Báo cáo đề tài khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học, đề tài thiết bị theo dõi sức khỏe tại nhà

TÓM TẮT SÁNG KIẾNTrên cơ sở vận dụng, phân tích quy trình thực hiện dự án kĩ thuật, tôi đã hướng dẫn 2 học sinh thực hiện dự án “Chế tạo hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà” đạt gi

“CHẾ TẠO HỆ THỐNG THEO DÕI CHỈ

SỐ SỨC KHỎE TẠI NHÀ”

MỤC LỤC

TÓM TẮT SÁNG KIẾN 3

CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

I – MỞ ĐẦU 4

1 Lí do chọn sáng kiến 4

2 Mục tiêu của sáng kiến 4

3 Phạm vi của sáng kiến (đối tượng, không gian, thời gian) 4

II – CƠ SỞ LÝ LUẬN, CƠ SỞ THỰC TIỄN 4

1 Cơ sở lý luận 4

2 Cơ sở thực tiễn 5

III – NỘI DUNG SÁNG KIẾN 5

1 Nội dung và những kết quả nghiên cứu của sáng kiến 5

1.1 Hình thành ý tưởng, xác định vấn đề 5

1.2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 6

1.3 Xác định yêu cầu; đề xuất, thực hiện và lựa chọn giải pháp 9

1.4 Phác thảo mô hình (xây dựng mẫu) 10

1.5 Vận hành, kiểm tra, đánh giá 12

1.6 Lập hồ sơ kỹ thuật 16

2 Thảo luận, đánh giá kết quả thu được 17

2.1 Tính mới, tính sáng tạo 17

2.2 Khả năng áp dụng và mang lại lợi ích thiết thực của sáng kiến .17 IV – KẾT LUẬN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

PHỤ LỤC 20

1 Giá thành trang bị hệ thống theo năm 20

2 So sánh giá trị đo giữa thiết bị chế tạo với thiết bị chuyên dụng và monitor 20

3 Video báo cáo dự án 20

TÓM TẮT SÁNG KIẾN

Trên cơ sở vận dụng, phân tích quy trình thực hiện dự án kĩ thuật, tôi đã

hướng dẫn 2 học sinh thực hiện dự án “Chế tạo hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà” đạt giải Nhất Cuộc thi KHKT cấp tỉnh dành cho học sinh trung

học năm học 2021– 2022 do Sở GDĐT tổ chức và đạt giải Ba Cuộcthi KHKT cấp Quốc gia dành cho học sinh trung học năm học 2021– 2022 do

Bộ GDĐT tổ chức

Quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT mà SKKN phân tích, chỉ rõgiúp giáo viên hướng dẫn có thể định hướng tốt cho HS, mang lại hiệu quảcao hơn trong công tác hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT

I – MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn sáng kiến

Cuộc thi khoa học kĩ thuật (KHKT) dành cho học sinh (HS) trung học

là hoạt động thường niên được tổ chức với mục đích khuyến khích HS nghiêncứu, sáng tạo khoa học, công nghệ, kỹ thuật và vận dụng kiến thức đã học vàogiải quyết những vấn đề thực tiễn cuộc sống; góp phần thúc đẩy đổi mới hìnhthức tổ chức và phương pháp dạy học; đổi mới hình thức và phương phápđánh giá kết quả học tập; phát triển năng lực học sinh

Các dự án hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT đã có nhiều và đạt giải caotrên địa bàn tỉnh Tuy nhiên, sáng kiến đề cập tới quy trình thực hiện

dự án khoa học kĩ thuật chưa được đề cập nhiều

Để có được một dự án KHKT có chất lượng, hiệu quả, khả thi, đảm bảotính mới, tính sáng tạo thì một nội dung quan trọng đó là quy trình thực hiện

