Kết nối và truyền dữ liệu từ mạch đo thông số sinh tồn đến bệnh án điện tử

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc H ọ và tên tác giả luận văn: Đào Tiến Đạt Đề tài luận văn: Kết nối và truyền dữ liệu từ Mạch đo thông số sinh tồn đến Bện

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Gi ảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thu Vân

Trường: Điện – Điện tử

HÀ N ỘI, 2021

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Gi ảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thu Vân

Trường: Điện – Điện tử

HÀ N ỘI, 2021

Ch ữ ký của GVHD

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

H ọ và tên tác giả luận văn: Đào Tiến Đạt

Đề tài luận văn: Kết nối và truyền dữ liệu từ Mạch đo thông số sinh tồn đến Bệnh

án điện tử

Chuyên ngành: K ỹ thuật điện tử y sinh

Mã s ố SV: CB190175

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã

sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 31/12/2021 với các nội dung sau:

- Chỉnh sửa một số hình vẽ còn mờ

- Chỉnh sửa lại lỗi chế bản

- Chỉnh sửa lại Form Luận văn theo đúng quy định

Ngày tháng năm

CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG

L ời cảm ơn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trường Đại học Bách khoa cùng các thầy cô Bộ môn Kỹ thuật Y Sinh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm trong thời gian nghiên cứu và học tập tại nhà trường

Luận văn này là kết quả làm việc và đặc biệt là những ý kiến đóng góp, chỉ dẫn nhiệt tình của TS Nguyễn Thu Vân Được làm việc cùng cô, với đức tính của một giảng viên,

một nhà nghiên cứu trẻ, cô là tấm gương mà tôi noi theo trong công việc nghiên cứu để hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và cơ quan nơi công tác,

những người đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu

Tóm t ắt nội dung luận văn

Các thông số sinh tồn là các thông số sinh học của bệnh nhân cần được đo, lưu trữ và theo dõi thường xuyên, nhất là một số bệnh nhân cần theo dõi liên tục như bệnh nhân cấp

cứu, bệnh nhân hồi sức Hơn nữa, việc theo dõi và lưu trữ các dữ liệu này cần phải dễ dàng truy cập và phải được quản lý chính xác Do đó bệnh án điện tử sẽ đáp ứng các yêu

cầu này Mục đích của đề tài nghiên cứu là xây dựng một phương pháp và hệ thống có thể

kết nối và truyền dữ liệu từ mạch đo thông số sinh tồn đến bệnh án điện tử Đầu tiên, mạch

đo thông số sinh tồn được thiết kế và chế tạo Sau đó, các tín hiệu sinh học, bao gồm nhịp tim, SPO2, nhiệt độ… được mã hóa và lưu trữ trên MySQL Tiếp theo, dữ liệu được hiển

thị trên bệnh án điện tử Bệnh án điện tử được xây dựng trên nền giao diện app desktop

bằng ngôn ngữ Visual Basic có khả năng cài đặt dễ dàng Kết quả thu được của nghiên cứu

có nhiều hướng phát triển, như tích hợp với một hãng monitor theo dõi bệnh nhân để đưa thông số sinh tồn đến bệnh án điện tử, có thể kết hợp vào bệnh án điện tử của các bệnh viện

và xây dựng cơ sở dữ liệu và truyền dữ liệu thông số sinh tồn của bệnh nhân, có thể trở thành một hệ thống thông tin theo dõi và quản lý thông số sinh tồn của bệnh nhân mắc bệnh truyền nhiễm chẳng hạn COVID-19…

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ h ọ tên

M ỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.1 Quy tắc đo thông số sinh tồn 2

1.2 Các thông số sinh tồn của con người 2

1.2.1 Nhiệt độ 2

1.2.2 Huyết áp 4

1.2.3 Nhịp tim 5

1.2.4 Nhịp thở 7

1.2.5 Độ bão hoà Oxy trong máu SpO2 8

1.3 Bệnh án điện tử 10

1.3.1 Các khái niệm 10

1.3.2 Vai trò của bệnh án điện tử 12

1.3.3 Xu hướng bệnh án điện tử tại Việt Nam 14

1.4 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo các thông số sinh tồn 15

1.4.1 Phương pháp đo nhiệt độ 15

1.4.2 Phương pháp đo SpO2 15

1.4.3 Phương pháp đo nhịp tim 17

1.5 Kết luận chương 17

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐO THÔNG SỐ SINH TỒN 18 2.1 Mô tả sơ bộ ý tưởng 18

2.2 Công cụ thiết kế mạch 19

2.3 Thiết kế phần cứng 20

2.3.1 Nghiên cứu lựa chọn cảm biến 21

2.3.2 Thiết kế khối vi xử lý 26

2.3.3 Thiết kế khối truyền dữ liệu 30

2.3.4 Thiết kế khối nguồn 31

2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 34

2.5 Sơ đồ mạch mô phỏng 35

2.6 Phân tích thiết kế chương trình điều khiển 35

2.6.1 Nhiệm vụ của chương trình điều khiển 35

2.6.2 Lựa chọn ngôn ngữ và môi trường phát triển 36

2.6.3 Một số hàm sử dụng trong chương trình điều khiển 37

2.7 Đánh giá độ chính xác của mạch đo chỉ số sinh tồn 39

2.7.1 Sai số hệ thống 39

2.7.2 So sánh chỉ số của mạch đo với thiết bị chuẩn 39

2.8 Kết luận chương 43

CHƯƠNG 3 PHẦN MỀM BỆNH ÁN ĐIỆN TỬ 44

3.1 Mô tả sơ bộ về phần mềm 44

3.2 Phân tích thiết kế hệ thống 44

3.3 Công cụ thiết kế phần mềm 45

3.3.1 Ngôn ngữ Visual Basic 45

3.3.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 47

3.4 Thiết kế xây dựng cơ sở dữ liệu 49

3.4.1 Mô hình quan hệ 49

3.4.2 Các bảng dữ liệu 50

3.5 Thiết kế giao diện phần mềm 53

3.5.1 Giao diện chính 53

3.5.2 Giao diện thông tin bệnh nhân 54

3.5.3 Các giao diện khác 55

3.6 Kết luận chương 59

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THIẾT KẾ VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 60

4.1 Cài đặt chương trình 60

4.1.1 Giao diện đăng nhập 60

4.1.2 Giao diện chính 60

4.1.3 Giao diện đăng ký bệnh nhân mới 60

4.1.4 Giao diện thông tin bệnh nhân 61

4.1.5 Giao diện thông tin phòng bệnh 63

4.1.6 Giao diện nhân viên y tế 63

4.1.7 Giao diện bệnh nhân xuất viện 64

4.2 Chạy thử nghiệm 65

4.3 Kết luận và kiến nghị 70

4.3.1 Kết luận chung 70

4.3.2 Hướng phát triển đề tài 70

4.3.3 Kiến nghị và đề xuất 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bệnh án điện tử Oguntoye(https://commons.wikimedia.org/) 11

Hình 1.2 Hình ảnh minh hoạ nguyên lý đo SpO2 16

Hình 1.3 hình minh hoạ deoxy HB và Oxy Hb 16

Hình 1.4 Hình ảnh minh hoạ nồng độ SPO2 16

Hình 2.1 Giao diện website Easy EDA 19

Hình 2.2 Sơ đồ khối toàn mạch 21

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 22

Hình 2.4 Cảm biến MAX30100 24

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến Max30100 25

Hình 2.6 Hình ảnh minh hoạ cách hoạt động giao tiếp I2C 26

Hình 2.7 Sơ đồ chân ESP32 27

Hình 2.8 Sơ đồ mạch nguyên lý khối vi xử lý 29

Hình 2.9 Sơ đồ thuật toán chương trình điều khiển 30

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp 31

Hình 2.11 IC LM7805 32

Hình 2.12 Khối nguồn 5V 32

Hình 2.13 IC HT7333 33

Hình 2.14 Khối nguồn 3.3V 33

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý của mạch đo thông số sinh tồn 34

