Đồ án Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo điện tim, điện cơ và nồng độ oxy trong máu giám sát trên điện thoại dùng android và internet (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo điện tim, điện cơ và nồng độ oxy trong máu giám sát trên điện thoại dùng android và internet (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM, ĐIỆN CƠ VÀ NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU GIÁM SÁT TRÊN ĐIỆN THOẠI DÙNG ANDROID VÀ INTERNET GVHD: ThS. TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: LÂM NHẬT TÂN MSSV : 12141200 SVTH: HỒ QUỐC HIẾU MSSV: 12141538 S K L 0 0 4 5 8 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ- CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ THẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM, ĐIỆN CƠ VÀ NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU GIÁM SÁT TRÊN ĐIỆN THOẠI DÙNG ANDROID VÀ INTERNET GVHD: Th.S Trƣơng Ngọc Anh SVTH: Lâm Nhựt Tân MSSV: 12141200 SVTH: Hồ Quốc Hiếu MSSV: 12141538 Tp. Hồ Chí Minh – 08/2016
3. LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi – Lâm Nhựt Tân và Hồ Quốc Hiếu cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của giảng viên hƣớng dẫn thạc sỹ Trƣơng Ngọc Anh. Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP i
4. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Điện – Điện Tử, trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Qua bốn năm học tập và nghiên cứu tại trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, các thầy, cô truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Thầy Trƣơng Ngọc Anh đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Ngoài ra, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn đồng môn. Các bạn đã góp ý và giới thiệu thêm nhiều nguồn tài liệu tham khảo có giá trị trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn gia đình, những ngƣời thân và bạn bè đã tạo điều kiện tốt và động viên nhóm hoàn thành đề tài. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn! BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
5. TÓM TẮT Thời gian gần đây, để đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lƣợng cuộc sống của con ngƣời mà khoa học kỹ thuật đang có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực điện tử và công nghệ thông tin làm nên nhiều thay đổi tích cực trong đời sống của con ngƣời. Các chip vi xử lý đƣợc thiết kế ngày càng nhỏ gọn nhƣng tiêu thụ điện năng thấp hơn và đƣợc ứng dụng nhiều trong nhiều thiết bị điện tử. Một trong những thiết bị điện tử gần gũi với con ngƣời nhất là điện thoại thông minh (Smartphone), với điện thoại thông minh bạn có thể giải trí, làm việc và tìm hiểu thông tin. Nhờ vào sự phát triển công nghệ mà điện thoại thông minh ngày càng đƣợc tích hợp nhiều chức năng hơn với giá thành càng thấp. Một trong những nhu cầu đó là tạo ra một sản phẩm kiểm tra sức khỏe ngay tại nhà mà không cần phải đến bệnh viện hay các địa điểm thăm khám sức khỏe khác. Nhận thấy tiềm năng phát triển của nhu cầu trên, đặc biệt là việc kết hợp sử dụng điện thoại thông minh để giám sát sức khỏe của cá nhân, nhóm em quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo điện tim, điện cơ và nồng độ oxy trong máu giám sát trên điện thoại dùng Android và Internet”. Đây là cơ hội cho nhóm nghiên cứu việc truyền dữ liệu qua thiết bị thông minh nhờ cáp USB OTG (USB On-The-Go), đồng thời tìm hiểu hệ điều hành Android (hệ điều hành phổ biến nhất trong thế giới điện thoại thông minh hiện nay). Từ đó có thể tạo ra một sản phẩm có thể giám sát sức khỏe cá nhân bằng điện thoại thông minh kết hợp với việc truyền dữ liệu lên Internet. Mặc dù nhóm thực hiện đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong Quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để nhóm thực hiện có thể hoàn thiện đề tài và tạo ra những sản phẩm tốt hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về email: nhuttanlam@gmail.com Nhóm thực hiện đề tài Lâm Nhựt Tân – Hồ Quốc Hiếu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iii
6. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH vi DANH SÁCH BẢNG ix Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU 1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1 1.4. GIỚI HẠN 2 1.5. BỐ CỤC 2 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1. LÝ THUYẾT ĐIỆN TÂM ĐỒ, ĐIỆN CƠ ĐỒ VÀ ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU 3 2.1.1. Điện tâm đồ (ECG) 3 2.1.2. Điện cơ (EMG) 6 2.1.3. Độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) 7 2.2. HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 10 2.2.1. Khái niệm 10 2.2.2. Lịch sử của hệ điều hành Android 10 2.2.3. DELVING với máy ảo DALVIK 11 2.2.4. Kiến trúc của hệ điều hành Android 12 2.2.5. Chu kỳ ứng dụng trên Android 14 2.3. CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 16 2.3.1. Giao tiếp UART 16 2 2.3.2. Chuẩn giao tiếp I C 19 2.3.3. USB OTG (USB ON-THE-GO) 22 Chƣơng 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24 3.1. GIỚI THIỆU 24 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống 24 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iv
7. 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch 25 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 39 Chƣơng 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.1. GIỚI THIỆU 41 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.2.1. Thi công bo mạch 41 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra 42 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 43 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 45 4.4.1. Lƣu đồ giải thuật 45 4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 70 4.5.1. Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng 70 4.5.2. Quy trình thao tác 77 Chƣơng 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 78 5.1. KẾT QUẢ 78 5.2. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 82 Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 84 6.1 KẾT LUẬN 84 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 87 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP v
