Đo lường và phân tích chỉ số đường glucose của cơ thể người dùng phương pháp không xâm lấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Đo lường phân tích số đường glucose thể người dùng phương pháp không xâm lấn ĐINH QUANG KIÊN Ngành: Kỹ thuật y sinh Giảng viên hướng dẫn: TS Vương Hoàng Nam Trường Điện – Điện tử Hà Nội, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Đo lường phân tích số đường glucose thể người dùng phương pháp không xâm lấn ĐINH QUANG KIÊN Ngành: Kỹ thuật y sinh Giảng viên hướng dẫn: TS Vương Hoàng Nam Chữ ký GVHD Trường: Điện – Điện tử Hà Nội, 2022 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Đinh Quang Kiên Đề tài luận văn: Đo lường phân tích số đường glucose thể người dùng phương pháp không xâm lấn Chuyên ngành: Kỹ thuật y sinh Mã số HV: 20202557M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… … với nội dung sau: – Đã bổ sung làm rõ kết thử nghiệm nghiên cứu – Đã bổ sung vào phần đánh giá kết thực tế kết tính tốn lý thuyết – Đã rà soát chỉnh sửa lỗi tả – Đã chỉnh sửa cấu trúc tài liệu tham khảo – Đã chỉnh sửa thích số hình luận văn Ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Vương Hoàng Nam Đinh Quang Kiên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TS Nguyễn Đức Thuận LỜI CẢM ƠN Đến luận văn tốt nghiệp thạc sỹ tơi hồn thành Mặc dù trình học tập làm luận văn khơng thể tránh khỏi khó khăn định cố gắng, nỗ lực thân cộng với cổ vũ động viên gia đình nên cuối tơi hồn thành khóa học hồn thành luận văn thạc sỹ Trước tiên, tơi xin chân thành cảm ơn người thân gia đình – chỗ dựa tinh thần, tạo động lực lớn cho tơi q trình học tập làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Vương Hoàng Nam hướng dẫn bảo tận tình tơi q trình làm luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tới thầy cô môn CNĐT & Kỹ thuật y sinh - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trang bị cho kiến thức chuyên môn thuộc lĩnh vực kỹ thuật y sinh Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy phòng Lab chuyên ngành kỹ thuật y sinh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hỗ trợ, tạo điều kiện cho thiết kế, thử nghiệm sản phẩm Tôi xin chân thành cảm ơn tới lãnh đạo Khoa Điện tử, Trường Điện – Điện tử, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có mơi trường học tập nghiên cứu Học viên Đinh Quang Kiên TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Đến nay, nước ta nghiên cứu đo đường glucose máu sử dụng quang học không xâm lấn chưa công bố nhiều Vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu, công bố, thiết kế để đưa module, thiết bị đo đường glucose máu không xâm lấn để có độ xác cao, chấp nhận thay cho chủng loại thiết bị đo đường glucose xâm lấn Bởi tác giả lựa chọn đề tài luận văn “Đo lường phân tích số đường glucose thể người dùng phương pháp không xâm lấn” Luận văn trình bày trình nghiên cứu thiết kế thiết bị đo đường huyết không xấm lấn với mục đích tạo module đo đường huyết không xâm lấn dùng ánh sáng cận hồng ngoại thay dùng thiết bị đo đường huyết xâm lấn nhằm tiết kiệm chi phí làm xét nghiệm đo đường huyết, giúp người bệnh không bị đau không cần lấy máu ngăn nguy nhiễm trùng xảy thiết bị đo xâm lấn thương mại Nội dung luận văn bao gồm có 04 Chương: • Chương 1: Giới thiệu chung Trong chương này, tác giả trình bày lý lựa chọn đề tài, mục tiêu đạt được, số phương pháp đo đường huyết • Chương 2: Cơ sở