U
SO DE TECNOLOGIAS MÓVEIS NO MONITORAMENTO DE PACIENTES
HOSPITALARES E EM HOMECARE
Anna G. C. D. Ribeiro1, André L. Maitelli2, Ricardo A. M. Valentim3, Bruno G. Araújo4, Gláucio B. Brandão5, Ana M. G. Guerreiro6
1,2 Laboratório de Automação (LAUT), 3,4,5,6 Laboratório de Automação Hospitalar e Bioengenharia
(LAHB), Departamento de Engenharia da Computação e Automação (DCA), Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN),Natal,Brasil.
Resumo - O avanço acelerado da tecnologia trouxe novos paradigmas para a área de computação e
com eles vários benefícios para a sociedade. O paradigma da computação ubíqua traz inovações para aplicar a computação no dia a dia das pessoas sem que possa ser percebida. Para isso, utiliza- se da junção de diversas tecnologias já existentes como, por exemplo, a tecnologia móvel e sensores. Vários benefícios atingem a área médica, trazendo métodos novos de cirurgias, de consultas e exames. Esse trabalho propõe um software de telemedicina que agrega a idéia de ubiqüidade à área médica inovando a relação médico ± paciente e trazendo segurança e confiança para os pacientes em homecare.
Palavras-chave: Telemedicina, Computação ubíqua, Tecnologias sem fio, homecare.
Abstract - The quick progress in technology has brought new paradigms to the computing area,
introducing many benefits to society. The paradigm of ubiquitous computing brings innovations DSSO\LQJFRPSXWLQJLQSHRSOH¶VGDLO\OLIHZLWKRXW being noticed. To accomplish that, it is used the combination of several existing technologies like wireless technology and sensors. Several of the benefits have reached the medical area, bringing new methods of surgery, appointments and examinations. This work presents telemedicine software that adds the idea of ubiquity to the medical area, innovating the relationship between doctor and patient. It also brings security and confidence to a patient that is being monitored in homecare.
Keywords: Telemedicine, ubiquitous computing, wireless technologies, homecare.
1. Introdução
A computação móvel e os dispositivos portáteis estão modificando as relações humanas com a informática, surgindo então, neste processo de mudança, uma forma de comunicação baseada em contexto. Segundo Figureido e Namakura (4), esse novo mecanismo provido pela computação permite que pessoas possam interagir de forma imperceptível com: objetos;; computadores;; ambientes e etc. Neste contexto, tais avanços tecnológicos rompem com o paradigma computacional existente, no qual os usuários necessitam interagir de forma explicita com os sistemas a fim de obter os resultados esperados.
Esse novo paradigma conhecido como Computação Ubíqua, assim denominada por Weiser (10), tem a capacidade de fomentar uma visão diferente a informática
fundamentando-se efetivamente no cotidiano das pessoas. Assim, as aplicações criadas e suas extensas possibilidades de serem exploradas são aplicadas de forma quase invisível. O usuário comunica-se e usa a informática sem perceber. Com isso, os processos ocorrem a favor do usuário, pois os serviços e interfaces escondem a complexidade da manipulação de todo o ambiente em uso.
No ambiente móvel e ubíquo onde a heterogeneidade e a dinamicidade são características intrínsecas, a adaptação torna- se uma estratégia necessária. Weiser (11) denomina de calm computing a adaptação sem a ação direta do homem e afirma que este é o principal objetivo no desenvolvimento de aplicações adaptativas.
Uma das áreas que pode ser fortemente beneficiada com Computação Ubíqua é a área médica, que está sempre tentando descobrir
novos métodos de cura e de melhor qualidade de vida.
Os sistemas de telemedicina atuais propiciam um nível de integração global, o que possibilita o compartilhamento de informações, dados, imagens e voz advindas de diferentes fontes e aplicações.
