Bộ lọc thông cao loại bỏ thành phần DC dựa theo cấu trúc bộ lọc CIC. Kết quả thực hiện bộ lọc này thể hiện ở hình 4.5. Các thành phần DC 0Hz được lọc bởi bộ lọc thông cao. Sau khi qua bộ lọc này, tín hiệu loại bỏ được thành phần DC và đường cơ sở dần về mức 0V. Ngoài ra, trong lúc thực hiện bộ lọc này tín hiệu cịn được giảm độ phân giải ADC đến mức milivolt.
Bộ lọc thông thấp được thiết kế hệ số trên phần mềm Matlab. Tần số lọc là 40Hz.
Hình 4.6 là kết quả của tín hiệu từ bộ lọc thơng cao nối tiếp qua bộ lọc thơng thấp. Tín
hiệu sau khi qua hai bộ lọc vẫn giữ được các đặt tính của điện tim (0.5-24 Hz).
Bộ lọc thông cao và bộ lọc thông thấp được áp dụng nối tiếp nhau. Tín hiệu ra vừa khử được điện áp DC, vừa giữ được các tín hiệu có tần số dưới 40Hz. Tín hiệu tiếp tục được đưa vào để tính nhịp tim. Tính tốn nhịp tim dựa trên phương pháp ngưỡng Pan- Tompkins. Các ngưỡng này tự động cập nhật và điều chỉnh sau mỗi thay đổi của ngưỡng trước đó, từ đó tạo sự chính xác hơn trong tính tốn nhịp tim. Hình 4.7 có đường màu đỏ thể hiện nhịp tim. Cụ thể, nhịp tim ở mức 55 nhịp/phút. Hơn nữa còn thể hiện được tín hiệu ngõ ra từ các bộ lọc.
Hình 4.7: Kết quả tính tốn nhịp tim
4.3. KẾT QUẢ PHẦN MỀM 4.3.1. PHẦN MỀM ANDROID
Kết quả màn hình từ lúc mở app đến đóng app. Độ bảo mật, độ ổn định, tính thẩm mĩ, tốc độ truyền thông dữ liệu.
Nhận dữ liệu từ phần cứng là phần mềm trên điện thoại với các giao diện như hình
Hình 4.8. là hình mà lúc mới mở ứng dụng. Lúc này ứng dụng hiển thị ở màn Screen1
với nội dung là đăng nhập. Tài khoản và mật khẩu đăng nhập sẽ được cài đặt trước trên database server và người dùng chỉ cần nhập đúng thơng tin là có thể đăng nhập vào ứng dụng.
Hình 4.8: Giao diện ứng dụng điện thoại
Kết quả đăng nhập thành công là chuyển sang Screen (2). Tại screen này, người
dùng có thể xem lại các thơng tin được lưu trên Database bằng cách nhập ID và nhấn nút “GET”. Để chuyển sang Screen (3) thì bắt buộc người dùng phải nhập đầy đủ các thông tin ở mục “User Imfomation” để các thông tin này được gửi kèm theo khi nhấn nút “NEXT”. Và Screen 3 cũng chính là phần quan trọng bậc nhất trong ứng dụng này với 2 chức năng chính, thứ nhất là nhận rồi hiển thị tín hiệu ECG trực tiếp từ bộ xử lý trung tâm gửi lên khi kết nối đúng điạ chỉ “ESP8266 IP” và nhấn “Start”. Thứ hai là chức năng lưu lại dữ liệu người dùng gồm các thông tin người dùng được nhập từ Screen (2), các dữ liệu điện tim ECG, nhịp tim HR kèm thời gian đo hiện tại lên Database bằng cách nhấn nút “Save”.
