Báo cáo cuối kì Đề tài mô hình hệ thống Đo chỉ số spo2

Nhóm em đã nghĩ đến một mô hình thiết bị y tế nhỏ gọn có thê đo được nhịp tim và nồng độ oxy trong máu với hy vọng có thể giúp ích được phần nào cho những người dân hiện tại, đồng thời v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYÊN TẤT THÀNH

VIEN DAO TAO QUOC TE NITE

BAO CAO CUOI Ki

ĐÈ TÀI:

Mô hình hệ thống đo chỉ số SPO2

GVHD: TS Nguyễn Hoàng Nam

CHUONG 1: GIOT THIEU MÔ HÌNH TH n2 2g na 4

II G1 01.06 1-ŸÝŸÝÁÝỶ 4 1.2 Mục tiêu đề bài Ặ- 2c n2 1e 4 1.43 Giới thiệu SPO2 ST HH HH nu 1211 rang 5 Hình 1.1 Hình ảnh hiến thị chỉ số SPO2 thấp (muahangdambao) 7

Hình 1.2 Hình ảnh hiện thị chỉ số SPO2 rốt (VINMEC) à.àc 2c §

CHUONG 2: GIỚI THIỆU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA MAX 301004 10 2.1 Giới thiệu cảm biến Oxy xung Max 3010( cớ 10 Hình 2.1 (Mecsu, [Tìm hiểu] MAX30100 - Cảm biến nhịp tim, 2023) 10 Hình 2.2 Sơ đồ con cảm biến MAX30100 (Mecsu, 2023) -.-csccs: ll 2.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến Max 30100 ( RCWL-0530) 13 Hình 2.3 Bảng thông số kĩ thuật của cảm biến MAX30100 - 5: 13

2.3 Nguyên lý hoạt động của Max 30100 c2 122222222 re 14

CHUONG 3: CAC THANH PHAN CỦA MÔ HÌNH ĐO CHỈ SỐ SPO2 16

bliaaẢỎẢỎỎẮẶIẶẮẶẮÁẮ Ẽ 16 :“»` , 1 17

Hình 3.2 Bảng thông số Arduino -2- 22 2 2212212212E1122122157221 21121 1 17

3.3 LCD l6x2 0 HH HH HH n1 1 1à 18 Hình 3.3 Hình ảnh LCD (TAN LE, 2022) 2-52 22 E121 181121111 E712Eze 18 3.4 Dây nối - St 1H 1t Hee 19 Hình 3.4 Hình ảnh dây nối (storelinhkien)) - 5 1 s21 32E£E21221112xcEcrxt 19 CHUONG 4: CHƯƠNG TRÌNH HH Hà H1 ng nh nn ng tu 20

4.1 Chương Trình - 2 Q0 0112121111122 1111511111121 111511111111 hen 20

Hình 4.1 Sơ đồ đấu dây (Điện tử VIETNIC) - S122 E121 11 1 222 xee 20

4.2 Giải Thích chương trình Q0 201212221111 221 1111171111191 11H 22211111 23

CHƯƠNG 5: KÉT QUÁ THỰC TẺ S5 T112 11 111 E2 na 27 Hình 5.1 Hình ảnh kết quả hiển thị trên máy tính 5-52 2sccz2sczzcze2 27 Hình 5.2 Hình ảnh hiến thị kết quả trên mạch - 2 222221 2E+E££2£z£sze2 28 Hình 5.3 Hình ảnh hiến thị kết quả trên mạch của sinh viên Võ Quang Lập .29

Hình 5.4 Hình ảnh hiến thị kết quả trên mạch của sinh viên Lê Đình Huy 30

Hình 5.5 Hình ảnh hiển thị kết quả trên mạch của sinh viên Nguyễn Nhật Phi

LH 1 1 1 1 11 1 111 1 11 1 111 11 t1 102221 11g 31

Hinh 5.6 Hinh anh hién thị kết quả trên mạch của sinh viên Phạm Quốc Quy

LH 1 1 1 1 11 1 111 1 11 1 111 11 t1 102221 11g 32 CHƯƠNG 6: TÔNG KÉT SH 12111 1 H21 ng ng te tu 33 ĐÁNH GLÁ HIỆU QUÁ CỦA NHÓM 5 1111111111111 rg 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO S521 112212112 E121 tt tre 35

CHUONG I: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH

1.I Ly do chon dé tai

- Hiện nay chúng ta đang gặp vấn đề ô nhiễm không khí rất nặng nẻ, và cũng là vấn