Maceratini e Sabbatini (7) definem telemedicina como sendo o uso de recursos da informática e telemática para a transmissão de dados biomédicos e controle de aparelhos à distância. Suas aplicações vão desde a obtenção de dados para fins de diagnóstico até mesmo a telecirurgia, em fase de experimentação.
Juntamente com todo esse avanço tecnológico, existe no Brasil um grande dilema: a falta de leitos para cuidados críticos, ou seja, leitos de Unidade de Terapia Intensiva (UTI). (8).Neste contexto, o envelhecimento da população e os limites de internação aumentam a importância do lar como ambiente para tratamento da saúde (5).
Diante desta problemática, surgiu o monitoramento de pacientes em homecare. Todavia, muitos não têm controle ou consciência sobre seus atos, como por exemplo: pacientes tetraplégicos, idosos com mal de Alzheimer ou crianças. Outro agravante pertinente ao monitoramento de pacientes em homecare, diz respeito aos acompanhantes deste pacientes, pois muitas vezes não têm domínio de técnicas de monitoramento ou não sabem utilizar de forma adequada os equipamentos médicos que o paciente deve fazer uso.
Permeando essa problemática, o presente artigo, descreve um sistema de telemedicina desenvolvido no Laboratório de Automação Hospitalar e Bioengenharia (LAHB) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), o qual utiliza conceitos de Computação Ubíqua e pervarsiva, e cujo foco é o monitoramento dos sinais vitais de pacientes em homecare, favorecendo a redução da taxa de ocupação dos leitos hospitalares. Este sistema foi denominado de AngelCare - anjo da guarda.
2. Monitoramento de pacientes em HomeCare
Não somente os pacientes internados em Unidade de Terapia Intensiva (UTI) necessitam de acompanhamento contínuo dos
seus sinais vitais, existem também os pacientes com doenças crônicas ou invalidez. Muitos destes pacientes, não necessitam permanecer no hospital, todavia, precisam de monitoramento constante que auxilie na detecção antecipada de situações de risco a sua saúde. Deste modo, aumentando o fator de sucessos das intervenções pelos profissionais de saúde nestes pacientes monitorados. De acordo com Lima (6), sinais vitais, ou sinais cardinais, são aqueles que evidenciam as alterações da função corporal. Quando se desvia do normal, significa que o paciente precisa ser observado para se demonstrar à relação causa e efeito.
Nesta perspectiva, as verificações mais freqüentes realizadas pelos profissionais de saúde são aquelas relativas à temperatura, pulso, pressão arterial, freqüência respiratória e saturação do oxigênio.Em razão de sua importância, elas são denominadas sinais vitais (9). Neste sentido, fundamenta-se a importância de monitorá-los, visto que, o conjunto destes sinais fornece uma visão geral da saúde do paciente.
Um dos grandes desafios do monitoramento de pacientes é a mobilidade dos mesmos, visto que na maioria das vezes precisam ficar ligados a máquinas dentro de um único cômodo.
Segundo a Anatel (1), o Brasil conta com 175,6 milhões de telefones móveis e a teledensidade (número de linhas de celular para cada 100 habitantes) chegou a 91,33 em fevereiro de 2010.
Os telefones móveis não servem apenas para fazer e receber ligações, mas para enviar e receber dados sendo, também, considerados como opção de acesso à internet. Além disso, com o advento das tecnologias sem fios, como o Bluetooth, os aparelhos móveis podem se comunicar com outros dispositivos ao seu redor. A tendência é que o celular substitua várias tecnologias atuais no mercado (ver Figura 1).
Sendo assim, o celular torna-se um excelente dispositivo para ser usado no monitoramento de pacientes, pois além de fornecer mobilidade ao cliente e comunicar-se com outros dispositivos, pode enviar dados coletados para internet.
3. Métodos
3.1 Arquitetura do Sistema
O AngelCare é um módulo desenvolvido em Java ME (Java Micro Edition) para aparelhos móveis responsáveis por monitorar sinais biomédicos de um paciente em homecare. Em uma visão geral, é responsável por enviar informações para um servidor web, que tem função similar a de um supervisório.