4.3.2. SERVER
Database của hệ thống được xây dựng online trên server của 000Webhost gồm 2 bảng với bảng thứ nhất là “user_imformation” để lưu các dữ liệu với các trường Database gồm có ID, Full_Name, User_id, Phone, Data, HeartRate, DMY được thể hiện ở hình 4.9 a. Bảng thứ 2 là “Login_imformation” lưu các thông tin để đăng nhập vào ứng dụng được nhập vào bằng tay với 3 trường là ID, UserName, Password như hình
Hình 4.9: Các bảng cơ sở dữ liệu đã được tạo
Dữ liệu được lấy từ bảng CSDL “Login_imformation” để đăng nhập vào hệ thống thông qua việc so sánh với thông tin được nhập từ ứng dụng điện thoại. Và hình 4.10 là một số dữ liệu được nhập vào.
Hình 4.10: Các dữ liệu của bảng CSDL Login_imfomation
Dữ liệu được truyền lên bảng CSDL “user_imformation_v1” khi nút “Save” ở
ứng dụng điện thoại khi được nhấn. Kết quả là dữ liệu đã được lưu trên cơ sở dữ liệu như hình 4.11.
4.4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Hồn thành được hệ thống, nhóm tiến hành do và thu lại được kết quả. Để đánh giá hệ thống có hồn thành được chỉ tiêu và hoạt động được khơng, nhóm tiến hành đo trên các thiết bị khác để so sánh.
4.4.1. KẾT QUẢ ĐO NHIỀU VỊ TRÍ
Để đánh giá được khả năng thu tín hiệu, Hệ thống được đo bằng ba cách: mắc 3 điện cực ở ngực, mắc 3 điện cực ở hai cánh tay và mắc 3 điện cực ở các chi. Cách đo này thực hiện trên 1 người và nhiều lần đo để lấy số nhịp tim trung bình.
Hình 4.12: Kết quả gắn điện cực ở ngực
Gắn điện cực ở ngực, kết quả thu được điện tim có dạng như hình 4.12. Vị trí điện cực LA được mắc ở ngực trái, RA được mắc ở ngực phải, RL được mắc ở dưới bụng. Dữ liệu đo cho thấy tín hiệu điện tim có biên độ peak-peak lớn, xấp xỉ 2mV. Nhịp tim đạt khoảng 54 nhịp/phút
Gắn điện cực ở tay, kết quả thu được điện tim có dạng như hình 4.13. Vị trí các điện cực RA, RL tại cánh tay phải, LA tại cánh tay trái. Tín hiệu thu được có biên độ peak-peak xấp xỉ 0.9mV. Nhịp tim khoản 55 nhịp/phút.
Hình 4.13: Kết quả gắn điện cực ở tay
Hình 4.14: Kết quả gắn điện cực ở chi
Gắn điện cực ở chi, kết quả thu được điện tim có dạng như hình 4.14. Vị trí điện cực LA, RA, LR lần lượt tại tay trái, tay phải, chân phải. Tín hiệu đo được cũng có biên độ xấp xỉ 0.9mV. Nhịp tim thu được xấp xỉ 56 nhịp/phút.
Ngồi thơng tin là dạng sóng điện tim, hệ thống cũng cho ra thông số điện tim ở
bảng 4.1. Số nhịp tim đo ra không chênh lệch nhiều.
Bảng 4.1: Thơng số điện tim ở 3 vị trí đo khác nhau
Gắn ở ngực Gắn ở tay Gắn ở chi
Thông số ECG 54 56 55
4.4.2. SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI THIẾT BỊ KHÁC
Thơng số nhịp tim và dạng sóng điện tim: Máy đo điện tim Fukuda Denshi FX- 7100, monitor COMEN c80.
Tín hiệu đầu vào: máy mơ phỏng tín hiệu chuẩn SKX-2000 và cơ thể người. Tính chính xác của hệ thống phải được chứng minh thơng qua so sánh với các thiết bị chuẩn khác đang có mặt trên thị trường. Đầu tiên, thử nghiệm với máy phát điện tim chuẩn. Hình 4.15 là kết quả của một lần đo so sánh hệ thống này với hai thiết bị có mặt trên thị trường. Các lần lấy tín hiệu từ máy phát mơ phỏng đều cho ra dạng sóng tương đương nhau.