Hình 2.16 Hình ảnh mạch mô phỏng 35

Hình 2.17 Sơ đồ chức năng của chương trình điều khiển 36

Hình 2.18 Giao diện chính Arduino IDE 37

Hình 2.19 Hình ảnh minh họa vị trí đo chỉ số sinh tồn 38

Hình 2.20 Nhiệt kế thủy ngân 40

Hình 2.21 Kết quả đo nhiệt độ bằng nhiệt kế thủy ngân và DS18B20 của mẫu 1 40

Hình 2.22 Máy đo nồng độ bão hoã Oxy trong máu SpO2 Lk87 41

Hình 2.23 Kết quả đo SpO2 và nhịp tim bằng Lk87 và Max30100 của mẫu 1 41

Hình 3.1 Mô hình quan hệ của các bảng dữ liệu 50

Hình 3.2 Bố cục giao diện đăng nhập 53

Hình 3.3 Bố cục giao diện chính của phần mềm 53

Hình 3.4 Giao diện đăng ký bệnh nhân mới 54

Hình 3.5 Giao diện thông tin bệnh nhân 55

Hình 3.6 Giao diện thông tin phòng bệnh 56

Hình 3.7 Giao diện bệnh nhân xuất viện 57

Hình 3.8 Giao diện thông tin nhân viên 58

Hình 3.9 Giao diện xem danh sách bệnh nhân đã xuất viện 59

Hình 4.1 Giao diện đăng nhập 60

Hình 4.2 Giao diện chính 60

Hình 4.3 Giao diện đăng ký bệnh nhân mới 61

Hình 4.4 Giao diện thông tin bệnh nhân 62

Hình 4.5 Thông tin phòng bệnh 63

Hình 4.6 Giao diện nhân viên y tế 64

Hình 4.7 Giao diện bệnh nhân xuất viện 65

Hình 4.8 Cửa sổ nhập thông tin bệnh nhân 66

Hình 4.9 Hình ảnh thông báo khi lưu thông tin bệnh nhân 66

Hình 4.10 Cửa sổ thông tin bệnh nhân đã lưu 67

Hình 4.11 Cửa sổ nhập thông tin bệnh xuất viện trước và sau khi chọn “Add” 68

Hình 4.12 Cửa sổ thông tin phòng bệnh trước và sau khi cập nhật thông tin 68

Hình 4.13 Cửa sổ tìm kiếm thông tin bệnh nhân ra viện trước và sau khi nhập thông tin tìm kiếm 69

Hình 4.14 Cửa sổ cơ sở dữ liệu của phần mềm 69

DANH SÁCH B ẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn nhịp tim 6

Bảng 1.2 Lịch sử phát triển EMR 11

Bảng 2.1 Bảng kết qua đo nhiệt độ 42

Bảng 2.2 Bảng kết quả đo nhịp tim 42

Bảng 2.3 Bảng kết quả đo SpO2 43

Bảng 3.1 Bảng thông tin bệnh nhân 50

Bảng 3.2 Thông tin phòng bệnh 51

Bảng 3.3 Bảng bệnh nhân đã ra viện 52

Bảng 3.4 Thông tin nhân viên 52

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Các thông số sinh tồn là một yếu tố quan trọng trong việc theo dõi sự tiến triển của bệnh nhân ở mọi độ tuổi trong khi nằm viện, vì chúng cho phép phát hiện nhanh chóng tình trạng bệnh lý tiến triển hoặc các biến cố bất lợi Các thông số sinh tồn được đo và giúp bác sĩ có các đánh giá cơ bản về tình trạng sức khỏe của bệnh nhân Nếu nằm ngoài phạm vi giá trị bình thường, chúng có thể chỉ ra rối loạn chức năng hoặc trạng thái bệnh Phương pháp đo phổ biến nhất được thực hiện trong bệnh viện là đo các thông số sinh tồn theo cách truyền thống, các thông

số cơ bản nhất bao gồm nhiệt độ, nhịp mạch, huyết áp, độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) và nhịp hô hấp Việc theo dõi, lưu trữ và quản lý các dữ liệu này và đưa chúng vào bệnh án của bệnh nhân giúp cho nhân viên y tế có đầy đủ dữ liệu từ đó

họ có thể đưa ra các chỉ định lâm sàng kịp thời và liên tục mang lại một ý nghĩa rất lớn

Bệnh án điện tử là nơi lưu trữ, quản lý toàn bộ thông tin của bệnh nhân Bệnh án điện tử có thể bao gồm nhân khẩu học, tiền sử y tế, thuốc và dị ứng, tình trạng chủng ngừa, kết quả xét nghiệm trong phòng thí nghiệm, hình ảnh y tế, thông số sinh tồn, số liệu thống kê cá nhân như tuổi và cân nặng… Khác với bệnh án thông thường, bệnh án điện tử có các ưu điểm và tính năng vượt trội như truyền tải dữ liệu về bệnh nhân giữa các khoa nhanh chóng và chính xác Hỗ trợ tra cứu về hồ

sơ bệnh án, tiền sử bệnh nhân, từ đó rút ngắn thời gian thăm khám Bệnh nhân còn

có thể tự quản lý và so sánh thông tin sức khỏe cá nhân qua từng thời kỳ, từ đó, chủ động có kế hoạch chăm sóc sức khỏe bản thân, phòng chống bệnh hợp lý Bệnh

án điện tử giúp các bệnh viện và cơ sở y tế như phòng khám, spa… tiết kiệm được các chi phí khi không sử dụng các loại hồ sơ bệnh án bằng giấy Vì thế, bệnh án điện tử là xu hướng phát triển tất yếu trên toàn thế giới

Mục đích đo các thông số sinh tồn

- Kiểm tra sức khỏe định kỳ

- Theo dõi tình trạng bệnh, diễn biến bệnh

- Theo dõi kết quả điều trị và chăm sóc

1.1.1 Quy tắc đo thông số sinh tồn

Đối với người bệnh đang nằm viện, các thông số sinh tồn như nhiệt độ, huyết

áp, nhịp tim được đo 2 lần/ngày vào buổi sáng và chiều, cho dù người bệnh có thông số sinh tồn ổn định Trong trường hợp tình trạng người bệnh nặng thì cần theo dõi nhiều lần hơn và theo chỉ định của bác sĩ

- Kiểm tra dụng cụ đo trước khi đo

- Cho người bệnh nghỉ ngơi tại giường trước khi đo 10 - 15 phút

- Không làm các thủ thuật khác trong khi đo

- Báo bác sĩ nếu thấy bất thường khi đo

- Ghi chép kết quả phải trung thực và chính xác

1.2 Các thông số sinh tồn của con người

Thông số sinh tồn (dấu hiệu sống) bao gồm: nhiệt độ, huyết áp, độ bão hoà oxy trong máu SpO2, nhịp tim, là những dấu hiệu chỉ rõ sự hoạt động của các cơ quan, phản ánh chức năng sinh lý của cơ thể

1.2.1 Nhiệt độ

1.2.1.1 Thân nhiệt

Thân nhiệt là nhiệt độ của cơ thể Theo lý thuyết thân nhiệt ở người hằng định, không bị thay đổi theo nhiệt độ môi trường Thân nhiệt hằng định đảm bảo cho mọi quá trình chuyển hóa trong cơ thể diễn ra bình thường, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Thân nhiệt được hằng định nhờ sự điều nhiệt, đảm bảo cân bằng giữa sinh nhiệt và thải nhiệt

Nhiệt độ cơ thể khác nhau tùy theo vùng Nơi có nhiệt độ cao nhất là gan, nơi có nhiệt độ thấp nhất là da và nhiệt độ của da ở các nơi khác nhau cũng khác nhau

Thân nhiệt trung tâm là nhiệt độ ở các mô sâu (còn gọi là nhiệt độ vùng lõi hay nhiệt độ trung tâm) Thân nhiệt trung tâm là mục đích của hoạt động điều nhiệt,

ít thay đổi theo nhiệt độ môi trường và luôn được giữ hằng định 36 ºC- 37.5 ºC để đảm bảo điều kiện tối ưu cho các phản ứng hóa sinh Nhiệt độ đo được ở trực tràng,

