Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt)

Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt) Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

HOÀNG VĂN LUẬN

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TRAO ĐỔI DỮ LIỆU VÀ CHĂM SÓC SỨC KHỎE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2016

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS CHUNG TẤN LÂM

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

MỞ ĐẦU

Hiện nay, tại Việt Nam việc thăm khám, theo dõi và điều trị bệnh đã và đang trở nên là nhu cầu thiết yếu của người dân, đặc biệt

là ở các thành phố lớn, các vùng núi xa xôi và hải đảo, nơi điều kiện

về y tế còn gặp nhiều khó khăn và thiếu thốn về điều kiện cơ sở vật chất, hạ tầng Hơn nữa, trong điều kiện bùng nổ công nghệ thông tin như hiện nay, mọi người đều được tiếp cận với các thiết bị cá nhân như là phương tiện làm việc, học tập nghiên cứu và giải trí Xuất

phát từ những điều này, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu phát triển

hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe” để đáp ứng được

nhu cầu ngày càng cao về chăm sóc y tế của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh hiện đại của nước nhà

Hệ thống là sự kết hợp giữa các phần cứng cảm biến thu nhận, xử lý các thông số sinh học, phần mềm điều khiển xử lý dữ liệu và hiển thị trên các thiết bị cá nhân dựa trên nền tảng Web Các thông số sinh học chứa những thông tin về bệnh lý bao gồm: Điện tim ECG, nhịp tim HR, nhịp thở RESP, nồng độ Oxy bão hòa SpO2

và nhiệt độ cơ thể Temp Thiết bị đã được xây dựng và hoạt động tương đối ổn đinh, có độ tin cậy và chính xác cao, đảm bảo an toàn, phần mềm điều khiển đơn giản, kết quả đo được hiển thị một cách trực quan và thân thiện

Quyển luận văn này giúp người đọc nắm bắt được kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe mà mục tiêu của luận văn đã đề ra ở trên

Luận văn gồm bao gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm

sóc sức khỏe

Chương 2: Lập trình lấy dữ liệu từ các thiết bị y khoa Chương 3: Kết quả thực hiện

Mặc dù em đã hoàn thiện được quyển luận văn và hệ thống

“Trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe”, nhưng do còn hạn chế về kiến thức nên chắc chắn còn nhiều thiếu sót Em mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô giáo và các bạn

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI DỮ LIỆU VÀ CHĂM SÓC SỨC KHỎE 1.1 Tổng quan về hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe

Luận văn này trình bày việc thiết kế và thực hiện hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe gọi tắt là e-Health Hệ thống được thiết kế để khắc phục sự chậm trễ trong việc truyền tải thông tin

y tế bệnh nhân đến bộ phận chăm sóc sức khỏe Ví dụ, trong tai nạn

và tình huống khẩn cấp, mà thời gian là rất quan trọng, hệ thống giúp loại bỏ sự cần thiết phải nhập dữ liệu bằng tay Một hệ thống e-Health hiệu quả cũng góp phần vào việc sử dụng hiệu quả dữ liệu dựa trên dữ liệu thời gian thực Kiến trúc cho hệ thống này dựa trên việc sử dụng các cảm biến y tế, trong đó, một khi kết nối với bệnh nhân, hệ thống cho phép đo lường tình trạng thể chất của bệnh nhân Những cảm biến thu thập dữ liệu từ cơ thể bệnh nhân qua mạng không dây, với các dịch vụ điện toán đám mây Hệ thống đưa ra các quyết định y tế thích hợp sử dụng một thuật toán ra quyết định, mà dựa trên các tiêu chuẩn y tế và các dữ liệu y tế lịch sử của bệnh nhân Quyết định đề xuất sẽ được gửi đến nhân viên y tế, chịu trách nhiệm chăm sóc sức khỏe cho bệnh nhân, và phê duyệt Hệ thống sẽ gửi quyết định cuối cùng cho bệnh nhân sau khi nhân viên y tế phê duyệt Do đó, bệnh nhân sẽ có các dịch vụ chất lượng cao vì hệ thống thông minh e-Health hỗ trợ nhân viên y tế bằng cách cung cấp thu thập dữ liệu theo thời gian thực, loại bỏ phương pháp thu thập dữ

liệu truyền thống thủ công và tạo điều kiện cho việc giám sát một lượng lớn nhiều bệnh nhân cùng lúc

Hình 1.1: Mô hình tổng quát hệ thống thu thập dữ liệu và chăm

sóc sức khỏe

Có rất nhiều lợi thế của việc sử dụng hệ thống thông minh Health, chẳng hạn như:

e- Cung cấp thu thập dữ liệu theo thời gian thực

 Loại bỏ việc thu thập dữ liệu truyền thống thủ công, mà đôi khi xảy ra lỗi trong quá trình nhập liệu