dự án

Thông qua bản tin thời sự mỗi ngày, tình hình dịch bệnh COVID-19trên thế giới, tại Việt Nam và tại tỉnh đang diễn biến ngày càng phứctạp Tính từ ngày 25/7/2021 đến ngày 25/8/2021, số ca nhiễm COVID-19trong nước tăng từ 7.525 ca đến 12.093 ca [1]; tính từ ngày 6/5/2021 đến 15giờ 30 phút ngày 25/8/2021, trên địa bàn tỉnh đã ghi nhận 186 F0, 3.891 F1 và25.745 F2, trong đó 3.440 F1 và 23.915 F2 đã hoàn thành cách ly, 451 F1 và1.830 F2 đang tiếp tục được cách ly, theo dõi sức khỏe theo đúng quy định.Trên địa bàn toàn tỉnh đã tổ chức tiêm văc xin được 156.696 liều, đạt 90,92%[2] Tính từ 01/11/2021 đến 5/01/2022, toàn tỉnh có 2.183 ca, trong đó F0tăng từ 222 đến 2.392; F1 tăng từ 200 đến 20.065 Tỷ lệ dân số trên 18 tuổitrên địa bàn tỉnh được tiêm ít nhất 1 mũi vắc xin đạt gần 98% [3] Mặt khác,

Bộ Y tế đã ban hành hướng dẫn mới nhất về cách xác định F0, F1 thì khi đủđiều kiện, F0, F1 sẽ được cách ly tại nhà và cần theo dõi các chỉ số: mạch,nhiệt độ, nhịp thở, nồng độ oxy trong máu (SpO2), huyết áp (HA) ghi vàobảng theo dõi sức khỏe

Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị hỗ trợ đo chỉ số sức khỏe tạinhà một cách riêng lẻ và tại bệnh viện Đa khoa tỉnh, có thể đo đồng thời chỉ

số trên bằng các monitor mua với giá thành đắt, số lượng không nhiều Tuynhiên, việc theo dõi này chưa được cập nhật tự động lên Website Hơn nữa,tại một số trạm y tế xã, phường, số lượng nhân viên y tế (NVYT) hạn chế, cácđối tượng cách ly tại nhà chỉ theo dõi thân nhiệt, khi có biểu hiện ho, sốt sẽliên hệ với NVYT thông qua điện thoại

Mặt khác, sáng kiến kinh nghiệm (SKKN) “Quy trình hướng dẫn họcsinh thực hiện dự án KHKT “Chế tạo hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tạinhà”” chưa có.

2 Mục tiêu của sáng kiến

Xây dựng Quy trình hướng dẫn HS thực hiện dự án KHKT “Chế tạo hệthống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà”

3 Phạm vi của sáng kiến (đối tượng, không gian, thời gian)

- Đối tượng nghiên cứu: quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT

- Thời gian nghiên cứu: từ ngày 05/9/2020 đến ngày 16/11/2020

II – CƠ SỞ LÝ LUẬN, CƠ SỞ THỰC TIỄN

1 Cơ sở lý luận

Quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu dự án kĩ thuật:

2 Cơ sở thực tiễn

- Tác giả đã có SKKN “Hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT dự án “Thiết

kế và chế tạo “Thiết bị phòng tật cận thị” năm học 2019 – 2020 và được HĐKHSK ngành GDĐT công nhận, xếp loại Tốt; SKKN “Hướng dẫn HS nghiêncứu KHKT dự án “Thiết kế và xây dựng E-Book tích hợp bộ “Kit” hỗ trợ họctập, tìm hiểu Vật lí điện tử theo chương trình GDPT mới 2018” năm học 2020– 2021 và được HĐ KHSK ngành GDĐT công nhận, xếp loại Khá

- SKKN “Quy trình hướng dẫn học sinh thực hiện dự án KHKT “Chếtạo hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà”” chưa có

III – NỘI DUNG SÁNG KIẾN

1 Nội dung và những kết quả nghiên cứu của sáng kiến

Xuất phát từ Quy trình nghiên cứu hướng dẫn HS nghiên cứu dự án kĩthuật, cụ thể hóa thành Quy trình hướng dẫn học sinh thực hiện dự án KHKT