ở miệng, ở nách được coi là phản ánh nhiệt độ trung tâm Nhiệt độ đo được ở trực tràng là ổn định nhất (nhiệt độ này đo ở điều kiện cơ sở là 36.3 ºC - 37.1 ºC) Nhiệt

độ đo được ở miệng thấp hơn nhiệt độ đo được trực tràng 0.2 ºC – 0.5 ºC Nhiệt độ

đo được ở nách thấp hơn nhiệt độ đo được ở trực tràng 0.5 ºC - 1 ºC Tuy kém chính xác hơn nhưng đo thân nhiệt ở nách và ở miệng lại được dùng nhiều hơn vì đơn giản và thuận tiện

Thân nhiệt ngoại vi là nhiệt độ đo ở da và ở chi Nhiệt độ này thấp hơn nhiệt

độ vùng lõi, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường (nhiệt độ không khí, độ ẩm, gió, nhiệt độ các vật xung quanh…) và thay đổi theo vị trí đo, chỗ nào càng hở, càng tiếp xúc với vật lạnh càng có nhiệt độ thấp

Thân nhiệt chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và giảm dần theo tuổi Thân nhiệt dao động theo nhịp ngày đêm: thấp nhất lúc 3 - 6 giờ sáng, cao nhất vào lúc 14 - 17 giờ Nhiệt độ của nữ thay đổi trong chu kỳ kinh nguyệt: nhiệt độ đo được ở nửa sau chu kỳ kinh nguyệt cao hơn ở nửa trước 0.3 ºC – 0.5 ºC, nhiệt độ trong tháng mang thai cuối có thể tăng thêm 0.5 ºC – 0.8 ºC Cần chú ý là cơ chế điều nhiệt ở trẻ sơ

sinh và trẻ nhỏ là chưa hoàn thiện so với người trưởng thành

1.2.1.2 Sinh nhiệt

Nhiệt độ cơ thể sinh được sinh ra từ các phản ứng hóa học Mọi nguyên nhân làm tăng tiêu hao năng lượng đều làm tăng sinh nhiệt, có thể làm tăng mức sinh nhiệt lên 150% so với bình thường

Chuyển hóa cơ sở Là mức tiêu hao năng lượng tối thiểu trong điều kiện

không tiêu hóa, không vận cơ, không làm việc trí óc mặc dù tỉnh táo và ở trong môi trường có nhiệt độ thoải mái, không phải điều nhiệt

Vận cơ Mức độ sinh nhiệt do vận cơ tăng theo cả về số tuyệt đối cũng như

tỷ lệ tương đối và có thể lên tới 90% lượng nhiệt sinh ra Hiệu suất của co cơ chỉ

là 25%; 75% năng lượng sinh ra trong co cơ bị biến thành nhiệt năng Thân nhiệt

đo được ở trực tràng khi lao động thể lực nặng có thể tăng lên tới 38.5ºC - 40 ºC Run cơ là một hình thức vận cơ không tạo ra công năng nhưng là một nguyên nhân sinh nhiệt vì khi run có tới 80% năng lượng bị chuyển thành nhiệt Run vì lạnh có thể làm mức sinh nhiệt tăng từ 2 đến 4 lần

Tiêu hóa Khi tiêu hóa thức ăn, cơ thể cũng phải tiêu hao năng lượng cho các

động tác tiêu hóa (nhai, nuốt, nhu động…) cho việc sản xuất và bài tiết dịch tiêu hóa, cho hấp thu các chất

Phát triển cơ thể ở người trẻ, phát triển bào thai ở phụ nữ có thai…

1.2.2 Huyết áp

Đối với người bình thường, huyết áp vào ban ngày thường cao hơn ban đêm Huyết áp có xu hướng hạ xuống thấp nhất vào khoảng từ 1 - 3 giờ sáng, thời gian con người ngủ say nhất và huyết áp sẽ tăng cao nhất vào khoảng 8 – 10 giờ sáng Đặc biệt, khi vận động thể lực gắng sức, căng thẳng thần kinh hoặc khi trải qua các xúc động mạnh đều có thể làm cho huyết áp tăng lên Ngược lại, khi cơ thể nghỉ ngơi, thư giãn, huyết áp có thể sẽ hạ xuống

Nhiệt độ lạnh gây co mạch hoặc một số thuốc co mạch, thuốc tác động lên lực co bóp cơ tim, ăn mặn có thể làm huyết áp tăng lên Ở môi trường nhiệt độ nóng, cơ thể ra nhiều mồ hôi, tiêu chảy mất nước hoặc dùng thuốc giãn mạch có thể gây hạ huyết áp

Huyết áp tâm thu hay còn gọi là huyết áp tối đa, đây là mức huyết áp cao

nhất trong mạch máu Huyết áp tâm thu là áp lực của máu lên động mạch khi tim

co (tim ở trạng thái co bóp) Biểu thị là chỉ số lớn hơn hay chỉ số ở trên trong kết

quả đo huyết áp Huyết áp tâm thu thường thay đổi tùy theo độ tuổi, thường từ 90 đến 140 mmHg

Huyết áp tâm trương hay còn gọi là huyết áp tối thiểu, đây là mức huyết áp

thấp nhất trong lòng mạch máu xảy ra giữa các lần tim co bóp Huyết áp tâm trương

là áp lực máu lên thành động mạch khi tim giãn ra (cơ tim được thả lỏng) Biểu thị

là chỉ số nhỏ hơn hay chỉ số ở dưới trong kết quả đo huyết áp Huyết áp tâm trương dao động trong khoảng từ 50 đến 90 mmHg

Theo phân độ tăng huyết áp, huyết áp tối ưu ở người trưởng thành được xác định là có huyết áp tâm thu nhỏ hơn 120 mmHg và huyết áp tâm trương nhỏ hơn

80 mmHg Nói cách khác, chỉ số huyết áp nhỏ hơn 120/80 mmHg là huyết áp tối

ưu Tuy nhiên, theo Tổ chức y tế thế giới WHO, trạng thái có lợi nhất cho tim mạch đó là mức huyết áp tâm thu thấp hơn 105 mmHg và mức huyết áp tâm trương thấp hơn 60 mmHg Huyết áp bình thường được xác định khi huyết áp tâm thu nhỏ hơn 130 mmHg và huyết áp tâm trương nhỏ hơn 85mmHg

Tăng huyết áp được xác định là khi có huyết áp tâm thu từ 140 mmHg trở lên

và hoặc huyết áp tâm trương từ 90 mmHg trở lên Tăng huyết áp là nguyên nhân hàng đầu gây tai biến mạch máu não, nhồi máu cơ tim, suy tim, suy thận… hậu quả khiến người bệnh bị liệt, tàn phế hoặc mất sức lao động Các bệnh tim mạch liên quan đến tăng huyết áp đang là nguyên nhân tử vong số một tại Việt Nam, chiếm đến 33% tổng số ca tử vong trên toàn quốc

1.2.3 Nhịp tim

Nhịp tim chuẩn có thể khác nhau ở mỗi người, tùy thuộc vào độ tuổi, thể trạng, giới tính Đối với người từ 18 tuổi trở lên, nhịp tim bình thường trong lúc nghỉ ngơi dao động trong khoảng từ 60 đến 100 nhịp mỗi phút Thông thường, người có thể trạng càng khỏe mạnh, thì nhịp tim càng thấp Đối với những vận động viên chuyên nghiệp, khi ở chế độ nghỉ ngơi, nhịp tim trung bình của họ chỉ khoảng 40 nhịp một phút Ví dụ, nhịp tim của vận động viên đua xe đạp Lance Armstrong, huyền thoại của làng thể thao thế giới, chỉ vào khoảng 32 nhịp mỗi phút

Theo nghiên cứu của Cơ quan y tế quốc gia tại Vương quốc Anh, dưới đây

là bảng tiêu chuẩn nhịp tim lý tưởng theo từng độ tuổi:

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn nhịp tim

Độ tuổi Tiêu chuẩn nhịp tim (nhịp/phút)

