Giám sát nhịp tim qua điện thoại android

Bộ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU VIỆN CNTT - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐÒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN ĐÈ: GIÁM SÁT NHỊP TIM QUA ĐIỆN THOẠI ANDROID Trình độ đào tạo Đại học Hệ đào tạo Chính quy Ngành Cơng nghê kỹ thuât điên - Điên tử Chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - Điện tử Khoá học 2013 - 2017 Giảng viên hướng dẫn ThS Lưu Hoàng Sinh viên thực : Nguyễn Văn Hải MSSV : 13030743 Nguyễn Minh Quân MSSV : 13030300 Vũng Tàu, tháng năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác.Trong suốt thời gian kể từ nghiên cứu đề tài đến nay, nhóm nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ, gia đình bạn bè Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bà Rịa - Vũng Tàu, tạo điều kiện cho chúng em làm đồ án Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Hoàng tận tâm hướng dẫn nhóm tất tâm huyết mình, tạo điều kiện cho chúng em làm đề tài đóng góp ý kiến cho nhóm suốt thời gian làm đề tài Làm việc với thầy chúng em học hỏi nhiều điều bổ ích để áp dụng vào công việc mai sau sống hàng ngày Đồng thời chúng em gửi lời cám ơn đến anh Lê Viết Thanh, người cho chúng em sáng kiến ý tưởng hay để hoàn thành đề tài Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện CNTT, Điện - Điện Tử truyền đạt cho chúng em kiến thức hay bổ ích, để chúng em có hành trang bước vào đời Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Lời cảm ơn Nhận xét, đánh giá giảng viên hướng dẫn Nhận xét, đánh giá giảng viên phản biện Lời mở đầu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Thực trạng 1.2 Sự cấp thiết cần có đề tài CHƯƠNG II: KHẢO SÁT, ĐƯA RA TIÊU CHÍ CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Khảo sát phương pháp đo nước .8 2.2 Xây dựng mơ hình đề tài 12 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐO NHỊP TIM 3.1 Đưa mơ hình cụ th ể 14 3.2 Phân tích mơ hình chọn thiết bị k h ố i 14 3.2.1 Phân tích mơ h ìn h 14 3.2.2 Chọn thiết bị phần cứng 15 3.2.3 Chọn phần mềm 21 3.3 Lập trình 29 3.3.1 Arduino thu thập xử lý thông tin từ cảm biến 29 3.3.2 Ứng dụng điện thoại 31 3.4 Sản phẩm hoàn thành 33 CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA MƠ HÌNH 4.1 Phân tích kết q u ả 35 4.2 Đánh giá kết mơ hình 36 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Một tình trạng diễn phổ biến là: hầu hết vụ tai nạn giao thông tử vong trước đến bệnh viện Để lý giải điều bác sỹ nhà khoa học đầu ngành cho nguyên nhân chủ yếu chậm trễ sơ cứu đợi xe cứu thương Ngồi cịn trường hợp phổ biến bệnh nhân có tiền sử mắc bệnh cao huyết áp, bệnh tim mạch hay bệnh nhân phẫu thuật cần theo dõi, bệnh nhân bị bệnh truyền nhiễm mà cần theo dõi thường xuyên Các thống kê rằng, đối tượng vào ban đêm ngủ thường có tình trạng ngừng thở đột ngột hay tim ngừng đập, tăng giảm huyết áp đột ngột Tình trạng khơng có biện pháp cứu chữa kịp thời bệnh nhân dẫn tới tình trạnh đột quỵ hay tai biến mạch máu não dẫn đến tử vong Qua dẫn chứng cụ thể trên, thấy tầm quan trọng việc phát sớm thay đổi đột ngột bệnh nhân cách đo thông số nhịp tim từ thông