. Thiết kế phần cứng thiết bị.-- 2-2 2S +E+SE£EE£EE#EESEEEEE2E2EEEEEEEEkrrkrrkee 27 3. Tổng quan thiết kế mô hình phan cứng.
Chi tiết phần cứng. Bóng đèn Halogen Philips WSW T1U. Cảm biến AST265X. Module Wifi Bluetooth Mini DI ESP32-Wroom-32.
LCD tròn TFT 1.28-inch HD IPS GC9AOT. Mạch Sạc Pin TP4056 Lithium. Mach tăng áp DC-DC Boost Converter MT3608. Máy đo đường huyết xâm lắn ACCU-CHEK INSTANT.
Lập trình hệ thống nhúng.- 2-2: 2£ £©+£+E++2E++EE++EE++ExtzErerkesrxrrrrees 39 3. Visual Studio Code nnnoia. Hé diéu hanh thoi gian thực FreeRTOS1. Kiến trúc phần mềm nhúng.
Công nghệ Bluetooth TUE.- ---- -- + + +3 E93 9111 1n ng ng nệt 44 3. Dinh nghia oo. Thiết kế ứng dụng phần mềm. Android ETaI€WOTK.
Tông quan giải thuật ứng dụng với thiết bị. Giao diện Ứng Ụng.-- -- 1v 9 91219 HH HH ng nh ngư51 3. Luu dé hoat động của hệ thống " 57 3. Xây dựng mô hình định lượng đường huyết không xâm lắn.
Quy trình xây dựng mô Dinh oo. ccc cee eceeeeeeeeeeseeeeeeaeeees 59 3. Kịch bản lẫy mẫu. Xây dựng tập dữ liỆu.
Xây dựng mô hình.¿- s2 2 1211119111911 91 119 11 nh ng kg 63 3. Mô hình Multiple Linear RegT€SSIOI. Mô hình Support Vector Machine. Mô hình Decision Tree.
- s1 11v ng ng niện 67 3. Mô hình Random Forest .- -- 5 5S + + VESvEeeesseeseerske 68 ko ga 0n nh. Đánh giá dựa trên độ chính xác phân tích. Đánh giá dựa trên độ chính xác lâm sàng.
Xác định các đặc trưng COL ƯU. Q5 S St E1 2111211151111 cErtke 74 CHƯƠNG 4. THU NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIA. Hiện thực thiết bị phần cứng.----- 2: + ©£+£+E+EE+£E+£EE+EEtEEtEEErEkrrxerkrex 75 4.
Thiết kế mạch PCB.- - - 2t SStSE+E‡EEEE+EEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEESEkrkrkerrrx 75 4. Thiết kế hộp sản phẩm.---:- 2£ £+2£+EE+EE+EE£2EEEEEEEEEEEEErrxrrkerreee 71 4. Đánh giá độ ôn định của hệ thống theo tiêu chuẩn AIAG. Phương pháp sử dụng.
TH HH ng ngư, 84 4. Kịch bản kiỂm tra.- 2-5 ©52S2+SE‡EEEE2EEEEEEEE 2112112212171. Biéu đồ kiểm soát tính ôn định của hệ thống (X/R Chart). Đánh giá tính 6n định của thiết bị dO.
Hiện thực mô hình đo đường huyết không xâm lắn. Tiền xử lý tập dữ QU. Tập dữ liệu thô.-- 2 2£ +c+2£+2EE£EECSEEEEEEEEEEEEE2E1EE. Tiền xử lý tập dữ liệu.
Xây dựng các mô hình học máy. Đánh giá các mô hình học MAY. Độ chính xác phân tích. Độ chính xác lâm sàn.
So sánh với các công trình nghiên cứu tTưỚc. Xác định các đặc trưng tỐI ƯU. St tt 1E E111 krrkerrrkrrveg 107 CHƯƠNG 5. KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẺN.
