A utiliza¸c˜ao de uma habita¸c˜ao dotada de v´arios sensores e actuadores conectados a um gateway, pode oferecer apoio `a popula¸c˜ao idosa, melhorando efectivamente a qualidade de vida, e ao mesmo tempo ajudar os assistentes de sa´ude, tanto familiares como profissionais.
Assim, ´e poss´ıvel monitorizar em tempo real os pacientes de forma remota, atrav´es de um conjunto de sensores de bio-telemetria, electrocardiograma, press˜ao arterial, oximetria de pulso, frequˆencia respirat´oria e temperatura corporal, podendo ainda utilizar alguns sensores j´a utilizados na ´area da automa¸c˜ao residencial que permitem ajudar na identifica¸c˜ao de determinados estados ou situa¸c˜oes em que os utilizadores se encontram.
No entanto, v´arios desenvolvimentos tˆem surgido com o objectivo de tornar esta vis˜ao em realidade, Han´ak et al. (2007);Tak´acs and Han´ak (2007) descreve-nos um trabalho que visa proporcionar um conjunto de funcionalidades integradas, desde
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a monitoriza¸c˜ao de sa´ude `a distancia (tele-monitoriza¸c˜ao), avalia¸c˜ao psicol´ogica e humor, e de incentivo `a pratica de exerc´ıcio f´ısico e de relaxamento para pessoas idosas nas suas pr´oprias habita¸c˜oes.
A plataforma proposta foi idealizada de forma a ser medicamente confi´avel, precisa e de f´acil utiliza¸c˜ao, para gerir e acompanhar a sa´ude dos residentes. Para tal, foi utilizado um conjunto de sensores que enviam dados e informa¸c˜oes para um controlador port´atil (gateway), que colecta e processa a informa¸c˜ao. Possui ainda a capacidade de proporcionar aconselhamentos de sa´ude, como dietas alimentares e exerc´ıcio f´ısico, tudo isto atrav´es de uma liga¸c˜ao transparente entre o paciente e o seu assistente de sa´ude.
O sistema apresentado por Han´ak et al. (2007) ´e constitu´ıdo por um conjunto de sensores de monitoriza¸c˜ao de sa´ude, que est˜ao colocados na habita¸c˜ao do paciente, e comunicam directamente com um controlador port´atil atrav´es de tecnologias de r´adio e USB. O sistema foi projectado de forma a suportar dispositivos de v´arias tecnologias wireless, tais como, ZigBee, 900MHz e Bluetooth (Fig. 2.5), tornando a plataforma dinˆamica e independente de qualquer padr˜ao wireless em especial.
Figura 2.5– Diagrama do sistema. (Han´ak et al.,2007)
O centro da plataforma, ´e constitu´ıda por um controlador port´atil (UMPC Asus
R2H ), ligado a um telem´ovel, e tem como principal fun¸c˜ao processar os dados pro-
redes de dados 3G e Wi-Fi. A informa¸c˜ao recolhida ´e transmitida para uma base de dados central, para que o paciente possa ser avaliado e acompanhado remotamente por pessoal m´edico.
Afim de recolher as informa¸c˜oes sobre o estado fisiol´ogico dos pacientes, foi utilizado um conjunto de dispositivos espalhados pela habita¸c˜ao, que permitem monitorizar os seus parˆametros vitais e condi¸c˜ao f´ısica, inclui sensores de medi¸c˜ao do peso e temperatura corporal, press˜ao arterial, glicemia, oximetria, respira¸c˜ao e actividade card´ıaca atrav´es de sensores de ECG de baixo custo. Existe ainda uma bra¸cadeira para acopular ao corpo do paciente, que possui um bot˜ao que ao ser pressionado, automaticamente notifica o sistema e imediatamente chama uma ambulˆancia ao local.