lý thuyết Ở chương tác giả trình bày sơ lược lý thuyết ánh sáng hồng ngoại gần, phương pháp đo đường huyết dùng ánh sáng hồng ngoại gần • Chương 3: Thiết kế module đo đường huyết không xâm lấn • Chương 4: Kết quả, thử nghiệm bàn luận MỤC LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Thực trạng bệnh tiểu đường 1.1.2 Mục tiêu đề tài 1.1.3 Định hướng sản phẩm nghiên cứu 1.2 Đường huyết 1.2.1 Khái niệm đường huyết 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường huyết 1.3 Các phương pháp đo đường huyết nhà 11 1.3.1 Đo đường huyết phương pháp xâm lấn 11 1.3.2 Đo đường huyết phương pháp không xâm lấn 15 1.4 Kết luận chương 21 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 22 2.1 Giới thiệu 22 2.2 Quang phổ cận hồng ngoại 22 2.2.1 Khái niệm 22 2.2.2 Nguyên lý phương pháp quang phổ cận hồng ngoại NIR 23 2.2.3 Ứng dụng phương pháp quang phổ cận hồng ngoại NIR 24 2.2.4 Một số ưu điểm phương pháp quang phổ cận hồng ngoại NIR so với phương pháp hóa ướt truyền thống 24 2.2.5 Hấp thụ tia hồng ngoại mô da 25 2.3 Phương pháp hấp thu quang 27 2.3.1 Độ truyền qua độ hấp thụ 28 2.3.2 Mối quan hệ độ hấp thụ độ dày truyền ánh sáng 28 2.3.3 Mối quan hệ độ hấp thụ nồng độ mẫu dung dịch 29 2.3.4 Định luật Beer–Lambert 30 i 2.3.5 Đo đường huyết phương pháp hấp thụ quang sử dụng quang phổ cận hồng ngoại .31 2.3.6 Nguyên lý đo đường huyết sử dụng ánh sáng cận hồng ngoại 33 2.4 Kết luận chương 36 CHƯƠNG THIẾT KẾ MODULE ĐO ĐƯỜNG HUYẾT KHÔNG XÂM LẤN 37 3.1 Giới thiệu 37 3.2 Sơ đồ khối module đo đường huyết không xâm lấn 37 3.3 Thiết kế chi tiết khối 38 3.3.1 Khối nguồn 38 3.3.2 Khối cảm biến 40 3.3.3 Khối lọc khuếch đại tín hiệu 46 3.3.4 Khối điều khiển ADC .51 3.3.5 Khối hiển thị 54 3.3.6 Bộ đệm .56 3.4 Thiết kế chương trình 57 3.5 Thiết kế phần cứng 60 3.6 Kết luận chương 63 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .64 4.1 Thử nghiệm 64 4.1.1 Phương pháp thực nghiệm 64 4.1.2 Thử nghiệm với dung dịch glucose .65 4.1.3 Thử nghiệm người 67 4.2 Kết bàn luận 71 4.3 Hướng phát triển đề tài 74 4.4 Kết luận chương 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 ii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết đầy đủ Chữ viết đầy đủ (Tiếng Anh) (Tiếng Việt) AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện chiều LED Light Emitting Diode Điốt phát quang IR Infrared Radiation Tia hồng ngoại LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng Kí hiệu chữ viết tắt IDE TFT IDF Integrated Development Environment Mơi trường tích hợp dùng để viết code để phát triển ứng dụng Thin Film Transistor Transistor màng mỏng International Diabetes Liên đoàn Tiểu đường Federation Quốc tế Phương pháp quang phổ UV-VIS Ultra Violet - Visible GI Glycemic Index Chỉ số đường huyết Analog to Digital Bộ chuyển đổi analog Converter sang kỹ thuật số Micro Controller Unit Bộ vi điều khiển Near-infrared Quang phổ cận hồng spectroscopy ngoại ADC MCU NIRS hấp thụ phân tử Kỹ thuật quang học đơn PPG Photoplethysmography giản sử dụng để phát thay đổi thể tích máu iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Số người bị bệnh tiểu đường Việt Nam gia tăng nhanh chóng với nhiều biến chứng nguy hiểm Hình 1.2 Máy đo đường huyết cách lấy máu đầu ngón tay thiết bị hỗ trợ hiệu cho bệnh nhân mắc bệnh đái tháo đường Hình 1.3 Máy đo đường huyết Accu-chek nhiều người tin dùng độ xác cao 13 Hình 1.4 Máy đo đường huyết