8. DANH SÁCH HÌNH Hình Trang Hình 2.1. Quãng PR và quãng QT. 3 Hình 2.2. Sơ đồ tim 4 Hình 2.3. Sơ đồ mắc các chuyển đạo. Điện cực đặt ở chân phải là dây nối đất để tránh ảnh hƣởng nhiễu 5 Hình 2.4. Đo điện cơ bên trong 6 Hình 2.5. Đo điện cơ bên ngoài 7 Hình 2.6. Quang phổ hấp thụ của HbO2 và HbO 9 Hình 2.7. Vị trí đặt nguồn sáng và cảm biến 10 Hình 2.8. Cấu trúc stack hệ thống Android 12 Hình 2.9. Activity Stack 15 Hình 2.10. Chu kỳ sống của Activity 17 2 Hình 2.11. Điều kiện START và STOP trong I C 20 Hình 2.12. Dạng địa chỉ 7-bit của thiết bị tớ 20 Hình 2.13. Dạng địa chỉ 10-bit của thiết bị tớ 21 Hình 2.14. Giao thức thiết bị chủ truyền và thiết bị tớ nhận 21 Hình 2.15. Giao thức thiết bị chủ nhận và thiết bị tớ truyền 22 Hình 2.16. USB OTG 23 Hình 3.1. Sơ đồ tổng quát 24 Hình 3.2. Hình ảnh thực tế và sơ đồ kết nối của module AD8232 26 Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc của IC AD8232 27 Hình 3.4. Sơ đồ chân của IC AD8232. 27 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý của IC AD8232. 29 Hình 3.6. Hình ảnh thực tế, sơ đồ chân và của module Muscle Sensor v3 30 Hình 3.7. Sơ đồ chân của IC AD8221 31 Hình 3.8. CMRR của AD8221 so với sán phẩm khác. 31 Hình 3.9. Hình ảnh thực tế, sơ đồ chân và sơ đồ kết nối của cảm biến MAX30100 33 Hình 3.10. Hình ảnh thực tế và sơ đồ kết nối của board Arduino Nano 35 Hình 3.11. Hình ảnh thực tế của vi điều khiển ATMega328 36 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý của ATMega 328 38 Hình 3.13. Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 40 Hình 3.14. Sơ đồ hệ thống 40 Hình 4.1. Sơ đồ đi dây. 41 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP vi
9. Hình 4.2. Mô hình 3D của mạch. 42 Hình 4.3. Sơ đồ bố trí mặt trái, phải (dƣới) 43 Hình 4.4. Sơ đồ bố trí mặt sau, trƣớc (dƣới) 43 Hình 4.5. Sơ đồ bố trí mặt trên 43 Hình 4.6. Mặt trƣớc, sau. 44 Hình 4.7. Mặt trên. 44 Hình 4.8. Hai mặt bên. 44 Hình 4.9. Lƣu đồ chƣơng trình chính. 46 Hình 4.10. Chƣơng trình con giao diện LOGIN. 47 Hình 4.11. Lƣu đồ giao diện điều khiển, tab NEW TESTS 49 Hình 4.12. Tab UTILITIES và tab HISTORY 50 Hình 4.13. Lƣu đồ chƣơng trình con Đổi password. 51 Hình 4.14. Lƣu đồ chƣơng trình con Kiểm tra Database Login. 52 Hình 4.15. Lƣu đồ chƣơng trình con Kiểm tra Database Phone 53 Hình 4.16. Lƣu đồ kiểm tra Database Note. 53 Hình 4.17. Lƣu đồ chƣơng trình con Cảnh báo SAVE 54 Hình 4.18. Lƣu đồ giao diện đo ECG, EMG 55 Hình 4.19. Lƣu đồ giao diện đo SpO2. 56 Hình 4.20. Lƣu đồ chƣơng trình con lƣu trên Google Drive 57 Hình 4.21. Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình chính 58 Hình 4.22. Lƣu đồ chƣơng trình con Heart 59 Hình 4.23. Lƣu đồ chƣơng trình con readSpO2 60 Hình 4.24. Lƣu đồ chƣơng trình con readSpO2 61 Hình 4.25. Lƣu đồ chƣơng trình con startupSpO2 62 Hình 4.26. Download bản cài đặt phần mềm 63 Hình 4.27. Khung giao diện khi cài đặt xong 64 Hình 4.28. Các bƣớc cài driver kết nối PC với arduino 66 Hình 4.29. Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 66 Hình 4.30. Cấu hình board trƣớc khi sử dụng 67 Hình 4.31. Chọn Port. 68 Hình 4.32. Chọn Programmer. 68 Hình 4.33. Chọn biểu tƣợng Explore góc phải phía dƣới màn hình. 72 Hình 4.34. Click biểu tƣợng Insert chart. 72 Hình 4.35. Chọn Advanced edit 73 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP vii