Nhịp tim của chúng ta vào từng thời điểm thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố,

ví dụ: Hoạt động thể chất của cơ thể trước lúc đó, tình hình sức khỏe và bệnh lý, nhiệt độ môi trường, tư thế đứng, ngồi, hay nằm) Ngoài ra, trạng thái tinh thần và cảm xúc cũng ảnh hưởng ít nhiều (ví dụ như cảm xúc giận dữ, vui mừng, sợ hãi,

lo lắng ) Bên cạnh đó, một số loại thuốc cũng có khả năng ảnh hưởng đến nhịp tim Tuy nhiên, khi đề cập đến nhịp tim chuẩn, hay nhịp tim bình thường, nghĩa là nhịp tim được đo lúc cơ thể đang nghỉ ngơi hoàn toàn

Nếu do một nguyên nhân hoặc tác động nào đó khiến cho nhịp tim trở nên bất thường, như nhịp tim nhanh (hơn 100 nhịp mỗi phút), nhịp tim chậm (dưới 60 nhịp mỗi phút) hoặc tim đập lúc nhanh, lúc chậm, thậm chí có nhịp tim đập nhưng không thấy mạch, thì được gọi là rối loạn nhịp tim Trong cuộc sống hàng ngày, không thể tránh khỏi những lúc trái tim bị lạc nhịp Tình trạng này thường xuất phát từ những nguyên nhân thường gặp như: Căng thẳng, hoạt động gắng sức, rối loạn tâm lý, hay những thói quen xấu như thức khuya, hút thuốc lá, sử dụng một

số chất kích thích như rượu bia, cà phê, trà đặc,

Bên cạnh đó, các bệnh lý liên quan trực tiếp đến tim mạch như: Suy tim, Thiếu máu cơ tim, các bệnh lý về van tim (hở van tim và hẹp van tim), viêm cơ

tim, bệnh tim bẩm sinh đều là những căn nguyên ảnh hưởng đến quá trình dẫn truyền xung động điện trong tim và gây ra rối loạn nhịp tim

Rối loạn nhịp tim còn liên quan tới một số bệnh lý hoặc nguyên nhân khác như: Tăng huyết áp, rối loạn mỡ máu, thừa cân béo phì, tiểu đường, thiếu máu thiếu hụt chất dinh dưỡng, …

1.2.4 Nhịp thở

Nhịp thở (tần số thở) là giá trị đo về số lần thở trong một phút Tần số thở được điều hoà và kiểm soát bởi trung tâm hô hấp Nguyên tắc chung để theo dõi tần số thở:

- Đối tượng đo cần được nghỉ ngơi trước khi vào thực hiện đo khoảng 15 phút

- Đối tượng trước đo tần số thở không sử dụng thuốc kích thích hô hấp hay tiêm hay các hoạt động khác ảnh hưởng tới nhịp thở

- Thực hiện đúng quy trình kỹ thuật và y lệnh theo dõi nhịp thở

- Kết quả đo được ghi lại chính xác, rõ ràng

Nhịp thở bình thường sẽ có các đặc điểm như: quá trình hô hấp đều đặn, êm dịu, không khí qua mũi từ từ và sâu Tần số thở bình thường ở người lớn từ 16 -

20 lần/phút, nhịp thở đều, biên độ thở đạt trung bình, thì hô hấp mạnh và thời gian thở ra ngắn

1.2.4.3 Thay đổi nhịp thở về mặt sinh lý

Thay đổi nhịp thở sinh lý đó là sự thay đổi ở người bình thường, khoẻ mạnh Nhịp thở sẽ tăng nhanh do phải thở nhanh và sâu hơn bình thường Sự thay đổi này thường gặp trong trường hợp: sau lao động, luyện tập thể dục, trời nắng nóng, oi bức, Ngược lại, nhịp thở chậm đi sẽ gặp ở một số người nhờ có luyện tập thể dục, tập khí công nên nhịp thở sẽ chậm hơn so với người bình thường

1.2.4.4 Thay đổi nhịp thở về mặt bệnh lý

Trong trường hợp bệnh lý, nhịp thở sẽ thay đổi cả tần số thở, biên độ thở Đây là tình trạng khó thở Triệu chứng của khó thở thường gặp nhưng đôi khi nó rất khó khăn để chẩn đoán và điều trị, đặc biệt ở những bệnh nhân có cơn thở khó cấp tính Khi xử trí cấp cứu các trường hợp khó thở, các bác sĩ cần lưu ý nguyên nhân có thể đe dọa đến tính mạng của bệnh nhân như: tắc nghẽn đường dẫn khí, bệnh tim mạch, bệnh lý hô hấp

Nh ịp thở Cheyne-Stokes: Thường gặp ở bệnh nhân xuất huyết não, u não,

nhiễm độc Nó có đặc điểm là khó thở và ngừng thở luân chuyển nối tiếp nhau Trong một chu kỳ một phút:

- Ở thì 1 sẽ ngừng thở khoảng 15 - 20 giây do ức của trung khu hô hấp;

- Ở thì 2 sẽ bắt đầu bằng thở nông, nhẹ, từ từ rồi mới trở nên nhanh, sâu và mạnh Tiếp sau đó lại chuyển thành nhịp thở nhẹ nhàng, rồi dừng lại và bắt đầu chu kỳ thở mới Quá trình này làm cho nồng độ khí cacbonic tích luỹ cao trong máu và kích thích trung khu hô hấp

Nh ịp thở Kussmaul Thường hay gặp trong tình trạng hôn mê do bệnh tiểu

đường Nó có đặc điểm hít vào sâu, ngừng thở ngắn và thở ra nhanh Nếu gặp tình trạng khó thở thì bệnh nhân cần được khai thông đường thở qua đánh giá và kiểm soát đường thở Sau đó, bác sĩ sẽ lựa chọn kỹ thuật tuỳ thuộc theo tình trạng cụ thể của bệnh nhân để tiến hành khai thông đường thở, chẳng hạn như đặt nội khí quản, nghiệm pháp Heimlich, thở Oxy và thông khí nhân tạo

1.2.5 Độ bão hoà Oxy trong máu SpO 2

Hemoglobin là thành phần trong máu có chức năng vận chuyển oxy Một phân tử Hemoglobin (Hb) có thể kết hợp với 4 phân tử oxy, khi đã gắn đủ 4 phân

tử oxy được gọi là bão hòa oxy Độ bão hòa oxy trong máu còn được gọi là chỉ số SpO2, biểu thị cho tỷ lệ Hemoglobin có oxy trên tổng lượng Hemoglobin trong máu Nếu tất cả các phân tử Hemoglobin trong máu đều mang oxy thì độ bão hòa oxy là 100%

Chỉ số SpO2 được xem là một trong những thông số sinh tồn quan trọng của

cơ thể, bên cạnh các dấu hiệu như: nhiệt độ, mạch, nhịp thở và huyết áp Khi bị thiếu oxy máu, các cơ quan như tim, gan, não sẽ chịu tác động tiêu cực rất nhanh

Vì vậy, cần theo dõi chỉ số SpO2 thường xuyên để kịp thời can thiệp nếu xảy ra tình trạng nguy hiểm

Độ bão hòa oxy đo được bằng máy đo oxy dựa vào mạch đập (SpO2) thấp hơn khoảng 3% so với độ bão hòa oxy thực tế (SaO2) Thử nghiệm đo SpO2 nhiều lần và liên tục trên cùng một bệnh nhân ổn định cho thấy kết quả không khác nhau, điều này chứng tỏ thông số SpO2 có mức độ đáng tin cậy cao

Hầu hết các phân tử Hb sẽ gắn với oxy khi chúng đi qua phổi Một người khỏe mạnh bình thường khi thở ở không khí trên mực nước biển sẽ có độ bão hòa oxy động mạch là 95% - 100%

Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 97% - 99%: oxy trong máu tốt

Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 94% - 96%: oxy trong máu trung bình – cần cho thở thêm oxy

