Monitoramento de Sinais Vitais
Alexandre Renato Rodrigues de Souza, UFPel; Francisco Cesar Campbell Mesquitta,
UFPel
Resumo—A computa¸c˜ao ub´ıqua tem como objetivo incorporar os dispositivos computacionais no cotidiano das pessoas, de tal forma que a intera¸c˜ao entre os mesmos seja feita da maneira mais natural poss´ıvel. Para isto, estes dispositivos precisam interpretar as formas usuais de comunica¸c˜ao dos usu´arios e fazer a captura dos seus contextos de interesse. Uma grande melhoria viabilizada pela computa¸c˜ao ub´ıqua para os profissionais de sa´ude ´e a possibilidade de lidar com diversas informa¸c˜oes simultaneamente de maneira ”calma”, operando na periferia de sua percep¸c˜ao. Os pacientes, por sua vez, podem ser beneficiados com a redu¸c˜ao dos erros m´edicos e melhores resultados no tratamento da sa´ude.
Neste trabalho ser´a apresentado uma revis˜ao dos fundamentos te´oricos da computa¸c˜ao ub´ıqua e suas aplica¸c˜oes na medicina. Tamb´em s˜ao identificadas as pesquisas que est˜ao sendo feitas sobre o desenvolvimento de arquiteturas para ambientes de execu¸c˜ao em computa¸c˜ao ub´ıqua na ´area da sa´ude. Ser˜ao apresentadas as tecnologias relacionadas `a aquisi¸c˜ao de sinais vitais e os principais projetos de pesquisas referentes a este tema. Para finalizar est˜ao identificados os principais desafios e requisitos para o desenvolvimento de arquiteturas na medicina ub´ıqua.
Pode-se concluir que o uso de redes de sensores sem fio na ´area de sa´ude ´e muito promissora. Por´em estas aplica¸c˜oes ainda precisam atender a diversos desafios, tais como seguran¸ca, privacidade, confiabilidade, normas e legisla¸c˜oes, sensibilidade ao contexto, energia, mobilidade e facilidade de uso.
Palavras-Chave—medicina ub´ıqua, computa¸c˜ao ub´ıqua, alertas cl´ınicos, redes de sensores sem fio, monitoramento remoto de sa´ude.
F
1
Introdu¸
c˜
ao
A
qualidade dos servi¸cos prestados na ´area da sa´ude no Brasil, principalmente em institui¸c˜oes p´ublicas, ´e prec´aria. As institui¸c˜oes de sa´ude no pa´ıs tˆem dificuldade de comportar a crescente demanda por este tipo de servi¸co. Os resultados s˜ao hospitais lotados, profissionais sobrecarregados e frequentes erros m´edicos. Segundo o Supremo Tribunal Federal (STF), o n´umero de den´uncias de erros m´edicos cresceu 52,1% em 2011 em rela¸c˜ao a 2010 (http://g1.globo.com/sp/campinas-
regiao/noticia/2012/05/registros-de-erros-
medicos-crescem-52-entre-os-anos-de-2010-e-• Alexandre Renato Rodrigues de Souza: Programa de P´os-Gradua¸c˜ao em Computa¸c˜ao, Universidade Federal de Pelotas - UFPel, Centro de Desenvolvimento Tecnol´ogico -CDTec.
E-mail: arrdsouza@inf.ufpel.edu.br
• Francisco Cesar Campbell Mesquitta: Programa de P´ os-Gradua¸c˜ao em Computa¸c˜ao, Universidade Federal de Pelotas - UFPel, Centro de Desenvolvimento Tecnol´ogico - CDTec. E-mail: fmesquitta@inf.ufpel.edu.br
2011.html).
O avan¸co tecnol´ogico da comunica¸c˜ao m´ovel, da computa¸c˜ao embarcada e miniaturiza¸c˜ao dos dispositivos e sensores eletrˆonicos est˜ao gerando significativos progressos ao desenvolvimento de aplica¸c˜oes na ´area m´edica, permitindo a otimiza-¸c˜ao da presta¸c˜ao de servi¸cos aos profissionais de sa´ude c. O aprimoramento da comunica¸c˜ao sem fio (wireless) expandiu as possibilidades de mo-nitoramento e controle dos dispositivos eletrom´ e-dicos de forma remota, ampliando a mobilidade dos profissionais de sa´ude. A miniaturiza¸c˜ao de dispositivos eletrˆonicos m´oveis, a maior eficiˆencia de baterias e a redu¸c˜ao de consumo de energia dos semicondutores potencializaram o desenvol-vimento de in´umeras solu¸c˜oes inovadoras atrav´es da computa¸c˜ao ub´ıqua.