“Chế tạo hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà” như sau:

1.1 Hình thành ý tưởng, xác định vấn đề

* Giáo viên hướng dẫn (GVHD) định hướng HS:

- Tìm hiểu, thu thập số liệu về số ca mắc COVID-19, các đối tượng F0,F1, diễn biến dịch COVID-19 trên thế giới, tại Việt Nam và ; số dânđược tiêm vắc xin từ ngày 25/7/2021 đến ngày 25/8/2021, từ ngày 01/11/2021đến ngày 5/01/2022?

- Tìm hiểu các yêu cầu cần theo dõi chỉ số sức khỏe đối với các đốitượng F0, F1 theo quyết định của Bộ Y tế?

- Tìm hiểu các thiết bị đo chỉ số sức khỏe trên thị trường, tại bệnh viện

Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị hỗ trợ đo chỉ số sức khỏe tạinhà một cách riêng lẻ và tại bệnh viện Đa khoa tỉnh, có thể đo đồng thời chỉ

số trên bằng các monitor mua với giá thành đắt, số lượng không nhiều Tuy

nhiên, việc theo dõi này chưa được cập nhật tự động lên Website Hơn nữa,tại một số trạm y tế xã, phường, số lượng nhân viên y tế (NVYT) hạn chế, cácđối tượng cách ly tại nhà chỉ theo dõi thân nhiệt, khi có biểu hiện ho, sốt sẽliên hệ với NVYT thông qua điện thoại.

Với cơ sở thực tiễn nêu trên, chúng em mong muốn chế tạo một hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo

tính chính xác, tính kinh tế, tính khả thi và phù hợp với điều kiện thực tế hiệnnay

1.2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

* GVHD giao nhiệm vụ cho HS:

- Tìm hiểu trên mạng Internet với từ khóa “Thiết bị đo chỉ số sinh tồn”,

“đo chỉ số sức khỏe” yêu cầu HS ghi chép, lưu trữ những thông tin, hình ảnhthu thập được

- Phân tích ưu, nhược điểm của thiết bị, hệ thống theo dõi chỉ số sứckhỏe?

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về chỉ số sức khỏe?

* Kết quả mà HS thực hiện:

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe tại nhà là

ý tưởng hoàn toàn mới trong điều kiện dịch bệnh COVID-19 đang diễn biếnngày càng phức tạp

Hiện tại, trên thị trường đã có thiết bị đo chỉ số sức khỏe tại nhà riênglẻ; hệ thống theo dõi sức khỏe và vị trí người lính; monitor tại bệnh viện đođồng thời các chỉ số sinh tồn Cụ thể như sau:

- Máy đo huyết áp Omron HEM-7121 (hình 1): Đo HA và nhịp tim tựđộng; lưu kết quả đo; sử dụng pin rời; giá 1.500.000 đồng [4] Nhược điểm:Chưa tích hợp đo được đồng thời các chỉ số sức khỏe: nhịp tim, SpO2, huyết

áp, thân nhiệt (chỉ đo được nhịp tim, huyết áp); chưa có sự tự động cập nhậtcác chỉ số đo được và nhập trực tiếp các chỉ số sức khỏe, cân nặng, chiều caotrên Website; chưa có sự tư vấn của NVYT (nhắc nhở lịch uống thuốc, đo lạichỉ số sức khỏe); định vị vị trí, gửi tin nhắn đến số điện thoại đăng ký khi cácchỉ số vượt ngưỡng an toàn

- Máy đo nồng độ oxy trong máu Microlife SpO2 OXY200 (hình 2): ĐoSpO2 và nhịp tim thông qua đầu ngón tay, hiển thị và ghi lại kết quả đo ở mànhình; sử dụng pin; giá 750.000 đồng [5] Nhược điểm: Chưa tích hợp đo đượcđồng thời các chỉ số sức khỏe: nhịp tim, SpO2, huyết áp, thân nhiệt (chỉ đođược nhịp tim, SpO2); chưa có sự tự động cập nhật các chỉ số đo được và

nhập được trực tiếp các chỉ số sức khỏe, cân nặng, chiều cao trên Website;chưa có sự tư vấn của NVYT (nhắc nhở lịch uống thuốc, đo lại chỉ số sứckhỏe); định vị vị trí, gửi tin nhắn đến số điện thoại đăng ký khi các chỉ sốvượt ngưỡng an toàn.