Beurer tích hợp 1: máy đo, kim lấy máu 14 Hình 1.5 Máy đo đường huyết Omron HGM-111 15 Hình 1.6 Máy đo tiểu đường không cần lấy máu đáp ứng nhiều nhu cầu khác người dùng, đảm bảo mang lại hiệu có tính an toàn cao 16 Hình 1.7 Máy đo tiểu đường không cần lấy máu KG-01 18 Hình 1.8 Máy thử đường huyết không cần lấy máu Omelon A1 19 Hình 2.1 Cấu trúc da người [11] 25 Hình 2.2 Quang phổ hấp thụ glucose thành phần cấu tạo máu khác [13] 27 Hình 2.3 Chiếu chùm tia tới có cường độ Pₒ qua dung dịch có màu, suốt, thu chùm tia ló có cường độ P thoả mãn P < Pₒ 28 Hình 2.4 Mối quan hệ độ hấp thụ độ dày truyền sáng 29 Hình 2.5 Mối quan hệ độ hấp thụ nồng độ mẫu dung dịch 29 Hình 2.6 Cơ sở phương pháp hấp thu quang dựa theo định luật Beer-Lambert30 Hình 2.7 Sự hấp thụ, phản xạ, tán xạ truyền qua ánh sáng đến phân tử glucose 32 Hình 2.8 Vị trí đo đầu ngón tay cách bố trí nguồn phát hồng ngoại IR LED cảm biến Photodiode 35 Hình 2.9 Tín hiệu thu qua ngón tay bao gồm hai thành phần AC DC 35 Hình 3.1 Sơ đồ khối module đo đường huyết khơng xâm lấn 37 Hình 3.2 Sử dụng PIN 9V làm nguồn cấp cho mudule 39 Hình 3.3 LED phát hồng ngoại IR LED Xl503320irc bước sóng 1550nm 40 Hình 3.4 Photodiode InGaAs G-PD910-02 có đường kính bề mặt vật liệu 1mm 41 iv Hình 3.5 Sơ đồ mạch khối cảm biến 43 Hình 3.6 Vị trí IR LED, photodiode ngón tay cảm biến đo đường huyết khơng xâm lấn 44 Hình 3.7 Thử nghiệm đo nồng độ với dung dịch glucose buồng tối 44 Hình 3.8 Thiết kế cảm biến kẹp đầu ngón tay để thuật tiện đo 45 Hình 3.9 Thiết bị kẹp đầu ngón tay module sau thiết kế hồn thiện 45 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý khối lọc khuếch đại 47 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối lọc khuyếch đại 48 Hình 3.12 Vị trí đo đầu khối cảm biến 49 Hình 3.13 Dạng tín hiệu đo đầu khối cảm biến 49 Hình 3.14 Vị trí đo đầu khối lọc 50 Hình 3.15 Tín hiệu nhận đầu khối lọc 50 Hình 3.16 Vị trí đo đầu tầng lọc 51 Hình 3.17 Tín hiệu thu đầu tầng lọc 51 Hình 3.18 Arduino Uno R3 52 Hình 3.19 Sơ đồ chân Arduino Uno R3 53 Hình 3.20 Màn hình LCD TFT ST7735 54 Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý đệm tín hiệu 57 Hình 3.22 Giao diện phần mềm Arduino IDE 58 Hình 3.23 Sơ đồ thuật tốn chương trình đo đường huyết khơng xâm lấn 59 Hình 3.24 Sơ đồ mạch đo thiết kế phần mềm Altium 60 Hình 3.25 Thiết kế mơ mạch in phần mềm Altium 61 Hình 3.26 Hình ảnh thực tế sau hồn thành thiết kế mạch đo 61 Hình 3.27 Sơ đồ kết nối phần module đo đường huyết 62 Hình 3.28 Kết nối khối module lại với 62 Hình 3.29 Module đo đường huyết hồn thiện 63 Hình 4.1 Cân tiểu ly dùng để cân khối lượng đường glucose 66 Hình 4.2 Thử nghiệm đo độ hấp thụ với dung dịch đường glucose 66 Hình 4.3 Kết đo đường huyết phương pháp xâm lấn dùng máy đo đường huyết Accu-chek 69 Hình 4.4 Kết thử nghiệm module đo đường huyết thiết kế 70 v Trong đó: - C nồng độ chất dung dịch - V0 đầu mạch cảm biến chưa đưa ngón tay vào - V đầu mạch cảm biến sau đưa ngón tay vào Với V V0 giá trị biết đo, C giá trị cần tìm Cơng việc cần thực tìm mối liên hệ 𝜖𝜖 × ℓ điện áp đầu V Cụ thể phương pháp tiền hành thực nghiệm: - Bước 1: Chuẩn bị thiết bị đo đường huyết xâm lấn thương mại, có độ xác cao trình bày chương trước, tác giả sử dụng sản phẩm Accu-chek - Bước 2: Tiến hành đo đồng thời nồng độ glucose máu thiết bị xâm lấn đầu module đưa ngón tay vào Ghi chép lại kết - Bước 3: Căn vào kết thu