đề cấp thiết xã hội đang quan tâm Ô nhiễm không khí làm cho mọi người phải tiếp

xúc với các hạt mịn trong không khí bị ô nhiễm Các hạt mịn này thâm nhập sâu vào phổi và hệ thống tim mạch, gây ra các bệnh đột quy, bệnh tim, ung thư phối, bệnh

phổi tắc nohẽn mãn tính và các bệnh nhiễm trùng đường hô hấp

- Các ngành công nghiệp, giao thông vận tải và nhà máy nhiệt điện chạy than cùng

với việc sử dụng nhiên liệu rắn là các nguồn chủ yếu gây ra ô nhiễm không khí Ô

nhiễm không khí đe dọa sức khỏe của người dân ở khắp mọi nơi trên thế giới Vậy

nên để mọi nguoi co thê thuận tiện trong việc theo dõi và kiểm tra sức khỏe, và để

ngăn ngừa những sự cố đáng tiếc có thể xảy ra Nhóm em đã nghĩ đến một mô hình thiết bị y tế nhỏ gọn có thê đo được nhịp tim và nồng độ oxy trong máu với hy vọng

có thể giúp ích được phần nào cho những người dân hiện tại, đồng thời vừa không

tốn quá nhiều thời gian cho việc theo dõi cũng như chỉ phí khám chữa bệnh

Chính vì lý do đó tụi em đã chọn đề tài “Thiết kế mô hình đo chỉ số SPO2”

1.2 Mục tiêu đề bài

- _ Thiết kế mô hình đo nồng độ Oxy trong máu SPO2, đảm bảo thông số chính

xác, và tính chính xác nhất có thẻ, cập nhật liên tục chỉ SỐ

- _ Ứng dụng những kiến thức đã được học vào thực tế, giúp mọi người có thể

thưởng xuyên theo dõi tình trạng sức khỏe thông qua những công nghệ mới hiện đại ngày nay

-_ Tăng thêm khả năng làm việc nhóm, kha nang tư duy, tìm tòi đông hỏi

1.3 Giới thiệu SPO2

SPO2 (Saturation of peripheral oxygen) la su bão hoa oxy trong mau ngoại vI

Hiểu theo một cách khác là quá trình hoạt động của oxy sau khi được hấp thụ

vào cơ thê người rồi liên kết với các phân tử Hb có trong hồng câu Từ đó tạo ra HbO2 với mục đích vận chuyền khí oxy đi nuôi dưỡng các cơ quan trong co thé người để duy trì sự sống SPO2 được coi là một trone các chỉ số quan trong dé

xác định dấu hiệu sinh tồn của cơ thê con người [Í]

Chỉ số SPO2 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tình trạng người bệnh

Trong quá trinh điều trị bệnh, cần phải theo dõi chỉ số này chặt chẽ để có thể kip thời phát hiện được sự bất thường trong máu khi xảy ra tinh trạng thiếu hụt oxy Nhờ đó, bác sĩ sẽ có biện pháp y tế can thiệp giúp xử trí và điều trị cho bệnh

nhân một cách kịp thời, tránh biến cô đáng tiếc xảy ra

Tai sao phai do SPO2?

Khi thấy cơ thể có những biểu hiện như sau:

Khó thở, thở hụt hơi, hoặc ở trẻ em có đấu hiệu thở bất thường: thở rên, rút lõm

lồng ngực, phập phông cánh mũi, khò khè, thở rít thì hít vào

Nhịp thở:

Người lớn: nhịp thở > 21 lần/phút

Trẻ từ 1 đến dưới 5 tuôi: nhịp thở: > 40 lần/phút,

Trẻ từ 5 — dưới 12 tuôi: nhịp thở: > 30 lần/phút

(Lưu ý ở trẻ em: đếm đủ nhịp thở trong 1 phút khi trẻ nằm yên không khóc)

SPO2 < 95% (nếu có thể đo), (khi phát hiện bất thường đo lại lần 2 sau 30 giây

đến 1 phút, khi đo yêu cầu giữ yên vị trí đo)

Mạch nhanh > 120 nhịp/phút hoặc dưới 50 lần/phút

Huyết áp thấp: huyết áp tối da < 90 mmHg, huyét áp tối thiểu < 60 mmHg (nếu

có thê đo)