Hình 4.15: Kết quả đo từ máy phát điện tim mô phỏng
Thử nghiệm nhiều lần với số nhịp/phút tăng dần 10 nhịp trong khoảng 60 đến 100 nhịp. Thu được kết quả thống kê ở bảng 4.2. Những lần lấy dữ liệu, thông số nhịp tim của máy FX-7100 đáp ứng nhanh. Tuy nhiên để đạt được nhịp chính xác, phải đợi sau vài lần tính tốn. Máy COMEN C80 đáp ứng tính tốn nhịp tim chậm hơn. Tuy nhiên, kết quả chuyển dần cho tới khi chính xác và rất ổn định. Hệ thống đo điện tim gửi lên
ECG của nhóm sinh viên đáp ứng nhanh như FX-7100, nhưng cũng cần một vài lần để tính tốn chính xác.
Bảng 4.2: So sánh tính chính xác tính tốn nhịp tim với các thiết bị khác
Máy phát mô phỏng 60 bpm 70bpm 80bpm 90bpm 100bpm
FX-7100 60 70 80 90 100
COMEN c80 60 71 81 91 101
Hệ thống đang làm 60 71 81 91 101
Các dữ liệu được thu thập bằng cách đo thử nghiệm trên cơ thể người với 5 sinh viên (3 nam, 2 nữ) với mỗi người đo 3 lần cho mỗi thiết bị, mỗi lần đo khoảng 30s đến 1 phút tùy vào sự ổn định tín hiệu của người đo.
Hình 4.16: Kết quả tín hiệu ECG đo 3 thiết bị từ 1 sinh viên
Kết quả đo tín hiệu một trong các lần đo từ một sinh viên được thể hiện qua Hình
4.16. Với Hình 4.16a là dạng sóng lấy được từ thiết bị đo gửi lên wifi, cịn hình 4.16b, 4.16c lần lượt là từ máy đo điện tim Fukuda Denshi FX-7102 và Patient Monitoring
COMEN C80. Lần lượt dạng sóng Lead I của các máy đều tương tự nhau. Máy FX- 7102 có mắc 4 điện cực nên cho ra được 6 tín hiệu Lead I,II,III và aVR, aVL, aVF. Máy COMEN C80 mắc 3 điện cực nên có thể cho ra được tín hiệu 3 lead.
Thơng số nhịp tim tính tốn được từ hệ thống và các thiết bị được thể hiện trong
bảng 4.4. Các lần đo số liệu được lưu trữ trong bộ nhớ máy, sau đó in ra giấy và thống
kê vào bảng. Mỗi sinh viên có 3 lần đo và nhịp tim là kết quả trung bình trong lần đo đó. Sau đó dùng các cơng thức (2.23), (2.24), (2.25) để tính tốn sai số. Từ các số liệu ở bảng 4.4 có thể nhận thấy mỗi lần đo của mỗi thiết bị có sự chênh lệch.
Bảng 4.4: Thông số điện tim so sánh ở các máy
FX-7102 COMEN c80 Hệ thống đang làm SV1 16129001 49 48 50 52 51 51 53 53 51 SV2 16129016 82 80 79 75 78 77 77 79 77 SV3 16129022 69 69 70 70 68 74 70 68 73 SV4 16129006 84 85 85 90 87 88 87 87 88 SV5 16129067 96 86 98 94 92 94 96 93 90 Trung bình chung (𝐗̅) 76.27 74.93 76.33 Phương sai (S2) 249.8 221.1 239.8 Độ lệch chuẩn (S) 15.81 14.87 15.49
Để dễ dàng đánh giá, các số liệu ở bảng 4.4 được tính tốn trung bình. Số liệu
trung bình này được tính tốn theo cơng thức (2.23) và được vẽ lên biểu đồ hình 4.17 với giá trị được làm tròn ở hàng đơn vị. Từ biển đồ, có thể dễ dàng nhận thấy nhịp tim của các sinh viên có sự chênh lệch giữa các thiết bị đo. Sự chênh lệch hai thiết bị chuẩn là không quá lớn. Thiết bị sản phẩm của nhóm sinh viên thực hiện cũng có sự chênh lệch khơng nhiều.
