Xây dựng hệ thống giám sát bệnh nhân qua mạng cảm biến không dây

LỜI CAM ĐOAN Nội dung luận văn đƣợc thiết kế dựa tính cấp thiết tình trạng tải bệnh viện Bên cạnh đó, ý tƣởng xây dựng hệ thống nhằm mục đích giám sát thông số sức khỏe đồng thời nhiều bệnh nhân giảm tải công việc cho bác sỹ tăng hiệu điều trị Dƣới hƣớng dẫn bảo TS Nguyễn Thái Hà - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, nghiên cứu từ lý thuyết vấn đề nhƣ: Ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây y tế, thiết kế ứng dụng hệ thống phục vụ chăm sóc sức khỏe bệnh nhân Ƣu điểm hệ thống khả hoạt động ổn định, xác đảm bảo tính kinh tế toàn hệ thống Tôi xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn trung thực, xác chƣa đƣợc công bố công trình khoa học khác TÁC GIẢ NGUYỄN THẾ DŨNG LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn sản phẩm này, em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô giáo, đồng nghiệp Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện giúp em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thái Hà, cô trực tiếp hƣớng dẫn em hoàn thành luận văn với nhiệt tình ân cần bảo, đồng thời cung cấp cho em kiến thức chuyên môn để em hoàn thiện luận văn tốt nghiệp Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Việt Dũng giúp đỡ, hỗ trợ em kiến thức để em bổ sung cho hoàn thiện luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè ngƣời thân, ngƣời bên cạnh động viên suốt trình học tập hoàn thành luận văn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 12 1.1 Tính cấp thiết đề tài 12 1.2 Mục tiêu đề tài: 13 1.3 Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu đề tài: 14 1.4 Dự kiến sản phẩm đề tài: 14 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 15 2.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây 15 2.1.1 Khái niệm 15 2.1.2 Cấu tạo node cảm biến 17 2.1.3 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 19 2.1.4 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây 22 2.2 Một số vấn đề mạng cảm biến không dây 24 2.2.1 Định tuyến mạng cảm biến không dây 24 2.2.2 Tối ƣu lƣợng mạng cảm biến không dây 26 2.2.3 Giao thức mạng cảm biến không dây 28 2.3 Tổng quan chuẩn truyền thông Zigbee - IEEE 802.15.4 32 2.3.1 Giới thiệu chuẩn truyền thông Zigbee - IEEE 802.15.4 32 2.3.2 Sự đời chuẩn Zigbee: 32 2.3.3 Ƣu điểm chuẩn Zigbee 34 2.3.4 Những phần tử hệ thống Zigbee 35 2.3.5 Những kiểu thiết bị hệ thống Zigbee 35 2.3.6 Một số cấu hình mạng chuẩn Zigbee 36 2.4 Kiến trúc giao thức mạng chuẩn Zigbee 40 2.4.1 Tầng vật lý 40 2.4.2 Tầng điều khiển liệu ZigBee/IEEE 802.15.4 MAC 42 2.4.3 Tầng mạng ZigBee/IEEE802.15.4 49 2.4.4 Tầng ứng dụng ZigBee/IEEE 802.15.4 51 2.5 Một số sản phẩm sử dụng công nghệ Zigbee 53 2.5.1 Module Microchip [18] 53 2.5.2 Module XBee [19] 54 2.5.3 Module CC2420 [20] 54 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT BỆNH NHÂN