được, sử dụng công cụ phần mềm hỗ trợ để đưa phương trình liên hệ 𝜖𝜖 × ℓ điện áp đầu V Có dạng hàm số tuyến tính: 𝜖𝜖 × 𝑙𝑙 = 𝑎𝑎 × 𝑉𝑉 + 𝑏𝑏 - Bước 4: Sử dụng phương trình liên hệ đưa ra, tính tốn trở lại để đưa công thực liên hệ nồng độ glucose máu điện áp đầu ra: 𝑉𝑉 −𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑉𝑉0 𝐶𝐶 = 𝑎𝑎 × 𝑉𝑉 + 𝑏𝑏 - Bước 5: Kiểm chứng lại tính xác phương trình đưa đo đồng thời số đường huyết thiết bị xâm lấn module thiết kế 4.1.2 Thử nghiệm với dung dịch glucose Thử nghiệm đo nồng độ đường glucose dung dịch tự pha chế biết nồng độ pha Sau có kết đối chiếu so sánh hai kết nồng độ, kết đo module đo đường huyết không xâm lấn, hai kết tín tốn nồng độ dung dịch glucose tự pha Tác giả tiến hành thử nghiệm dung dịch glucose nhiệt độ phòng 32°C độ ẩm 75%, bước tiến hành thử nghiệm sau: - Bước 1: Cân khối lượng đường glucose định cách sử dụng cân tiểu ly ghi lại (Hình 4.1), - Bước 2: Đổ 20 ml nước cất tinh khiết vào bình chia độ (nước nhiệt độ 40°C) sau đổ đường glucose vào bình chia độ lắc tới đường tan hết, - Bước 3: Đổ dung dịch glucose vào ống nghiệm cuvet đưa vào cảm biến, đảm bảo khơng có ánh sáng khác lọt từ vào cảm biến gây sai lệch kết quả, - Bước 4: Ghi lại dạng tín hiệu, giá trị ADC giá trị điện áp quy đổi 65 Hình 4.1 Cân tiểu ly dùng để cân khối lượng đường glucose Kết sau đo giá trị cảm biến đối chiếu với nồng độ dung dịch đường glucose pha chế Kết cho Bảng 4.1 Thực với 15 mức nồng độ dung dịch glucose khác tăng dần để đánh giá thay đổi tín hiệu từ cảm biến (Hình 4.2) Hình 4.2 Thử nghiệm đo độ hấp thụ với dung dịch đường glucose 66 Bảng 4.1 Kết đo tín hiệu điện áp cảm biến nồng độ dung dịch đường glucose tương ứng Từ bảng trên, ta thấy có mối liên hệ tuyết tính giá trị biên độ tín hiệu điện áp cảm biến nồng độ dung dịch glucose: nồng độ dung dịch tăng biên độ tín hiệu điện áp cảm biến giảm ngược lại Sau tiến hành thí nghiệm với dung dịch đường glucose với nồng độ biết trước qua việc cân đo cân tiểu ly bình chia độ, tác giả tiến hành lập hàm thể mối liên hệ nồng độ đường glucose với giá trị biên độ điện áp thu cảm biến Từ làm sở để tiến hành đo thêm nhiều mẫu, thử nghiệm thể người để lập hàm dự đốn có độ xác cao 4.1.3 Thử nghiệm người Đối với trình thử nghiệm người, để thu nhiều loại liệu đường huyết khác nhau, tác giả tiến hành theo hai hướng thử nghiệm: • Hướng thứ nhất: đo thay đổi đường huyết người khoảng thời gian ngày thiết bị đo đường huyết xâm lấn thương mại thiết bị đo đường huyết không xâm lấn • Hướng thứ hai: đo số đường huyết nhiều người thời điểm ngày (cụ thể vào sáng, trước ăn sáng) thiết bị đo đường huyết xâm lấn thương mại thiết bị đo đường huyết không xâm lấn 67 Đối với hướng thứ nhất, tác giả tiến hành đo lấy kết số đường huyết tình nguyện viên (9 người bình thường khơng bị mắc bệnh tiểu đường) lần khoảng thời gian khác ngày (đo lần đầu vào lúc sáng, sau đồng hồ lại đo lần, trước ăn sau ăn) Đầu tiên, tác giả đo đường huyết sản phẩm đo đường huyết xâm lấn Accu-chek phương pháp chích máu đầu ngón tay, sau đó, tác giả đo lấy số đường huyết không xâm lấn sản phẩm tác giả thiết kế Vì khoảng thời gian chênh lệch lúc đo thiết bị xâm lấn không xâm lấn tác giả nhỏ nên xem đo đồng thời, số đường huyết lần đo Sau đo số đường huyết người tình nguyện, số tác giả ghi lại nhằm mục đích so sánh, đánh giá tính xác sản phẩm mà tác giả thiết kế Các bước tiến hành sau: - Bước 