Trong lĩnh vực y tế, việc đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi và chẩn đoán tình trạng sức khỏe của con người. Với sự phát triển của công nghệ và các thiết bị y tế hiện đại, thiết kế mạch đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu đã trở thành một đề tài thú vị và đầy tiềm năng, đặc biệt đối với em sinh viên có đam mê về công nghệ. Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là tạo ra một thiết bị dễ sử dụng và không xâm lấn và giúp người dùng có thể tự theo dõi sức khỏe của mình thông qua app trên điện thoại trong thời gian thực. Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, em sẽ tìm hiểu về cách hoạt động của nhịp tim, đồng thời nắm vững nguyên lý hoạt động của các cảm biến và mạch điện tử để thu thập và xử lý dữ liệu. Em cũng sẽ tìm hiểu về các thuật toán và phương pháp tính toán để chuyển đổi dữ liệu thu thập được thành những thông số hữu ích và dễ hiểu. Em mong rằng qua đề tài này có thể giúp ích cho người bệnh có thể theo dõi nhịp tim của bản thân để khi nhận thấy được những dấu hiệu bất thường có thể nhanh chóng đến đến trạm y tế để ngăn chặn các vấn đề lớn. Kiến thức y sinh về hoạt động của tim, nồng độ oxy trong máu, nguyên lý hoạt động của cảm biến, cách đo hướng dẫn đo cho người dùng. Thuật toán xử lý tín hiệu nhận được từ cảm biến. Vi điều khiển dùng để thiết kế mô hình đo và giám sát. Phần mềm tương tác trên Smartphone. Thiết kế bảng mạch thử nghiệm hoàn chỉnh cho mô hình đo. Các phương pháp đánh giá độ tin cậy và độ chính xác của thiết bị đo được thiết kế. Đề tài tập trung chủ yếu vào nghiên cứu phương pháp đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu không xâm lấn sử dụng kỹ thuật truyền xuyên qua. Nội dung của luận văn tập trung thiết kế bộ tiền xử lý tín hiệu và mạch xử lý trung tâm. Đồng thời nghiên cứu sử dụng môi trường Java Eclipse để xây dựng phần mềm trên hệ điều hành Android. Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn ở mô hình máy đo các thông số nhịp tim, SpO2 dùng vi điều khiển tiêu thụ công suất thấp.
THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHỊP TIM VÀ NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU ĐIỆN TỬ Y SINH i THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHỊP TIM VÀ NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU ĐIỆN TỬ Y SINH ii MỤC LỤC Tran TRANG PHỤ BÌA ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC .v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .ix DANH MỤC CÁC BẢNG .xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài .2 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.6 Cấu trúc báo cáo CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN KHẢO SÁT VÀ ĐƯA RA TIÊU CHÍ CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Tổng quan SpO2 .5 2.2.1 Lịch sử kỹ thuật khảo sát SpO2 2.2.2 Độ xác SpO2 2.2.3 Khi cần phải kiểm tra người bệnh máy đo nồng độ oxy máu? 2.2.4 Kiểm soát tim mạch nồng độ oxy máu điều cần thiết 2.3 Sự vận chuyển oxy máu nguyên lý hoạt động PO .7 iii 2.4 Khảo sát phương pháp đo nước .10 2.5 Xây dựng mơ hình đề tài 13 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN VÀ XÂY DỰNG, THIẾT KỂ MƠ HÌNH ĐO NHỊP TIM 15 3.1 Sơ đồ khối 15 3.2 Chọn linh kiện thiết bị khối 16 3.2.1 Khối cảm biến (Cảm Biến MAX30100) .16 3.2.2 Khối vi điều khiển (Arduino Uno R3) 21 3.2.3 Module Bluetooth (Module Bluetooth HC-05 ) 26 3.2.4 Khối hiển thị (LCD16x02) 28 3.2.5 Khối chng báo (Cịi Buzzer) .33 3.3 Sơ đồ nguyên lý 35 3.4 Lập trình 37 3.5 Ứng dụng điện thoại 43 3.6 Sản phẩm hoàn thành .46 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH 48 4.1 Kết đạt .48 4.2 Đánh giá mơ hình 48 4.3 Hướng phát triển .49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 iv v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Hb : Hemoglobin (còn gọi huyết sắc tố) thành phần cấu tạo nên hồng cầu HbO2: Oxy gắn vào Hemoglobin SpO2 : Là cụm từ Saturation of peripheral oxygen, dịch có nghĩa độ bão hoà oxy máu ngoại vi vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH TT Tên hình Trang Hình 2.1 Quang phổ hấp thụ Hb HbO2 Hình 2.2 Cường độ hấp thụ ánh sáng máu Hình 2.3 Đường cong mối quan hệ tỉ lệ R/IR % bão hòa oxy 10 định luật Beer-Lambert thực nghiệm 11 14 Hình 2.4 Cách đo thủ cơng tay 15 16 Hình 2.5 Đo thủ cơng ống nghe 17 Hình 2.6 Đo điện cực 18 Hình 2.7 Đo quang học 18 19 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 21 24 Hình 3.2 Cảm Biến MAX30100 25 26 10 Hình 3.3 Sơ đồ chức 26 30 11 Hình 3.4 Sơ đồ mạch Cảm Biến Nhịp Tim Và Oxy Trong Máu MAX30100 12 Hình 3.5 a) Đồ thị mơ tả phụ thuộc bước sóng LED_R vào nhiệt độ b) Đồ thị mơ tả phụ thuộc bước sóng LED_IR vào nhiệt độ 13 Hình 3.6 Nguyên lý hoạt động cảm biến MAX30100 14 Hình 3.7 Arduino Uno R3 15 Hình 3.8 Chức chi tiết chân điều khiển Arduino Uno R3 16 Hình 3.9 Cửa sổ làm việc phần mềm ngơn ngữ lập trình Arduino 17 Hình 3.10 Module Bluetooth HC-05 18 Hình 3.11 Khoảng cách truyền Bluetooth 19 Hình 3.12 Màn hình LCD1602 20 Hình 3.13 Cịi Buzzer vii 21 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý 31 22 Hình 3.15 Lưu đồ giải thuật 33 23 Hình 3.16 Giao diện ứng dụng 38 24 Hình 3.17 Code ứng dụng 39 25 Hình 3.18 Giao diện ứng dụng bluetooth điện thoại 40 26 Hình 3.19 Sơ đồ mạch in 41 27 Hình 3.20 Sản phẩm hồn thành 42 viii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 34 Bảng Cấu tạo chân LCD1602 ix MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực y tế, việc đo nhịp tim nồng độ oxy máu đóng vai trị quan trọng việc theo dõi chẩn đốn tình trạng sức khỏe người Với phát triển công nghệ thiết bị y tế đại, thiết kế mạch đo nhịp tim nồng độ oxy máu trở thành đề tài thú vị đầy tiềm năng, đặc biệt em sinh viên có đam mê cơng nghệ Mục tiêu đề tài nghiên cứu tạo thiết bị dễ sử dụng không xâm lấn giúp người dùng tự theo dõi sức khỏe thơng qua app điện thoại thời gian thực Qua trình tìm hiểu nghiên cứu, em tìm hiểu cách hoạt động nhịp tim, đồng thời nắm vững nguyên lý hoạt động cảm biến mạch điện tử để thu thập xử lý liệu Em tìm hiểu thuật tốn phương pháp tính tốn để chuyển đổi liệu thu thập thành thơng số hữu ích dễ hiểu Em mong qua đề tài giúp ích cho người bệnh theo dõi nhịp tim thân để nhận thấy dấu hiệu bất thường nhanh chóng đến đến trạm y tế để ngăn chặn vấn đề lớn