BÁO CÁO " NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀO VIỆC CHẾ TẠO MÁY NHẮC UỐNG THUỐC TỰ ĐỘNG HỖ TRỢ TRONG ĐIỀU TRỊ VÀ CHĂM SÓC BỆNH NHÂN " pot

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀO VIỆC CHẾ TẠO MÁY NHẮC UỐNG THUỐC TỰ ĐỘNG HỖ TRỢ TRONG ĐIỀU TRỊ VÀ CHĂM SÓC BỆNH NHÂN MEDICINE REMINDER BASED ON EMBEDDED SYSTEM IN SUPPORTING MEDICAL CARE SVTH:  Lớp 08DT3, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng GVHD:  Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Hiện nay, những người già, các bệnh nhân Alzheimer,… có khả năng bị giảm thiểu trí nhớ thường phải dùng rất nhiều loại thuốc với liều lượng khác nhau vào các giờ khác nhau trong ngày. Tuy nhiên, họ thường quên uống thuốc đúng giờ và đúng liều lượng. Mục đích chính của bài báo này là nghiên cứu ứng dụng của hệ thống nhúng vào việc chế tạo máy nhắc uống thuốc tự động hỗ trợ trong việc điều trị và chăm sóc bệnh nhân,… ABSTRACT In modern life, the old people and Alzheimer patients, etc. began to decline rapidly of memory capacity. Every day, they use relatively more doses and different doses of each. The medication seemed very simple but sometimes they forget to take medication on time. The objective of this paper is to design a portable device based on embedded system that can automatically deliver medicines to support patients care can be more efficient, etc. 1. Đặt vấn đề Hiện nay, với trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến vào lĩnh vực y tế đang là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu, nhất là đối với lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ cộng đồng. Bài báo bày đặc biệt chú trọng đến việc hỗ trợ chăm sóc và điều trị đối với các người già, bệnh nhân Alzheimer, người bị đãng trí,… Thông thường, các bệnh nhân này thường phải sử dụng nhiều loại thuốc với liều lượng và thời gian khác nhau trong ngày, do đó việc phải nhớ để uống thuốc đúng giờ, đúng liều lượng đối với họ gặp nhiều khó khăn [1]. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng của hệ thống nhúng vào việc chế tạo một thiết bị cầm tay có khả năng tự động xoay và đưa thuốc cho bệnh nhân. Thiết bị có khả năng hẹn giờ, tự động đưa thuốc và phát âm thanh nhắc nhở cho bệnh nhân, tiêu thụ ít năng lượng và dễ dàng cho việc sử dụng. Thiết bị có thể được sử dụng rộng rãi trong các bệnh viện, hộ gia đình hỗ trợ các y bác sĩ và người nhà bệnh nhân trong việc chăm sóc và điều trị cho bệnh nhân. 2. Nội dung nghiên cứu Sản phẩm hoàn thiện bao gồm hai phần chính sau: phần cứng và phần mã điều khiển. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 2 2.1.  Phần cứng được chia thành các khối (module) mục đích thuận tiện cho việc chế tạo, lắp ráp sản phẩm. Sơ đồ mạch chi tiết của toàn bộ sản phẩm được mô tả ở hình 1. 