Os profissionais de sa´ude que trabalham no ambiente hospitalar possuem uma rotina onde ´e essencial a mobilidade. Um importante desafio na melhoria dos servi¸cos prestados nestes am-bientes est´a na disponibiliza¸c˜ao das informa¸c˜oes geradas pelos equipamentos m´edicos sem preju´ızo da mobilidade e sem implicar necessariamente em
estresse devido ao aumento das fontes de informa-¸c˜oes. Uma grande melhoria viabilizada pela com-puta¸c˜ao ub´ıqua para os profissionais de sa´ude ´e a possibilidade de lidar com diversas informa¸c˜oes simultaneamente de maneira ”calma”, operando na periferia de sua percep¸c˜ao [2]. Os pacientes, por sua vez, podem ser beneficiados com a redu-¸c˜ao dos erros m´edicos e melhores resultados no tratamento da sa´ude.
Para preservar a mobilidade dos profissionais de sa´ude, pode-se desenvolver aplica¸c˜oes utilizando a abordagem siga-me (follow me) [3], a qual permite com que as informa¸c˜oes geradas pelos equipamen-tos m´edicos sigam os operadores, acompanhando o seu deslocamento atrav´es de dispositivos m´ o-veis. Conforme a localiza¸c˜ao destes dispositivos se altera, ´e necess´aria a adapta¸c˜ao autom´atica de suas configura¸c˜oes de acordo com as altera¸c˜oes da rede de acesso `as informa¸c˜oes. Aplica¸c˜oes que utilizam a semˆantica siga-me tamb´em consideram os perfis, preferˆencias e as altera¸c˜oes de contexto oriundas do deslocamento dos profissionais de sa´ude.
2
Conceitos da computa¸
c˜
ao ub´ıqua
A computa¸c˜ao ub´ıqua tem como objetivo incor-porar os dispositivos computacionais no cotidi-ano das pessoas, de tal forma que a intera¸c˜ao entre os mesmos seja feita de maneira o mais natural poss´ıvel. Para isto estes dispositivos preci-sam interpretar as formas usuais de comunica¸c˜ao dos usu´arios e fazer a captura dos seus contex-tos de interesse. Alguns dos grandes benef´ıcios possibilitados pela computa¸c˜ao ub´ıqua para os profissionais de sa´ude s˜ao a redu¸c˜ao da carga cognitiva na execu¸c˜ao das tarefas, trazendo maior satisfa¸c˜ao pelo trabalho e melhor qualidade de vida. Os pacientes, por sua vez, ganham com a redu¸c˜ao dos erros m´edicos e melhores resultados no tratamento da sa´ude.
O termo Computa¸c˜ao Ub´ıqua foi usado pela primeira vez em 1988 por Mark Weiser (1952-1999), quando o mesmo era o diretor de tecnologia do Centro de Pesquisa da Xerox em Palo Alto (PARC). Mark descreveu a computa¸c˜ao ub´ıqua como sendo uma tecnologia que seria desenvolvida no futuro, onde computadores estariam incorpo-rados no cotidiano das pessoas, de tal forma que a intera¸c˜ao entre os mesmos seria feita de maneira natural e impercept´ıvel [4].
A Computa¸c˜ao Ub´ıqua tamb´em ´e chamada de Tecnologia Tranquila (Calm Tecnhology), Inteli-gˆencia Ambiente (Inteligence Ambient ), Compu-ta¸c˜ao Pr´o-ativa (Proactive Computing), Internet das Coisas (Internet of Things) e Computa¸c˜ao Invis´ıvel (Invisible Computing) entre outras de-nomina¸c˜oes. No entanto, os termos Computa¸c˜ao Pervasiva e Computa¸c˜ao Ub´ıqua s˜ao os mais uti-lizados [5].