QUA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 56 3.1 Giới thiệu toán 56 3.2 Cơ sở lý thuyết nhịp tim nhiệt độ thể ngƣời 57 3.2.1 Tổng quan nhịp tim thể ngƣời 57 3.2.2 Tổng quan thân nhiệt thể ngƣời 59 3.3 Thiết kế hệ thống 61 3.3.1 Thiết kế thứ 61 3.3.2 Thiết kế thứ hai 64 3.4 Thiết kế phần cứng 68 3.4.1 Trung tâm điều khiển 68 3.4.2 Cảm biến nhiệt độ 69 3.4.3 Cảm biến nhịp tim 70 3.4.4 Ghép nối giao tiếp module XBee 72 3.5 Thiết kế phần mềm lƣu đồ thuật toán 73 3.5.1 Thiết kế phần mềm 73 3.5.2 Lƣu đồ thuật toán 73 3.6 Linh kiện thiết bị sử dụng thiết kế 76 3.6.1 Vi điều khiển PIC 16F877a 76 3.6.2 Module truyền thông XBee 80 3.6.3 Sensor cảm biến nhiệt độ DS18B20 88 3.6.4 Sensor cảm biến nhịp tim 91 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 94 4.1 Tính hệ thống 94 4.2 Một số hình ảnh hệ thống 94 4.3 Đánh giá kết thử nghiệm hệ thống 96 4.4 Hƣớng dẫn sử dụng hệ thống 99 4.5 Đánh giá kết đạt đƣợc 100 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1-Mô hình mạng cảm biến không dây 16 Hình 2.2-Ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây y tế .17 Hình 2.3-Cấu tạo node cảm biến 18 Hình 2.4-Kiến trúc giao thức mạng cảm biến 23 Hình 2.5-Giao thức định tuyế N dự e ại tiêu chuẩn .26 Hình 2.6-Đồng bên gửi bên nhận 30 Hình 2.7-Đồng bên nhận bên nhận 30 Hình 2.8-Mạng hình .36 Hình 2.9 – Mô hình mạng hình mắ ƣới .37 Hình 2.10-Mạng hình mắt lưới với thiết bị 38 Hình 2.11-Mạng hình 39 Hình 2.12-Mô hình phân lớp chuẩn Zigbee IEEE 802.15.4 .43 Hình 2.13-Khoảng cách hai khung IFS 45 Hình 2.14-Liên lạc mạng không hỗ trợ beacon .47 Hình 2.15-Liên lạc mạng có hỗ trợ beacon 48 Hình 2.16-Kết nối mạng hỗ trợ beacon 48 Hình 2.17-Kết nối mạng không hỗ trợ phát beacon 49 Hình 2.18-Lớp mạng chuẩn Zigbee 50 Hình 2.19-Lớp ứng dụng chuẩn Zigbee/IEEE802.15.4 .52 Hình 2.20-Module Microchip MRF24J40 53 Hình 2.21-Module XBee .54 Hình 2.22-Module CC2420 55 Hình 3.1-Nhịp tim dấu hiệu sống quan trọng 58 Hình 3.2-Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống phát xâm nhập 61 Hình 3.3-Sơ đồ khối hệ thống giám sát thông số thể bệnh nhân qua mạng cảm biến không dây 62 Hình 3.4-Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối ZED .63 Hình 3.5-Sơ đồ khối thiết bị điều phối ZC 64 Hình 3.6-Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống giám sát thông số thể bệnh nhân qua mạng cảm biến không dây 65 Hình 3.7-Sơ đồ khối trung tâm điều khiển 66 Hình 3.8-Sơ đồ khối nút cảm biến .67 Hình 3.9-Sơ đồ thiết kế đơn vị xử lý trung tâm 68 Hình 3.10-Sơ đồ thiết kế khối cảm biến nhiệt độ .69 Hình 3.11-Sơ đồ thiết kế khối cảm biến nhịp tim .70 Hình 3.12-Sơ đồ khối mạch đo nhịp tim dựa SpO2 [21, 22] 70 Hình 3.13-Sơ đồ ghép nối module truyền thông XBee .72 Hình 3.14-Lưu đồ thuật toán chương trình 74 Hình 3.15-Khối nhận liệu từ cổng COM 75 Hình 3.16-Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A loại 40 chân 80 Hình 