Para ajudar os idosos a manter uma boa forma f´ısica e cognitiva, o sistema foi do- tado de um conjunto de jogos interactivos, que incentivam `a realiza¸c˜ao de exerc´ıcios cognitivos, avalia¸c˜ao do humor e exerc´ıcios f´ısicos. Oferece ainda a capacidade de transmiss˜ao de ´audio e v´ıdeo, que permite ao paciente a possibilidade de realizar videoconferˆencias com os seus familiares ou m´edicos, e dessa forma possibilitar que se sinta mais integrado na sociedade. No centro do sistema, o controlador port´atil ´e capaz de executar v´arias aplica¸c˜oes em simultˆaneo e garantir a interliga¸c˜ao dos sensores, espalhados pela casa, com o mundo exterior. Possui um ecr˜a t´actil para in- terface com o utilizador que se combina perfeitamente com o ambiente da habita¸c˜ao, funcionando como uma moldura digital que ganha vida quando necess´ario.
Para conectar a casa ao mundo exterior foi utilizada a tecnologia Wi-Fi, que funciona no seu interior fornecendo um canal de elevada capacidade, para transportar v´ıdeo em tempo real e grandes ficheiros de dados, a fim de sustentar os servi¸cos interactivos. O dispositivo GSM fornece a conectividade m´ovel 3G e proporciona a liberdade para o utilizador poder sair de casa e continuar a usufruir dos servi¸cos fornecidos.
O controlador central do sistema (UMPC) recolhe os dados continuamente dos sen- sores biom´edicos e fisiol´ogicos sem fios, tra¸cando um gr´afico no ecr˜a que pode ser consultado pelo paciente, estes dados s˜ao automaticamente enviados para a base de
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dados central de monitoriza¸c˜ao, onde um sistema de diagn´ostico inteligente contendo regras criadas por especialistas da ´area, avalia os dados, e com base nos resultados da an´alise, o sistema pode alertar o m´edico, para que este inspeccione os dados manualmente. O sistema possui ainda algoritmos inteligentes para monitorizar os padr˜oes de actividades rotineiras a fim de detectar anomalias.
Em Escriche (2009) ´e descrito outro projecto AAL bastante completo denominado de CAALYX (Complete Ambient Assisted Living Experiment) que foi financiado pela Comiss˜ao Europeia, e tem como principal objectivo aumentar a autonomia e autoconfian¸ca da popula¸c˜ao idosa, atrav´es de um dispositivo transport´avel para medir alguns sinais vitais. Este tem a capacidade de detectar quedas, localizar e informar, automaticamente e em tempo real, o prestador de cuidados de sa´ude das situa¸c˜oes de emergˆencia. Quando surge uma situa¸c˜ao adversa, o sistema emite um alerta para o sistema de emergˆencia, que contem um relat´orio com a condi¸c˜ao cl´ınica e a posi¸c˜ao geogr´afica do utilizador.
Este projecto ´e composto por trˆes servi¸cos principais (Fig.2.6), o Servi¸co de Moni- toriza¸c˜ao M´ovel, que recolhe os sinais vitais essenciais, detecta situa¸c˜oes de queda e facilita a comunica¸c˜ao de forma eficaz com os seus familiares, durante uma situa¸c˜ao de emergˆencia quando este se encontra no exterior do seu ambiente dom´estico.
O Servi¸co de Monitoriza¸c˜ao Dom´estica, que tem como fun¸c˜ao monitorizar os pacientes na sua habita¸c˜ao e mantˆe-los em contacto com os seus familiares e assis- tentes de sa´ude, oferece ainda servi¸cos de comunica¸c˜ao por internet como televis˜ao e telefone.
Por ´ultimo, o Servi¸co de Apoio ao Idoso oferece monitoriza¸c˜ao simultˆanea a um n´umero de idosos por pessoal especializado de forma eficiente. Quando um problema ocorre, o assistente respons´avel pode decidir se o problema ´e grave ao ponto de necessitar de servi¸co de emergˆencia.