số ta đưa cảnh báo chuẩn đốn cách nhanh có thể, để hướng dẫn nhân viên y tế hay người nhà bệnh nhân sơ cứu kịp thời chờ xe cứu thương đến, từ giảm thiểu thương vong đáng tiếc xảy Chính nhận cần thiết đó, thiết bị di động đo thơng số sinh tồn lúc nơi, hay thiết bị theo dõi, cảnh báo tình trạng bệnh nhân đời tất yếu Tình hình nghiên cứu Một ứng dụng dành cho bệnh viện nhằm tạo nên hệ thống quản lý sức khỏe bệnh nhân cách linh hoạt đồng thời giúp người nhà biết xác tình trạng bệnh nhân thơng qua Smartphone Thiết bị tích hợp cảm biến nhịp tim đeo vào tay bệnh nhân, sau thơng số nhịp tim bệnh nhân gửi Server Từ Server bác sỹ y tá người phụ trách theo dõi quản lý bệnh nhân thơng qua máy tính Smartphone mà không cần đến trực tiếp bệnh nhân Khi gặp trường hợp bất thường thiết bị báo động cho người xung quanh biêt, đồng thời hệ thống báo cho bác sỹ y tá biết Đối với bệnh nhân bị bệnh truyền nhiễm cần cách ly thiết bị vơ quan trọng giảm thiểu rủi ro đáng tiếc xảy Thiết bị nhỏ gọn có khả thương mại hóa cao, triệu đồng, sản xuất nhiều giảm chi phí xuống 30%/ thiết bị Trong tương lai nhóm em cịn tích hợp thêm nhiều cảm biến chức khác nhiệt độ, điện não đồ v.v Từ thơng tin hệ thống tự động chuẩn đoán bệnh cho bệnh nhân mà không cần can thiệp bác sỹ hay y tá giảm gánh nặng cho ngành giảm chi phí khám chữa bệnh Mục đích nghiên cứu Thiết kế mơ hình đo nhịp tim phương pháp không xâm lấn Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu - Kiến thức y sinh hoạt động tim, nguyên lý hoạt động cảm biến - Thuật toán xử lý tín hiệu nhận từ cảm biến - Vi điều khiển dùng để thiết kế mơ hình đo giám sát - Phần mềm tương tác giám sát smartphone - Bảng mạch đo hoàn chỉnh - Các phương pháp đánh giá độ xác độ tin cậy thiết bị đo thiết kế b) Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp đo nhịp tim không xâm lấn sử dụng kỹ thuật truyền xuyên qua Nội dung đề tài tập chung nghiên cứu cách thu thập xử lý tín hiệu Arduino, từ thể liệu cần đo máy tính thơng qua Processing Đồng thời nghiên cứu môi trường Mit App Inventer để xây dựng phần mềm giám sát Android Phạm vi đề tài giới hạn mơ hình máy đo thông số nhịp tim với công suất nhỏ Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu nhu cầu, cấp thiết thực tế, khảo sát giải pháp có nay, so sánh, đánh giá giải pháp đưa nhận xét cho giải pháp - Thu thập tài liệu, tìm hiểu nghiên cứu phương pháp đo nhịp tim phương pháp không xâm lấn - Xử lý liệu đưa từ cảm biến, truyền liệu qua serial giao tiếp qua Bluetooth - Xây dựng hệ thống giám sát máy tính hệ điều hành Android Ý nghĩa khoa học thực tiễn Các phương pháp đo trước sử dụng xâm lấn, nghĩa tác động đến thể bệnh nhân, ví dụ dùng phương pháp đo khí máu Phương pháp đo khí máu lấy mẫu máu bệnh nhân đem phân tích cho nhiều thơng số có SpO2 Điều làm cho bệnh nhân cảm thấy khó chịu khó sử dụng để theo dõi liên tục Đề tài đề xuất phương pháp đo nhịp tim phương pháp không xâm lấn Từ khơng xâm lấn có nghĩa khơng tác động đến thể bệnh nhân cách sử dụng đầu đo cảm biến gắn đầu ngón tay Đầu đo thiết kế cho bệnh nhân không cảm thấy khó chịu gắn để tiến hành đo liên tục khoảng thời gian dài Việc thiết kế xử lý