3.17-Hình ảnh XBee ZB24 80 Hình 3.18-Hoạt động truyền thông RF module XBee .83 Hình 3.19-Khung truyền UART 83 Hình 3.20-Cấu trúc khung API chế độ 84 Hình 3.21-Khung API chế độ .84 Hình 3.22-Cấu trúc cụ thể khung API .85 Hình 3.23-API truyền 64 bít địa 86 Hình 3.24-API truyền 16 bít địa 86 Hình 3.25-Khung trạng thái truyền 87 Hình 3.26-Khung nhận 64 bít địa 87 Hình 3.27-Khung nhận 16 bít địa 87 Hình 3.28-Cảm biến nhiệt độ DS18B20 88 Hình 3.29-Sơ đồ mạch đo nhịp tim hồng ngoại .92 Hình 4.1-Module giám sát thông số nhịp tim nhiệt độ thể bệnh nhân 94 Hình 4.2-Kết hiển thị hình máy tính bác sỹ điều trị 95 Hình 4.3-Cảnh báo hiển thị thân nhiệt bệnh nhân cao mức bình thường 95 Hình 4.4-Kết thực nghiệm hình máy tính hệ thống 96 Hình 4.5-Kết đo lường thử nghiệm với thiết bị Monitor BSM-2301K 97 Hình 4.6-Thực thao tác với đầu dò cảm biến thể bệnh nhân 99 Hình 4.7-Kết hiển thị hình theo dõi bác sỹ điều trị 100 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1-Bảng so sánh thông số hoạt động nhóm chuẩn WPAN 34 Bảng 2.2-Băng tần tốc độ liệu [17] 40 Bảng 2.3-Kênh truyền tần số [17] 41 Bảng 3.1- Hiển thị màu theo thân nhiệt/nhịp tim .66 Bảng 3.2-Mô tả chân pin 82 Bảng 4.1-Kết kiểm nghiệm thiết bị cảm biến nhịp tim hệ thống .98 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT WSNs Wireless Sensor Networks ADC Analog Digital Converter RF Radio Frequency GPS Global Positioning System RSSI Receiver Signal Strength Indicator WPAN Wireless personal area network FFD Full Function Devide RFD Reduced Function Devide ZC Zigbee Coordinator ZR Zigbee Router ZED Zigbee End Devide LỜI NÓI ĐẦU Trong vài năm gần mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks - WSNs) dần trở nên quan trọng đời sống hàng ngày Bắt đầu phát triển với ứng dụng quân đội, mạng cảm biến đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhƣ: Giám sát môi trƣờng, chăm sóc sức khỏe, nhà thông minh hay điều khiển giao thông Với hội tụ công nghệ kỹ thuật vi điện tử, công nghệ mạch tích hợp, công nghệ cảm biến xử lý tín hiệu… Các nhà khoa học tạo thiết bị cảm biến nhỏ, đa chức với giá thành thấp làm tăng khả ứng dụng mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây công nghệ mới, công nghệ đƣợc nƣớc có khoa học phát triển (Mỹ, Nhật, Châu Âu ) nghiên cứu, triển khai rộng rãi thu đƣợc nhiều thành tựu đáng kể Ở Việt Nam, công nghệ mẻ chƣa có nhiều sản phẩm ứng dụng đƣợc triển khai thực tế Tại Việt Nam, với tốc độ dân số tăng nhanh, theo thống kê Bộ Y tế, nƣớc ta có khoảng 90 triệu công dân (tính tới tháng 11/2013), dẫn tới tình trạng tải nhiều bệnh viện nƣớc Tình trạng tải, chen lấn bệnh viện từ lâu trở thành nỗi trăn trở ngành Y tế nói riêng toàn xã hội nói chung Việc ứng dụng công nghệ nói chung công nghệ mạng cảm biến không dây nói riêng giải pháp hiệu cho vấn đề Xuất phát từ thực tế trên, em chọn đề tài "Xây dựng hệ thống giám sát bệnh nhân qua mạng