Hình 4.17: Biểu đồ so sánh nhịp tim trung bình
4.4.3. GIẢI THÍCH
a. Đo tại nhiều vị trí khác nhau trên cơ thể
Đo tại các vị trí mắc điện cực khác nhau trên cơ thể. Vị trí các chi, vị trí trên 2 cánh tay và vị trí ở ngực. Tín hiệu điện tim khi đo ở vị trí ngực có biên độ lớn hơn ở hai vị trí cịn lại vì sự suy hao khi lan truyền. Càng truyền đi xa về phí các chi, tín hiệu càng có biên độ thấp. Hơn nữa tín hiệu lại càng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như điện cơ, thành phần DC.
Tuy nhiên, khi tính nhịp tim sẽ khơng xảy ra sự thay đổi lớn. Tín hiệu sau khi lọc nhiễu đo ở vị trí khác nhau nhưng có dạng sóng tương tự nhau. Ngưỡng xác định đỉnh sẽ được cập nhật phù hợp theo tỉ lệ biên độ đỉnh. Từ đó suy ra được nhịp tim chính xác.
b. So sánh nhiều thiết bị khác nhau, tín hiệu mơ phỏng
Tín hiệu phát ra ở bộ phát chuẩn khơng có các thành phần nhiễu. Tín hiệu có biên độ Peak-Peak bằng nhau và bằng 1 mV. Tần số nhịp tim có thể điều chỉnh được và khoảng thời gian giữa hai nhịp liền kề là bằng nhau. Các thiết bị thu được tín hiệu giống nhau và tính tốn nhịp tim xấp xỉ nhau cho thấy sản phẩm của nhóm đạt yêu cầu về ngõ ra và tính tốn. 51 78 70 87 95 51 79 68 86 90 51 78 72 87 94 0 20 40 60 80 100 120 16129001 16129016 16129022 16129006 16129067
c. So sánh các thiết bị khác nhau với tín hiệu được lấy trên cơ thể tại vị trí cánh tay
Ở nhiều người đo, dạng sóng tín hiệu khá giống nhau. Tuy nhiên, tính tốn nhịp tim lại có sự khác biệt giữa các thiết bị. Mỗi thiết bị đều có mỗi thuật tốn tính tốn nhịp tim riêng. Hơn nữa các tác động bên ngoài như tinh thần, thành phần nhiễu tại mỗi thời điểm đo khác nhau. Dẫn đến sự khác biệt trong tính tốn nhịp tim.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
a. KẾT LUẬN
Sau thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã thu được nhiều kết quả khả quan và đạt được yêu cầu ban đầu của đề tài. Cụ thể mục tiêu nhóm đã đạt được như sau:
Biết sử dụng các phần mềm để thiết kế và vẽ sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mạch in, lập trình ứng dụng điện thoại, lập trình hệ thống, xử lí bộ lọc, lập trình Server.
Thiết kế được một ứng dụng Android trên Smartphone với giao diện ứng dụng đơn giản, thân thiện và dễ dàng cho người dùng.
Thiết kế và thi công được phần cứng hệ thống thu thập và hiển thị tín hiệu ECG đơn giản, nhỏ gọn, dễ sử dụng và có thể sạc pin.
Hệ thống đo được dữ liệu ECG bằng 3 điện cực, lưu được dữ liệu lên Database Server, load lại dữ liệu và hiển thị lên điện thoại, xem được dữ liệu trực tiếp khi đo trên điện thoại và màn hình Oled được tích hợp trên hộp của sản phẩm. Tuy nhiên, đề tài vẫn còn tồn tại một số lỗi phát sinh khách quan làm cho hệ thống chưa ổn định. Và kết quả của hệ thống so với một số thiết bị trên thị trường cịn có chênh lệch khơng đáng kể.
b. KIẾN NGHỊ
Để tăng tính thực tế và hiệu quả hơn cho thiết bị, nhóm đề ra một số kiến nghị như sau:
Hướng tới nhiều thiết bị đo và gửi cùng lúc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Dương Trọng Lượng, Nguyễn Đức Thuận, Nguyễn Thái Hà, Trịnh Quang Đức, Phí Ngọc Tú, Nguyễn Phan Kiên, “Thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu điện tâm
đồ trong thời gian thực dựa trên giao tiếp âm thanh – soundcard tích hợp trong máy tính”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ, Tập 30, số
2, pp. 40-46, 2014.