O sistema ´e constitu´ıdo por um conjunto de sensores inteligentes sem fios Bluetooth, uns espalhados pela habita¸c˜ao e outros colocados no corpo do paciente, formando
Figura 2.6– Diagrama do sistema CAALYX. (CAALYX,2010).
uma rede de ´area corporal (BAN). A informa¸c˜ao recolhida ´e enviada para um com- putador pessoal (PC) que regista e analisa os parˆametros do paciente, como ECG, peso e temperatura corporal, press˜ao arterial, entre outros.
Quando o paciente se encontra no exterior, ´e monitorizado por um dispositivo trans- port´avel (WLD - Wearable Light Device) (Fig. 2.7(a)) e um telem´ovel com GPS (Fig. 2.7(b)) (Boulos et al., 2007). O dispositivo transport´avel possui um conjunto de sensores fisiol´ogicos (ECG, temperatura corporal, frequˆencia respirat´oria, entre outros), um aceler´ometro para a detec¸c˜ao de quedas e um bot˜ao de pˆanico.
Os parˆametros vitais s˜ao avaliados e analisados, quando detectada uma situa¸c˜ao de emergˆencia ou uma queda, o assistente de sa´ude ´e informado sobre a situa¸c˜ao e a localiza¸c˜ao do paciente, atrav´es da rede GSM. O dispositivo WLD funciona como um perif´erico, complementando as funcionalidades fornecidas pelo terminal GSM, para a comunica¸c˜ao entre ambos foi utilizada uma liga¸c˜ao sem fios por Bluetooth (Boulos et al., 2009).
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(a) Dispositivo transport´avel (WLD ) (b) Telefone m´ovel com GPS
Figura 2.7 – Dispositivo transport´avel e telem´ovel com GPS. (Boulos et al.,2009)
de um conjunto de dispositivos de ´areas t˜ao distintas, como automa¸c˜ao residencial, electrodom´esticos, dispositivos m´edicos, electr´onica de consumo e telecomunica¸c˜oes, que possuem mercados distintos, oferecendo produtos que utilizam padr˜oes e tecno- logias diferentes. No entanto, ´e essencial que os dispositivos, produtos e servi¸cos de diferentes fornecedores comuniquem entre si, tornando a interoperabilidade entre os diversos sistemas uma quest˜ao importante.
Anteriormente, os dispositivos electr´onicos comerciais eram auto-suficientes, n˜ao tendo capacidade de comunicar com outros, por falta de tecnologia para tal, ou muitas vezes por n˜ao ser necess´ario. Nos ´ultimos anos assistiu-se a um crescente aumento de aparelhos dom´esticos, que possuem meios de comunica¸c˜ao integrados, no entanto com diferentes tecnologias.
A falta de coordena¸c˜ao e padroniza¸c˜ao entre os fabricantes de dispositivos tem limi- tado o progresso dos sistemas de apoio `a sa´ude. De forma a resolver este problema foi constitu´ıda em 2006 a Continua Health Alliance que tem como objectivo promover um ecossistema de dispositivos de sa´ude interoper´aveis. Tem como fun¸c˜ao definir as orienta¸c˜oes t´ecnicas, tais como a escolha de padr˜oes e tecnologias que devem ser utilizadas, de forma a proporcionar aos fabricantes as informa¸c˜oes necess´arias para desenvolver dispositivos m´edicos interoper´aveis entre si. Permitindo compartilhar
com mais facilidade informa¸c˜oes valiosas com os assistentes e prestadores de servi¸cos de sa´ude. Neste momento possui mais de 200 organiza¸c˜oes membro e tem feito progressos significativos, levando `a aprova¸c˜ao de uma variedade de novos produtos.
Portanto, o principal objectivo neste momento do AAL, ´e conseguir a interope- rabilidade entre os diversos dispositivos e tecnologias existentes, para que possam trabalhar em conjunto, e desta forma oferecer ao utilizador a perspectiva de um sis- tema compacto que colecta as informa¸c˜oes de diversos subsistemas e se necess´ario, ser capaz de fornecer informa¸c˜oes e apoio aos utilizadores (Broek, 2009).