Nếu lượng oxy trong máu hòa tan ở khoảng 90% - 93%: oxy trong máu thấp – nên có y tá hoặc bác sĩ theo dõi hoặc đến bệnh viện gần nhất

Nếu SpO2 dưới 92% không thở oxy hoặc dưới 95% có thở oxy: đây là các dấu hiệu suy hô hấp rất nặng

Độ bão hòa oxy thấp hơn 90% là một cấp cứu trên lâm sàng

Chỉ số SpO2 ở trẻ sơ sinh cũng giống như người lớn: trên 95% là bình thường Nếu chỉ số SpO2 của trẻ giảm xuống dưới mức 90% thì cần thông báo cho y bác

sĩ để được hỗ trợ can thiệp kịp thời

SpO2 phản ánh chính xác khi áp lực mạch máu giảm thấp đến 30mmHg Trong các tình huống có sự giảm sút nghiêm trọng ở tuần hoàn ngoại vi, SpO2 đo

ở ngón tay có thể cho kết quả không chính xác Trong trường hợp kết quả đo SpO2

ở ngón tay bị nghi ngờ về độ chính xác, bác sĩ có thể sử dụng đầu dò đo chỉ số SpO2 lên trán bệnh nhân vì nó đáp ứng nhanh hơn với sự thay đổi SpO2

Thiếu máu tức là Hemoglobin trong máu giảm thấp hơn bình thường Khi không bị tình trạng thiếu oxy máu, máy đo oxy dựa vào mạch đập sẽ cho kết quả chỉ số SpO2 chính xác khi nồng độ hemoglobin giảm xuống 2 - 3g/dL

Những bệnh nhân có chỉ số đo SpO2 dưới 93%, được đánh giá là thiếu oxy máu cần được thở oxy hoặc thở máy (nếu bệnh nhân không tự thở được) Với bệnh nhân làm trong môi trường bí khí, thiếu oxy như nhà máy, lò đốt, mỏ quặng khi

đi ra môi trường thoáng nhiều, oxy sẽ được bổ sung khi thở, bác sĩ sẽ điều chỉnh lượng oxy cho bệnh nhân thở cho tới khi chỉ số SpO2 ở mức ổn định là 97 - 100% Mức oxy được sử dụng cho bệnh nhân tiếp tục được giữ cho tới khi họ thở ổn định trở lại

1.3 B ệnh án điện tử

1.3.1 Các khái niệm

Bệnh án điện tử, Electronic Medical Record – EMR, là tập hợp được hệ thống hóa các thông tin sức khỏe được lưu trữ điện tử của bệnh nhân và dân số ở định dạng kỹ thuật số [1]

EMR có thể chứa nhiều kiểu dữ liệu, bao gồm các thông tin về nhân khẩu học, tiền sử y tế, thuốc và dị ứng, tình trạng chủng ngừa, kết quả xét nghiệm trong phòng thí nghiệm, hình ảnh chẩn đoán, thông số sinh tồn, số liệu thống kê cá nhân như tuổi và cân nặng…, và thông tin thanh toán các chi phí khám sức khoẻ

Hệ thống EMR được thiết kế để lưu trữ dữ liệu chính xác, giúp bác sĩ, những người chăm sóc sức khoẻ, cũng như bệnh nhân nắm bắt tình trạng sức khoẻ của bệnh nhân theo thời gian

Hình 1.1 Bệnh án điện tử Oguntoye(https://commons.wikimedia.org/)

Sự phát triển của bệnh án điện tử gắn liền với sự phát triển của khoa học máy tính

và việc áp dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin vào các cơ sở y tế

• Sự hình thành phát triển của EMR trên thế giới:

Bảng 1.2 Lịch sử phát triển EMR

M ốc thời gian S ự hình thành phát triển

Thập niên 1960 Gần như chỉ được sử dụng cho chính phủ và các tổ chức y tế

Thập niên 1970 Được sử dụng cho việc thanh toán và đặt lịch hẹn

Thập niên 1990 Công nghệ đã có mặt ở hầu hết các cơ sở y tế tuy nhiên máy tính chỉ

được sử dụng với mục đích lưu trữ hồ sơ

Từ năm 2000 Chia sẻ thông tin y tế, cải thiện chất lượng chăm sóc sức khoẻ, giảm

thiểu rủi ro

1.3.2 Vai trò của bệnh án điện tử

1.3.2.1 Đối với người bệnh

Bệnh án điện tử giúp người bệnh không phải lưu trữ tất cả loại giấy tờ khi

đi khám bệnh, chữa bệnh, như: kết quả chẩn đoán, kết quả xét nghiệm, danh mục thuốc… Người bệnh không phải lo lắng nếu làm mất kết quả xét nghiệm, không phải hoang mang khi đọc chữ viết của bác sĩ Người bệnh hoàn toàn dễ dàng so sánh từng chỉ số xét nghiệm, kết quả khám sức khỏe tổng quát định kỳ

Kết hợp với việc triển khai hồ sơ sức khỏe điện tử, bệnh án điện tử giúp người bệnh tự quản lý thông tin sức khỏe liên tục, suốt đời của mình Lưu trữ tiền

sử gia đình, tiền sử bệnh, tiền sử dị ứng thuốc đầy đủ hơn Từ đó, chủ động phòng bệnh, chủ động chăm sóc sức khỏe của mình

1.3.2.2 Đối với nhân viên Y tế

Truyền tải dữ liệu người bệnh giữa các khoa phòng một cách nhanh chóng, nâng cao khả năng tương tác và truyền thông giữa các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe với nhau và với người bệnh Khi thông tin về sức khỏe của người bệnh được thông suốt giữa các tuyến sẽ giúp việc chẩn đoán và phối hợp điều trị tốt hơn

Tránh được các chỉ định cận lâm sàng (siêu âm, xét nghiệm…) trùng lặp Đồng thời, giúp bác sĩ dễ dàng tìm lại hồ sơ bệnh án của bệnh nhân, giảm thời gian thăm khám, hỗ trợ điều trị kịp thời, giúp nâng cao chất lượng chẩn đoán và điều trị

Với hồ sơ bệnh án giấy, mọi thông tin khám, chẩn đoán, chữa trị của bệnh nhân trong một đợt điều trị được ghi chép bằng tay rất mất thời gian, tình trạng sai lệch thông tin vẫn còn xảy ra Nhưng với hệ thống phần mềm Bệnh án điện tử được

sử dụng thống nhất, liên kết với tất cả khoa phòng trong bệnh viện, bệnh nhân được quản lý bằng mã số Thông tin về tất cả các lần khám chữa bệnh của bệnh nhân đều được số hóa, lưu trữ một cách khoa học và sử dụng đơn thuốc điện tử, … góp phần giảm thiểu sai sót y khoa (do nhập lại, do chữ viết tay, …)

Việc đưa Bệnh án điện tử vào hoạt động cũng giảm thiểu thời gian chờ đợi

và thủ tục rườm rà cho bệnh nhân và người nhà bệnh nhân Từ tiếp nhận thông tin đến chẩn đoán, kê đơn thuốc của bác sĩ đều được số hóa, cập nhật theo quy trình chuẩn, nhờ đó thủ tục khám, chữa bệnh và thanh toán cũng nhanh hơn trước

Triển khai bệnh án điện tử giúp việc cập nhật thông tin sức khỏe cá nhân trong hồ sơ sức khỏe điện tử được dễ dàng, thuận lợi hơn

Các bác sĩ và bệnh nhân có thể truy cập hồ sơ bệnh án điện tử từ bất kỳ nơi nào trên thế giới chỉ cần có đường truyền internet

1.3.2.3 Đối với cơ sở khám chữa bệnh

Cung cấp thông tin, dữ liệu lâm sàng nhanh chóng, kịp thời cho các cơ sở cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe khác

• Tiết kiệm được chi phí duy trì các kho lưu trữ hồ sơ bệnh án giấy

• Cung cấp dữ liệu cho công tác nghiên cứu

• Bệnh án điện tử cũng góp phần công khai, minh bạch trong khám chữa bệnh: Kết quả xét nghiệm, tiền thuốc lưu trong đơn (tức là trong máy), theo dõi được diễn biến bệnh nếu người bệnh tốt hơn