- Nhiệt kế đo trán Omron MC-720 (hình 3): Đo nhiệt độ ở trán, khôngtiếp xúc với da, hiển thị kết quả đo trên màn hình, sử dụng pin, giá 955.000đồng [6] Nhược điểm: Chưa tích hợp đo được đồng thời các chỉ số sức khỏe:nhịp tim, SpO2, huyết áp, thân nhiệt (chỉ đo được thân nhiệt); chưa có sự tựđộng cập nhật các chỉ số đo được và nhập được trực tiếp các chỉ số sức khỏe,cân nặng, chiều cao trên Website; chưa có sự tư vấn của NVYT (nhắc nhởlịch uống thuốc, đo lại chỉ số sức khỏe); định vị vị trí, gửi tin nhắn đến số điệnthoại đăng ký khi các chỉ số vượt ngưỡng an toàn

- Hệ thống theo dõi sức khỏe và vị trí người lính: Cung cấp thông tin,cảnh báo kịp thời về các chỉ số sinh tồn: nhịp tim, nhiệt độ, SpO2 và xác định

vị trí của người lính khi thi hành nhiệm vụ; đeo trên bắp tay để có thể dichuyển dễ dàng, thuận tiện trong các điều kiện trên chiến trường; Thiết bịđược kết nối với server để báo cáo tình hình của người lính cho chỉ huy, lưutrữ dữ liệu về sức khỏe, vị trí người lính [7] Nhược điểm: Chưa tích hợp đođược đồng thời các chỉ số sức khỏe: nhịp tim, SpO2, huyết áp, thân nhiệt(chưa đo được huyết áp); chưa nhập được trực tiếp các chỉ số sức khỏe, cânnặng, chiều cao trên Website; chưa có sự tư vấn của NVYT (nhắc nhở lịchuống thuốc, đo lại chỉ số sức khỏe)

- Monitor theo dõi bệnh nhân 5 thông số A12 (Trung Quốc) (hình 4):

Đo đồng thời: nhịp tim, HA, SpO2, nhiệt độ, nhịp thở; thao tác và hiển thịtrên màn hình; lưu trữ kết quả đo; sử dụng hệ thống pin, sạc; giá 23.000.000đồng [8] Nhược điểm: Chưa nhập trực tiếp chỉ số sức khỏe, cân nặng, chiềucao trên Website; chưa có sự tư vấn của NVYT (nhắc nhở lịch uống thuốc, đolại chỉ số sức khỏe); định vị vị trí, gửi tin nhắn đến số điện thoại đăng ký khicác chỉ số vượt ngưỡng an toàn, giá thành đắt

- Monitor theo dõi bệnh nhân 7 thông số CETUS X12 (Đức) (hình 5):

Đo đồng thời: nhịp tim, nhịp thở, nhiệt độ, HA, SpO2; thao tác và hiển thịtrên màn hình cảm ứng; lưu trữ kết quả đo; sử dụng pin, sạc; giá196.200.000 đồng [9] Nhược điểm: Chưa nhập trực tiếp chỉ số sức khỏe, cânnặng, chiều cao trên Website; chưa có sự tư vấn của NVYT (nhắc nhở lịchuống thuốc, đo lại chỉ số sức khỏe); định vị vị trí, gửi tin nhắn đến số điệnthoại đăng ký khi các chỉ số vượt ngưỡng an toàn, giá thành đắt

