Medihearth giải pháp chăm sóc sức khỏe thông minh cho bệnh nhân tim mạch dựa trên công nghệ internet vạn vật

loT là một hệ thống được thiết kếđểkết nối và quản lý các thiết bịthông minh, cho phép chúng ta điều khiển và giám sát từ xa thông qua internet.. Trong đó Phần 3là phần đóng góp chínhcủa

Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH

YSC5.F017

MEDIHEARTH: GIẢI PHÁP CHĂM SÓC sức KHỎE THÔNG MINH CHO BỆNH NHÂN TIM MẠCH DựA TRÊN CÔNG NGHẸ INTERNET VẠN VẶT

-Khoa Công nghệ Thông ỉin, Trương Đại học Công nghiệp Thành phổ Hồ Chi Minh

"tonlongplnioc(a)iiih edu vn, huydinhse@gmail.com , ngụyenthanhluantqd@gmail com

Tóm tắt Hiện nay, việcchămsóc sức khỏe bệnhnhân tim mạch được hiển khai hên nền tảng thông minh đangtrở thànhmột xu hướng Tuynhiên, việc ứng dụng công nghệ loT trong lĩnhvực này vẫn cònnhiều hạn chế nguyên nhân chính làdo việc triển khaivà sửdụngcácứngdụng thông minh trong ỵ tế vẫn chưa đượcquan tâm đúng mức Đồngthời, việckết hợp công nghệ loT tronglĩnhvực chăm sóc sứckhỏevẫn

của dữ liệu được thu thậptừ cácthiết bị V iệc xửlývàphântích dữ liệu cũngđòihỏi trình độ chuyên môn cao.Ngoài ra, việc đảmbảo bímật thông tin bệnhnhâncũnglàmột trong những thách thức cần được quan

động khinhịptim bất thường Đồngthời, công cụ sử dụng thuật toán hí tuệnhân tạo đểđưaracác cảnh

web-socket để đưa racác thông báo theo thờigian thực cho các bác sỹ vàbệnh nhân Hiệncông cụ đãđược

Từ khóa Chăm sóc sức khỏe,loT, Trí tuệ nhântạo, ReactJS,Flutter, Nodejs, Web-socket,AWS

TECHNOLOGY

Abstract Currently, the health care of cardiovascular patients deployed on smart platforms is a trend

healthcare is the reliability of datacollected from devices.The processingand analysis of data also requữes

a highlevel of expertise In addition, ensuring die confidentiality of patient informationis also one of die challenges thatneed to beconsidered To solve this problem, we recommend a tool calledMediHealth MediHealth is a smart heart ratemonitoring system and gives web and mobile alerts whentheheartrate is

other parametersprovided by diedoctor, additionally detects potentialcardiovasculardiseases The system

patients in Ho Chi Minh City In the future, we will expand die range ofdiseases diesystem can support, and at die same time, we will redesign die device to be more compact and convenient to receive more

Keywords.Healthcare,loT,ArtificialIntelligence, ReactJS,Flutter, Nodejs, Web-socket, AWS

Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH

1 GIỚI THIỆU TÔNG QUAN

loT là một hệ thống được thiết kếđểkết nối và quản lý các thiết bịthông minh, cho phép chúng ta điều

vong dobệnh tim mạch chiếm tới39,5%,trongđó: bệnh mạchmáu não (55,4%), bệnh tim thiếumáu cục

bộ (32%), bệnh tim do tăng huyết áp (6,9%)vàbệnh tim mạch khác (5,7%) [1] Đócũnglà vấn đề nangiải

hẻ hóa ở những người trong độ tuổi lao động Dođó, chúng ta cầntheo dõi,kiểm tra và phát hiệncác hiệu

MediHealthlàhệ thống đượcphát hiểnvới mụctiêu giảm bớt áp lựcchonhân viên ỵ tế vàtự động hóaquỵ hìnhtheo dõi sứckhỏecủa bệnh nhân Đượctrang bịcác thiếtbị đeo ỵ tế, hệ thống này có khảnăng thu

biệt, hệ thống sử dụng dữ liệu và tập luật ỵtế kết hợp với hí tuệ nhântạo(AI) [2] đểtheo dõivà phân tích

cầnthiếtmột cách kịp thời Ngoài ra, hệ thống cũng cung cấpthông báo để xử lý các tình huống ỵ tế khẩn cấp