1.3.2.4 Đối với công tác quản lý

Việc triển khai bệnh án điện tử cùng với triển khai hồ sơ sức khỏe điện tử giúp cho ngành có được dữ liệu về sức khỏe của người dân đầy đủ, chính xác và kịp thời Đây là cơ sở dữ liệu về sức khỏe rất lớn (big data) của ngành mà việc tổng hợp, phân tích dữ liệu thông tin sẽ giúp ngành y tế có các chỉ đạo rất kịp thời

về phòng chống dịch bệnh nói riêng và có được các dự báo, hoạch định chính sách

về công tác bảo vệ, chăm sóc và nâng cao sức khỏe người dân tốt hơn vì có những bằng chứng thực tiễn, có cơ sở khoa học hơn

Mặt khác, big data là nền tảng để phát triển các ứng dụng thông minh phục

vụ chăm sóc sức khỏe người dân tốt hơn Trong thời đại ngày nay, việc quản lý

thông tin có nghĩa rất lớn đối với công tác quản lý xã hội, có nhiều người còn khẳng định “thông tin quý hơn dầu mỏ!”

1.3.2.5 Đối với bảo hiểm y tế

Khi thông tin về khám chữa bệnh của người bệnh thông suốt, minh bạch, giúp cho việc quản lý chi phí khám, chữa bệnh bảo hiểm y tế dễ dàng hơn, góp phần hạn chế việc lạm dụng thuốc và xét nghiệm nếu có

Như vậy, việc khai bệnh án điện tử rất có ích cho người dân, rất có lợi cho ngành y tế, tạo thuận lợi cho thầy thuốc khi hành nghề, là một nội dung quan trọng

có ý nghĩa thực tiễn, có tính thời sự cao trong việc xây dựng y tế điện tử

1.3.3 Xu hướng bệnh án điện tử tại Việt Nam

Chính phủ và Bộ Y Tế thông qua Thông tư 46/2018/TT-BYT đã vạch ra lộ trình thực hiện hồ sơ bệnh án điện tử được chia thành 2 giai đoạn như sau:

Giai đoạn từ năm 2019 - 2023:

- Các cơ sở khám, chữa bệnh (KCB) hạng I trở lên chủ động nâng cấp hệ thống công nghệ thông tin tại cơ sở để triển khai hồ sơ bệnh án điện tử theo quy định;

- Các cơ sở KCB khác căn cứ vào nhu cầu, năng lực thực tế để chuẩn bị các điều kiện cần thiết và triển khai hồ sơ bệnh án điện tử khi đáp ứng yêu cầu theo quy định tại Thông tư này

Giai đoạn từ năm 2024 - 2028:

- Tất cả các cơ sở KCB trên toàn quốc phải triển khai hồ sơ bệnh án điện tử;

- Trường hợp cơ sở KCB chưa triển khai được phải thực hiện báo cáo cho cơ quan quản lý trực thuộc, văn bản báo cáo phải nêu rõ lý do, lộ trình triển khai hồ

sơ bệnh án điện tử nhưng phải hoàn thành trước ngày 31/12/2030, cụ thể:

+ Cơ sở trực thuộc Bộ Y tế hoặc Bộ ngành khác thì báo cáo cho Bộ Y tế;

+ Cơ sở trực thuộc Sở Y tế thì báo cáo cho Sở Y tế

1.4 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo các thông số sinh tồn

Các thông số sinh tồn cơ bản của con người đã được trình bày ở trên, mỗi chỉ

số trên có phương pháp đo riêng vì thế cần hiểu rõ các phương pháp mới có thể thế tính toán, thiết kế mạch đo phù hợp với yêu cầu của đề tài Nghiên cứu lựa chọn

ba thông số nhiệt độ, SPO2 và nhịp tim để thiết kế mạch đo và thực hiện việc thu nhận và quản lý dữ liệu Mục tiêu của nghiên cứu là đo và gửi giá trị đo của ba thông số này lên cơ sở dữ liệu, từ đó tích hợp ba thông số này vào bệnh án điện tử

1.4.1 Phương pháp đo nhiệt độ

Theo dõi nhiệt độ cơ thể là một cách giúp bạn theo dõi tình trạng sức khỏe bản thân Ở người bình thường, nhiệt độ trung bình của cơ thể khoảng 37°C Tuy nhiên, một số người có nhiệt độ cơ thể cao hơn hoặc thấp hơn một chút, và điều

đó là bình thường Thông thường, nhiệt độ cơ thể thường được đo bằng cách đặt nhiệt kế trong miệng, nhưng cũng có những cách khác như: Đo ở tai, đo ở trán, đo

ở hậu môn (trực tràng), đo dưới nách

1.4.2 Phương pháp đo SpO 2

Đo SpO2 được thực hiện bằng phép đo xung, không xâm lấn (tức là không đưa các thiết bị vào trong cơ thể) Theo đó, khi kẹp máy đo SpO2 vào đầu ngón tay, đầu dò của máy sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại đi xuyên qua mô có các mao mạch nhỏ chứa hồng cầu Hồng ngoại sẽ bị hồng cầu hấp thu một phần Từ lượng ánh sáng còn lại chưa bị hấp thu, máy sẽ tính ra số lượng hồng cầu có chứa oxy (máu đỏ) (Hình 1.2)

Hình 1.2 Hình ảnh minh hoạ nguyên lý đo SpO 2

Đo SpO2 thường sử dụng 2 ánh sáng có bước sóng 650nm (ánh sáng đỏ) và 950nm (hồng ngoại) để phân tích Hb Hb mang oxy sẽ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại nhiều hơn ánh sáng đỏ; Hb không mang oxy sẽ hấp thụ ánh sáng đỏ nhiều hơn ánh sáng hồng ngoại (Hình 1.3) SpO2 được tính bằng tỉ lệ độ hấp thụ giữa ánh sáng đỏ

và độ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại (Hình 1.4)

Hình 1.3 hình minh ho ạ deoxy HB và Oxy Hb

Hình 1.4 Hình ảnh minh hoạ nồng độ SPO 2

1.4.3 Phương pháp đo nhịp tim

Mỗi chu kỳ, tim sẽ bơm máu tới các mạch ngoại biên khắp cơ thể Mặc dù áp lực máu đã giảm dần khi máu chảy tới da, nhưng độ lớn của nó cũng đủ làm phồng các động mạch và tiểu động mạch trong mô dưới da Nếu thiết bị đo được gắn vào bên ngoài da, một áp lực dù rất nhỏ trong hệ mạch cũng có thể được phát hiện Sự thay đổi về thể tích gây ra bởi áp lực này có thể được phát hiện bằng cách dùng ánh sáng đèn LED chiếu lên da và đo lượng ánh sáng phản xạ trở lại diode cảm quang Lượng máu tưới mô trong mỗi chu kỳ tim có liên quan tới nhiều hệ thống sinh học khác nhau, do đó PPG (Photoplethysmography - dùng ánh sáng để đo lường thể tích của một cơ quan trong cơ thể) có thể được dùng để đo và theo dõi nhịp tim, nhịp thở và các hệ thống tuần hoàn khác

Cảm biến quang học sẽ chiếu 1 chùm ánh sáng xanh lục và hồng ngoại để chiếu vào mạch máu Cần chú ý rằng máu màu đỏ vì nó phản xạ ánh sáng đỏ và hấp thụ ánh sáng xanh lục Đèn LED xanh lục đi kèm với diode cảm quang độ nhạy cao sẽ phát hiện ra lượng máu chảy qua mạch ở đầu ngón tay tại một thời điểm cụ thể Đèn LED sẽ chớp hàng trăm lần mỗi giây nhằm tính toán số lần tim đập mỗi phút và đó chính là kết quả nhịp tim của người dùng