tín hiệu trước sử dụng mạch lọc, mạch khuếch đại IC thông thường, cồng kềnh tốn điện, việc tính tốn đo đạc tín hiệu thực loại vi điều khiển có điện áp 5V Với mục đích nghiên cứu thiết bị di động quản lý PC, đề tài đề xuất giải pháp sử dụng cảm biến nhịp tim chuyên dụng, sử dụng chip Arduino chuyên dụng với điện áp nhỏ 5V, dịng tiêu thụ thấp, có tích hợp sẵn DAC, ADC phục vụ cho việc lấy xử lý tín hiệu Đề tài nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế thiết bị di động đo nhịp tim bệnh nhân lúc, nơi theo dõi bệnh nhân liên tục Với giá thành chấp nhận được, đề tài giải pháp hữu ích cho hộ gia đình, bệnh viện, trường học việc chăm sóc theo dõi bệnh nhân CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU Trái tim quan quan trọng thể người Nó hoạt động máy bơm lưu thơng oxy chất dinh dưỡng đưa khắp thể để cung cấp lượng cho toàn hoạt động sống thể Máu lưu thông loại bỏ sản phẩm chất thải phát sinh từ thể lọc bỏ qua thận Khi thể hoạt động khác tốc độ mà tim đập khác nhau, tỷ lệ thuận với tần số hoạt động thể Bằng cách phát điện áp tạo nhịp đập tim, tốc độ dễ dàng quan sát sử dụng cho số mục đích y tế Một điện tâm đồ (ECG) phác thảo đồ họa điện áp tạo nhịp đập trái tim Giá trị nhịp tim thể bảng đây: Tuốỉ Tuồi Nam P hu n ữ -2 -3 -4 -5 5 -6 65 + -2 -3 -4 -5 5 -6 65 + Vặn động viên -5 -5 -5 -5 -5 -5 Vận động viên -6 -5 -5 -6 -5 -5 Tuyệt vời 56-61 55-61 -6 -6 57-61 56-61 Tuyệt vời -6 -6 -6 -6 -6 -6 Tốt -6 -6 -6 6 -6 -6 -6 Tốt 6 -6 -6 -6 6 -6 -6 -6 Trên trung bình 6 -6 6 -7 -7 68-71 68-71 6 -6 Trên trung bình -7 -7 -7 -7 -7 -7 Trung bình -7 -7 -7 -7 -7 -7 Trung binh -7 -7 -7 -7 7 -7 7 -7 Dưới trung bình 74-81 75-81 -8 7 -8 76-81 -7 Dưới trung bình -8 7 -8 -8 -8 -8 7 -8 Y ếu 82 + 82+ 83+ 84+ 82+ 80+ Y ếu 85 + Bảng 1.1: Nhịp tim lứa tuổi 83 + 85 + 84 + 84 + 85 + 1.1 Thực trạng a) Trên giới Theo WHO, bệnh tim mạch nguyên nhân tử vong hàng đầu người toàn giới chiếm nhiều nước phát triển Mỗi năm, người chết bệnh tim đột quỵ nhiều ung thư, lao, sốt rét HIV cộng lại b) Ở nước ta Bệnh tim mạch bệnh có nguy gây tử vong cao Năm 1980, bệnh Tim mạch bệnh gây tử vong cao đứng hàng thứ tư, từ năm 2000 bệnh gây tử vong hàng đầu Theo năm Hàng đầu Thứ hai Thứ ba Thứ tư 1980 Nhiễm khuẩn Sơ sinh Ung thư Tim mạch 1990 Nhiễm khuẩn Tim mạch Ung thư Sơ sinh 2000 Tim mạch Ung thư Các nguyên Nhiễm khuẩn nhân khác Hình 1.1: Bảng thống kê Theo GS Phạm Gia Khải, nguyên Chủ tịch Hội tim mạch học Việt Nam, điều đáng báo động, nhiên đa số người Việt Nam chưa đủ kiến thức để hiểu hết nguy bệnh tim mạch gây "Tỉ lệ mắc bệnh tim Việt Nam cao, cao bệnh suất tử suất Nó ví sát thủ thầm lặng Những người bị tăng huyết áp biến chứng tim đại đa số khơng biết Chết suy tim, loạn nhịp tim, tắc mạch vành phổ biến", GS Khải nói Với tình hình tại, Hội tim mạch Việt Nam dự báo, đến năm 2017, Việt Nam có 1/5 dân số mắc bệnh tim mạch tăng huyết áp Đáng lưu ý, tỉ lệ tăng huyết áp người trẻ từ 25 tuổi gia tăng, chiếm 21,5% tổng số ca mắc 1.2 Sự cấp thiết cần phải có đề tài Phát triển thiết bị tích hợp để đo nhịp tim, thiết bị sử dụng ngón tay để đo ước tính nhịp tim Bệnh liên quan đến tim mạch ngày gia tăng, nhu cầu