Kết quả đề tai ececeececccccccscsscssesscssessesvcstssessessessessessesssssstssessessesessneaseaeeaeess 111 5. Những điểm dat Quoc. Những điểm hạn chế .----- + ¿+ +EE+EE2EE£EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEerrerkrred 112 5. Hướng phát triển của đề tài.---- ¿2+ ©5++2x2Ek2 2A2 2EEEEEerkrrrrrrree 113 TÀI LIEU THAM KHẢO.
5-56 tSE‡StEE‡EE‡EEEESEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEkrErkrrkrkerrree 114 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Xu hướng toàn cầu của bệnh tiêu đường theo Liên đoàn Dai tháo đường Quốc tế IDF [ I ]. - SE SESEEESE‡EEEEEEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETEEEESEEEEEEETEEEkTEErkrkrrkeg 3 Hình 1.2: Lich sử phát triển của phương pháp đo Glucose.3: Mô hình hệ thống IoMT dé theo dõi đối tượng bệnh đái tháo đường.4: Sơ đồ chân đoán và kiểm soát đường huyết trong hệ thống chăm sóc sức [9005801901581 07177 a.1: Ba mức độ nồng độ Glucose có trong máu.2: Tổng quan các phương pháp đo nồng Glucose trong MAU .3: Độ thâm sâu của các ánh sáng hồng ngoại khác nhau trong da ngwoi.4: Cấu trúc phân tử Glucose.-- 5 11v vn rg 21 Hình 2.5: Sự tương tác của ánh sáng khi đi vào cơ thê.----¿--s¿©sz©5sc++ 23 Hình 2.6: Sự so sánh giữa hai mẫu khi có ánh sáng truyền qua các phần tử Glucose.7: Vị trí đặt ngón tay lấy mẫu.--¿- ¿+ ++x++Ext2xxtrxterxsrxerrecree 25 Hình 3.1: Hệ thống tổng quan của đề tài.---- 2 2 s+Sx+2E£2EE+EE+£Eezkezresrxerxeres 27 Hình 3.2: Tổng quan sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống.3: Dai bước sóng cua bóng đèn Halogen Philips WSW TI0.4: Bóng đèn Halogen Philips WSW T1U.5: Cảm biến AS7265x.6: Khả năng đáp ứng quang phô 18 kênh AS7265x.7: Module Wifi Bluetooth Mini D1 ESP32-Wroom-32.8: LCD tròn TFT 1.28-inch HD IPS GC9AO].9: Mạch sạc pin TP4056 LiIthium.- <5 + + +*kE+veeeeeeeeerereers 35 Hình 3.10: Mạch tăng áp MT3606.- Q1 S S1 SH HH TH ng kg 36 Hình 3.11: Pin lipo polymer 3.- s5 tk 9 9g re, 37 Hình 3.12: Bộ thiết bị đo đường huyết ACCU-CHEK INSTANT.13: ESP-IDF công cụ dé biên dịch mã cho ESP32.--2- ccs+scxez 39 Hình 3.15: Các task trong hệ thống thiết bị đề tài.¿--5¿©2255z2cx2cxvzxesrsz 42 Hình 3.16: Mô hình kiến trúc phân lớp lập trình firmware.17: Sơ đồ kiến trúc phân lớp lập trình firmware.18: Quá trình gửi gói tin từ BLE peripheral tới BLE central.19: Hệ thong phân cấp dữ liệu bởi GA TTT.20: Hệ thong phân cap dữ liệu boi GATT của thiết bị dé tài.21: Quá trình giao tiếp BLE giữa ứng dụng và thiết bị.22: Kịch bản sử dụng ứng dụng với thiết bị.-----2¿©5¿©cxz+zs+zxesrsz 50 Hình 3.23: Giải thuật của ứng dụng tương tác với thiết bị.24: Giao diện màn hình chính.--- 5 <5 3333322 EEE++++seeeeeeeeszse 52 Hình 3.25: Giao diện màn hình dò tìm ghép nối thiết bi bang BLE.26: Giao diện màn hình lựa chọn lấy mau hay đo nồng độ Glucose.27: Giao diện đo lẫy mẫu.