Este supervisório tem o papel de enviar alertas sobre os estados dos pacientes, armazenar essas informações em um sistema de prontuário disponível, e, também, de forma online permitir o acesso ao histórico dos pacientes (verificar o Anamneses dos pacientes).
A arquitetura do sistema é apresentada na Figura 2 que descreve dois cenários: paciente em casa (comunicação via Bluetooth) e paciente no hospital (comunicação via Ethernet).
Caso o paciente esteja no hospital, a transmissão de dados e a comunicação entre dispositivos se dá através da rede local do próprio hospital, através dos padrões IEEE 802.3 para rede cabeada, ou IEEE 802.11 para comunicações Wireless (Wi-Fi). Caso este esteja fora do hospital o monitoramento é feito pelo sistema do AngelCare.
A arquitetura ilustrada na Figura 2 exibe os seguintes componentes pertencentes aos sistemas de monitoramento propostos neste artigo:
x Monitor de sinais biomédicos com transmissor Bluetooth e saída Ethernet (IEEE 802.3), responsável pela captura e envio dos sinais dos pacientes;; x Sistema AngelCare com aparelhos
celulares utilizando Bluetooth e GPRS (General Packet Radio Service);; x O sistema Supervisório incluindo o
servidor central que gerencia todos os sistemas hospitalares;; e
x O sistema de prontuário médico para consulta e armazenamento das informações no banco de dados.
Figura 2. Arquitetura do Sistema
3.2 Funcionamento
O sistema é dividido em três módulos: transmissão e processamento de sinais, envio de alertas e gerenciamento de dados, como mostra a Figura 3.
Figura 3- Módulos do sistema.
No primeiro módulo, o dispositivo biomédico conectado ao paciente comunica-se com o celular via tecnologia Bluetooth, para
isso, envia os dados (sinais vitais, para o dispositivo móvel) para o celular. No instante que, os sinais vitais do paciente chegam ao celular, estes são processados e comparados com os padrões do paciente, os quais foram previamente cadastrados no sistema. O objetivo desta comparação é detectar possíveis anormalidades, como mostra a Figura 4. Caso algum problema seja detectado, esses dados são enviados imediatamente ao servidor web (supervisório) via GPRS.
Caso não haja anormalidade nos sinais do paciente, esses dados são empacotados e enviados em um intervalo de seis horas (quatro vezes ao dia). Permitindo que todos os sinais biomédicos sejam armazenados pelo sistema para uma futura consulta.
Um fator importante pertinente ao AngelCare, diz respeito a tecnologia a tecnologia GPRS. A rede GPRS corresponde a um sistema de comunicação que permite o envio e recepção de informações através de uma rede telefônica móvel, a Global System for Mobile Communications (GSM), que oferece como vantagens a disponibilidade imediata e uma ampla área de cobertura (2)(3).
Com relação ao segundo módulo (envios de alerta), o seu funcionamento é disparado sempre que os dados enviados pelo AngelCare chegarem ao servidor web. A central do hospital ou plano de saúde recebe um alerta vindo do celular do paciente, contendo os dados da última aquisição feita, com base neste dado enviado pelo AngelCare o operador poderá dar os encaminhamentos necessários para realizar o atendimento ao paciente, por exemplo, podendo solicitar o envio de uma ambulância. O sistema supervisório, também envia um alerta, via SMS (Short Message Service), ao médico e familiares do paciente monitorado.
Figura 4- Software em funcionamento no celular
O terceiro módulo (gerenciamento de dados) trata dos processos de comunicação e atualização das informações. As informações dos pacientes, consultas, atendimentos, internamentos e urgências serão armazenados no banco de dados e podem ser acessadas por um prontuário online oferecido pelo sistema. Deste modo, o médico ou paciente poderá acessar essas informações quando necessário, obtendo um histórico (anamnese dos pacientes) de maneira fácil e otimizada. A Figura 5 exibe uma tela do sistema online.