cảm biến không dây" để làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Luận văn phát triển thành sản phẩm góp phần chăm sóc sức khỏe cho bệnh nhân cách hiệu quả, đồng thời hỗ trợ tích cực cho trình điều trị cho bệnh nhân bác sỹ Để làm rõ nội dung thực đề tài này, l uận văn đƣợc chia thành chƣơng bao gồm nội dung nhƣ sau: 10 Hình 3.29-Sơ đồ mạch đo nhịp tim hồng ngoại Phân tích trình giám sát nhịp tim dựa lƣợng SpO2: Khi thở oxy vào phổi Máu mà thành phần quan trọng máu Hemoglobine (Hb) vận chuyển oxy từ phổi đến nơi cần thiết thể để đảm bảo sống Sự vận chuyển xảy Hb kết hợp với oxy thành HbO2 [22,23] Tỷ lệ gọi độ bão hòa oxy máu, nói cách khác tỷ lệ phần trăm hemoglobine máu kết hợp với Oxy Độ bão hòa oxy máu đƣợc đo thực tế đƣợc gọi SaO2, đƣợc đo dựa mạch đập đƣợc gọi SpO2 Đến năm 1935, với phát minh thiết bị thô sơ dựa vào bƣớc sóng đỏ xanh dƣơng đặt dáy tai dùng để đo SpO2, Matthes đƣợc nhắc đến nhƣ ngƣời tìm phƣơng pháp khảo sát oxy máu Thiết bị vấp phải nhƣợc điểm: - Sự dẫn truyền ánh sáng qua dái tai bị ảnh hƣởng yếu khác Hb nhƣ sắc tố da - Không phân biệt đƣợc HbO2 động mạch, HbO2 tĩnh mạch 92 Đến năm 1949, Wood phát triển thêm kỷ thuật cách đƣa vào thiết bị có khả cảm biến với mạch đập Nhƣng sau đó, kỹ thuật bị đình trệ lại ký kinh phí Mãi đến đƣợc tập đoàn Nihon Kohden tài trợ, năm 1972, Aoyagi thức cho đời máy đo oxy dựa vào mạch đập (Pulse oxymetri) Sự đời máy đo Oxy dựa vào mạch đập năm 1970 loại bỏ nhƣợc điểm máy đo oxy trƣớc Điểm đặc biệt máy đo Oxy dựa vào mạch đập phận tiếp nhận ánh sáng nhận sóng ánh sáng có cƣờng độ dao động Đầu dò đặt quanh ngón tay Điều cho phép máy đo oxy dựa vào mạch đập phát Hb động mạch làm giảm loại bỏ sai sót tạo nên hấp thu ánh sáng cấu trúc mạch đập nhƣ: mô liên kết tĩnh mạch Đến năm 1987, máy đo oxy dựa vào mạch đập đƣợc sử dụng rộng rãi phòng gây mê Mỹ Vài năm sau, SpO2 trở nên phổ biến khắp giới 93 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Tí ă hệ thống Hệ thống thiết kế gồm có thiết bị đƣợc tích hợp cảm biến nhịp tim cảm biến thân nhiệt (dành cho bệnh nhân) thiết bị thu thập thông số đƣợc kết nối với máy tính hiển thị hình máy tính (dành cho bác sỹ) Hệ thống gồm có tính sau:  Giám sát đƣợc thông số thân nhiệt, nhịp tim bệnh nhân liên tục gửi kết máy tính bác sỹ điều trị qua mạng cảm biến không dây  Cảnh báo xác nhanh chóng phát tín hiệu xấu thể bệnh nhân để bác sỹ có biện pháp xử lý kịp thời  Cho phép bác sỹ theo dõi tình hình sức khỏe nhiều bệnh nhân lúc, qua thuận tiện việc đánh giá trình điều trị bệnh nhân  Đảm bảo tính hiệu kinh tế, thiết bị gắn ngƣời bệnh nhân cần nhỏ gọn (600x450x350mm), không ảnh hƣởng tới hoạt động bệnh nhân 4.2 Một số hình ảnh hệ thống Sản phẩm đề tài gồm có thiết bị đƣợc tích hợp cảm biến nhịp tim cảm biến nhiệt độ (dành cho bệnh nhân) thiết bị thu thập thông số đƣợc kết nối với máy tính hiển thị hình máy tính (dành cho bác