1: Đo đường huyết người tình nguyện sử dụng máy đo đường huyết Accu-chek ghi lại kết đo Đồng thời thử nghiệm thiết bị đo đường huyết không xâm lấn ghi lại giá trị điện áp đo - Bước 2: Cho người tình nguyện uống 50ml dung dịch nước đường Lặp lại bước sau kể từ lần đo - Bước 3: Đưa giá trị đo vào excel để lập hàm tương quan đưa phương trình mối quan hệ đường huyết giá trị điện áp Sau suy cơng thức tính giá trị đường huyết Đối với hướng thứ hai, tác giả thực đo tổng số 10 tình nguyện viên bao gồm người bị bệnh tiểu đường người bình thường, người đo hai phương pháp, phương pháp đo xâm lấn dùng sản phẩm thương mại phương pháp không xâm lấn dùng module mà tác giả thiết kế Tuy nhiên, số khó khăn, tác giả thực đo kiểm chứng kết tình nguyện viên bình thường có tình nguyện viên bị bệnh tiểu đường chưa thể đo lấy kết nhiều bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường Đây hạn chế đề tài Các bước tiến hành sau: - Bước 1: Đo đường huyết người tình nguyện sử dụng máy đo đường huyết Accu-chek ghi lại kết đo Đồng thời thử nghiệm thiết bị đo đường huyết không xâm lấn ghi lại giá trị điện áp đo Thời điểm đo vào sáng tình nguyện viên yêu cầu không ăn sáng - Bước 2: Đưa giá trị đo vào excel để lập hàm tương quan đưa phương trình mối quan hệ đường huyết giá trị điện áp Sau suy cơng thức tính giá trị đường huyết 68 Sau tiến hành đo tình nguyện viên nhiều khoảng thời gian khác nhau, tác giả rút số nhận xét sau: - Giá trị đầu trước ăn sau ăn thay đổi, cụ thể sau ăn giá trị điện áp đầu giảm so với trước ăn - Đối với tính nguyện viên có số đường huyết cao điện áp đầu thấp ngược lại Thiết bị đường huyết xâm lấn tác giả sử dụng để so sánh máy đo đường huyết Accu-chek thương hiệu Đức (Hình 4.3) Máy đo đường huyết Accuchek giúp kiểm tra lượng đường máu cách xác nhanh chóng Với cách đo đơn giản, lượng máu thử ít, thời gian cực nhanh, thiết kế nhỏ gọn, thuận tiện mang bên Sản phẩm đem lại kết đo xác đến 99,9% tương đương với thiết bị chuyên nghiệp bệnh viện Máy Accu-chek sử dụng que thử tự động lấy lượng máu nhỏ 0.6µl (microliter) vùng lấy máu tự chọn ngón tay Máy đo đường huyết Accu-chek đo phạm vi từ 20 - 630mg/dl (1.1-35mmol/l) Hình 4.3 Kết đo đường huyết phương pháp xâm lấn dùng máy đo đường huyết Accu-chek 69 Hình 4.4 Kết thử nghiệm module đo đường huyết thiết kế Kết hướng thử nghiệm thứ cho Bảng 4.2 giá trị đường huyết đo thời điểm: Lần vào lúc sáng chưa ăn sáng, lần vào lúc sáng sau uống 50ml nước đường lần thứ vào lúc sáng Giá trị đường huyết đo máy đo Accu-chek giá trị điện áp lấy từ tín hiệu cảm biến module đo đường huyết thiết kế Bảng 4.2 Kết hướng thử nghiệm thứ Kết hướng thử nghiệm thứ hai cho Bảng 4.3 Với hướng thứ hai, tình nguyện viên phải nhịn ăn (khơng uống nước ngọt, uống nước lọc, nước đun sơi để nguội) (phải nhịn đói qua đêm từ – 14 giờ), thời điểm đo lúc sáng Trong 10 tình nguyện viên người cuối Bảng 4.3 người bị mắc bệnh tiểu đường 70 Bảng 4.3 Kết hướng thử nghiệm thứ hai Với kết thu được, tác giả tiến hành tìm mối liên hệ tín hiệu cảm biến số đường huyết đo thiết bị Accu-chek, từ đưa phương trình liên quan điện áp đầu nồng độ glucose máu 4.2 Kết bàn luận Từ kết thử nghiệm với dung dịch glucose có nồng độ khác Vẽ đường xu hướng (Trendline) dạng tuyến tính tính hệ số tương quan [31] (Hình 4.5) để thấy mối liên hệ nồng độ dung dịch glucose biên độ tín hiệu cảm biến Hình 4.5 Mối liên hệ nồng độ dung dịch