được thu thập có thểđược chia sẻ vàphân tíchbởicácchuyên gia ỵ tế,từ đó đưara chẩn đoán chính xác

và phương pháp điều trị hiệu quả Bácsĩ và cácchuyên gia ỵ tế có khả năng theo dõi tình hạngsứckhỏe tim mạchcủabệnh nhân từ xa thông qua các ứngdụng và giao diện trực tuyến Họ nhậnđược cảnhbáo

lượng cuộc sống củanhững ngườimắc bệnh tim mạchvà giảm tỷ lệ tử vong toàn cầu do bệnhnày

Bài báo của chúngtôi chialàm5 phần: Phần 1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống; Phần 2Các công nghệ

hiển Trong đó Phần 3là phần đóng góp chínhcủa bàibáo

2 CÁC CÔNG NGHẸ LIÊN QUAN

2.1 TensorFlow — Neural Network

cho việcxây dựngvà huấn luyện môhình Neural Network, giúp cho quá hình nàytrở nên đơn giản hơn;

động tìmra các đặc hưng quan trọng và cảithiện độ chính xác dự đoán (Hình 2.1); Kết quả dự đoán của

mô hìnhNeural Network có thể đạtđược độ chính xác cao, đặc biệt làhongcác bài toán phức tạp như dự đoánbệnh tim mạch Ngoài ra, cũng có một sốnhượcđiểm: Việc xây dựngvàhuấn luyện mô hình Neural

lựa chọn kiến trúcmôhìnhvàthiết lập các tham số; Việc huấn luyện mô hìnhNeural Networkyêu cầu một lượng lớn dữ liệu huấn luyện, đồng thời cần phải đảmbảo tính đại diện của dữ liệuđể tránhhiện tượng

Hộinghị Khữa học írẻ lần 5 2023(YSƠ2023)-ẴỈJH

Hình 1: TensoFlow - Ivlô hỉnh Neural Network [6]

2.2 ReactJS - Flutter

trung vào việc tạo ra giao diện người dùng (UI) đáp ứng và tươngtácmượt màvói các thảnh phần khác

platform) bằng việc sử dụng mộtngôn ngữlập trìnhduy nhất,là Dart Với Flutter, tacóthể tạo ra giao diện người dùng đẹp mắt và đáp ứng trên nhiều nền tảngnhư Android và 1 OS [7, 8],

trữ dữliệu, thông báo đẩy, và nhiềuhơn nữa để xây dựng ứng dụng chất lượng cao TrongFirebase, một dịchvụ có tên là FCM (Firebase ơoudMessaging), là một dịch vụ thông bào đẫy Nó cho phép nhà phát

NhưHình 2, chúng tôi đấ thiết kế và lắp đặt để có thể tạo nên mộtthiềtbị đang hoạt động Chúngtôi đã tham khảo và dựa trên các thông số cũng như chức năng của các thi ẾtbịloT để có thể đưa ra quyết định sử

Cảm biền nhịp tim và oxytrong máu MAX3Ũ1Ũ2 [11] là một mô-đun đo nhịptim và oxy trong máy tích hợp Nó bao gồm đẻn LED bên trong, bộtách sóng quang, các bộ phận quang học và các thiet bị điệntử có tieng ồnthấp với khả năng loại bỏ ánh sáng xung quanh

Cảm biền nhịp tim vả oxy trong máu Max30102 hoạt động trên một nguồn cung cap điện 1.8V và một

Giao tiếp thông qua giao diện tương thích 12c tiêu chuẩn vàcó the được tắt thông qua phần mem với chế

năng tietkiệmnănglượng toi đa với mức chi phí phù hợp, mànhình sử dụnggiao hep I2C cho chat lượng đườngtruyền ổn định vả rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO

5V dỏng lên tới 2A Thích hợp cho các hệ thong can cap nguồn liên tục, ngay cả khimat điện sẽ có nguồn nuôi đượctăng áp từ pin lithium

Trên module có tích hợp LEDsbáodung lượngpin và báo sạc Nút nhan kíchhoạtmodulehoạt động hoặc tắt Cho phép vừa sạc vừa cung cấp điện ở ngõ ra Nhấn nút một lần đe kích hoạt module Nhấn và giữ đe