sỹ) Hình 4.1-Module giám sát thông số nhịp tim nhiệt độ thể bệnh nhân 94 Kết thu thập từ bệnh nhân liên tục đƣợc truyền máy tính bác sỹ Màu hiển thị giá trị nhịp tim nhiệt độ có màu xanh (hình 4.2) giá trị nhiệt độ nhịp tim nằm khoảng bình thƣờng 60bmp - 100bmp [24] Hình 4.2-Kết hiển thị hình máy tính bác sỹ điều trị Trong trƣờng hợp nhiệt độ thể bệnh nhân có dấu hiệu bất thƣờng, màu hiển thị thông số thể thay đổi để báo hiệu cho bác sỹ điều trị biết Trong trƣờng hợp thông số nhịp tim, nhiệt độ cao ngƣỡng bình thƣờng, màu hiển thị chuyển sang màu đỏ (hình 4.3) Ngƣợc lại, thông số thu thập đƣợc thấp màu hiển thị chuyển sang cảnh báo màu vàng Hình 4.3-Cảnh báo hiển thị thân nhiệt bệnh nhân cao mức bình thường 95 4.3 Đá iá kết thử nghiệm hệ thống Hệ thống đƣợc hoạt động thử nghiệm Phòng cấp cứu - Trung tâm Y tế Thành phố Thái Nguyên để kiểm nghiệm đánh giá kết thiết bị cảm biến tích hợp Quá trình kiểm nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ sau: Đối với cảm biến nhiệt độ thiết bị, việc kết đánh giá kiểm nghiệm đƣợc thực phƣơng pháp so sánh kết thu thập đƣợc với nhiệt kế y tế Trung tâm Y tế - Thành phố Thái Nguyên Kết đo đƣợc sau nhiều lần tiến hành đạt độ xác tƣơng đƣơng so với kết nhiệt kế y tế Hình 4.4-Kết thực nghiệm hình máy tính hệ thống Để đánh giá kết đo lƣờng thiết bị cảm biến nhịp tim hệ thống, bệnh nhân đƣợc gắn đồng thời đầu dò nhịp tim Monitor theo dõi bệnh nhân đa thông số (Model NIHON KOHDEN BSM-2301K); Nhẫn đo nhịp tim Idoc Neway Lifetech (Đài Loan) đầu dò cảm biến nhịp tim hệ thống Trong phép đo thử nghiệm, kết đƣợc so sánh với thiết bị Monitor theo dõi bệnh nhân Trung tâm Y tế (thiết bị đạt độ xác cao đƣợc sử dụng trình điều trị bệnh nhân bệnh viện), Kết thử nghiệm đƣợc thể bảng 96 Hình 4.5-Kết đo lường thử nghiệm với thiết bị Monitor BSM-2301K Monitor Idoc Thiết bị BSM- Neway 2301K Lifetech hệ thống (bpm) (xi1) (bmp) (xi2) (bpm) (xi3) 70 62 70 76 67 75 80 66 80 80 66 79 80 63 80 81 67 81 85 66 83 88 66 88 85 66 85 Lần thực 97 Độ khác Độ khác biệt biệt đo lƣờng đo lƣờng (di1 = xi1 - (di2 = xi1 - xi2) xi3) 14 14 17 14 19 22 19 1 0 0 10 81 62 79 11 87 66 87 12 90 66 89 Độ lệch chuẩn 21 24 16,67 trung bình 19 0,58 Độ sai lệch MSE1 S i1  n  ( xi1 xi ) n i 1 17,33 Độ sai lệch MSE2 Si2  0,96 n  ( xi1 xi3 ) n i 1 Bảng 4.1-Kết kiểm nghiệm thiết bị cảm biến nhịp tim hệ thống Phân tích kết thông qua tính toán độ khác biệt độ sai lệch MSE [25]: - Cột 1: Số thứ tự thực trình kiểm nghiệm - Cột 2: Kết đo lƣờng ứng với lần thực (ứng với i = 1, 2, 3, ) Monitor theo dõi bệnh nhân đa thông số (Model NIHON KOHDEN BSM2301K) - Cột 3: Kết đo lƣờng ứng với lần thực Nhẫn đo nhịp tim Idoc Neway Lifetech - Cột 4: Kết đo lƣờng ứng với lần thực đầu dò cảm biến nhịp tim hệ thống - Cột 5: Độ khác biệt kết đo lƣờng (di1 = xi1 - xi2) thiết bị Model NIHON KOHDEN BSM-2301K sản phẩm Idoc Neway Lifetech 12 lần thực đo - Cột 6: Độ khác biệt kết đo lƣờng (di2 = xi1 - xi2) thiết bị Model NIHON KOHDEN BSM-2301K thiết bị hệ thống 12 lần thực đo 98 - Độ lệch chuẩn trung bình trung bình giá trị sai khác 12 lần đo thử nghiệm - Độ sai lệch MSE (Mean Squared Error) [26]: Sai số bình phƣơng trung bình độ sai lệch trung bình trung bình giá trị sai lệch 12 lần đo thử nghiệm Nhận xét: Kết đo sản phẩm hệ thống đạt đƣợc kết đo gần xác so với thiết bị Model NIHON KOHDEN BSM-2301K Kết đo Idoc Neway Lifetech có độ sai lệch cao so với thiết bị Model NIHON KOHDEN BSM2301K 4.4 Hƣớng dẫn sử dụng hệ thống Bước 1: Đƣa đầu dò cảm biến nhịp tim thiết bị vào ngón tay trỏ bệnh nhân, đồng thời kẹp đầu dò nhiệt độ vào nách bệnh nhân (Thực tƣơng tự với bệnh nhân khác) Hình 4.6-Thực thao tác với đầu dò cảm biến thể bệnh nhân Bước 2: Kiểm tra lại kết nối vật lý thiết bị với máy tính bác sỹ, bật nguồn cung cấp để hệ thống hoạt động Bước 3: Chạy phần mềm ICTU Healthy tảng Windows XP/Windows Bước 4: Chọn nút Kiểm tra để chọn cổng COM đƣợc sử dụng kết nối với thiết bị hệ thống 99 Bước 5: Chọn nút Kết nối để kết hiển thị hình theo dõi Hình 4.7-Kết hiển thị hình theo dõi bác sỹ điều trị 4.5 Đá iá kết đạ đƣợc Đề tài vào nghiên cứu mạng cảm biến không dây với chuẩn ZigBee từ đƣa phƣơng án thiết kế hệ thống giám sát thông số thể bệnh nhân để phục vụ việc theo dõi, điều trị bác sỹ Đánh giá kế đạt đƣợc hệ thống nhƣ sau:  Hệ thống giám sát đƣợc thông số thân nhiệt, nhịp tim bệnh nhân liên tục gửi kết máy tính bác sỹ điều trị qua mạng cảm biến không dây Đồng thời, hệ thống cảnh báo xác phát tín hiệu xấu thể bệnh nhân để bác sỹ có biện pháp xử lý kịp thời  Chi phí sản xuất, thiết đầu dò nhịp tim hệ thống thấp so với thiết bị lại, đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống 100  Hệ thống cho phép bác sỹ theo dõi tình hình sức khỏe đồng thời nhiều bệnh nhân, qua thuận tiện việc đánh giá trình điều trị bệnh nhân  Thiết bị hệ thống nhỏ gọn thuận tiện trình sử dụng  Chƣơng trình thiết kế máy tính đơn giản, tƣơng thích với hệ điều hành WindownXP, Windown Giao diện thân thiện thuận tiện cho trình theo dõi bác sỹ 101 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, ứng dụng công nghệ thông tin công nghệ điện tử đƣợc đƣa vào nhiều lĩnh vực khác sống, đặc biệt ứng dụng đƣợc thiết kế nhằm mục đích chăm sóc sức khoẻ cho ngƣời Sự đời công nghệ mạng cảm biến không dây mang lại thành lớn lao đời sống xã hội nói chung ngành y tế nói riêng chung nhiều nƣớc giới, đáp ứng đƣợc yêu cầu theo dõi, giám sát thông số khác thể ngƣời nhƣ: Thông số nhiệt độ thể, huyết áp, nhịp tim phản hồi xác thông số tới thiết bị theo dõi bác sỹ để phục vụ tốt trình điều trị cho bệnh nhân Kết đạ đƣợc củ đề tài:  Khái quát mạng cảm biến không dây nhƣ khái niệm, giao thức, định tuyến ứng dụng, đặc biệt ứng dụng lĩnh vực y tế  Thiết kế module cảm biến nhịp tim dựa trên mạch cảm biến SPO2 hồng ngoại  Lập trình