[2] Nguyễn Văn Hải, Nguyễn Minh Quân, “Giám sát nhịp tim qua điện thoại
Android”, Đồ án tốt nghiệp, Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, 2017.
[3] Bin Yu, Lisheng Xu, Yongxu Li, “Bluethooth Low Energy (BLE) based mobile
electrocardiogram monitoring system”, IEEE International Conference on
Information and Automation, Shenyang, China, 2012.
[4] Wei Lin, “Real time monitoring of electrocardiogram through ieee 8002.15.4
network”, 2011 8th International conference & expo on emerging technologies for a smarter word, New York, NY, USA, 2011.
[5] Brucal, S.G.E., Aguirre, J.V.C.T., Macatangay, S.D., Rubia, W.U., & Zamora, A.M., “Development of a 12-lead ECG signal processing algorithm using NI
Labview and NI Elvis”, 2018 IEEE 7th Global conference on consumer electronics (GCCE), 2018.
[6] Raval, J. A., Sakinala, V. V., Jadhav, N. R., & Karia, D. C., “Labview based
real time bio-telemetry system for healthcare”, International conference on
communication and signal processing (ICCSP), 2017.
[7] Ying, G., Zhenzhen, W., Li, K., Qiang, D., & Jinghui, L., “Heart sound and
ECG signal analysis and detection system based on Labview”, Chinese control and
decision conference (CCDC), 2018.
[8] C larence Wilbur Taber, Clayton L. Thomas, Donald Venes, “Taber's Cyclopedic Medical Dictionary”, 2009.
[9] Dung Le, “Hoạt Động Của Tim”, sites.google.com, 2010.
[10] Hall, John, “Guyton and Hall textbook of medical physiology”, 2011.
[11] Keith L. Moore, Arthur F. Dalley, Anne M. R. Agur, “1”, “Clinically Oriented
Anatomy. Wolters Kluwel Health/Lippincott Williams & Wilkins”, 2009.
[13] Chúc Nghĩa, “(GIÃI MÃ) Vì sao tim hoạt động suốt đời mà khơng mệt mỏi?”, suckhoe88.com, 26/07/2019.
[14] TS.BSCC.Trần Văn Đồng, “Hình Dạng Và Định Danh Các Sóng Điện Tâm Đồ”, Hội nghị tim mạch toàn quốc 2015.
[15] Giáo sư Trần Đỗ Trinh, “Hướng dẫn đọc điện tim”, ĐH Y Dược Huế, 2008. [16] “Android”, techterms.com, 16/05/2016.
[17] Nguyen Dinh Duc, “Kiên trúc của hệ điều hành Android”, 12/09/2016.
[18] “Server là gì? Máy chủ là gì? Những điều cần biết về Server”, viettelidc.com.vn,
21/09/2018.
[19] Hồng Nhi, “Server là gì? Các loại máy chủ phổ biến hiện nay”,
blog.tinohost.com, 2019.
[20] “Bài 9: Giới thiệu về hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL”, kungfuphp.com,
31/01/2015.
[21] “Tổng Quan Về PHP”, stdio.vn, 30/01/2016.
[22] LHV - Galileo. “Bài 1.0: Tổng quan về ESP8266 nodeMCU”, lophocvui.com, 22/09/2018.
[23] “Giới thiệu vắn tắt kít phát triển ESP8266 (chíp nạp CP2102)”, arduino.vn,
11/8/2016.