1. Sơ đồ mạch chi tiết toàn bộ sản phẩm 2.1.1. Module điều khiển và nguồn Module điều khiển là phần quan trọng nhất, dùng để điều khiển hoạt động của động cơ, module hiển thị, và các chức năng của sản phẩm. Module này bao gồm: 1 vi điều khiển MSP430G2553 (20 chân), thạch anh, các nút bấm… 2.1.2. Module hiển thị và hẹn giờ 2. Màn hình hiển thị các thông số. Sử dụng màn hình LCD 48x84 pixels, hiển thị thời gian thực, giờ được hẹn trước và nhiệt độ hiện tại như trong hình 2. Thiết bị sẽ tự động phát ra âm thanh cảnh báo nếu nhiệt độ vượt quá mức cho phép (mặc định 40 o C). Người sử dụng có thể hẹn giờ, điều chỉnh hiển thị thời gian thực, ngưỡng cảnh báo nhiệt độ bằng cách nhấn vào các nút điều chỉnh trên thân sản phẩm. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 3 2.1.3. Module truyền động và vỏ sản phẩm Module truyền động bao gồm: 1 động cơ DC công suất nhỏ, hộp giảm tốc và đĩa chứa ngăn thuốc. Động cơ sẽ làm đĩa quay đến một vị trí định sẵn. Bên dưới đĩa quay, ta bố trí 3 vạch đen (trên nền đĩa trắng) tương ứng cho 3 ngăn thuốc, bộ cảm biến quang (LED + LDR) để nhận biết đĩa đã quay đến vị trí này. Cảm biến quang Như ở hình 3, ánh sáng từ LED phát sẽ phản xạ đến quang trở LDR, nếu gặp vạch đen thì ánh sáng phản xạ ít hơn nên điện trở của quang trở sẽ tăng. Điện áp lấy mẫu Vref (hình 1) giảm làm thay đổi giá trị ADC đưa vào vi điều khiển từ đó ngắt động cơ. Hình 4: Các ngăn chứa thuốc Hình 5: Bên ngoài sản phẩm Phần thân vỏ sản phẩm được chia thành 2 phần: ngăn chứa thuốc và vỏ bên ngoài.  Ngăn chứa thuốc được chia ra 3 phần (hình 4) để bỏ thuốc cho 3 buổi: sáng, chiều, tối. Ngăm chứa có thể mở rộng thêm một số ngăn phụ thuộc vào mục đích của người sử dụng.  Phần vỏ (hình 5) có mục đích bảo vệ, tạo hình và tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Bình thường, động cơ không hoạt động cho đến giờ được hẹn trước, động cơ sẽ quay đến ngăn thuốc đã định sẵn và phát ra âm báo nhắc nhở cho người sử dụng. Âm báo chỉ được ngắt khi người sử dụng nhấn vào nút nhấn trên thân sản phẩm. 2.1.4. Nguồn cung cấp Vi điều khiển MSP430G2553 thuộc dòng năng lượng cực thấp (Ultra-Low Power) của hãng Texas Instrument hoạt động với mức điện áp thấp (1.8V-3.6V), dòng tiêu thụ là 230µA ở 1MHz (2.2V) [3]. Màn hình LCD NOKIA 48x84 pixels hoạt động từ 2.7V-3.3V Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 4 có dòng tiêu thụ bé hơn 1mA [4]. Dòng cung cấp cho động cơ hoạt động là 20mA (ở 3V). Động cơ chỉ hoạt động 3 lần trong ngày với khoảng thời gian rất ngắn (2-3s) nên tổng cộng dòng cung cấp trung bình cho mạch rất thấp (gần 1.5mA). Chúng tôi chọn nguồn cung cấp là 2 pin AA (2x1.5V) đảm bảo thiết bị có thể hoạt động tốt trong nhiều ngày. 2.2.  Phần mã điều khiển cho MCU MSP430G2553 được viết bằng ngôn ngữ C trên trình soạn thảo và biên dịch IAR Embedded Workbench 5.0. Sử dụng KIT MSP430- MSP430G2 để nạp và kiểm tra chương trình [2]. Thuật toán: - Bước 1: Khởi tạo các thông số mặc định về thời gian hẹn, thời gian thực có thể thay đổi được. - Bước 2: Tiến hành lấy mẫu giá trị điện áp của cảm biến nhiệt độ trong chip để chuyển đổi thành nhiệt độ và so sánh với mức ngưỡng, nếu vượt quá thì cảnh báo. - Bước 3: Nếu nhiệt độ không vượt quá mức ngưỡng ta hiển thị các thông số như ở hình 2 lên màn hình. - Bước 4: So sánh thời gian hiện tại