 Theo dõi một lượng lớn bệnh nhân với số lượng đội ngũ

Cảm biến điện tim

Cảm biến nhịp thở

Cảm biến hướng nằm Bác sĩ – Bệnh nhân

viên y tế có thể áp dụng được những kinh nghiệm thu

thập được trong quá trình điều trị cho bệnh nhân

1.2 Thành phần vật lý của hệ thống e-Health

Trong luận văn này em sử dụng các cảm biến kết nối với một

board cảm biến e-Health được gắn với board Raspberry Pi Board

cảm biến e-Health và các cảm biến y khoa được thiết kế bởi công ty

Libelium, nhằm giúp các nhà nghiên cứu và phát triển đo lường dữ

liệu cảm biến theo thời gian thực, có thể sử dụng cho mục đích thử

nghiệm Nền tảng e-Health này chỉ được sử dụng cho mục đích

nghiên cứu và không có chứng nhận y tế nên việc sử dụng nó là hạn

chế, không nên sử dụng để theo dõi những bệnh nhân quan trọng,

những người cần các thiết bị giám sát y tế chính xác Board cảm biến

e-Health lúc đầu được thiết kế cho Arduino, để sử dụng board cảm

biến này với Raspberry Pi ta phải sử dụng thêm board cầu nối để kết

nối, cho phép Raspberry Pi trao đổi dữ liệu với các cảm biến thông

qua board e-Health

Raspberry Pi Board cầu nối Board cảm biến e-Health

Hình 1.2: Các board được sử dụng trong hệ thống e-Health

Mặc dù có sẵn nhiều cảm biến nhưng trong giới hạn luận văn này, em chỉ sử dụng các loại cảm biến sau: cảm biến đo nhịp tim và nống độ Oxy trong máu (SpO2), cảm biến đo nhiệt độ cơ thể, cảm biến đó vị trí nằm của bệnh nhân và cảm biến đo điện tim (ECG)

Hình 1.3: Mô hình kết nối các cảm biến với hệ thống

1.3 Kiến trúc hệ thống thông minh e-Health

Kiến trúc này được thiết kế dựa trên sự kết hợp truyền dữ liệu giữa các cảm biến y khoa (cho biết tình trạng bệnh lý của bệnh nhân) và hệ thống CSDL ( lưu trữ dữ liệu người bệnh) Sự kết hợp

này biến e-Health thành một hệ thống theo dõi sức khỏe cơ bản

Hình 1.4: Kiến trúc hệ thống thông minh e-Health

Từ hình 1.4 ta thấy, các cảm biến y khoa được kết nối với Raspberry Pi, Raspberry Pi có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các cảm biến và truyền dữ liệu này thông qua các kênh truyền thông không dây với các dịch vụ lưu trữ dữ liệu Nền tảng này cung cấp các dịch

vụ sau:

 Dịch vụ lưu trữ, có nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu bệnh nhân

 Dịch vụ phân tích dữ liệu, có nhiệm vụ cung cấp các quyết định y khoa dựa trên các dữ liệu y khoa lịch sử của bệnh nhân

 Dịch vụ quản lý, sử dụng cho việc cập nhật, xem xét và kiểm tra dữ liệu của bệnh nhân được thực hiện bởi nhân viên y tế Nhân viên y tế và bệnh nhân có thể sử dụng các ứng dụng đám mây từ các thiết bị di động và cố định khác nhau, sử dụng Internet

1.4 Thu thập dữ liệu

Các cảm biến y khoa được kết nối với Raspberry Pi để đọc

dữ liệu từ cơ thể của bệnh nhân và thực hiện truyền dữ liệu ( ID bệnh nhân và dữ liệu cảm biến) qua mạng không dây sau đó lưu vào trong

cơ sở dữ liệu MySQL Những cảm biến này lấy dữ liệu bệnh nhân theo thời gian thực và được đưa lên hiển thị trên Website để bác sỹ hay người nhà bệnh nhân đều có thể theo dõi trực tuyến

Khi có dấu hiệu bất thường, dữ liệu được cập nhật vào các bảng trong MySQL Lúc này các thủ tục quyết định sẽ thực hiện ra quyết định và gửi quyết định cho bác sỹ phê duyệt bằng sms hay tương tác trên Website

1.5 Thuật toán quyết định

Hình 1.5: Giải thuật ra quyết định

Hình 1.5 cho thấy tiến trình xử lý hệ thống giải thuật quyết định Thủ tục thuật toán ra quyết định có nhiệm vụ đưa ra quyết định

y tế dựa trên ba thông số, tên bệnh nhân, mã bệnh nhân, loại cảm biến và dữ liệu cảm biến hiện tại Khi chương trình nhận dữ liệu từ cảm biến, thuật toán sẽ kiểm tra nếu dữ liệu cảm biến là bình thường hay bất bình thường dựa trên giá trị bình thường từ kết quả kiểm tra

y tế và các chính sách y tế đối với bệnh nhân được định nghĩa trong

hệ thống Trong mối quan hệ sức khỏe, giá trị bình thường của các kết quả kiểm tra y tế thường được mô tả như là biến của các đại

lượng hay giá trị của những người khỏe mạnh Giá trị tham khảo thường được xác định bởi giá trị cao nhất và thấp nhất của những người bình thường