1.5 K ết luận chương

Các thông số sự sống cần được duy trì ở một giá trị nhất định để duy trì sự sống của con người Nếu các giá trị này thay đổi vượt ra khỏi ngưỡng bình thường nghĩa là các chức năng khác trong cơ thể người đang bị mất cân bằng và sinh bệnh Theo dõi thông số sinh tồn giúp phát hiện những bất thường của người bệnh Ngoài ra những thay đổi về tình trạng sinh lý cơ thể, những đáp ứng về thể chất, môi trường, tâm lý đều gây ảnh hưởng đến thông số sinh tồn

Những thay đổi này có thể xảy ra rất đột ngột hay kéo dài một khoảng thời gian Do đó, bất kỳ sự thay đổi nào của thông số sinh tồn đều cần được ghi nhận

và báo với bác sĩ để có những can thiệp kịp thời

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐO THÔNG SỐ

SINH T ỒN

Như đã đề cập ở Chương 1, tại Việt Nam hiện nay, các thông số sinh tồn cơ thể

đa phần vẫn được nhập bằng tay vào bệnh án giấy hoặc nhập từ bàn phím vào bệnh

án điện tử Tuy nhiên công việc này chỉ thực hiện tại thời điểm nhất định, có thể dẫn đến bệnh án của bệnh nhân không cập nhật kịp thời hoặc bỏ sót thông tin Mô hình lý tưởng là kết nối và gửi dữ liệu đo từ các thiết bị trong bệnh viện như bedside monitor lên cơ sở dữ liệu và từ đó đẩy dữ liệu vào bệnh án điện tử Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, do giới hạn về thời gian và điều kiện tiếp cận với thiết bị theo dõi của chính hãng, luận văn hướng đến thiết kế một thiết bị tự động đo một số chỉ số sinh tồn và gửi lên bệnh án điện tử của bệnh nhân

2.1 Mô t ả sơ bộ ý tưởng

Mục tiêu thứ nhất của luận văn là thiết kế một mạch đo 3 thông số sinh tồn bao gồm: nhịp tim, SpO2, nhiệt độ cơ thể Các thông số này sẽ được gửi lên cơ sở dữ liệu theo thời gian thực Mục tiêu thứ hai của luận văn là xây dựng một bệnh án điện tử, bệnh án được cập nhật dữ liệu từ cơ sở dữ liệu khi có yêu cầu từ người quản trị Do đó, về cơ bản, thiết bị đo sẽ gồm các bộ phận sau:

• Bộ phận cảm biến, xử lý tín hiệu: cảm biến nhiệt độ, cảm biến đo SpO2, nhịp tim, xử lý và truyền dữ liệu về bộ truyền nhận dữ liệu;

• Bộ điều khiển: điều khiển hoạt động của các cảm biến khi có lệnh từ người quản trị;

• Bộ truyền nhận dữ liệu: gửi dữ liệu đo được lên phần mềm

Các yêu cầu chức năng của thiết bị đo bao gồm:

• Có thể đo các chỉ số sinh tồn như: nhịp tim, SpO2, nhiệt độ

• Có thể giao tiếp với máy tính thông qua cổng com

Các yêu cầu phi chức năng của thiết bị đo bao gồm:

• Thời gian đo nhanh, dễ dàng thực hiện phép đo

• Chi phí thiết kế thấp

2.2 Công c ụ thiết kế mạch

Thiết kế mạch điện tử cần có một phần mềm chuyên dụng, mạch điện tử của

đề tài được thiết kế bằng phần mềm EasyEDA Hình ảnh giao diện của phần mềm

được biểu thị tại Hình 2.1

EasyEDA là một công cụ thiết kế vi mạch (EDA) miễn phí, không cần cài đặt, trên nền tảng điện toán đám mây, được thiết kế để mang đến cho kỹ sư điện, giảng viên, sinh viên kỹ thuật và những người yêu thích điện tử một trải nghiệm thiết kế mạch dễ dàng hơn EasyEDA chạy trên trình duyệt web, rất dễ để sử dụng cho thiết kế, mô phỏng mạch và thiết kế PCB

Hình 2.1 Giao di ện website Easy EDA

Đặc trưng của EasyEDA

Được tích hợp với nhiều tính năng, công cụ này là công cụ phát triển mạch tốt và được sử dụng nhiều nhất cho nhiều người Một số điều cơ bản hay tính năng của EasyEDA là:

• Khả năng dễ dàng và hiệu quả trong thiết kế mạch

• Chia sẻ công khai và riêng tư

• Có thể phát triển nhiều dự án mã nguồn mở

• Hỗ trợ tập lệnh và cung cấp API

• Chia sẻ trực tuyến các dự án

• Cài đặt chủ đề

• Phục hồi tài liệu ở mọi cấp độ

• Xuất tài liệu dưới dạng PDF, SVG và PNG

• Xuất Netlist như FreePCB, Spice, Pads và Altium Designer

• Kiểm tra quy tắc thiết kế

• Xuất BOM / DXF

• Module PCB

• Truy cập gần 1,000,000 thư viện công cộng

• Quản lý các thư viện khác nhau

• Tạo và chỉnh sửa biểu tượng hoặc phần phụ và biểu tượng hoặc mô hình Spice

• Tạo và chỉnh sửa footprint

• Thiết kế từng bước

• Mở phần trình chỉnh sửa trong công cụ

• Chọn một trong hai là linh kiện hoặc footprint để tạo

Hình 2.2 Sơ đồ khối toàn mạch

Mạch đo gồm các khối chức năng như sau:

• Khối cảm biến: có 3 chức năng chính là đo nhiệt độ, nhịp tim và SpO2

• Khối điều khiển bao gồm 2 chức năng chính:

o Xử lý, tính toán dữ liệu nhận được từ các cảm biến

o Truyền dữ liệu, cụ thể là Nhịp tim, SpO2 và nhiệt độ lên phần mềm thông qua khối giao tiếp

• Khối giao tiếp có nhiệm vụ kết nối mạch đo thông số sinh tồn với máy tính thông qua Cổng COM để nhận lệnh và truyền dữ liệu lên Phần mềm khi có yêu cầu

• Khối nguồn có chức năng cấp nguồn điện 5V cho toàn mạch Khối nguồn

có thể lấy đầu vào từ nguồn điện lưới 220V thông qua adapter chuyển đổi

2.3.1 Nghiên cứu lựa chọn cảm biến

Mạch đo thông số sinh tồn gồm 3 thông số là nhiệt độ, nhịp tim và SpO2 Các cảm biến này thường có độ chính xác đáng kế để không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khách quan Cũng vì thế mà giá thành cao hơn nhiều so với các cảm biến dùng trong công nghiệp Để phù hợp với thời gian nghiên cứu, phạm vi đề tài, cảm biến nhiệt độ DS18B20 và cảm biến nhịp tim kèm SpO2 Max30100 được lựa chọn

2.3.1.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20

Cảm biến nhiệt độ DS18B20 được ứng dụng nhiều trong công nghiệp nhằm theo dõi sự biến đổi nhiệt độ trên bề mặt; là một loại cảm biến kỹ thuật số tuân theo

giao thức 1 dây và có thể đo nhiệt độ từ -55 oC đến +125 oC (-67 oF đến +257 oF) với độ chính xác ± 5% Tuy là cảm biến thường được sử dụng trong công nghiệp nhưng trong đề tài này có thể sử dụng để thay thế các cảm biến có độ chính xác cao, giá thành không phù hợp để nghiên cứu Cảm biến DS18B20 được biểu thị tại

Hình 2.3

Cảm biến DS18B20 có một số đặc điểm sau:

• Nguyên tắc chuyển đổi trực tiếp từ nhiệt độ thành giá trị số

• Thay đổi số lượng bit theo sự thay đổi của nhiệt độ

• Có 3 chân gồm PIN #1 VCC +%Voltage, PIN#2 là chân dữ liệu, PIN#3 là chân đất

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20

Thông số kỹ thuật của cảm biến

• Nguồn: 3 – 5.5V

• Dải đo nhiệt độ: -55 đến 125 độ C (-67 đến 257 oF)

• Sai số: +- 0.5 oC khi đo ở dải -10 – 85 oC

• Độ phân giải: người dùng có thể chọn từ 9 – 12 bits

• Chuẩn giao tiếp: 1-Wire (1 dây)