Qua phân tích nêu trên, chúng em đưa ra bảng so sánh chức năng củacác thiết bị/hệ thống, là cơ sở cho việc đề xuất chức năng của hệ thống màchúng em thiết kế, chế tạo, thể hiện ở links sau:https://tinyurl.com/sschucnangtbhienco

- Các chỉ số sức khỏe bao gồm mạch, nhiệt độ, huyết áp, nhịp thở, SpO2[10]

+ Mạch, nhịp tim: Mạch bình thường từ 60 – 80 lần/phút Mạch nhanhđược quy định trên 80 lần/phút, mạch chậm được quy định dưới 60 lần/phút.Nhịp tim lúc nghỉ bình thường đối với người trưởng thành là từ 60 đến 100nhịp/phút (bpm) Nhịp nhanh được quy định lớn hơn 100 nhịp/phút và nhịpchậm được quy định dưới 60 nhịp/phút

+ Nhịp thở: Nhịp thở bình thường từ 14 – 20 lần/phút, nhịp thở chậmđược quy định dưới 10 lần/phút và nhịp thở nhanh được quy định trên 20lần/phút

+ Nhiệt độ: Tăng thân nhiệt được định nghĩa là khi nhiệt độ cơ thể đothấy cao hơn bình thường từ 36,10C – 37,40C Sốt nhẹ từ 37,50C – 38,00C; Sốtvừa từ 38,10C – 39,00C; Sốt cao từ 39,10C – 40,00C; Sốt rất cao lớn hơn40,00C

+ Huyết áp: Trong thời kỳ tâm thu, HA trong động mạch lên cao nhấtgọi là huyết áp tối đa (HATĐ) Trong thời kỳ tâm trương, HA trong độngmạch xuống thấp nhất gọi là huyết áp tối thiểu (HATT)

Bảng 1 Phân loại HA

Chỉ số HA (mmHg) thấp HA bình thường (mmHg) HA (mmHg) cao

Hình 1 Máy đo HA Hình 2 Máy đo SpO 2 Hình 3 Nhiệt kế đo trán

Hình 4 Monitor theo dõi

bệnh nhân 5 thông số

Hình 5 Monitor theo dõi bệnh nhân 7 thông số

+ SpO2 là độ bão hòa oxy trong máu ngoại vi SpO2 ở người bìnhthường là 100% Thang đo SpO2 tiêu chuẩn: 97% < SpO2 < 99%: Chỉ số oxytrong máu tốt; 94% < SpO2 < 96%: Chỉ số oxy trong máu trung bình, cần thởthêm oxy; 90% < SpO2 < 93%: Chỉ số oxy trong máu thấp, cần xin ý kiến bác

sĩ điều trị hoặc đưa tới cơ sở y tế gần nhất; SpO2 < 92% không có thở oxyhoặc SpO2 < 95% có thở oxy: Dấu hiệu suy hô hấp rất nặng; SpO2 < 90%:Biểu hiện của 1 ca cấp cứu trên lâm sàng [11]

- Chỉ số BMI là chỉ số khối lượng cơ thể (Body Mass Index) được tínhbằng công thức BMI = Cân nặng (kg)/(Chiều cao (m))2 Dựa vào chỉ số đó cóthể biết được người đó béo, gầy hay có cân nặng lý tưởng [12]

Bảng 2 Phân loại mức độ gầy - béo dựa vào chỉ số BMI áp dụng cho người châu Á

1 Nhiệt kế; 2 Máy đo SpO2; 3 Que test nhanh, khẩu trang; 4 Găng tay y tế;

5 Các máy theo dõi bệnh nền [13]

- Web, lập trình Web:

Một hệ thống hoạt động theo giao

thức MQTT (truyền nhận dữ liệu) gồm 2

phần chính là Broker (MQTT

server) và Client (các thiết bị kết nối tới

broker) Các client kết nối tới broker

bằng cách đăng ký các kênh (topic)