3
Tecnologia de suporte para o
Ambient Assisted Living
Os sistemas AAL requerem a interoperabilidade de um conjunto de tecnologias dis- tintas. Juntas formam um sistema compacto que possibilitam a monitoriza¸c˜ao, tanto de parˆametros fisiol´ogicos como ambientais, e a possibilidade de transmiss˜ao dos dados, para um gateway residencial e se necess´ario para o exterior. Este cap´ıtulo, inicia-se com uma descri¸c˜ao sobre a importˆancia das redes de sensores sem fios, nes- tes tipo de ambientes de assistˆencia remota, em seguida apresenta-se e comparam-se algumas tecnologias de r´adio frequˆencia de baixa potˆencia, dispon´ıveis no mercado, que possibilitam a cria¸c˜ao deste tipo de redes de curto alcance, ´e feita ainda a descri¸c˜ao de alguns sensores ou dispositivos que podem ser utilizados na monito- riza¸c˜ao. Para finalizar, s˜ao apresentadas algumas tecnologias de comunica¸c˜ao que possibilitam enviar a informa¸c˜ao obtida para o exterior.
3.1
Redes de sensores sem fios
As redes de sensores sem fios surgiram inicialmente em aplica¸c˜oes militares, por´em este tipo de redes tem um grande potencial para aplica¸c˜oes em muitas outras ´areas. Com elas, passou a ser poss´ıvel monitorizar v´arios tipos de ambientes utilizando
sensores com alguma capacidade de processamento de baixo custo.
Estes tipos de redes s˜ao compostas por um conjunto de sensores distribu´ıdos numa determinada ´area geogr´afica. A comunica¸c˜ao entre os sensores e a esta¸c˜ao base (BTS) ´e tipicamente realizada atrav´es de um canal de r´adio. Os n´os que constituem a rede possuem capacidade de comunica¸c˜ao sem fios e habilidade suficiente para realizar processamento digital de sinal e enviar os dados obtidos pela rede. Cada n´o da rede recolhe dados que s˜ao compactados e enviados directamente para a esta¸c˜ao base ou se necess´ario tamb´em ´e poss´ıvel utilizar outros n´os como intermedi´arios de forma a enviar a informa¸c˜ao at´e ao destino.
At´e `a pouco tempo, as redes com fios eram preferencialmente o tipo de redes utiliza- das na maioria dos cen´arios, apenas eram utilizadas tecnologias sem fios quando era invi´avel realizar altera¸c˜oes estruturais nas infra-estruturas. No entanto os proble- mas que as redes com fios acarretam, tais como, custos de instala¸c˜ao, manuten¸c˜ao, resolu¸c˜ao de problemas, upgrade da rede e a limita¸c˜ao do n´umero de sensores que podem ser instalados, fazem com que as redes sem fios se tornem solu¸c˜oes atractivas para todos os tipos de cen´arios.
Estes tipos de sensores, podem ser instalados em locais onde ´e imposs´ıvel utilizar sensores com fios, casos esses, onde a instala¸c˜ao de cablagem ´e dispendiosa ou im- poss´ıvel e casos onde haja necessidade de flexibilidade ou mobilidade.
Com os recentes avan¸cos da tecnologia MEMS e dos sistemas de comunica¸c˜oes sem fios, passou a ser poss´ıvel integrar sensores, comunica¸c˜oes r´adio e electr´onica digital num ´unico circuito integrado (Fig. 3.1), o que permite produzir em maiores quan- tidades sensores sem fios, inteligentes, aut´onomos, de reduzidas dimens˜oes e com maior eficiˆencia energ´etica a pre¸cos reduzidos.
Assim, este tipo de redes possui um grande potencial para monitorizar v´arios tipos de ambientes, o que faz dela uma tecnologia aplic´avel em muitas ´areas. Hoje em dia esta tecnologia pode ser encontrada em aplica¸c˜oes militares, seguran¸ca, automa¸c˜ao de edif´ıcios, aeron´autica, ind´ustria autom´ovel, detec¸c˜ao de problemas estruturais em