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-IUH

tắt module Modulesẽtự động kíchhoạtkhi có thiết bị kết nối Nếu dòng tiêuthụnhỏ hơn50mA, sau 30s modulesẽ tựtá

MongoDB là hệquản trị cơ sởdữ liệu NoSQL (non-relational), được phát triển bởi côngtyMongoDB Inc

thông tin vềđối tượng, vời đỊnhdạng JSONhoặc BSON,thíchhợpsử dụng vào các dự án có ĨOT [15],

Opeo incident Scbvea Fiber Faults in Vw APAC recion To learn more tfiecit.«g5atvs,oaga.* X

Q

PROJECTS

g MedlHeafth

+ New Project

MANACC

Billing

Support

SsUJngi

AFI

♦ Cfoudways »

F5 SnaoShootor »

ý) Miirkeệpksce A

& Product Docs p

Q SeơKh by resource nnit»» Ct puMcIPtCirlrcy

MediHealth CVAUU

g JirU trying out DigdolOcean Ỉ Development t Update- yot» project information under Settings

Rcsouicos Activity Settings

ASPS (25 llonfshapp Iionrnhappbbz3e.o<idiqrtak;cean.app Basic

txj s<M-turt<o0pp sea Ititfo-app i9i3b.onđigiul<xeandpp Starter

COMAINS |1|

smado-bc.com 2A/3NS/1SOA

Create something new learn more

My Team |Oi

Cretin: 520000 (cspires in 57 Cttys? ữ

huychnhM

id" C«M<wr

My Arcourtt

Create a Team

Sign Out

■v ’ Sot up a roforral Ink and earn tree credits

joa ni n.ci p

Create a Dtopfcl Add a ơoad server now

QI Create a MaiMged Database

I I Worry-tree database martojoment

Product Dots

Technical overviews how-cos release notes, one support material

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH

3.1 Giới thiệu

MongoDB để tăng tốcđộtruy xuất dữ liệu, phùhọp cho các dự ánthời gian thực Phần Frontend được xây

thị biểu đồ cácchỉ số sức khỏecủa bệnh nhân cho bácsĩ hoặc chuyên gia theo dõi thờigian thực.Reactis

lưu lạicác thôngsố cảnh báo cần thiết trong quátrình sử dụng

Hình4: Sơđồhoạtđộngcành báo củahệ thốngMedihealth

Hệ thốngMedihealth áp dụngkiến trúc MVC (Model-View-Controller) MVC là một mẫu kiến trúc phần

diện ngưòi dùng Sử dụng các phương thức HTTP/HTTPSđểkếtnốivớiController của server Controller: Lấy dữ liệu từ Modelđể xâydựng cácRESTful API để View có thể truy cập được vàlấy dữ liệu hiểnthị

tạocác entity để thamchiếutới các đối trượng trong cơ sở dữ liệu Chúng tôi đã sử dụng VPS (Virtual

5)

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH

Kiến trúc dự án

mango DB

Trong đó, chúng tôi tập trung vào chức năng chính của hệ thống là pháthiện bấtthường,xây dựng tậpluật

hỗtrợ việccảnh báo, theo dõi tình trạng bệnh nhân cũngnhư phát hiện bất thường của bệnhnhântrong thòi gianthực Ngoài ra, những chức năng phụ cũng được đưa vào hệ thốngđểhỗtrợ việc quản lí hệ thốngvà làm tăng trải nghiệm của ngườidùng.Từ nhũng chức năng đó, chúngtôi tập trung vào các chức năng chính như: Xemtình trạngbệnh nhân,gửi dữ liệu bệnh nhân lên hệthống, đồng bộ trạngthái thiết bị, gửi thông

Trong mô hìnhuse-case chúng tôi trinh bày, gồmcó haithành phầnactor chính mô tảcho hai đối tượng người dùng mà chúng tôi hướng đến(Admin, Doctor). Ngoài ra, chúng tôi cũng mở rộngcácuse-case cho

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH

Từ các usecase đãphân tích ởtrênthì chúng tôi đã phác thảo ra được lược đồ quan hệ thực thể của