Client sẽ nhận được dữ liệu khi topic đã đăng ký có dữ liệu mới Dữ liệutrong MQTT được gọi là message  Quá trình client gửi message tới topicđược gọi là publish [14] Để một Website hoạt động thì cần có 3 thành phần

cơ bản: Source Code (mã nguồn); Web hosting (Lưu trữ Web): lưu trữ mãnguồn; Domain (Tên miền): là địa chỉ của website để các máy tính ở các nơitrỏ tới khi muốn truy cập vào website Web chia làm 2 thành phần chính:

Hình 6 Web, lập trình Web

Front-end là phần tương tác với người dùng; Back-end bao gồm máy chủ, ứngdụng và cơ sở dữ liệu [15].

1.3 Xác định yêu cầu; đề xuất, thực hiện và lựa chọn giải pháp

1.3.1 Đề xuất chức năng của hệ thống

* GVHD giao nhiệm vụ cho HS: Từ phân tích ưu, nhược điểm của của thiết bị, hệ thống theo dõi chỉ số sức khỏe hiện có, hãy đề xuất chức năng của

hệ thống đảm bảo tính mới, tính sáng tạo?

* Kết quả mà HS thực hiện:

Hình 7 Đề xuất chức năng của hệ thống1.3.2 Xác định các mô-đun của hệ thống, lựa chọn linh kiện chế tạothiết bị

* GVHD giao nhiệm vụ cho HS: Trên cơ sở đề xuất chức năng của hệthống, hãy xác định các mô-đun của hệ thống và lựa chọn linh kiện chế tạothiết bị đo của hệ thống?

* Kết quả mà HS thực hiện:

- Mô-đun đo chỉ số sức khỏe: 01 cảm biến hồng ngoại MLX90614 đothân nhiệt; 01 cảm biến nhịp tim/SpO2 – MAX30102 đo nhịp tim, SpO2; 01cảm biến áp suất MSP20N004, động cơ bơm khí, van xả khí (máy bơm DC)

- Hộp chứa (có khoang chứa các mạch điện của máy và các cảm biến).

- Va li chia làm 4 ngăn: 2 ngăn nhỏ chứa các loại thuốc thông dụng, 1ngăn chứa kit test nhanh COVID, 1 ngăn chứa thiết bị đo có thể gấp lại và để

cố định

1.4 Phác thảo mô hình (xây dựng mẫu)

1.4.1 Thiết kế

* GVHD giao nhiệm vụ cho HS:

- Thiết kế 3D của vỏ thiết bị và va li chứa thiết bị sử dụng phần mềmAltium?

- Thiết kế sơ đồ khối tổng quát của hệ thống?

- Thiết kế lưu đồ thuật toán của hệ thống?

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý, mạch in?

- Va li chứa thiết bị:

Dài 550mm, rộng 410mm, cao 170mmHình 9 Thiết kế 3D của va li chứa thiết bị, một số thuốc thông dụng

+ Thiết kế sơ đồ khối tổng quát của hệ thống:

Hình 10 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống+ Thiết kế lưu đồ thuật toán của hệ thống:

Lưu đồ thuật toán của hệ thống được chúng em trực tiếp thiết kế baogồm:

- Kết nối server: https://tinyurl.com/ldttserver

- Chức năng nhắc nhở: https://tinyurl.com/ldttnhacnho

- Chức năng đo chỉ số sức khỏe: https://tinyurl.com/ldttcssuckhoe

- Chức năng cảnh báo S.O.S: https://tinyurl.com/ldttcanhbaosos

+ Thiết kế sơ đồ nguyên lý, mạch in:

- Trực tiếp thiết kế sơ

1.4.2 Chế tạo

* GVHD giao nhiệm vụ cho HS:

- Tạo và đặt mạch in, đặt mua linh kiện?

- Liên hệ kỹ thuật hỗ trợ tạo thiết bị đo và Website

* Kết quả mà HS thực hiện:

+ Chế tạo thiết bị đo:

Hình 11 Sơ đồ nguyên lý Hình 12 Mạch in