Mỗi bệnh nhân có một hồ sơ chính sách y tế trong hồ sơ hệ thống với loại cảm biến, để hỗ trợ hệ thống tạo ra quyết định y tế phù hợp Ví dụ, một vài bệnh nhân có bệnh mãn tính, trong một vài trường hợp, đội ngũ y tế xem xét một vài thay đổi với các thông số bình thường trong các kiểm tra y tế Đội ngũ y tế có thể đưa ra các chính sách đặc biệt cho mỗi bệnh nhân dựa trên tình trạng bệnh nhân

kì dữ liệu lịch sử y tế trong cùng điều kiện, hệ thống sẽ thực hiện quyết định y tế dựa trên lịch sử dữ liệu y tế của bệnh nhân trong cùng điều kiện sức khỏe

1.6 Phê duyệt quyết định

Sau khi hệ thống tạo quyết định thích hợp, những quyết định được gửi tới đội ngũ y tế có trách nhiệm chăm sóc theo dõi sức khỏe bệnh nhân và thực hiện phê duyệt quyết định Có nhiều cách để gửi cảnh báo cho đội ngũ y tế như gửi sms hay email Họ có thể sử dụng trình duyệt hay thiết bị di động để xem xét và cập nhật quyết định Đội ngũ y tế có trách nhiệm sẽ xem xét thông tin lịch sử của bệnh nhân dựa trên các đơn thuốc và các bệnh mãn tính Sau đó, đội ngũ y

tế sẽ quyết định nếu quyết định được tạo ra bởi hệ thống phù hợp với tình trạng của bệnh nhân hay họ sẽ thực hiện thay đổi và cập nhật chúng Sau khi đội ngũ y tế chấp nhận quyết định, hệ thống sẽ chấp nhận quyết định, thực hiện lưu lại và gửi các quyết định đã được chấp nhận tới bệnh nhân để theo sự chỉ dẫn y tế

Một số thuận lợi của hệ thống đưa ra, bao gồm:

 Cung cấp dữ liệu theo thời gian thực

 Hạn chế việc thu thập dữ liệu theo phương pháp thủ công, dễ gây ra lỗi dữ liệu

 Cho phép theo dõi lượng lớn bệnh nhân không phụ thuộc vào đội ngũ y tế

 Sử dụng hợp lý giường bệnh, tiết kiệm chi phí đầu tư

1.7 Mô tả phần cứng hệ thống

1.7.1 Giới thiệu kit Raspberry Pi

1.7.1.1 Giới thiệu

Hình 1.6: Board Raspberry Pi

1.7.1.2 Cấu hình của Raspberry Pi

1.7.1.3 Kết nối của Raspberry Pi

1.7.1.4 Giới thiệu hệ điều hành cho Raspberry Pi

1.7.2 Board cảm biến e-Health

Hình 1.10: Các cổng giao tiếp in/out board e-Health mặt trên

Hình 1.11: Các cổng giao tiếp in/out board e-Health mặt dưới

Hình 1.12: Board e-Health gắn trên Arduino

1.7.3 Board kết nối Raspberry Pi với Arduino

Hình 1.13: Board kết nối Raspberry Pi với Arduino

Hình 1.14: Sơ đồ các chân của board kết nối Raspberry

Pi với Arduino

Chương 2 – LẬP TRÌNH LẤY DỮ LIỆU

2.2 Cảm biến đo nhiệt độ cơ thể

2.4.2 Lập trình lấy dữ liệu hướng nằm

2.5 Cảm biến đo điện tim ECG

2.5.1 Giới thiệu

Hình 2.5: Cảm biến đo điện tim ECG

Bảng 2.1 Các kiểu thực thể - quan hệ

tính khóa

config mac, patient_id, use_temp, use

pulse, use SpO

id, physician_id, patient_id id

pulse id, point, pulse, patient_id id temp id, point, temp, patient_id id

flow id, point, flow, patient_id id ecg id, point, ecg, patient_id id pos id, point, pos, patient_id id guisms Guisms_id, temp_id, SpO_id,

pulse_id, pos_id, flow_id, ecg_id patient_id, physician_id, status_guisms, status_approval