- _ Đau tức ngực thường xuyên, cảm giác bó thắt ngực, đau tăng khi hít sâu

- Thay đôi ý thức: Lú lẫn, ngủ rũ, lơ mơ, rất mệt/mệt lả, trẻ quấy khóc, lï bì khó

đánh thức, co giật

- Tim mii, tim dau móng tay, móng chân, da xanh, môi nhợt, lạnh đầu ngón tay,

ngón chân

-_ Không thê uống hoặc bú kém/giảm, ăn kém, nôn (ở trẻ em) Trẻ có biếu hiện hội

chứng viêm đa hệ thống: Sốt cao, đỏ mắt, môi đỏ, lưỡi dâu tây, ngón tay chân

sưng phù nôi hồng ban,

- _ Mắc thêm bệnh cấp tính: sốt xuất huyết, tay chân miệng

- Bất kỷ tình trạng bất ôn nảo của người nhiễm COVID-19 mà thấy cần báo cơ sở

y tế

Vì vậy, người bệnh cần chú ý theo dõi chỉ số SPO2 thường xuyên, ngay cả khi

không có triệu chứng gì bất thường, để kịp thời phát hiện tình trang khan cap, tir do can thiệp y tế đê siúp bệnh nhân về đường hô hấp tim, Covid19 [1]

Hinh 1.1 Hình ảnh hiên thi chi so SPO2 thap [2]

Công dụng:

-_ Việc đo SpO2 giúp sớm phát hiện ra tỉnh trạng thiếu hụt oxy trong máu, nhằm

cấp cứu kịp thời trong trường hợp bệnh nhân trở nặng trước khi có dấu hiệu lâm sảng như tím tái Những bệnh nhân có chỉ SpO2 quá thấp (<94) phải được theo

dõi kỹ lưỡng kết hợp với các biểu hiện lâm sảng khác đề có thê cấp cứu kịp thời

Có những bệnh nhân, nồng độ oxy máu thấp nhưng người bệnh không có bắt cứ triệu chứng nao [1]

- _ Chỉ số SpO2 đối với người bình thường sẽ dao động mức 95% đến 100%

Những bệnh nhân có chỉ số SpO2 > 96% với biểu hiện lâm sảng không đặc hiệu

như sốt, ho khan, đau họng, nghẹt mũi, mệt mỏi, đau đầu, đau mỏi cơ, mắt vị

giac, khitu giác, tiêu chảy là những bệnh nhân ở mức độ nhẹ Những người có

chỉ số SpO2 94-96% kèm với các triệu chứng lâm sảng không đặc hiệu như mức

độ nhẹ, có dấu hiệu viêm phối với khó thở, thở nhanh 20-25 lần/phút, phối có

ran nỗ và không có dấu hiệu suy hô hấp nặns, mạch nhanh hoặc chậm, da

khô, nhịp tim nhanh, huyết áp bình thường được chấn đoán ở mức độ trung bình

Ở bệnh nhân COVID-19 bị viêm phổi, mức oxy chỉ còn 60-70%, thậm chí 50%,

đe dọa suy hô hấp, dẫn đến tử vong [1]

- _ Chỉ số SpO2 thấp có thể cảnh báo các bệnh lý liên quan đến hô hấp như hen phế

quản, suy hô hấp, phù phôi cấp, viêm phổi do vi khuẩn hoặc virus SARS-CoV-

2 gây ra, Những bệnh nảy sẽ khiến người bệnh bị thiếu hụt lượng oxy trong

máu Nếu thể trạng của người bệnh tốt thì hiện tượng thiếu hụt oxy sẽ không

nguy hiểm đến tính mạng Tuy nhiên, khi chuyên biến nặng, cần phải theo dõi

chặt chẽ chỉ số SpO2 Nếu dưới 93%, cần chỉ định cho thở oxy ngay để tránh

xảy ra những tình huống xấu Ngoài ra, chỉ số SpO2 thấp còn cho thấy bệnh

nhân đang trong tinh trạng thiếu máu hoặc suy tim Chính vi vậy, cần phải theo

dõi chỉ số này đề có thể đánh giá được tỉnh trạng của người bệnh cũng như theo

dõi hiệu quả đáp ứng của phương pháp điều trị [1]

Hình 1.2 Hình ảnh hiển thị chỉ số SPO2 tốt |3]

Chỉ số SpO2 sẽ hiển thi theo ty lé tir 0% - 100%, néu:

-_ SpO2 > 97%: Chỉ số oxy trong máu bình thường

- SpO2 từ 94% - 96%: Chỉ số oxy trong máu bắt đầu có dấu hiệu rỗi loạn nhẹ

nhưng chưa nguy hiểm Chúng ta cần phải lưu ý và theo dõi tình trạng sức khoẻ của mình Tùy theo từng trường hợp bệnh lý, bác sĩ sẽ chỉ định có sử dụng thiết

bị hỗ trợ hô hấp hay không

-_ SpO2 90% - 93%; Chỉ số oxy trong máu thấp Việc cần làm lúc nay là hỗ trợ hô

hấp cho người bệnh Đồng thời, xin ý kiến chỉ định ngay từ các bác sĩ chuyên

khoa hồi sức cấp cứu hoặc hô hấp

-_ §pO2 < 92% không thở oxy và SpO2 < 95% đã hỗ trợ thở oxy: Người bệnh

đang bị suy hô hap, can điều chỉnh mức thở Oxy hoặc tìm nguyên nhân gây ra

tình trạng trên đề xử lý

- SpO2 < 90%: Day là dấu hiệu suy hô hấp nặng, báo hiệu tình trạng cấp cứu lâm sảng Cần phải báo ngay cho bác sĩ để có phương án xử lý kịp thời [1]

CHUONG 2: GIOT THIEU VA CAC THONG SO CUA MAX

30100

2.1 Giới thiệu cảm biến Oxy xung Max 30100

- Cam biến MAX30100 được sử dụng làm máy đo nhịp tim và máy đo oxy xung Các tính năng này được kích hoạt bởi việc xây dựng cảm biến nảy bao gồm hai đèn LED, một bộ tách sóng quang, quang học được tối ưu hóa và các thành phân xử lý tín hiệu nhiễu thấp Nó dễ dàng được sử dụng với các vi

diéu khién nhu Arduino, ESP32, NodeMCU, v.v để xây dựng một thiết bị

bão hòa nhip tim và oxy hiệu quả [4|

- _ Cảm biến này chủ yếu có sẵn trong hai phiên bản khác nhau: GY-

MAX30100 va RCWL-0530

- _ Trong hướng dẫn này, chúng em sẽ tập trung vào RCWL-0530 vì nó hơi khó

để làm việc do sự cố thiết kế mà sau này chúng ta sẽ xem cách giải quyết Mặt khác, cảm biến GY-MAX30100 là cảm biến Arduino rat dé sử dụng mà

không gặp vẫn đề gì thêm

Hình 2.1 Con chip cảm biến MAX30100 [5]

10

Dưới đây là sơ đồ của RCWL-0530:

Hình 2.2 Sơ đồ con cảm biến MAX30100 [6]

Tổng quan về cảm biến MAX30100:

Có thể nhận thấy rằng IC MAX30100 năm ở trung tâm của mô-đun Nó bao

gồm hai loại đèn LED khác nhau ở phía bên tay phải Có một đèn LED đỏ và một đèn LED hồng ngoại Ở phía bên tay trái là bộ tách sóng quang Độ bão hòa oxy trong máu và nhịp tim được tìm thấy bằng cách sử dụng hai tính năng chính này Sau này chúng ta sẽ tìm hiểu cách cảm biến thực sự hoạt

động đề có được BPM va SPO2 [4]

Một tính năng quan trọng khác là mô-đun cảm biến MAX30100 bao gồm hai

bộ điều chỉnh LDO Điều này là đo IC MAX30100 yêu cầu 1.8V và đèn

LED yêu cầu 3.3V để hoạt động bình thường Với việc bổ sung các bộ điều

11

chỉnh điện áp, chúng ta có thê sử dụng một cách an toàn các bộ vi điệu khiến

sử dụng đầu vào / đầu ra mức 5 / 3.3 / 1.8V [4]

Các tính năng chính [4|:

Mô-đun cảm biến MAX30100 có hoạt động công suất cực thấp, sử dụng

600kA (chế độ đo và 0,74uA (chế độ chờ) Do đó, một lựa chọn tuyệt vời để

sử dụng trong các thiết bị đeo được như đồng hỗ thông minh, v.v

Nó có khả năng tốc độ lấy mẫu cao cùng với khả năng xuất dữ liệu nhanh

Ngoài ra, các tính năng cảm biến cũng tích hợp tính năng khử ánh sáng xung quanh

Một tính năng bố sung mà mô-đun cảm biến MAX30100 sở hữu là bao gồm cảm biến nhiệt độ trên chip Điều này cung cấp cho chúng em nhiệt độ khuôn