Figura 5- Tela com as opções de perfil, histórico de consultas e histórico do monitoramento remoto.
4. Resultados e discussões
Há várias razões para usar o celular para processar e enviar os dados biomédicos. Em primeiro lugar, é necessário que o sistema seja auto-suficiente e independente das comunicações de rede que possam falhar. Em segundo lugar, mitigará problemas relacionados a congestionamento da rede de dados convencional do hospital, pois os dados serão transmitidos de forma controlada. Essa característica é fundamental, pois é necessário garantir a transmissões dos dados dentro de uma meta temporal que não ultrapasse as restrições impostas pelos processos de monitoramento dos pacientes.
Neste contexto, para aferir a viabilidade do sistema foram realizados alguns testes de desempenho analisando o tempo de transmissão dos dados.
O pacote de dados gerado com os sinais dos pacientes é composto de 30 bytes, porém os testes foram feitos com um pacote de 64 bytes, mais do que o dobro do real, para garantir boa margem de segurança. Os dados foram simulados, foram criados pacotes com dados e sinais randômicos. O tempo total foi divido em três etapas:
x O tempo de transmissão via Bluetooth dos sinais vitais para o celular;;
x O tempo de processamento decorrido no celular e
x O tempo de transmissão das informações para a central via GPRS. O objetivo desses testes é apenas a análise do tempo de transmissão sendo possível analisar o desempenho do sistema de uma forma geral, verificando os tempos gastos em cada etapa do processo.
Para efetivar a análise, foram realizados 100 testes para cada etapa. A média de tempo obtida em cada etapa e a média total dos tempos de transmissão está detalhada a seguir.
4.1 Tempo de transmissão Bluetooth
Com o objetivo de obter uma estimativa do tempo total de transmissão ocorrido durante a transmissão de pacotes do dispositivo biomédico para o celular via Bluetooth, foi utilizado o RTT (Round Trip Time), que corresponde ao tempo gasto de ida e volta de uma mensagem trafegada pela rede. Através da equação (1) foi possível realizar esse cálculo.
2
RTT
T
G (1)Com isso, o tempo gasto (Tg) de envio corresponde à RTT/2.
A tabela 1 mostra os tempos RTT e Tg gastos nas transmissões Bluetooth dos 100 pacotes enviados.
Tabela 1- Médias dos tempos gastos na transmissão
Bluetooth.
Média do tempo de ida
e volta (RTT) 5,91 segundos
Média do Tempo Gasto
de ida (Tg) 2,95 segundos
4.2 Tempo de processamento no celular O tempo de processamento no celular é o tempo gasto para comparar os dados atuais recebidos do paciente com os dados padrões previamente cadastrados no aparelho e detectar se há ou não anormalidade nos dados recebidos ± tempo de computação para decidir se envia ou não uma mensagem de alerta.
A Tabela 2 mostra a média do tempo gasto nesse processamento.
Tabela 2- Média do tempo gasto no processamento dos dados pelo celular
Tempo médio do processamento
0,0073 segundos
4.3 Tempo de transmissão GPRS
O tempo de transmissão GPRS é o tempo calculado desde o envio dos dados pelo celular até a chegada desses no servidor web. O A Tabela 3 mostra a média do tempo gasto nessa transmissão.
Tabela 3- Média do tempo gasto na transmissão via GPRS.
Tempo médio da
transmissão 0,30 segundos
4.4 Tempo total de transmissão
Nesta subseção é feita uma análise geral, para tanto, verificando o tempo total que envolve a comunicação e o processamento envolvido no sistema de monitoramento via AngelCare.
O tempo total de transmissão é a soma dos três tempos já apresentados anteriormente. O Gráfico 1 mostra esses tempos e a Tabela 4 mostra a média, assim como o desvio padrão.