thiết bị đo nhịp tim xác giá phải điều cần thiết để đảm bảo chất lượng sức khỏe Tuy nhiên, hầu hết dụng cụ đo nhịp tim môi trường khác không theo quy tắc Đề đo nhịp tim chúng em dùng cảm biến nhịp tim thiết bị thân thiện với người dùng, phù hợp với kinh tế người sử dụng Sử dụng cơng nghệ quang học để phát dịng chảy máu qua ngón tay Có giai đoạn sử dụng để phát xung đầu ngón tay bao gồm phát xung, khai thác tín hiệu khuếch đại xung Định tính định lượng đánh giá hiệu suất thiết bị tín hiệu thực cho thấy độ xác tính tốn nhịp tim, cường độ hoạt động thể chất Chúng em so sánh hiệu suất thiết bị với thiết bị khác đo nhịp tim 10 đối tượng lứa tuổi khác Kết cho thấy tỷ lệ lỗi thiết bị khơng đáng kể - Phần code điều khiển Hình 3.12: Đoạn code gửi liệu Hình 3.13: Đoạn code xử lý liệu + Tham khảo chương trình code phần phụ lục 3.3.2 Ứng dụng điện thoại - Lưu đồ giải thuật: ^ Start Hình 3.14: Lưu đồ giải thuật ứng dụng điện thoại - ứng dụng giám sát điện thoại: Hình 3.15: Giao diện ứng dụng a U sJ MIT App Inventoi «■ Q, Tun kiếm Ii2 ap p i nvento r.m it, edu/?loca Ie= en#6051785238904832 Blocks Viewer List_Bluetooth Elements BluetoothClientl call name set I E I TextColor Procedures Screenl BluetoothClientl ® lU scManhinhdanhsach ® OỈScManhinhchinh ® lU scM anhinhtacgia B ÜÏScManhinhhienthi d o c The selected item When directly changed by the programmer, e Selectionlndex property Is also changed to the first im in the ListPickerwIth the given value If the lue does notappear Selectionlndex will be setto E |o i if )bal bmpve Disconnect il nhietdo Canvas Label6 Label6 C hira ket noi TextColor Labels A l Bluetooth_Heart_Ri B List_Bluetooth ’ M Selection when Label6 H variables name2 Connect address then ■ Colors ^^AddressesAndNames^ AfterPicking List_Bluetooth if hietdo BeforeRicking List_Bluet0Qth ■ Control mm NHIET DO dB Tab l eArra n gemen t; ẼI List_Bluetooth | Rename Show Warnings c se Delete hn.jpg logoBVƯ_new.png tim jpg Hinh 3.16: Code cüa ung dung 3.4 Sản phẩm hoàn thành Hình 3.17: Mạch đo hồn thiện Bảng danh sách V IỆ N C N T T - Đ IỆ N - Đ IỆ N GVHD ThS Luu Hồng Xóa 27 03:56:18 CH /0 2 30 03:56:18 CH /0 33 03:56:19 CH /0 22 03:56:24 CH /0 36 03:56:25 CH /0 6 211 03:56:27 CH /0 Khóa -2 BARIA VUNGTAU Thoát STT BPM Thời gian Thoát UNIVERSITY Cap Saint Iacqịies Hình 3.18: Ứng dụng giám sát điện thoại android Hình 3.19: Giao diện giám sát máy tính CHƯƠNG IV : PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KÉT QUẢ CỦA MƠ HÌNH 4.1 Phân tích kết a) Kết đo thực tế Khảo sát th ực tế 10 người so sánh với sản phẩm đo khác Người thứ L1 75 L2 73 Người thứ L1 78 L2 76 Người thứ Người thứ 63 70 72 72 Người thứ Người thứ 73 68 72 74 Người thứ Người thứ 80 80 75 83 Người thứ Người thứ 10 85 69 83 82 Hình 4.1: Bảng khảo sát b) So sánh kết đo với thiết bị đo chuẩn Máy đo Họ tên Nhịp tim (l/p) Máy đo Nguyễn Văn Hải L1 L2 L3 L4 66 68 67 63 Mơ hình Nguyễn Văn Hải 70 69 66 65 Máy đo Nguyễn Minh Quân 72 73 73 72 Mơ hình Nguyễn Minh Qn 75 75 72 74 Hình 4.2: Bảng so sánh kết đo 4.2 Đánh giá kết mơ hình a) Đánh giá theo tiêu chí đề Sản phẩm làm đạt tiêu chí cần hướng tới thân thiệt với môi trường