(-40 ° C đến + 85 ° C) chính xác + 1 ° C

Dé giao tiếp với vi điều khiến, cảm biến sử dụng chân 12C SCL va SDA

Một tính năng khác của cảm biến này là nó sử dụng bộ đệm FIFO 16 mẫu đề lưu trữ đữ liệu Nói cách khác, nó tiếp tục làm giảm mức tiêu thụ điện năng vino da git tối đa mười sáu giá trị nhịp tim và SPO2

MAX30100 cũng có thể được sử dụng với các ngắt có thế được bật cho một

số nguồn như sẵn sàng nguồn, sẵn sảng đữ liệu SPO2, sẵn sàng dữ liệu nhịp tim, sẵn sảng nhiệt độ và FIFO gan day Với việc tao ra ngat, vi diéu khién

có thê thực hiện các sự kiện khác không xảy ra trong quá trình thực thị tuần

tự chương trình trong khi cảm biến liên tục lấy các mẫu dữ liệu mới

12

2.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến Max 30100 ( RCWL-0530 )

Đầu vảo hiện tại 20mA

Độ chính xác nhiệt độ +_1°C

Độ phân giải ADC 14 bit

Bước sóng đỉnh LED đỏ 650-670nm

Hinh 2.3 Bảng thông số kĩ thuật của cảm biến MAX30100 [4]

13

2.3 Nguyên lý hoạt động của Max 30100

Trong phần này, hãy thảo luận về cách máy đo nhịp tim MAX30100 và máy đo oxy xung thực sự hoạt động

Máy đo oxy xung:

- _ Để tìm nồng độ oxy trong máu (%), điều quan trọng đầu tiên cần biết là bên trong huyết sắc tố của chúng ta chịu trách nhiệm mang oxy Khi một người cầm máy đo oxy xung, ánh sáng từ thiết bi sé di qua mau trong ngon tay Điều này được sử dụng đề phát hiện lượng oxy bằng cách đo những thay đôi trong sự hấp thụ ánh sáng trong cả máu oxy và khử oxy [4]

- _ Như chúng em đã đề cập trước đây, cảm biến MAX30100 bao gồm hai đèn

LED (Đó và IR) và một điết quang Cả hai đèn LED này đều được sử dụng

để đo SPO2 Hai đèn LED này phát ra ánh sáng ở các bước sóng khác nhau,

~ 640nm cho đèn led đó và ~ 940nm cho đèn LED hồng ngoại Ở những bước sóng đặc biệt này, hemoglobin oxy hóa và khử oxy có đặc tính hấp thụ rất khác nhau

14

Sơ đồ dưới đây được lấy từ bảng dữ liệu của MAX30100 IC Nó hiển thị sự khác

biệt được thê hiện trong biêu đồ giữa HbO2 là hemoglobin oxy hóa và Hb là hemoplobin khử oxy ở hai bước sóng khác nhau

Hình 2.4 Biêu đồ hiển thị sự khác biệt giữa HbO2 và Hb ở hai bước sóng khác

nhau [7]

- Hemoglobin oxy hóa hấp thụ nhiều ánh sáng hồng ngoại hơn và phản xạ lại ánh

sáng đỏ trong khi hemoglobin khử oxy hấp thụ nhiều ánh sáng đỏ hơn vả phản xạ

lại ánh sáng hồng ngoại Ánh sáng phản xạ được đo bằng bộ tách sóng quang Cảm biến MAX30100 đọc các mức hấp thụ khác nhau này để tìm nồng độ oxy trong máu (SPO2) Tỷ lệ IR va anh sang ĐỎ mà bộ tách sóng quang nhận được cho chúng ta nồng độ oxy trone máu [4]

15

CHUONG 3: CAC THANH PHAN CUA MO HINH ĐO CHỈ SỐ

SPO2 Cade thanh phan mé hinh bao gom:

3.1 Test board

Test Board: Test board, còn được gọi là breadboard, là một công cụ được sử dụng trong thiết kế và thử nghiệm mạch điện Nó được sử dụng để kết nối và gan linh kiện mạch điện một cách linh hoạt và thuận tiện

Ình 3.1 Test board hoặc breadboard [8]

16

Điện áp vào khuyên dùng

Dién ap vao gid1 han

Số chân Digital I/O