Para se conseguir que a intera¸c˜ao entre os computadores e os humanos se torne natural, ´e necess´ario que este dispositivos interpretem as formas usuais de comunica¸c˜ao dos humanos e fa¸cam a captura do contexto. Para isto os com-putadores dever˜ao interpretar a fala, movimentos corporais (dedos, cabe¸ca, bra¸cos, entre outros), gestos, olhar e express˜oes faciais. A captura do contexto se refere a possibilidade dos computado-res terem seu comportamento adaptado de acordo com o ambiente, tendo portanto consciˆencia da localiza¸c˜ao e situa¸c˜ao a que estiverem inseridos [5]. Tamb´em ´e necess´ario que os dispositivos reconhe¸cam-se uns aos outros e fa¸cam conex˜oes autom´aticas entre si.
Devido `a pervasividade computacional, onde objetos corriqueiros tornam-se sistemas de infor-ma¸c˜ao, intensificou-se a preocupa¸c˜ao em redu-zir o esfor¸co necess´ario para que os usu´arios de sistemas computacionais possam acompanhar as in´umeras informa¸c˜oes dispon´ıveis. Na tentativa de reduzir o esfor¸co cognitivo para a percep¸c˜ao das informa¸c˜oes apresentadas, come¸cou-se a desenvol-ver o conceito dos chamados Ambient Informa-tion Systems, onde estas informa¸c˜oes podem ser percebidas sem que os usu´arios necessitem focar sua aten¸c˜ao para as mesmas [6]. Atrav´es destes sistemas as fontes de est´ımulos sensoriais ao nosso redor s˜ao hierarquizadas, sendo que estas infor-ma¸c˜oes s˜ao apresentadas de forma a privilegiar `a periferia da aten¸c˜ao dos usu´arios.
2.1 Semˆantica siga-me
conex˜oes possuem comunica¸c˜ao intermitente, j´a que, devido as condi¸c˜oes operacionais do ambi-ente m´ovel, ´e comum que ocorram desconex˜oes frequentes [7].
A semˆantica siga-me (follow me applications) permite que o usu´ario acesse seu ambiente com-putacional de qualquer localiza¸c˜ao, momento ou meio de acesso, de forma transparente [3]. Por-tanto, independente onde o usu´ario estiver e mesmo em movimento, poder´a executar suas apli-ca¸c˜oes atrav´es de um ambiente virtual. O c´odigo destas aplica¸c˜oes s˜ao enviados sob demanda e acessados independentemente do dispositivo com-putacional que o usu´ario estiver usando [7]. 2.2 Consciˆencia de contexto
Segundo Anind K. Dey [8], “Contexto ´e qualquer informa¸c˜ao que pode ser usada para caracterizar uma situa¸c˜ao de uma entidade. Uma entidade ´
e uma pessoa, um lugar, ou um objeto que ´e considerado relevante para a intera¸c˜ao entre um usu´ario e uma aplica¸c˜ao, incluindo o pr´oprio usu´ a-rio e a pr´opria aplica¸c˜ao”.
A Sensibilidade ao Contexto ou Ciˆencia de Contexto (context-aware) ´e uma tecnologia base-ada em informa¸c˜oes contextuais com o objetivo de apresentar dados relevantes aos usu´arios de sis-temas computacionais. Alguns exemplos de infor-ma¸c˜oes contextuais s˜ao: localiza¸c˜ao e identifica¸c˜ao do usu´ario, tipo de dispositivo computacional que est´a sendo usado, pessoas pr´oximas, hor´ario, entre outros. A sensibilidade ao contexto permite que as aplica¸c˜oes se adaptem conforme a situa¸c˜ao que est´a inserida, personalizando-se automatica-mente para obter o melhor resultado poss´ıvel. Este recurso reduz a sobrecarga de informa¸c˜oes, mostrando ao usu´ario somente o que ´e relevante [9].
Atrav´es da sensibilidade ao contexto a aplica-¸c˜ao fornece informa¸c˜oes relevantes a cada situa-¸c˜ao ou atividade a qual o usu´ario se encontra, reduzindo sua carga cognitiva pela redu¸c˜ao da necessidade constante de aten¸c˜ao e interven¸c˜oes.