với các thời gian đã được hẹn trước, nếu trùng thì quay ngăn thuốc. Sau đó, bật động cơ và LED chiếu sáng cho quang trở đồng thời lấy mẫu Vref. Nếu Vref thay đổi từ cao xuống thấp đột ngột (sensor phát hiện vạch đen) thì dừng động cơ, tắt LED và ngưng lấy mẫu (lúc này ngăn thuốc đã quay đến đúng vị trí). Thời gian kể từ khi động cơ quay cho đến khi dừng chỉ từ 2-3s. - Bước 5: Khi ngăn thuốc quay đến đúng vị trí, tiến hành bật âm báo cho đến khi người dùng nhấn nút bất kỳ trên thân sản phẩm và quay lại bước 2. Lưu đồ thuật toán 3. Kết quả thử nghiệm Một trong những mục tiêu quan trọng của đề tài là sản phẩm có giá thành rẻ, các chi phí linh kiện được liệt kê như trong bảng 1. Giá thành của sản phẩm sẽ giảm xuống khi Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 5 được sản xuất công nghiệp. 1. Bảng tổng hợp chi phí linh kiện Linh kiện Số lượng Giá tiền Tổng cộng MSP430 G2553 1 21.000 VND 21.000 VND LCD 48x84 Pixels 1 45.000 VND 45.000 VND Động cơ + giảm tốc 1 10.000 VND 10.000 VND Vỏ sản phẩm 1 7.000 VND 7.000 VND Pin AA 1.5V 2 1.500 VND 3.000 VND Chi phí khác (rửa mạch, trở, BJT ) 13.000 VND Tổng cộng 99.000 VND Chúng tôi tiến hành thử nghiệm tính ổn định sản phẩm tại các hộ gia đình, kết quả khảo sát được tổng hợp như bảng 2. Sản phẩm hoạt động ổn định, thân thiện, tiện lợi với người sử dụng. 2. Kết quả khảo sát người dùng thử nghiệm Độ tuổi Tổng Uống thuốc đúng giờ Tiện dụng Giá thành dưới 150 ngàn Có Không Có Không Mua Không Dưới 12 19 9 (47%) 10 (53%) 17 (89%) 2 (11%) 16 (84%) 3 (16%) Trên 60 22 4 (18%) 18 (82%) 21 (95%) 1 (5%) 20 (91%) 2 (9%) 4. Kết luận 4.1.  Sản phẩm có thể được ứng dụng rộng rãi trong các bệnh viện, hộ gia đình dành cho các bệnh nhân Alzheimer, người bệnh đãng trí, người già, trẻ em,… giúp giảm thiểu thời gian và nhân lực trong việc điều trị, chăm sóc bệnh nhân. 4.2.  Phát triển sản phẩm trong đề tài với phiên bản có thể ghi âm giọng nói của người thân, lời nhắc nhở của y bác sĩ,… và phát ra khi đến giờ hẹn uống thuốc tăng tính tương tác cho sản phẩm. Tối ưu hoá mô hình sản phẩm để có thể đưa vào sản xuất hàng loạt với yêu cầu tiết kiệm năng lượng kiểu dáng công nghiệp, giảm giá thành và thương mại hóa sản phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] National Patient safety Agency, Safety in Doses. Improving the use of medicines in The NHS2009, NPSA, 2009, http://www.nrls.npsa.nhs.uk/resources/?entryid45=61625 (29 - 04 - 2012). [2] John H. Davies, (2008), MSP430 Microcontroller Basics, Elsevier Ltd., Oxford, UK. [3] Texas Instruments Inc., (2004-2011), MSP430x2xx Family User’s Guide, http://www.ti.com/product/msp430g2553. [4] Philips Semiconductors, (1999), PCD8544 48x84 pixels matrix LCD controller/driver, http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/18170/PHILIPS/PCD8544.html. . quên uống thuốc đúng giờ và đúng liều lượng. Mục đích chính của bài báo này là nghiên cứu ứng dụng của hệ thống nhúng vào việc chế tạo máy nhắc uống thuốc. tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀO VIỆC CHẾ TẠO MÁY NHẮC UỐNG