• Có cảnh báo nhiệt khi vượt ngưỡng cho phép và cấp nguồn từ chân data

• Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa: 750 ms (khi chọn độ phân giải 12bit)

• Mỗi IC có một mã riêng (lưu trên EEPROM của IC) nên có thể giao tiếp nhiều DS18B20 trên cùng 1 dây

• Ống thép không gỉ (chống ẩm, nước) đường kính 6mm, dài 50mm

• Đường kính đầu dò: 6mm

• Chiều dài dây: 1m

Với cấu tạo như trên, chân dữ liệu của cảm biến có thể kết nối trực tiếp vào vi điều khiển

2.3.1.2 Cảm biến MAX30100

Cảm biến nhịp tim và SpO2 MAX30100 được tích hợp 16-bit sigma delta ADC và bộ xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động chính xác và ổn định cao (Hình 2.4) Đồng thời được thiết kế nhỏ gọn có thể sử

dụng làm thiết bị đeo tay và dễ dàng giao tiếp với các MCU

Ánh sáng phát ra từ đèn LED, chiếu vào tay và sau đó bị phản xạ lại Các tia phản xạ trở lại từ da không chỉ phụ thuộc vào phổ hấp thụ của máu mà còn do cấu trúc và sắc tố của da

Nồng độ Oxy bão hòa được đo bằng cách phân tích các tín hiệu ánh sáng đỏ

và ánh sáng hồng ngoại thông qua nhịp đập Những ánh sáng được thu bởi photodiode sau khi tán xạ trở lại từ bề mặt da Photodiode hấp thụ ánh sáng và chuyển qua bộ chuyển đổi ADC, chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Ánh sáng từ led đi vào tế bào bị tán xạ do chuyển động của hồng cầu và tế bào không dịch chuyển Một phần ánh sáng tán xạ này đến photodiode được máy đo tính toán

Hình 2.4 Cảm biến MAX30100

Hai LED hấp thụ ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại với hai bước sóng lần lượt là 650 nm và 950 nm Một photodiode hấp thụ và tổng hợp ánh sáng từ hai đèn led, chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện Sau đó cho qua bộ ADC chuyển từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Bộ xử lý tín hiệu có tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ để bù sự thay đổi oxy trong máu khi nhiệt độ môi trường thay đổi Sau đó thông qua một bộ khuếch đại tầng với bộ lọc để loại bỏ nhiễu 50/60Hz và tiếng ồn xung quanh

Sau khi lọc và khuếch đại, ta đua nó qua khối ADC để đọc tín hiệu qua đường I2C ADC có độ phân giải là 16bit, do đó tốc độ dữ liệu đầu ra có thể lập trình từ 50Hz đến 1000Hz

Chúng ta có thể đo nhịp tim bằng cách phân tích phản ứng chuỗi thời gian

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến Max30100

Chân SCL, SDA, INT là các chân tín hiệu của cảm biến Max30100, 3 chân này được kết nối với các chân của vi xử lý thông qua điện trở

Giao tiếp giữa cảm biến và vi xử lý là giao tiếp I2C I2C kết hợp các tính năng tốt nhất của SPI và UART Với I2C, có thể kết nối nhiều slave với một master duy nhất (như SPI), có thể có nhiều master điều khiển một hoặc nhiều slave

Giống như giao tiếp UART, I2C chỉ sử dụng hai dây để truyền dữ liệu giữa các thiết bị: SDA (Serial Data) - đường truyền cho master và slave để gửi và nhận

dữ liệu SCL (Serial Clock) - đường mang tín hiệu xung nhịp I2C là một giao thức truyền thông nối tiếp, vì vậy dữ liệu được truyền từng bit dọc theo một đường duy nhất (đường SDA) Giống như SPI, I2C là đồng bộ, do đó đầu ra của các bit được đồng bộ hóa với việc lấy mẫu các bit bởi một tín hiệu xung nhịp được chia sẻ giữa master và slave Tín hiệu xung nhịp luôn được điều khiển bởi master

Với I2C, dữ liệu được truyền trong các tin nhắn Tin nhắn được chia thành các khung dữ liệu Mỗi tin nhắn có một khung địa chỉ chứa địa chỉ nhị phân của địa chỉ slave và một hoặc nhiều khung dữ liệu chứa dữ liệu đang được truyền

Thông điệp cũng bao gồm điều kiện khởi động và điều kiện dừng, các bit đọc/ghi

và các bit ACK/NACK giữa mỗi khung dữ liệu

Điều kiện khởi động: Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức thấp

Điều kiện dừng: Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp sang mức điện

áp cao sau khi đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao

Khung địa chỉ: Một chuỗi 7 hoặc 10 bit duy nhất cho mỗi slave để xác định slave khi master muốn giao tiếp với nó

Bit Đọc / Ghi: Một bit duy nhất chỉ định master đang gửi dữ liệu đến slave (mức điện áp thấp) hay yêu cầu dữ liệu từ nó (mức điện áp cao)

Bit ACK / NACK: Mỗi khung trong một tin nhắn được theo sau bởi một bit xác nhận / không xác nhận Nếu một khung địa chỉ hoặc khung dữ liệu được nhận thành công, một bit ACK sẽ được trả lại cho thiết bị gửi từ thiết bị nhận

Hình 2.6 Hình ảnh minh hoạ cách hoạt động giao tiếp I2C

2.3.2 Thiết kế khối vi xử lý

Vi xử lý sử dụng trong mạch có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, phần mềm trên máy tính và gửi dữ liệu đã xử lý lên máy tính thông qua cổng COM Để phục vụ nghiên cứu cũng như phát triển đề tài trong tương lai, vi xử lý ESP32 [2] được lựa chọn (Hình 2.7) Mục đích để tương lai có thể kết nối với phần mềm trên máy tính thông qua Wifi

Hình 2.7 Sơ đồ chân ESP32

ESP32 là 1 thiết bị vi điều khiển mạnh mẽ của Espressif Systems, có thể dễ dàng lập trình với nhiều ngôn ngữ khác nhau như Lua, Python, C/C++, … ESP32

là module MCU mạnh mẽ và đa dụng được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế mạch PCB Wifi Bluetooth và BLE Sản phẩm được ứng dụng phổ biến trong các

đề tài liên quan đến IoT hiện nay

ESP sở hữu 1 lõi được gọi là chip ESP32-D0WDQ6 Chip nhúng được thiết

kế để nâng cao khả năng mở rộng và tùy biến rất cao Thiết kế ESP32 có 2 lõi CPU hoạt động 1 cách độc lập có thể dễ dàng điều khiển Tần số clock có thể điều chỉnh

dễ dàng từ 80MHZ lên đến 240MHZ Trong quá trình sử dụng người lập trình có thể tắt CPU để có thể sử dụng thiết bị ở chế độ công suất thấp Qua đó theo dõi được sự thay đổi và vượt ngưỡng ESP32 được tích hợp các bộ tương tác ngoại vi khá phong phú như: cảm biến Hall, cảm biến điện dung, SD card, SPI tốc độ cao, I2S, I2C hay SPI tốc độ cao

ESP32 có thông số kỹ thuật như sau:

CPU and Memory

• Xtensa® Dual-Core 32-bit LX6 microprocessors, up to 600 DMIPS

• 448 KByte ROM

• 520 KByte SRAM

• 16 KByte SRAM in RTC

• QSPI Flash/SRAM, up to 4 x 16 MBytes

• Power supply: 2.2 V to 3.6 V

Clocks and Timers

• Internal 8 MHz oscillator with calibration

• Internal RC oscillator with calibration

• External 2 MHz to 40 MHz crystal oscillator

• External 32 kHz crystal oscillator for RTC with calibration

• Two timer groups, including 2 x 64-bit timers and 1 x main watchdog in each group

• RTC timer with sub-second accuracy

• RTC watchdog

Ngoại vi

• 12-bit SAR ADC up to 18 channels

• 2 × 8-bit D/A converters