Alguns dos desafios para desenvolvimento de uma aplica¸c˜ao com suporte `a sensibilidade ao contexto s˜ao [10]:
• caracteriza¸c˜ao dos elementos de contexto
para uso na aplica¸c˜ao;
• aquisi¸c˜ao do contexto a partir de fontes
hete-rogˆeneas, tais como sensores f´ısicos, base de dados, agentes e aplica¸c˜oes;
• representa¸c˜ao de um modelo semˆantico
for-mal de contexto;
• processamento e interpreta¸c˜ao das
informa-¸c˜oes de contexto adquiridas;
• dissemina¸c˜ao do contexto a entidades
inte-ressadas de forma distribu´ıda e no momento oportuno;
• tratamento da qualidade da informa¸c˜ao
con-textual.
2.3 Infraestrutura para conectividade sem fio Como visto anteriormente, a computa¸c˜ao ub´ıqua exige a comunica¸c˜ao o tempo todo e em qualquer lugar, tornando a conectividade um aspecto chave deste conceito. O r´apido avan¸co nas tecnologias de comunica¸c˜ao sem fio, tamb´em conhecidas pelo anglicismo wireless, tem trazido diversas oportu-nidades para ampliar a conectividade e colocar a ubiquidade em pr´atica.
Pode-se classificar as tecnologias de rede sem fios em trˆes grandes classes: curta, m´edia e longa distˆancia. Os sistemas de computa¸c˜ao ub´ıqua s˜ao estruturados atrav´es destas classes de rede, possibilitando assim a conectividade a qualquer distˆancia [11].
As redes de longa distˆancia s˜ao utilizadas pelos servi¸cos de comunica¸c˜ao pessoal. As redes dos sistemas celulares que operam em bandas de alta frequˆencia fazem parte desta classe.
As redes de curta e m´edia distˆancia (tais como o Bluetooth, ZigBee e Wi-Fi ) foram desenvolvidas para permitir a conectividade entre dispositivos de forma invis´ıvel ao usu´ario. Este tipo de classe ´e usado por exemplo para a comunica¸c˜ao sem fio entre um computador e seus perif´ericos (im-pressora, mouse, teclado, entre outros), reduzindo assim o grande n´umero de cabos.
A seguir est˜ao descritas algumas das principais tecnologias de redes usadas atualmente que su-portam a conectividade entre dispositivos:
• Wi-Fi (802.11) - A tecnologia Wi-Fi
alcance de at´e 300 metros (pode ser maior em ´
areas abertas) e possui taxas de transmiss˜ao de dados superiores a 11 Mbps.
• Bluetooth - A tecnologia Bluetooth foi
de-senvolvida a partir do ano de 1998 atrav´es da parceria entre a Ericsson, Intel, Toshiba, No-kia e IBM com o objetivo de especificar um padr˜ao mundial aberto para a conex˜ao sem fio entre dispositivos de telecomunica¸c˜oes e de computa¸c˜ao. A comunica¸c˜ao pode ser feita com dois ou mais dispositivos atrav´es da faixa de frequˆencia ISM 1. A comunica¸c˜ao ´e
onidirecional, suporta transmiss˜oes s´ıncronas e ass´ıncronas, aceita taxas de transferˆencia de dados de at´e 1 Mbps e possui um alcance de 10 m [11].
• IrDA (Infravermelho) - A tecnologia IrDA
(Infrared Data Association) suporta apenas conex˜oes ponto-a-ponto a distˆancias menores que 1 m, com velocidades de at´e 16 Mbps. O ˆangulo de vis˜ao entre o transmissor e o receptor ´e de 30 graus). A comunica¸c˜ao deve ser feita atrav´es de uma linha direta de vis˜ao, sem obst´aculos, pois os raios infravermelhos n˜ao atravessam objetos [11]. Foram desenvol-vidos v´arios tipos de IrDA, tais como: SIR (Serial Infrared ): padr˜ao original, velocidade de 115 Kbps; MIR (Medium Infrared ): velo-cidade de 1.152 Mbps, n˜ao foi implementado amplamente; FIR (Fast Infrared ): velocida-des de at´e 4 Mbps, utilizado na maioria dos novos computadores; VFIR (Very Fast Infrared ): velocidades de at´e 16 Mbps, ainda n˜ao implementado amplamente.