10. Hình 4.36. Chọn Use column E as labels. 73 Hình 4.37. Giao diện tab Customization 74 Hình 4.38. Điền tên biểu đồ vào ô Title. 74 Hình 4.39. Điều chỉnh trục ngang. 75 Hình 4.40. Điều chỉnh trục đứng. 75 Hình 4.41. Ấn Update để hoàn tất. 76 Hình 4.42. Kết quả SpO2. 76 Hình 5.1. Mạch sau khi lắp ráp các module với Arduino Nano. 79 Hình 5.2. Sản phẩm hoàn tất đã đóng hộp. 80 Hình 5.3. Hình dạng sóng ECG hiển thị trên màn hình điện thoại. 80 Hình 5.4. Dữ liệu SpO2 hiển thị trên màn hình điện thoại. 80 Hình 5.5. Giao diện khi nhấn nút SAVE, và tiến trình gởi dữ liệu khi chọn ô Also save on Google Drive. 81 Hình 5.6. Giao diện Google Drive chứa dữ liệu. 81 Hình 5.7. Biểu diễn đồ thị trên Google Drive. 81 Hình 5.8. Kết quả đo điện tim của máy PRIMEDIC DEFIMONITOR EVO™ 83 Hình 5.9. Máy đo điện cơ của hãng Allengers 83 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP viii
11. DANH SÁCH BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1. Các sự kiện trong một chu kỳ ứng dụng 16 Bảng 3.1. Chân kết nối và chức năng từng chân. 26 Bảng 3.2. Chức năng các chân IC AD8232. 27 Bảng 3.3. Chân kết nối và chức năng từng chân. 30 Bảng 3.4. Tên và chức năng các chân của IC AD8221 32 Bảng 3.5. Tên và chức năng các chân của cảm biến MAX30100 33 Bảng 3.6. So sánh chức năng giữa các vi điều khiển so với yêu cầu đề tài 34 Bảng 3.7. Một vài thông số của Arduino Nano 35 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện. 42 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ix
12. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Với nhu cầu thông tin ngày càng tăng của con ngƣời, mạng Internet đã ra đời để đáp ứng nhu cầu đó. Hiện nay, mạng Internet đã trở nên phố biến trên toàn cầu và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ và ứng dụng việc thông tin qua mạng Internet ngày càng tiện lợi, tiết kiệm thời gian, đảm bảo an toàn, bảo mật và tiết kiệm chi phí đƣợc sử dụng. Với chất lƣợng mạng viễn thông nhƣ hiện nay đã tạo điều kiện cho các ứng dụng về truyền và nhận dữ liệu từ xa ngày càng phát triển. Song song với đó nhu cầu về kiểm tra sức khỏe tại nhà cũng ngày càng đƣợc quan tâm hơn. Thực tế ở nƣớc ta cho thấy rằng việc đi đến bệnh viện để kiểm tra sức khỏe mất khá nhiều thời gian và công sức. Thay vào đó, việc kiểm tra sức khỏe ngay tại nhà và bác sỹ có thể kiểm tra thông qua mạng Internet là một nhu cầu cần thiết. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sản phẩm điện thoại thông minh trở nên rất thông dụng. Với giá thành ngày càng hạ và chức năng không ngừng đƣợc nâng cao, nó dần trở thành một thiết bị không thể thiếu của mỗi gia đình. Cho nên, việc kiểm tra sức khỏe thông qua điện thoại thông minh là một ý tƣởng hay và khả thi. Thấy đƣợc điều đó nhóm em quyết định thực hiện đề tài này. 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu chính của đề tài là đọc dữ liệu từ các module đo điện tim, điện cơ, nồng độ Oxy trong máu hiển thị lên màn hình điện thoại Android. Có thể lƣu trữ kết quả đo trong bộ nhớ điện thoại và gửi đƣợc kết quả đo lên Google Drive để tiện theo dõi từ xa. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Thiết kế giao diện đo trên ứng dụng Android. - Gửi dữ liệu lên Google Drive từ ứng dụng Android. - Lập trình khối đo điện cơ ( EMG - Electromyography). - Lập trình khối đo điện tim sử dụng (ECG - Electrocardiography). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
13. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN - Lập trình khối đo nồng độ bão hòa Oxy trong máu. 1.4. GIỚI HẠN - Sử dụng từng mạch đo có sẵn để lập trình. - Giám sát kết quả đo qua giao diện trên Android và trên Google Drive. - Gửi kết quả đo vào địa chỉ Google Drive đã đƣợc cài đặt trƣớc. 1.5. BỐ CỤC - Chƣơng 1: Tổng Quan. Chƣơng này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục của đồ án. - Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chƣơng này trình bày cơ sở lý thuyết của board Arduino, điện tâm đồ (ECG), điện cơ đồ (EMG), độ bão hòa oxy trong máu (SpO2), hệ điều hành Android. Trình bày tổng quan về các module AD82832, Muscle Sensor v3 và CJMCU-30100, lý thuyết các chuẩn giao tiếp UART, I2C. - Chƣơng 3: Tính Toán Thiết Kế. Chƣơng này trình bày các yêu cầu, lý do và lựa chọn linh kiện cho hệ thống. Trình bày sơ đồ kết nối của toàn hệ thống. - Chƣơng 4: Thi Công Hệ Thống Chƣơng này gồm các phần chính: thi công hệ thống, đóng gói và thi công hệ thống, lập trình hệ thống. - Chƣơng 5: Kết Quả, Nhận Xét Và Đánh Giá. Chƣơng này trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu của toàn bộ đề tài, đánh giá những sai số, độ ổn định của hệ thống. - Chƣơng 6: Kết Luận Và Hƣớng Phát Triển. Chƣơng này trình bày ngắn gọn những kết quả đã thu đƣợc, hƣớng phát triển của đề tài đã làm để làm tăng khả năng của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
14. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. LÝ THUYẾT ĐIỆN TÂM ĐỒ, ĐIỆN CƠ ĐỒ VÀ ĐỘ BÃO HÒA OXY TRONG MÁU 2.1.1. Điện tâm đồ (ECG) Điện tâm đồ (Electrocardiography, viết tắt ECG hoặc EKG) là quá trình ghi lại hoạt động điện của tim trong một khoảng thời gian sử dụng các điện cực đặt trên da. Những điện cực phát hiện những thay đổi điện nhỏ trên da do tim phát ra trong hoạt động co bóp. Điện lực rất nhỏ, chỉ tính bằng milivôn. Điện tâm đồ (ECG) đƣợc chia ra làm 2 quãng cơ bản đó là quãng PR và quãng QT nhƣ hình 2.1 [1] bên dƣới: Hình 2.1. Quãng PR và quãng QT. a. Quãng PR Quãng PR là hình dạng sóng đầu tiên đƣợc tạo ra bởi một xung điện đi từ Tâm nhĩ phải sang Tâm nhĩ trái. Vì vậy Tâm Nhĩ Phải là nơi đầu tiên thấy đƣợc xung điện. Xung điện gây ra hiện tƣợng khử cực ở đây. Kích Tâm Nhĩ Phải co lại và hút máu đã khử hết Oxy từ cả 2 đƣờng là Tĩnh mạch chủ trên và Tĩnh mạch chủ dƣới vào Tâm thất phải. Khi xung điện đi qua đỉnh tim nó sẽ kích cho Tâm nhĩ trái co lại. Tâm nhĩ trái có nhiệm vụ mang máu chứa Oxy từ phổi vào Tâm thất trái BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
15. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT thông qua các Tĩnh mạch phổi trái và phải. Các tĩnh mạch trong hình 2 có màu đỏ tƣợng trƣng cho việc vận chuyển máu có Oxy. b. Quãng QT QRS là tiến trình phức tạp. Trong quãng QRS, cả hai Tâm thất trái và phải bắt đầu bơm. Tâm thất phải bơm máu hết Oxy vào phổi thông qua các động mạch trái và phải. Các động mạch trong hình 2 có màu xanh tƣợng trƣng cho việc vận chuyển máu hết Oxy. Tâm thất trái cũng bắt đầu bơm máu mới (có chứa Oxy) vào động mạch chủ vào phần còn lại của cơ thể. Kết thúc sự co bóp này đoạn ST xuất hiện. Đoạn ST khá lặng bởi vì đó là lúc các tâm thất đợi để đƣợc tái phân cực. Cuối cùng, sóng T xuất hiện báo hiệu việc tái phân cực, hoặc nới lỏng các tâm thất. Hình 2.2 [1] bên dƣới là sơ đồ tim: Hình 2.2. Sơ đồ tim c. Hệ thống các chuyển đạo Cơ thể con ngƣời là một môi trƣờng dẫn điện, vì thế dòng điện do tim phát ra đƣợc truyền đi khắp cơ thể, biến cơ thể thành điện trƣờng của tim. Nếu đặt 2 điện cực lên bất cứ điểm nào đó của điện trƣờng này, ta thu đƣợc dòng điện thể hiện điện thế giữa hai điểm đó gọi là chuyển đạo hay đạo trình (Lead). Nó thể hiện trên máy ghi bằng một đƣờng cong điện tâm đồ có hình dạng khác nhau tuỳ thuộc vị trí đặt điện cực. Do đó cần thiết phải qui chuẩn vị trí đặt điện cực để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất.[2] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
16. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hiện nay ngƣời ta đặt điện cực theo 12 cách thu đƣợc 12 chuyển đạo thông dụng gồm 3 chuyển đạo mẫu, 3 chuyển đạo đơn cực các chi và 6 chuyển đạo trƣớc tim. Tại mỗi chuyển đạo ta đƣợc một dạng sóng điện tim đồ khác nhau. Ở đây chỉ đề cập đến chuyển đạo mẫu nhƣ sau: còn gọi là các chuyển đạo lƣỡng cực các chi hay lƣỡng cực ngoại biên. Vì cả hai điện cực của chúng đều là những điện cực thăm dò, đƣợc đặt nhƣ hình 2.3 [2] sau: Chuyển đạo I: điện cực âm ở cổ tay phải, điệc cực dƣơng ở cổ tay trái, gọi là chuyển đạo I, viết tắt là D1. Chuyển đạo II: Điện cực âm ở cổ tay phải, dƣơng ở cổ chân trái, gọi đó là chuyển đạo 2 viết tắt là D2. Chuyển đạo III: Điện cực âm ở tay trái, điện cực dƣơng ở chân trái., gọi đó là chuyển đạo 3, viết tắt là D3. Hình 2.3. Sơ đồ mắc các chuyển đạo. Điện cực đặt ở chân phải là dây nối đất để tránh ảnh hƣởng nhiễu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
17. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.2. Điện cơ (EMG) a. Khái niệm Đo điện cơ là một kỹ thuật ghi lại hoạt động điện của cơ. Khi cơ hoạt động sẽ sinh ra dòng điện. Dòng điện này thƣờng tỉ lệ với mức độ hoạt động của cơ. Đo điện cơ còn đƣợc gọi là điện cơ đồ. Đo điện cơ có thể đƣợc dùng để phát hiện bất thƣờng hoạt động điện của cơ xảy ra ở bất kỳ bệnh lý nào bao gồm bệnh loạn dƣỡng cơ, viêm cơ, bệnh thần kinh gây đau, tổn thƣơng thần kinh ngoại biên ( tổn thƣơng thần kinh cẳng tay, chân ), xơ cứng cột bên teo cơ ( còn gọi là bệnh Lou Gehrig ), nhƣợc cơ, thoát vị đĩa đệm và các bệnh khác. Đo điện cơ thƣờng đƣợc thực hiện khi ngƣời bệnh bị yếu cơ mà không giải thích đƣợc. Đo điện cơ giúp phân biệt giữa bệnh cơ mà trong đó nguyên nhân gây bệnh xuất phát từ cơ và yếu cơ do rối loạn thần kinh. Đo điện cơ cũng có thể sử dụng để phát hiện yếu cơ thật sự, ngƣợc với yếu cơ do đau làm ngƣời bệnh không dám cử động nhiều. b. Các loại đo điện cơ Có 2 kiểu đo điện cơ là đo điện bên trong cơ và đo điện ở bề mặt da. Đo điện bên trong cơ (là cách thƣờng dùng nhất) (hình 2.4), cắm một kim điện cực xuyên qua da vào bên trong cơ để đo hoạt động điện. Hình 2.4. Đo điện cơ bên trong Đo điện cơ ở bề mặt (hình 2.5) bằng cách đặt một điện cực lên bề mặt da (mà không cắm điện cực vào sâu bên trong cơ) để đo hoạt động điện của cơ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
18. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đo điện bên trong cơ là dạng cổ điển của đo điện cơ trên bề mặt. Hình 2.5. Đo điện cơ bên ngoài 2.1.3. Độ bão hòa oxy trong máu (SpO2) a. Sự vận chuyển khí oxy của máu Oxy là một nguyên tố rất cần cho sự sống. Đối với cơ thể ngƣời, oxy cần cho quá trình hô hấp, cho các quá trình oxy hóa xảy ra bên trong cơ thể. Một trong những chức năng của máu là đối vơi cơ thể là vận chuyển. Máu vận chuyển các chất dinh dƣỡng, khí oxy từ phổi đến các mô, cacbon dioxyt từ các mô đến phổi, Khí oxy đƣợc vận chuyển theo máu thông qua hai dạng: hòa tan và kết hợp với hemoglobin (hemoglobin là một protein kết lại trong hồng cầu). Dạng hòa tan: Khả năng hòa tan của oxy trong máu rất nhỏ so với lƣợng oxy vận chuyển ở dạng kết hợp cung cấp cho mô. Dạng kết hợp: khí oxy đƣợc vận chuyển trong máu ở dạng kết hợp là kết quả của một loạt các phản ứng thuận nghịch xảy ra giữa oxy và hemoglobin (Hb) để tạo thành Oxyhemoglobin (HbO2). Sự kết hợp giữa oxy và hemoglobin tỉ lệ thuận với phân áp của oxy trong máu. Khi oxy trong máu tăng dần từ 0 – 100mmHg, tỷ lệ % hòa tan của HbO2 cũng tăng dần tới 97%. Ngƣợc lại, khi phân áp oxy giảm từ 100 – 0 mmHg thì tỷ lệ % bão hòa của HbO2 cũng giảm dần theo thứ tự đó. Nồng độ bão hòa oxy trong máu: do khí oxy vận chuyển dƣới dạng hòa tan rất nhỏ so với dạng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
19. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT kết hợp nên nồng độ bão hòa oxy trong máu chủ yếu đƣợc xác định bởi tỷ lệ % hòa tan của HbO2.[4] b. Các phƣơng pháp đo nồng độ oxy trong máu Có nhiều phƣơng pháp đo nồng độ oxy trong máu, các phƣơng pháp phổ biến bao gồm: Phƣơng pháp dùng điện cực oxy. Phƣơng pháp cộng hƣởng điện tử từ tính. Phƣơng pháp chụp tia pozitron. Phƣơng pháp Pulse Oxymetry. Phƣơng pháp đo Pulse Oxymetry là phƣơng pháp đo dựa vào xung nhịp tim, phƣơng pháp có các ƣu điểm sau: - Biết ngay kết quả đo. - Chỉ cần một thao tác đo. - Cách thức đo đơn giản và không hề xâm phạm cơ thể. - Độ tin cậy khá cao. Do đó nội dung của đồ án sẽ tập trung vào phƣơng pháp này. c. Nguyên lý Pulse Oxymetry về hấp thụ ánh sáng của máu Hai dạng chủ yếu của hemoglobin có trong máu mà ảnh hƣởng nhiều nhất đối với ánh sáng là oxyhemoglobin (HbO2) và reducoxyhemoglobin (Hb), HbO2 và Hb có quang phổ hấp thụ khác nhau với các bƣớc sóng ánh sáng khác nhau. Mức độ bão hòa oxy trong máu thƣờng đƣợc quy về SaO2 hoặc SpO2 và đƣợc định nghĩa là tỷ số của oxyhemoglobin và tổng số hemoglobin trong máu (oxyhemoglobin + reducoxyhemoglobin). Nồng độ bão hòa oxy trong máu trong động mạch là một thông số đƣợc đo với oxymetry và thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng tỉ lệ phần trăm (%). Dƣới điều kiện sinh học bình thƣờng, máu trong động mạch có độ bão hòa khoảng 97%, trong khi đó máu tĩnh mạch có độ bão hòa 75%.[4] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8
20. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nhƣ hình 2.6, ta có thể thấy đƣợc với hai bƣớc sóng, một là tia đỏ bƣớc sóng khoảng 700nm, hai là tia hồng ngoại với bƣớc sóng khoảng 900nm thì hệ số hấp thụ của Hb và HbO2 đối với hai bƣớc sóng này sẽ khác nhau. Hb hấp thụ nhiều tia đỏ và hấp thụ ít tia hồng ngoại, ngƣợc lại, HbO2 hấp thụ nhiều tia hồng ngoại và hấp thụ ít tia đỏ (hình 2.6). Do đó, hệ số hấp thụ của máu đối với hai bƣớc sóng này cũng sẽ khác nhau và mức độ sai khác phụ thuộc vào nồng độ bão hòa oxy trong máu. Nhƣ vậy khi chiếu hai tia đỏ và tia hồng ngoại qua vùng cơ thể có động mạch thì có thể xác định đƣợc nồng độ bão hòa của oxy trong máu.[4] Hình 2.6. Quang phổ hấp thụ của HbO2 và HbO Với phƣơng pháp này, hai tia đỏ và hồng ngoại đặt sát trên đầu ngón tay ngƣời bệnh, các tia sáng truyền qua đầu ngón tay đƣợc một photodiode bên dƣới thu nhận. Với hai tín hiệu của tia đỏ và hồng ngoại nhận đƣợc ta hoàn toàn tính đƣợc độ bão hòa của oxy trong động mạch. Do sự hấp thụ của máu trong tĩnh mạch, xƣơng, da và mô là không đổi, chỉ có sự hấp thu của máu trong động mạch là thay đổi nên ta có thể tách bỏ phần tín hiệu không đổi, giữ lại thành phần biến đổi, thành phần này mới mang thông tin. Khi co bóp, máu đƣợc dồn nén mạnh với tần số đúng bằng tần số của tim, do tác BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9
21. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT động này của tim nên mức độ tập trung của HbO2 và Hb cũng thay đổi theo, do đó độ hấp thụ ánh sáng của máu thay đổi và cƣờng độ ánh sáng truyền qua cũng thay đổi. Hình 2.7 mô tả vị trí đặt tay vào nguồn sáng.[4] Hình 2.7. Vị trí đặt nguồn sáng và cảm biến 2.2. HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 2.2.1. Khái niệm Android là hệ điều hành di động mã nguồn mở miễn phí do Google phát triển dựa trên nền tảng Linux. Bất kì một hãng sản xuất phần cứng nào cũng đều có thể tự do sử dụng hệ điều hành Android cho thiết bị của mình, miễn là thiết bị ấy đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn cơ bản do Google đặt ra (có cảm ứng chạm, GPS, 3G, ).[5] 2.2.2. Lịch sử của hệ điều hành Android Ban đầu, Android là hệ điều hành cho các thiết bị cầm tay dựa trên lõi Linux do công ty Android Inc. (California, Mỹ). Công ty này sau đó đƣợc Google mua lại vào năm 2005 và bắt đầu xây dựng Android Platform. Các thành viên chủ chốt hiện tại ở Android Inc. gồm có : Andy Rubin, Rich Miner, Nick Sears and Christ White. Và sau tiếp, vào cuối năm 2007, thuộc về liên minh Thiết bị Cầm tay Mã nguồn mở (Open Handset Alliance) gồm các thành viên nổi bật trong ngành viễn thông và thiết bị cầm tay nhƣ: Texas Instruments, Broadcom Corporation, Google, HTC, Intel, LG, Marvell Technology Group, Motorola, Nvidia, Qualcomm, Samsung Electronics, Sprint Nextel, T-Mobile, ARM Holdings, Atheros Communications, Asustek Computer Inc, Garmin Ltd, Softbank, Sony Ericsson, Toshiba Corp, and Vodaphone Group, BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 10
22. S K L 0 0 2 1 5 4