3.4 Giao diện đồ họa

Hệ thống Medihealthtriển khainền tảng Web app và Mobileapp Web app đượctriểnkhai bằng React! s,

app Sauđâychúng tôi xingiới thiệu một vài giao diện và chức năng của Medihealth trên Web và App Sau khichuyên giahoặc bácsĩđăng nhập sẽ hiệnragiao diệnDashboard hiển thị biểuđồđườngcủa một bệnh nhân Biểu đồ này thống kê bảy ngày gầnnhất tính đến ngày hiện tại, giúp bác sĩ theo dõi tình trạng của

E

Hình7:Giao diện dashboard hệ thốngMedihealthtrênnềnWeb

Dashboard là giao diện trang chủ của Website Theo dõi bệnh nhãn tùy theo lựa chọn của bác sĩ hoặc chuyên gia Hiển thị biểu đồ đường với các chỉ so trung bình như nhịp tim, huyết áp, chỉ so Cholesterol trong bảy ngày gần nhất Người dùng chọn bệnh nhãn để xem tình trạng của bệnh nhãn vừa chọn Biểu đồ đường màu xanh lam thể hiện nhịp tim của bệnh nhãn, biểu đồ đường màu xanh lá thể hiện huyết áp và đường màu cam thể hiện chỉ so Cholesterol trong máu của bệnh nhẫn (Hình 8).

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH

s Statistics

án Nút “ AddMediaRecord" dùng để thêmthông tin một bệnh án mới Nút“Detail' đùng đểxem thông tin một bệnh án(Hình 9).

Hình 9: Giaodiệnchitiết bệnh án

giá bởi Trítuệ nhân tạo.Kết quả sẽdự đoán bệnh ánnày sẽ có tỉlệmắc bệnh timmạchlàbao nhiêu phần trăm.Từ đó bác sĩ có thể dựa vào và đưa ra chần đoán khách quan hơn(Hình 9).

trải qua Có 4loại khác nhau, từ 0 đến 3; trestbps:Huyết áp tâmthu của bệnh nhân trong tình trạng nghỉ

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH

exang: Đau ngực do tập thể dục; oldpeak: Giảmđáp lực ST được ghinhận saưthửnghiệmtậpthể dục so với trướckhithử nghiệm; slope: Góc nghiêng của đoạn giảm đáp lực ST (0, 1 hoặc 2); ca: sốlượng động mạch vành bị hẹp chủ yếu (0-3); thai: Loại bệnh timcủabệnh nhân (1: thalassemiatrung bình 2:thalassemia

Hình 10: Giaodiện chinhsửatập chỉ sốvềtìnhtrạngsứckhỏecủabệnhnhân

Quản lý mầm bệnh: giao diện hô trợ xem thông tin về khoảng nhịp tim, cũng như cập nhật dữ liệu.

“ Disable Nó thể hiện các khoảng mà nhịp tim rơi vào, Bradycardia là thấp [0-60], Normal [60-100] là nhịp tim bình thường, còn Tachycardia (> ỉ 00) thuộc nhịp tim cao, dựa vào các tập điều kiện này mà hệ thong sẽ đưa ra các cảnh báo tới bác sĩ (Hình 11).

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH

p A CushDovd MedHci-.b

o úìl △ Not secure inediteallhckk.

Meili 58

lira lli) Pathogens

Doctors

Patients

HearthBeat-IOT

Dashboard

Normal

Hospitals

Modlcal Records

Analytlcs-RT

Statistics

Disabled: <0 Bradycardia

Tachycardia

Bradycardia

Normal

j thềthayđổi

Descri

60

too

huyamnK

Descriptionvềtậpđiềukiệnnàyvềbệnhtim

Heart rate IS less than 60 beats per minute this condition can cause symptoms such as fatigue dizziness, shortness of breath, and chest Min

Heart rate IS between w and 100 beau pet mrnute This is considered a healthy heart rate ranạe for most adults, but may vary depending on age gender, and fitness leve^

e>

HO

7«PM

0 a

Hình 11: Giaodiệnquản lý tậpluật từ chuyên gia

Đểxem nhịp timtrực tiếp, tacầnphải chọnthiết bị cầnxem Ở đây ta có thể thấy, cảnh báonhịp tim có

quyết địnhchính xác hơn (Hình 12).

o (n> A Not wrvn m>drá»n\dfcS A' ýà V o 0 â *$) '*■ f t>

Medist.