• Zigbee - O seu protocolo base foi
desenvol-vido pela Zigbee Alliance para operar nas bandas de frequˆencia isentas de licencia-mento, chamadas de ISM. A faixa de frequˆ en-cia de opera¸c˜ao varia conforme o pa´ıs onde for usada. O Zigbee possui baixo consumo de energia (a bateria de um nodo pode durar meses ou at´e mesmo anos), j´a que permite que os dispositivos entrem em estado de
1. ISM (Industrial, Scientific and Medical ) ´e a banda de radiofrequˆencia situada na faixa entre 2,4000 GHz a 2,4835 GHz). Os equipamentos que funcionam na banda ISM n˜ao dependem de licen¸cas para opera¸c˜ao, mas compartilham seu uso com outros dispositivos de comunica¸c˜ao n˜ao compat´ıveis com a tecnologia Bluetooth, tais como port˜oes autom´aticos, bab´as eletrˆonicas, telefones sem fio.
repouso (sleep) quando n˜ao est˜ao em ope-ra¸c˜ao. Tamb´em possui como caracter´ıstica a alta flexibilidade e a possibilidade do uso de at´e 65000 n´os na rede. Segundo [12], esta tecnologia possui um papel importante para o desenvolvimento de ambientes inteligentes, pois possui um baixo custo de implementa-¸c˜ao, baixa complexidade, baixo consumo de energia, alta confiabilidade e autosuficiˆencia. 2.4 Infraestrutura para desenvolvimento de software
Existem diversos projetos de frameworks para aplica¸c˜oes em computa¸c˜ao ub´ıqua. Neste se¸c˜ao ser´a definido o conceito de framework, suas ca-racter´ısticas, benef´ıcios e principais desafios de desenvolvimento.
Frameworks s˜ao c´odigos reutiliz´aveis de uma parte ou de todo um sistema de software. Estes c´odigos s˜ao descritos por um conjunto de classes abstratas. O projeto de software ´e normalmente composto de componentes e conex˜oes para que as instˆancias destas classes colaborem entre si [13]. O framework ´e portanto uma aplica¸c˜ao pratica-mente completa, onde o programador ir´a desen-volver os c´odigos espec´ıficos para a sua aplica¸c˜ao. As classes s˜ao abstratas porque n˜ao possuem implementa¸c˜ao, pois ser˜ao completadas para cada aplica¸c˜ao espec´ıfica que ser´a desenvolvida [14].
O uso de frameworks pode reduzir significativa-mente o custo de desenvolvimento de um software, j´a que grande parte do c´odigo j´a foi desenvol-vido e ser´a reutilizado para o desenvolvimento da nova aplica¸c˜ao. O eMestrando em Ciˆencia da Computa¸c˜ao na Universidade Federal de Pelotas - UFPelLsfor¸co para o desenvolvimento de no-vas aplica¸c˜oes ´e reduzido, j´a que somente ser˜ao criados c´odigos para atender as particularidades destes novos softwares.
novas aplica¸c˜oes, redu¸c˜ao do tempo para lan-¸camento de novas aplica¸c˜oes (time-to-market ), menos erros de software devido ao uso em v´arias aplica¸c˜oes (os bugs foram descobertos e corrigidos anteriormente), maior compatibilidade e consis-tˆencia entre aplica¸c˜oes, entre outros.
Entre os grandes desafios do desenvolvimento de frameworks est´a a maior complexidade em seu projeto e codifica¸c˜ao, a reusabilidade do c´odigo deve ser muito bem planejada e os benef´ıcios de sua cria¸c˜ao vem a longo prazo. Para o seu desen-volvimento ´e necess´ario vasta experiˆencia no uso de boas pr´aticas de codifica¸c˜ao e documenta¸c˜ao de software, sendo requisito b´asico uma equipe altamente qualificada.
Devido ao cont´ınuo desenvolvimento de dis-positivos m´oveis, atualmente podemos encontrar uma grande variedade de modelos deste tipo de equipamentos. Como a maior parte dos recursos dispon´ıveis nestes dispositivos s˜ao semelhantes, a maior parte dos c´odigos criados para um modelo pode ser usado em diversos outros. O uso de fra-meworks no desenvolvimento das aplica¸c˜oes reduz significativamente o trabalho necess´ario para a cria¸c˜ao destes softwares, pois grande parte dos c´odigos podem ser reaproveitados de outros pro-jetos.