glucose biên độ tín hiệu cảm biến 71 Sau tiến hành đo thí nghiệm nước đường glucose thấy nồng độ glucose tăng lên biên độ tín hiệu điện áp thu giảm theo đường gần tuyến tính Hệ số tương quan r = –0.9528 < chứng tỏ nồng độ glucose điện áp có quan hệ tuyến tính nghịch biến Từ tiến hành thử nghiệm tay người đồng thời với đó, tác giả thay sang cảm biến kẹp ngón tay phù hợp để tiến hành thử nghiệm ngón tay người Từ kết thu dạng đồ thị 10 mẫu đo (Hình 4.6), đưa phương trình liên hệ điện áp đầu số 𝜖𝜖 × ℓ là: 𝜖𝜖 × ℓ = 0.1937 × 𝑉𝑉 − 0.1595 Hình 4.6 Đồ thị liên hệ 𝜖𝜖 × ℓ điện áp đầu Với phương trình thu từ mối liên hệ ta đưa phương trình liên quan điện áp đầu nồng độ glucose máu là: 𝐶𝐶 = − log 𝑉𝑉 𝑉𝑉0 0.1937 × 𝑉𝑉 − 0.1595 (mmol/l) Để kiếm chứng tính xác module, tác giả tính tốn độ sai số kết đo từ thiết bị đo đường huyết xâm lấn thương mại Accu-chek module đo đường huyết không lâm lấn tác giả Với độ sai số tính tốn cơng thức sau: 72 Kết cho Bảng 4.4 Sai số hai thiết bị đo cịn lớn khơng ổn định, nguyên nhân gây sai số chủ yếu kích thước ngón tay khác nhau, độ dày da bề mặt ngón tay, độ dày móng tay, màu sắc da ảnh hưởng phần đến sai số Ngoài tiền hành đo ngón tay người đo khơng thực để n mà cịn có chuyển động nhỏ, điều ảnh hưởng khơng nhỏ để tính xác phép đo, lần đo cần đo lại nhiều lần để tăng xác phép đo Công nghệ nhạy cảm với can thiệp số hợp chất sinh học, dao động nhiệt độ thay đổi áp suất Hơn nữa, ánh sáng laser truyền qua môi trường dày đặc, tín hiệu quang âm bị ảnh hưởng tượng tán xạ, gây hiệu ứng bất lợi tương tự quang phổ NIR Một nhược điểm khác thiết bị đo đắt tiền nhạy cảm với thông số môi trường Bảng 4.4 So sánh kết đo số đường huyết thiết bị Accu-chek module đo không xâm lấn tác giả 73 4.3 Hướng phát triển đề tài Trong tương lai, tác giả mong muốn đề tài nghiên cứu cải tiến tiếp, tăng độ xác giảm thời gian đo Giảm kích thước tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm để đưa sản phẩm thị trường Ngồi ra, đề tài nghiên cứu thêm theo hướng sau: - Đo lưu trữ liệu, gửi liệu lên website ứng dụng điện thoại để tiện theo dõi - Kết hợp thông số khác tuổi, giới tính, chiều cao để đưa phương trình dự đốn lượng số đường huyết xác 4.4 Kết luận chương Ở chương này, tác giả trình bày phương pháp thực nghiệm kiểm chứng kết đo module mà tác giả thiết kế Kết mà tác giả thu với tính xác cao, nhiên việc thu thập số liệu số đối tượng định đối tượng chủ yếu người khỏe mạnh, điều dẫn đến việc sai số module tăng lên đối tượng khác, đặc biệt bệnh nhân tiểu đường Dựa nghiên cứu kết từ thí nghiệm, thay đổi độ hấp thụ tia hồng ngoại glucose bước sóng 1550nm mạnh Module đề xuất áp dụng sống thực Nhưng sai số phép đo cịn cao, cần phải phát triển triển khai phần cứng để cải thiện độ xác Với kết đạt được, đạt nhiều mục tiêu việc đo đường huyết không xâm lấn tương lai gần 74 KẾT LUẬN Ở đề tài này, tơi trình bày tồn lý thuyết liên quan, phương thức thực hiện, trình thiết kế kết đạt Đây đề tài khó phức tạp, yêu cầu kiến thức mặt điện tử phải tìm hiểu kiến thức sinh lý người Tuy nhiên qua trình tìm hiểu làm việc nghiêm túc, tơi hài lịng với đạt sản phẩm mà tơi thiết kế đáp ứng số tiêu chí ban đầu đề ra: • Sản phẩm có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, có độ xác cao (khi so sánh kết với thiết bị Accu-chek sử dụng rộng rãi thị trường), giá thành sản phẩm phải (nếu sản xuất với số lượng lớn giảm giá thành nhiều