Ileallh

Oorr.Boora

0 Doctor*

Ỷ rotiairta

o HacrthScar-ror

g Conditws-Rule

ứ WetpilcUt

ff Uadlcol Record*

Anolytlet-kT

Ệ Stallttier

us !.«®J *

Hình 12: Giaodiệnxemnhịp tim trựctiếp từthiếtbị bệnhnhânđang đeo

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(ỴSC2023)-ỈUH

Hình 13: Màn hìnhchính vàthông báo bất thường trênmobile

MediHearth - Warning 20:28

Normal - IP_MAC:48:3 F:DA:4E:92:B8 - Luan N quyên,12345678909P

■’’his patient's he' Hình14: Giaodiệncảnh báo trênSmartwatch Ngoàira còn có thông báo trên smartwatchSamsung Watch 4 khi kết nối Bluetooth vớiđiện thoại đi động

(Hình 14).

Cuối cùng, đây là hình ảnh thiết bị chúng tôi đã xây đựng nó cùng với các linh kiện như đã nêu trên Thiết

kế khá nhỏ gọn nhưng còn cần phái triển thêm nữa để người dùng có thể đeo thoải mái nhất (Hình 15).

Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈƯH

4 KIỂM NGHIỆM THựC TẾ

Chúng tôi sử dụngdịchvụ trên DigitalOcean đễ triển khai hệ thống, sửdụng PM2 [20] quản lý các tiến trình trongúng dụng, PM2cung cấp các tínhnăng như giám sát quytrình, tự động khởi động lại ứng dụng

[rootộtecmĩnt -]# pm2 install pm2-server-rconit

+ pm2 - server-momt@3.0.0

added 96 packages from 125 contributors and audited 96 packages in 4.275s

found vulnerabilities

• PM2][Nodule] Module downloaded

[PH21IWARN] Applications pm2-server-monit not running, starting

App [pm2-server-Konit] launched (1 instances)

Module:

$ pm2 set pm2-server-raonit:drive /

s p®2 set pm2-server-raonit:cpu refresh rate 2

s pm2 set pm2-server-momt :memory refresh rate 2

$ pm2 set pm2-server-ruonit:disk refresh rate 60

$ pm2 set pm2-server-monit:network refreshrate 5

Modules configuration Copy/Paste line to edit values.

[PM2 ] [Module ] Checkout module options: s pm2 conf

• PH2+ activated I Instance Name: tec«int-cf71 I Dash: https://app.pa2.io/#/r/d6kxk8ode2cn6q9

Module

_ _

4

2 _

MedĩHearth

API

default default

l.e.0

1.0.0 [ZE 12294491229406

9h 9h 3 3

online

online

0*0

0 ’ 6

71.4mb 78.e«b

root root

enabled enabled

[ rooĩgtecniint - I

Trongbài báo này chúng tôi đãtrình bày giảipháp kết họpgiữaloT và máy học (tập luật) đề giải quyếtbài toán xây dựng hệ thốngtheo dõi, giám sat bệnh nhân theo thời gian thực Chúng toi đã xâydựngcongcụ

khai trêncácnền tảng công nghệ như React JS choWeb,Fluttercho diđộng, Nodejs cho server và loT cho

nhằmtối ưuthời gian thực cho các thôngsốtheo dõi bệnh nhân Công cụ cung cấp các chức năng chính cho cácngười dùng bao gồm bác sỹ, bệnh nhân, nhânviêny tế Trongđóbácsỹcó thể quản lý hồ sơ bệnh

các nhóm bệnh (thôngqua các tập luật), từ đó các thiết bị đeotay củabệnh nhân cóthể đượcdùngtrong nhiều nhóm bệnh Mộtsố ưu diễmcủahệthống baogồm giao diện trựcquan, dễ sửdụng, thiết bị có triển

nhược điềm như độ trễ củacác cảm biến trên thiết bịloT đặc biệt trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe các độ trễ này là rủi ro cao Trong tương lai, chúng tôi sẽ phát triển công cụ theo cáchướng là bổ sung tínhnăng cảnh báo SOS ỵà thông tin GPS, cải thiệnquản lý vàthốngkê, áp dụng kiến trúc microservice và xâydựng

hệthống log để theo doi hệ thống hoạt động hiệu quả và antoànhơn