Gráfico 1- Tempo de transmissão total
Tabela 4- Média, mínimo, máximo e desvio padrão dos tempos de transmissão.
Tempo médio total 3,26 segundos
Tempo mínimo 2,32 segundos
Tempo máximo 4,28 segundos
Desvio Padrão 0,57 segundos
O tempo médio total que envolve o processo de transmissão é de 3,26 segundos. Esse tempo é considerado baixo, quando comparado a processos de monitoramento de pacientes, portanto, validando o sistema, visto que, possibilita que tratamentos que exigem um grau maior de restrição temporal podem ser aplicados, isso sem ocasionar prejuízo à saúde do paciente. Esse aspecto é confirmado, pelo desvio padrão que está bem abaixo da media, ou seja, os tempos de transmissão não apresentaram variações que possam comprometer o sistema. Outro dado importante, é que o maior tempo de resposta ainda assim não compromete o sistema, visto que os tempos de processos de monitoramento de pacientes são bem maiores que os aqui apresentados.
5. Conclusão
Neste trabalho, apresentou-se um sistema de monitoramento remoto para pacientes que estão em homecare, mostrando-se de extrema utilidade principalmente para aqueles que sofrem de doenças crônicas, mentais ou invalidez.
A maior contribuição dessa pesquisa foi, não somente o desenvolvimento de um sistema médico que permite o monitoramento de pacientes de forma on-line, e o acesso a esses dados e históricos via web, mas também a análise do desempenho das comunicações e transmissões dos sinais envolvidos. Isso porque, possibilitou validar uma proposta de arquitetura para monitoramento de pacientes em homecare.
Os resultados obtidos na análise de desempenho comprovam a viabilidade e segurança do sistema, visto que o tempo entre o paciente apresentar alguma anormalidade e a chegada dessa informação na central de supervisão é de no máximo 4,2 segundos. Tempo suficiente para garantir um atendimento
rápido e eficiente aos pacientes. Esse fator é relevante, pois mostra que o AngelCare pode ser bastante útil ao sistema de saúde e provê uma melhor qualidade vida aos pacientes crônicos e aos seus familiares.
6. Referências Bibliográficas
1. Anatel. Disponível em: <http://www.anatel.gov.br>. Acesso em: 20 fevereiro de 2010.
2. Bettstetter, Christian, VÖGEL, Hans-Jörg, e EBERSPÄCHER, Jörg. GSM Phase 2+ General Packet Radio Service GPRS: Architecture, Protocols, and Air Interface.
Disponível em:
<http://www.comsoc.org/livepubs/surveys/p ublic/3q99issue/bettstetter.html>. Acesso em: 15 de fevereiro de 2010.
3. Comtech M2M. GPRS tutorial - what is GPRS?. Disponível em: <http://www.comtechm2m.com/m2m- technology/gprs-tutorial.htm>. Acesso em: 15 de fevereiro de 2010.
4. Figueiredo, C., Nakamura, E. (2003) "Computação Móvel: Novas Oportunidades e Novos Desafios". T&C Amazônia.
5. Krupinski E. , Nypaver M. , Poropatich R. , Ellis D. , Rihab S., Sapci H. (2002) Telemedicine Journal and e-Health. Mar 2002, Vol. 8, No. 1: 13-34.
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8. Organização Mundial de Saúde (OMS). Disponível em: <http://www.who.int/en>. Accessado em: 02 de Dezembro de 2009. 9. Potter, Patrícia A.;; Perry, Anne Griffin.
(1999) Fundamentos de Enfermagem - Conceitos, Processo e Prática Volume 1, 4ª Edição. Rio de Janeiro - Ed. Guanabara Koogan S.A., 796p.
10. Weiser, M. (1991) The Computer for the 21st Century. In: Scientific American. Volume: 265, Number: 3, Pages: 94-104, February.
11. Weiser, M.;; Brown, J. (1996) Designing Calm Technology. PowerGrid Journal. Volume: 1, Number: 1, July.