hơn) • Các tiêu thông số kĩ thuật đáp ứng so với yêu cầu đề ban đầu: - Kiểu đo: Không xâm lấn, - Thời gian đo: 10-15s, - Kiểu thiết bị: Cầm tay, - Màn hình hiển thị: LCD, - Nguồn: Pin, - Điều kiện vận hành: nhiệt độ từ 10°C ~ 45°C Tuy nhiên, với lực hạn chế, thời gian kinh phí chưa cho phép nên kết nghiên cứu số thiếu sót, chẳng hạn như: • Chưa thực đo lấy kết nhiều bệnh nhân tiểu đường để kiểm chứng độ xác sản phẩm cách khách quan • Module hoạt động chưa ổn định, gặp nhiều trục trặc, tác giả thực nghiệm thêm nhiều lần mong muốn • Trên thị trường có khơng nhiều sản phẩm đo đường huyết xâm lấn giá thành đắt đỏ, tác giả chưa thể so sánh, đánh giá sản phẩm tác giả với thiết bị không xâm lấn chất lượng cao thị trường • Độ xác module chưa đáp ứng yêu cầu đề (yêu cầu đề 80%) Với lực hạn chế, thời gian kinh phí chưa cho phép nên nghiên cứu dừng mức độ thử nghiệm từ vật liệu chế tạo khối cảm biến, mạch điều 75 khiển mẫu thử cần cho tiến hành thử nghiệm Tôi mong muốn vấn đề nghiên cứu sâu kĩ để có nghiên cứu đề tài đo đường huyết không xâm lấn cần thiết sống Đề tài nghiên cứu đo đường huyết không xâm lấn thiết thực Tuy nhiên so với yêu cầu thực tế đề tài khả phát triển mà tơi làm không lớn Tuy vậy, qua đề tài tơi hi vọng giúp ích cho bạn muốn tìm hiểu phát triển thêm đề tài Mặc dù kiến thức giới hạn tơi sẵn lịng trao đổi thêm với người quan tâm quan tâm đến đề tài Tôi hi vọng đề tài nghiên cứu sâu để nghiên cứu góp phần hữu ích cho sống đem lại thiết bị đo đường huyết khơng xâm lấn có tính ứng dụng phổ cập cộng đồng Đề tài nghiên cứu đo đường huyết không xâm lấn vô hữu ích thiết thực Một thiết bị đo đường huyết khơng xâm lấn, có khả theo dõi liên tục có ý nghĩa vơ to lớn bệnh nhân tiểu đường nói riêng sức khỏe người nói chung Một lần nữa, tơi xin chân thành cảm ơn TS Vương Hồng Nam tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://medlatec.vn/, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [2] https://tamanhhospital.vn/, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [3] Tỷ lệ yếu tố nguy bệnh đái tháo đường có biến chứng khoa nội tổng hợp bệnh viện đa khoa an gian - Phạm Ngọc Hoa, Nguyễn Huỳnh Nguyên, Lê Thị Mãi Nguyễn Thị Phương Thùy, Võ Thị Diệu Khoa Nội Tổng Hợp, BV An Giang [4] https://www.vietnamplus.vn, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [5] https://soyte.hanoi.gov.vn, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [6] https://bookingcare.vn/, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [7] https://thietbiyteminhhiep.com, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [8] https://sieuthiyte.com.vn/, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [9] https://www.vinmec.com, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [10] https://www.wpro.who.int, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 [11] Design and Development of Non invasive Glucose Measurement System Brince Paul, Melvin P Manuel, Zachariah C Alex MEMS and Sensors Division, School a/Electronics Engineering VIT University, Vel/ore [12] Daly, Mark E; Vale, C; Walker, M; Littlefield, A; Alberti, KG; Mathers, JC (1998) “Acute effects on insulin sensitivity and diurnal metabolic profiles of a high-sucrose compared with a high starch diet” (PDF) Am J Clin Nutr (American Society for Clinical Nutrition) [13] Van Soest, P J (1994) Nutritional ecology of the ruminant 2nd Ed Cornell