Thiết kế và thi công hệ thống mạng không dây để theo dõi tín hiệu điện tim (ECG) với thời gian thực

Nhóm tác giả Cù Gia Huy, Nguyễn Hoàng Tuấn và Nguyễn Thanh Tâm (sinh viên Trường đại học quốc tế - Đại học quốc gia TP.HCM) đã thiết kế hệ thống đo điện tâm đồ không dây, có thể thu nhận tín hiệu ECG trong thời gian thực trên 4 chuyển đạo tim, bao gồm 3 chuyển đạo chi và 1 chuyển đạo ngực...

Hiện nay, bệnh tim mạch là nguyên nhân chính gây tử vong ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Theo báo cáo của Tổ chức y tế thế giới, có khoảng 17,3 triệu người chết do bệnh tim mạch vào năm 2008, chiếm khoảng 30% tổng số người tử vong toàn cầu và con số này được dự đoán tăng đến 23 triệu người vào năm 2030. Liên đoàn Tim mạch thế giới (WHF) ước tính tỉ lệ người mắc bệnh tim mạch ở Việt Nam vào năm 2017 có thể lên đến 20%. Tuy nhiên, nhiều bệnh nhân mắc bệnh tim mạch có thể tránh khỏi tử vong nếu được chẩn đoán sớm và điều trị kịp thời. Sự phát triển của công nghệ truyền thông, đặc biệt trong lĩnh vực mạng không dây đã đưa đến nhiều giải pháp mới cho việc điều trị các bệnh tim mạch và điện tâm đồ (ECG) là phương pháp hiệu quả và thông dụng nhất giúp chẩn đoán chính xác bệnh.

Tính đến thời điểm hiện tại, nhiều thiết bị ECG lưu động đã được nghiên cứu và thương mại hóa như thiết bị Holter ECG truyền thống của GE, Phillips. Trong khi đó, những hệ thống Holter ECG hiện nay tại Việt Nam phần lớn còn lạc hậu và đắt tiền. Các phương thức truyền nhận tín hiệu đa phần dựa trên việc lưu trữ và sao chép từ thẻ nhớ SD. Vấn đề cốt lõi chính là Việt Nam chưa sản xuất được một hệ thống đo ECG lưu động chính thức có thể truyền nhận và quản lý tín hiệu không dây.

Xuất phát từ thực tế trên, nhóm tác giả Cù Gia Huy, Nguyễn Hoàng Tuấn và Nguyễn Thanh Tâm (sinh viên Trường đại học quốc tế - Đại học quốc gia TP.HCM) đã thiết kế hệ thống đo điện tâm đồ không dây trên thời gian thực bao gồm một thiết bị đo nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng, giá thành thấp và một hệ thống truyền nhận tín hiệu không dây thông qua Bluetooth Low Energy và Internet. Tín hiệu thu nhận từ hệ thống được đối chứng với máy đa ký giấc ngủ. Tất cả kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng hệ thống có tính chính xác cao, thời gian hoạt động trong 2 ngày và đáp ứng trên thời gian thực.

Đại diện nhóm tác giả, bạn Cù Gia Huy cho biết, thiết bị có thể thu nhận tín hiệu ECG trong thời gian thực trên 4 chuyển đạo tim, bao gồm 3 chuyển đạo chi và 1 chuyển đạo ngực. Tín hiệu thu nhận được sau đó sẽ được truyền đến smartphone thông qua giao thức Bluetooth Low Energy (hay còn gọi là Bluetooth 4.0). Thời gian hoạt động tối đa của thiết bị là 2 ngày. Lúc này, tín hiệu nhận được trên smartphone được truyền đến cơ sở dữ liệu của máy chủ thông qua mạng Internet. Bên cạnh đó, một hệ thống quản lý sức khỏe từ xa dược thiết lập trên điện thoại Android và máy laptop Window sử dụng trong việc lưu và trả tín hiệu về các máy con (xem hình).

Thiết bị giúp các bệnh viện hoặc trung tâm chăm sóc sức khỏe tập trung vào việc phát triển các dịch vụ chăm sóc sức khỏe từ xa, cũng như theo dõi tình trạng sức khỏe bệnh nhân trong thời gian thực. Bên cạnh đó việc thiết kế phần cứng theo hướng gọn, nhẹ, hoạt động lâu làm tăng tính linh động và thoải mái cho bệnh nhân trong hoạt động thường nhật. Để kiểm định chất lượng hệ thống, tín hiệu thu nhận được so sánh trực tiếp với máy đo đa ký giấc ngủ. Tín hiệu ghi nhận bao gồm 2 loại: tín hiệu giả lập từ máy giả lập đa thông số MPS450 của hãng Fluke và tín hiệu thu nhận từ bệnh nhân.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, nhóm đã thiết kế thành công một hệ thống đo điện tâm đồ hoàn chỉnh từ phần cứng, phần dẻo và phần mềm. Thiết bị được thiết kế theo tiêu chuẩn phù hợp với mục đích dễ mang trên người và hoạt động trong thời gian tối đa 2 ngày. Hệ thống đã được kiểm nghiệm trên cả máy giả lập và bệnh nhân thật với độ tương đồng cao so với thiết bị đạt chuẩn y tế. Hệ thống thử nghiệm truyền tín hiệu trên thời gian thực với độ trễ không quá 30 giây. Kết quả trên cũng cho thấy đây là hệ thống có tính ứng dụng và khả năng đưa vào sử dụng lâm sàng cao.

Về hướng phát triển tiếp theo của thiết bị trong thời gian tới, bạn Gia Huy cho biết, trong tương lai gần, phiên bản phần cứng đang được thiết kế với hình dáng gọn nhẹ và không sử dụng dây cáp ngoài. Phần mềm hệ thống cũng đang đi vào kế hoạch nâng cấp nhằm khắc phục những lỗi truyền tín hiệu không dây và độ trễ trong quá trình truyền nhận. Đồng thời, những thuật toán dành cho việc xử lý chẩn đoán và dự đoán cũng đang được phát triển trên nền tảng hệ thống.

Nguồn: Khoa học phổ thông