--- 2-2: +2SE£+EE+EE£EEEEEESEEEEEEEEErrkrrkrrkrrex 55 Hình 3.28: Giao diện đo nồng độ Glucose trong máu.29: Giao diện lịch sử của các lần đo nồng độ Glucose.30: Lưu đồ hoạt động của toàn hệ thống.31: Quy trình xây dựng mô hình định lượng đường huyết không xâm lắn.32: Quy trình tiền xử lý đữ liệu.-- -- - 2SE+EE+EE+EE+EZEEEerEerkerkrrkrree 63 Hình 3.33: Clarke Error Grid.---- + 22 113332223118 1EE£££3531EEEEESSEkkeeeerzze 72 Hình 4.1: Thiết kế schematic của hệ thống bằng EasyEDA.2: Thiết kế PCB layout của hệ thống bằng EasyEDA.3: Mặt sau của bo mạch thiết bị đề tài.4: Mặt trước của bo mạch thiết bị đề tài.5: Mô hình 3D phan thân trên của thiết bị.----- 2: ©5z22s+cx+zxczsz 78 Hình 4.6: Mô hình 3D phan thân dưới của thiết bị.------2-©5¿c5¿5c+cs+ccs+ 78 Hình 4.7: Mô hình 3D vỏ hộp của thiết bị.-- 2-2 22522£+£E+£Ee£EezEerxerxrex 79 Hình 4.8: Thiết bị thực tế sau khi hoàn tat đóng hộp.9: Thành phan thiết bị ở phan thân trên của thiết bị.10: Thành phan thiết bi ở phần thân dưới của thiết bị.11: Phan thân bên của thiết bị.-----2-© ¿225% 5E££E£2EE+EE+EEtzEezrszrxerxeres 82 Hình 4.12: Cách sử dung thực tế của thiết bị.13: Màn hình chính của thiết bị.14: Màn hình hiện thị kết quả đo của thiết bị.--- 2-5 ©522cs+cx+zxzsz 84 Hình 4.15: Biéu đồ X thể hiện tính ôn định của thiết bị đo ở bước sóng 900nm.16: Biểu đồ R thé hiện tính 6n định của thiết bị đo ở vùng bước sóng 900nm.17: Biểu đồ X của toàn bộ vùng bước sóng.---------¿-c+¿+c+zs+zc++ 89 Hình 4.18: Biéu đồ R của toàn bộ vùng bước SONG.------- +sz+z+cx+rxczez 90 Hình 4.19: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ giới tính của tình nguyện viên.20: Biéu đồ thể hiện tỉ lệ khung thời gian lấy mẫu.21: Biểu đồ thé hiện tỉ lệ thời gian lay mẫu ở các bữa ăn.22: Biểu đồ histogram thể hiện độ tuôi.---- 2-2 2 2+ £Ee£Ez£xezzrssez 93 Hình 4.23: Biểu đồ histogram của giá trị Glucose.----¿--¿+©s++cx+zx+zx+ecsz 94 Hình 4.24: Biểu đồ phân tán của các đặc trưng bước sóng với Glucose.25: Giá trị dự đoán đường huyết của mô hình Random Forest trên lưới lỗi Clarke.ÔỀ “vtwhẽ cố (“cố eee 105 Hinh 4.26: Giá trị dự đoán đường huyết của mô hình Gradient Boosting trên lưới lỗi Clarke.27: Kết quả số lượng đặc trưng MSE và điểm R2 cho mô hình tốt nhất được lựa chọn. 110 DANH MỤC BANG Bảng 1.1: Các sản phẩm thiết bị do Glucose không xâm lắn đã có trên thị trường.1: So sánh ưu điểm và khuyết điểm giữa hai phương pháp đo đường huyết 13 Bảng 2.2: Ưu điểm và khuyết điểm của quang phổ Raman và quang phổ cận hồng ngoại trong ứng dụng đo đường huyết không xâm lắn.3: So sánh quang phố can hồng ngoại bước sóng dai với bước sóng ngăn.1: Kết nối các chân thiết bị trong hệ thống.2: Thông số kỹ thuật của bóng đèn Halogen Philips WSW TI0.