guisms_id

2.6.1.2 Mô hình quan hệ

Hình 2.7: Mô hình quan hệ

2.6.1.3 Các bảng dữ liệu

Bảng 2.2: Bảng dữ liệu Config

STT Tên trường Kiểu dữ liệu Kích cỡ Ghi chú

Bảng 2.3: Bảng dữ liệu Patient

STT Tên trường Kiểu dữ liệu Kích cỡ Ghi chú

Bảng 2.4: Bảng dữ liệu Physician

STT Tên trường Kiểu dữ liệu Kích cỡ Ghi chú

Bảng 2.5: Bảng dữ liệu Temp

STT Tên trường Kiểu dữ liệu Kích cỡ Ghi chú

Bảng 2.6: Bảng dữ liệu Pulse

STT Tên trường Kiểu dữ liệu Kích cỡ Ghi chú

2.6.2 Giao diện Website

Hình 2.8: Giao diện chính Website

Hình 2.9: Giao diện dữ liệu cảm biến

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN

3.1 Kết quả thực hiện

Sau hơn 3 tháng thực hiện đề tài em đã hoàn thành việc

“Nghiên cứu phát triển hệ thống trao đổi dữ liệu và chăm sóc sức khỏe” Hệ thống đã hoàn thiện và chạy rất ổn định

Về phần cứng gồm:

 Board Raspberry Pi V2 hỗ trợ việc xử lý, truyền nhận

dữ liệu, gửi nhận các cảnh báo tới người dùng

 Board cảm biến e-Health hỗ trợ việc kết nối với các cảm biến y khoa

 Board cầu nối hỗ trợ kết nối board Raspberry Pi với board cảm biến e-Health

 Các cảm biến y khoa nhằm thu thập dữ liệu sức khỏe bệnh nhân

Về phần mềm:

 Hoàn thành chương trình cho Raspberry pi với các tính năng sau:

o Thu thập các thông số từ cảm biến từ bệnh nhân

o Truyền các giá trị về cơ sở dữ liệu để thực hiện theo dõi và chăm sóc sức khỏe

o Gửi tin nhắn tới bác sỹ và người nhà trong trường hợp các thông số có hiện tượng bất thường

3.2 Đánh giá hệ thống

Để thực hiện đánh giá hệ thống em đã thực hiện phép đo nhịp thở và nhịp tim trong nhiều ngày liên tục, như chúng ta đã biết nhịp thở của người trưởng thành trong điều kiện bình thường vào khoảng từ 18-20 lần/phút, vì vậy em đã đưa giá trị này vào hệ thống

để thực hiện việc huấn luyện và đưa ra cảnh báo Như thể hiện trong bảng 3.1, em thu thập được nhịp thở trong khoảng thời gian từ ngày

22 tháng 5 năm 2016 cho đến ngày 28 tháng 5 năm 2016 Từ những giá trị này, nhân viên y tế có thể theo dõi bệnh nhân một cách dễ dàng trong suốt thời gian điều trị như thể hiện trong hình 3.1 Các nhân viên có thể đưa ra quyết định dựa trên tình trạng bệnh nhân nếu

họ nhận thấy rằng bệnh nhân đang trong tình trạng khẩn cấp

Bảng 3.1 Theo dõi nhịp thở của bệnh nhân

Nhịp thở Hoàng Văn Luận 22/5/2016 20 Nhịp thở Hoàng Văn Luận 23/5/2016 19 Nhịp thở Hoàng Văn Luận 24/5/2016 25 Nhịp thở Hoàng Văn Luận 25/5/2016 26 Nhịp thở Hoàng Văn Luận 26/5/2016 18 Nhịp thở Hoàng Văn Luận 27/5/2016 25 Nhịp thở Hoàng Văn Luận 28/5/2016 18

Hình 3.1: Biểu đồ theo dõi nhịp thở của bệnh nhân Bảng 3.2 Bảng ra quyết định của hệ thống

Bệnh nhân Quyết định Cảm

biến Ngày

Nhịp thở

Hoàng Văn Luận

Bệnh nhân có triệu chứng khó thở hoặc ngưng thở

Nhịp thở 24/5/2016 15

Hoàng Văn Luận Bệnh nhân bình

thường

Nhịp thở 27/5/2016 20

Hoàng Văn Luận

Bệnh nhân có hiện tượng thở nhanh hoặc liên tục

Nhịp thở 28/5/2016 29

Bảng 3.3: Theo dõi nhịp tim của bệnh nhân

Nhịp tim Hoàng Văn Luận 22/8/2016 63 Nhịp tim Hoàng Văn Luận 23/8/2016 62 Nhịp tim Hoàng Văn Luận 24/8/2016 67 Nhịp tim Hoàng Văn Luận 25/8/2016 65 Nhịp tim Hoàng Văn Luận 26/8/2016 70 Nhịp tim Hoàng Văn Luận 27/8/2016 66 Nhịp tim Hoàng Văn Luận 28/8/2016 65

Hình 3.2: Biểu đồ theo dõi nhịp tim của bệnh nhân