truyền thông lập trình ghép nối hệ thống sử dụng vi điều khiển PIC16F877a, lập trình điều khiển với cảm biến nhiệt độ DS18B20  Lập trình giao diện hệ thống tảng Windows XP/Windows  Thiết kế mô hình hệ thống cảm biến dựa chuẩn ZigBee, từ xây dựng hệ thống giám sát thông số nhịp tim, nhiệt độ truyền thông dựa chuẩn Zigbee (Kết nghiên cứu đƣợc đăng tải kỷ yếu IFMBE nhà xuất Springer trình bày Hội nghị quốc tế phát triển ngành Kỹ thuật y sinh Việt Nam lần thứ 5) Đây mô hình mạng cảm biến nhỏ có khả áp dụng triển khai thực tế Một số ƣớng phát triển củ đề tài: 102 - So với thiết bị đƣợc kiểm nghiệm, sản phẩm hệ thống có khả tích hợp thêm nhiều tính khác nhƣ đo huyết áp, độ dẫn điện da chí nồng độ oxy máu - Mở rộng quy mô ứng dụng hệ thống tùy theo nhu cầu thực tế - Nghiên cứu phƣơng pháp định tuyến phù hợp, hiệu mạng cảm biến không dây để triển khai đề tài bệnh viện lớn - Xây dựng giao tiếp với điện thoại di động tảng Android để tăng tính linh hoạt hiệu hệ thống Sản phẩm ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây điều trị chăm sóc sức khỏe bệnh nhân nâng cao hiệu trình điều bác sỹ cho bệnh nhân, bên cạnh góp phần giải nhu cầu lớn xã hội Sản phẩm ứng dụng triển khai làm giảm suất đầu tƣ thiết bị bệnh viện (do giá thành thấp nhập ngoại), giảm nhập siêu góp phần thực sách Quốc gia trang thiết bị y tế phủ Đồng thời nhiệm vụ góp phần thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao cho ngành thiết bị y tế 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Holger Karl and Andreas Willig, Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks, John Wiley & Sons, 2005 [2] - Yazeed Al-Obaisat, Robin Braun - University of Technology, Sydney, Australia, On Wireless Sensor Networks: Architectures, Protocols, Applications, and Management, AusWireless 2007, Sydney, Australia 01/2007 [3] - Siddharth Ramesh, A Protocol Architecture for Wireless Sensor Networks, School of Computing, University of Utah, Salt Lake City, 2008 [4] - Jason Lester Hill - B.S (University of California, Berkeley), System Architecture for Wireless Sensor Networks, Spring 2003, University of California, Berkeley [5] - Jamal N Al-Karaki Ahmed E Kamal, Routing Techniques in Wireless Sensor Networks, Dept of Electrical and Computer Engineering, Iowa State University, Ames, IEEE Wireless Communication Dec 2004, pp 6-28 [6] - Mark A Perillo and Wendi B Heinzelman, Wireless Sensor Network Protocols, Department of Electrical and Computer Engineering University of Rochester, Rochester, NY, USA, 2006 [7] - Edgar H Callaway, Wireless Sensor Networks: Architectures and Protocols, Auerbach Publications, August 26, 2003 [8] - He Yang, Jia Xu, Ruchuan Wang, Liyang Qian, Energy-Efficient Multi-hop Routing Algorithm Based on LEACH, 6th China Conference, CWSN 2012, Huangshan, China, October 25-27, 2012 [9] - Yong Liu, Xuhui Hu, Graduate School and University City