người sử dụng tạo cho họ thỏa mái, dễ sử dụng với vài thao tác đơn giản, tốn lượng độ tin cậy cao, chi phí thấp phù hợp với người b) Ưu điểm mơ hình đo - Với thiết kế mạch đo nhịp tim hoạt động tốt ổn định, phần cứng phần mền tương thích với nhiều thiết bị, dễ dàng sử dụng tiện lợi mà giá thành lạ rẻ so với thiết bị khác thị trường - Qua thực nghiệm thực tế cho thấy thiết bị dễ sử dụng đạt yêu cầu đặt sau: + Dễ dàng sử dụng với vài thao tac dơn giản + Nhanh chóng cho kết + Có độ xác cao sai số nhỏ + Nhiều thơng số liên quan cho ta nhìn trực quan c) Nhược điểm mơ hình đo + Do thiếu điều kiện lên thiết bị to cồng kềnh + Do lập trình vi xử lý lên có sai số khơng đáng kể KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN > Kết luận Đề tài tạo mơ hình máy đo nhịp tim máu kỹ thuật không xâm lấn Các khối tiền xử lý rút gọn xuống mức tối thiểu Phần mềm xây dựng với chức tùy chọn phù hợp với đối tượng, nhiệm vụ cụ thể.Thông qua đo đạc số đối tượng khác kết chung đối tượng phù hợp với quy định nhịp tim Tóm lại, Ở thời điểm tại, mơ hình đo có chức đo thông số nhịp tim người sử dụng lần thời điểm Khoảng cách lần đo liên tiếp phút Kết mơ hình đo so sánh với máy đo đại đạt độ xác tương đối Phần mềm tương tác Smartphone có khả hiển thị, lưu liệu vào nhớ Ngoài ra, vừa đo xong, nhịp tim nằm ngồi quy định Smartphone phát âm thanh, đồng thời thông báo để nhắc nhở người dùng • Kết đạt được: - Đạt mục tiêu ban dầu đề - Thêm kinh nghiệm lập trình android tạo app - Thêm kinh nghiệm arduino tạo dự án • Hạn chế: - Cấu tạo mơ hình cịn mang tính dự án lên chưa nhỏ gọn tơi đa thiếu thẩm mỹ - Hoạt động đo giám sát cịn vài hạn chế mơi trường đo khác - Mạch dùng vi xử lý cảm biến theo nguyên lý tín hiệu thu nhiễu > Hướng phát triển Để phát triển từ mơ hình đo thành thiết bị đo địi hỏi cần nhiều công sức, lần thừ nghiệm, nâng cấp, thay Đối với mơ hình đo thiết kế lọc tối ưu nhằm khơi phục lại gần hồn tồn dạng tín hiệu Phần mềm tương lai có chức chuẩn đốn dựa thơng số đo để hỗ trợ bác sĩ đưa đinh cuối Với việc ứng dụng vi xử lý, phát triển đồ án cách đa hiển thị điện thoại thông minh qua mạng wifi để bác sỹ người nhà bệnh nhân theo dõi cách tiện lợi Mơ hình thiết kế nhỏ gọn nhờ sử dụng vi điều khiển nhỏ đảm bảo tiêu chuẩn tiêu thụ nguồn thấp, tích hợp ADC,DAC Khi kết hợp với kỹ thuật bố trí chống nhiễu tốt mơ hình chế tạo nhỏ gọn nhiều PHỤ LỤC Code xuất liệu: int sensorPin = A1 int reading; int voltage; volatile unsigned char temp; int pulsePin = A0; int blinkPin = 13; int fadePin = 5; int fadeRate = 0; const int buzzer = 11 ; volatile int BPM; volatile int Signal; volatile int IBI = 600; volatile boolean Pulse = false; volatile boolean QS = false; void setup() {pinMode(8,OUTPUT); pinMode(9,OUTPUT); pinMode( 10,OUTPUT); pinMode(buzzer,OUTPUT); pinMode(blinkPin,OUTPUT); pinMode(fadePin,OUTPUT); Serial.begin(9600); interruptSetup();} void loop() { nhietdo();canhbao(); if(BPM>=0&&temp>=0) {Serial.print(M 0M ); Serial.print(BPM); Serial.print(","); Serial.println(temp); delay(500); }} void nhietdo() { reading=analogRead(sensorPin); voltage=reading*5.0/1024; temp=voltage*100; } void canhbao() {if(49