Univ Press, ISBN 080142772X [14] Brince Paul, Melvin P Manuel, Zachariah C Alex Design and Development of Non invasive Glucose Measurement System [15] Lee S, Nayak V, Dodds J, Pishko M, Smith NB Glucose measurements with sensors and ultrasound Ultrasound Med Biol [16] Trần Tứ Hiếu, 2008, Phân tích trắc quang, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [17] Phạm Luận, 2006, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 77 [18] MacKenzie HA, Ashton HS, Spiers S, et al Advances in photoacoustic noninvasive glucose testing Clin Chem [19] Vonlilienfeldtoal H, Weidenmuller M, Xhelaj A, Mantele W, "A novel approach to noninvasive glucose measurement by mid-infrared spectroscopy: the combination of quantum cascade lasers (QCL) and photoacoustic detection" Vib Spectrosc 2005;38(1–2), pp: 209–215 [20] Heise HM, Bittner A, Marbach R, "Clinical chemistry and near infrared spectroscopy: technology for non-invasive glucose monitoring" J Near Infrared Spec 1998;6(4), pp:349–359 [21] Heise HM, Marbach R Human oral mucosa studies with varying blood glucose concentration by non-invasive ATR-FT-IRspectroscopy Cell Mol Biol (Noisy-le-grand) 1998; 44(6): 899-912 [PMID: 9763193] [22] Siesler HW, Ozaki Y, Kawata S, Heise HM, "Near-Infrared Spectroscopy: Principles, Instruments, Applications" Wiley-VCH Verlag GmbH; 2002 Pp: 1-348 [23] Raghavachari R, " Near-Infrared Applications in Biotechnology" New York: Marcel Dekker; 2001, pp: 382 pages [24] Maruo K , Tsurugi M, Chin J, et al "Noninvasive blood glucose assay using a newly developed near-infrared system" IEEE J Sel Top Quant 2003;9(2), pp: 322–330 [25] Arnold MA, Small GW "Noninvasive glucose sensing" Anal Chem 2005;77(17), pp: 5429– 5439 [26] Berger AJ, Koo TW, Itzkan I, Horowitz G, Feld MS Multicomponent blood analysis by nearinfrared Raman spectroscopy Appl Opt 1999; 38(13): 2916-2926 [PMID: 18319874] [27] Hanlon EB, Manoharan R, Koo TW, Shafer KE, Motz JT, Fitzmaurice M, Kramer JR, Itzkan I,Dasari RR, Feld MS Prospects for in vivo Raman spectroscopy Phys Med Biol 2000; 45(2): R1-59 [PMID: 10701500] [28] Lee S, Nayak V, Dodds J, Pishko M, Smith NB Glucose measurements with sensors and ultrasound Ultrasound Med Biol 2005; 31(7): 971-977 [PMID: 15972203 DOI: 10.1016/j.ultrasmedbio.2005.04.004] 78 [29] MacKenzie HA, Ashton HS, Spiers S, Shen Y, Freeborn SS, Hannigan J, Lindberg J, Rae P Advances in photoacoustic noninvasive glucose testing Clin Chem 1999; 45(9): 1587- 1595 [PMID: 10471673] [30] Brince Paul, Melvin P Manuel, Zachariah C Alex "Design and Development of Noninvasive Glucose Measurement System" MEMS and Sensors Division, School of Electronics Engineering VIT University, Vellore Pp: 1-4 [31] https://en.wikipedia.org/wiki/Pearson_correlation_coefficient, truy nhập cuối ngày 20/9/2022 79 ... 1.3.2 Đo đường huyết phương pháp không xâm lấn Máy đo tiểu đường dùng phương pháp không xâm lấn, không cần lấy máu dòng máy chuyên dụng nhiều người tin dùng Việc sử dụng máy đo đường huyết giúp người. .. thay cho chủng loại thiết bị đo đường glucose xâm lấn Bởi tác giả lựa chọn đề tài luận văn ? ?Đo lường phân tích số đường glucose thể người dùng phương pháp không xâm lấn” Luận văn trình bày trình... Các phương pháp đo đường huyết nhà 11 1.3.1 Đo đường huyết phương pháp xâm lấn 11 1.3.2 Đo đường huyết phương pháp không xâm lấn 15 1.4 Kết luận chương 21 CHƯƠNG CƠ