University of New York, City College New York, An integrated routing protocol for wireless sensor networks 104 [10] - Chien-Chung Shen, Chavalit Srisathapornphat, and Chaiporn Jaikaeo University of Delaware, Sensor Information Networking Architecture and Applications, IEEE Personal Communications - August 2001 [11] - ZigBee Alliance Board of Directors, ZigBee Specification Document, Copyright © 2007 ZigBee Standards Organization [12] - Derrick P Lattibeaudiere, Microchip ZigBee Residential Stack Protocol Microchip, 2006 Technology Inc [13] - Published by The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, IEEE Standards 802.15.4, October 2003, Park Avenue, New York, NY [14] - Phil Jamieson, ZigBee AFG Chair, ZigBee Security Specification Overview, ZigBee Open House, Paris, France, May 3rd, 2007 [15] - Phil Jamieson, ZigBee AFG Chair, ZigBee Application Profiles, ZigBee Open House, Paris, France, May 3rd, 2007 [16] - Phil Jamieson, ZigBee AFG Chair, ZigBee Technical Overview, ZigBee Open House, Paris, France, May 3rd, 2007 [17] - Steven Myers, ZigBee/IEEE 802.15.4, Electrical and Computer Engineering, University of Wisconsin Madison [18] - Microchip Technology Inc, MRF24J40MA Data Sheet, 2.4 GHz IEEE Std 802.15.4™, RF Transceiver Module, 2008 [19] - Digi International Inc, XBee®/XBee-PRO® RF Modules, Product Manual v1.xEx - 802.15.4 Protocol, 2009 [20] - CC2420 datsheet [21] - Yun-Thai Li, Department of Electronic Engineering, University of Surrey, Guildford, Pulse Oximetry [22] - Didier C Combatalade, D.C, Basics of HEART RATE VARIABILITY Applied to Psychophysiology, February 2010, Thought Technology Ltd 105 [23] - Yousuf Jawahar, Electrical and Biomedical Engineer Project Report, Design of an Infrared based Blood Oxygen Saturation and Heart Rate Monitoring Devide, 10/2009, McMaster University Hamilton, Ontario, Canada [24] - Maxim Intergrated TM , DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer datasheet, 2008 [25] - Mikro Elektronika, Programming PIC Microcontrollers in BASIC, 2004 [26] - Microchip Technology Inc, PIC16F87XA Data Sheet, 2003 [27] - Ibrahim, Advanced PIC microcontroller projects in C, 2008, Elsevier Ltd [28] - Dhananjay V Gadre, Programming and Customizing the Microcontroller, Copyright 2001 The McGraw-Hill Companies, Inc 106 AVR ... phẩm dự kiến đề tài "Xây dựng hệ thống giám sát bệnh nhân qua mạng cảm biến không dây" gồm có tính sau: - Giám sát thông số nhiệt độ, nhịp tim bệnh nhân qua mạng cảm biến không dây gửi kết thiết... trúc giao thức mạng cảm biến không dây 22 2.2 Một số vấn đề mạng cảm biến không dây 24 2.2.1 Định tuyến mạng cảm biến không dây 24 2.2.2 Tối ƣu lƣợng mạng cảm biến không dây ... trí bệnh nhân phạm vi bệnh viện - Cho phép đánh giá trình trị liệu bệnh nhân 14 CHƢƠNG 2: CƠ Ở LÝ THUYẾT VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây 2.1.1 Khái niệm Mạng cảm