3
Medicina ub´ıqua
O uso adequado dos avan¸cos tecnol´ogicos nos cuidados ao paciente ´e fundamental para a miti-ga¸c˜ao de erros m´edicos, trazendo mais seguran¸ca e qualidade aos servi¸cos prestados aos pacientes [1]. A an´alise de custo-benef´ıcio para implanta¸c˜ao destas tecnologias deve tamb´em levar em conside-ra¸c˜ao os ganhos com a redu¸c˜ao dos erros m´edicos. Segundo o Instituto de Medicina da Academia Nacional de Ciˆencias dos Estados Unidos, o custo financeiro anual oriundo dos erros m´edicos neste pa´ıs fica em torno de US$ 17 a 29 bilh˜oes [15]. N˜ao h´a pesquisas espec´ıficas sobre o assunto no Brasil, mas alguns estudos apontam que as den´uncias de erros m´edicos est˜ao crescendo nos ´ultimos anos [16].
O uso seguro e adequado de equipamentos m´ e-dicos pode ser dramaticamente melhorado quando se leva em considera¸c˜ao desde o in´ıcio do pro-jeto os conceitos de fatores humanos. Os custos incrementais para fazer isso s˜ao muitas vezes
insignificantes, mas o retorno pode ser enorme. Desta forma se obt´em resultados como a melhoria da satisfa¸c˜ao do usu´ario, redu¸c˜ao dos erros de opera¸c˜ao e a mitiga¸c˜ao de efeitos adversos ao paciente. O desenvolvimento cont´ınuo de novas e poderosas tecnologias em solu¸c˜oes de software e hardware podem ajudar a tornar o ambiente hospitalar mais seguro, inteligente e otimizado. O uso de tecnologia com uma abordagem dos fatores humanos no desenvolvimento de produtos m´edicos resulta em equipamentos mais confi´aveis e intuitivos [17].
Os equipamentos m´edico-hospitalares devem ser seguros em rela¸c˜ao a choques el´etricos, imu-nidade a descargas eletrost´aticas, aquecimento excessivo que podem causar queimaduras nos pa-cientes ou operadores, erros de opera¸c˜ao causados por interferˆencias el´etricas oriundas de meios con-duzidos ou radiados, erros de interpreta¸c˜ao devido a interfaces complicadas ou confusas, dentre ou-tros diversos problemas. Para comercializar equi-pamentos eletrom´edicos no Brasil ´e obrigat´orio obter um registro na ANVISA (Agˆencia Nacional de Vigilˆancia Sanit´aria). Para isto, a ANVISA exige que o fabricante do produto obtenha um certificado de conformidade t´ecnica emitido por um organismo acreditado pelo INMETRO (OCP – Organismo de Certifica¸c˜ao de Produtos). A certifica¸c˜ao ir´a comprovar, atrav´es de diversos tipos de ensaios em laborat´orios credenciados, que o equipamento eletrom´edico atende a requisitos t´ecnicos normativos de seguran¸ca el´etrica, ope-ra¸c˜ao, documenta¸c˜ao, produ¸c˜ao e funcionalidade.
´
E importante que, tanto os fabricantes quanto os profissionais da sa´ude, compreendam que o compromisso com a qualidade t´ecnica dos equipa-mentos utilizados no cuidado com vidas humanas tamb´em ´e uma forma de promover a sa´ude. Al´em de realizar um planejamento importante para os investimentos em tecnologias, todo profissional m´edico precisa ter em mente que exigir a quali-dade t´ecnica certificada dos produtos adquiridos ´e assegurar a qualidade do pr´oprio trabalho.
Um grande desafio dos desenvolvedores de firmware 2 ´e criar softwares que atendam a um grau de seguran¸ca que n˜ao coloque os pacientes em risco. Apesar dos riscos de falhas serem
tes a qualquer equipamento que utilize hardware e software, a mitiga¸c˜ao dos mesmos deve fazer parte de todo o plano de projeto. O atendimento aos requisitos destas normas objetivam tornar os riscos resultantes aceit´aveis no uso normal e nos erros de uso de eletrom´edicos. Portanto, ´e essencial que os projetistas invistam em um bom design de interface com o usu´ario, tornando-a o mais intuitiva poss´ıvel e reduzindo ao m´aximo problemas de interpreta¸c˜ao que podem ocasionar erros de opera¸c˜ao dos equipamentos.
O uso das tecnologias de comunica¸c˜ao sem fio cria oportunidades de desenvolvimento de novas solu¸c˜oes para ampliar a mobilidade dos profissio-nais de sa´ude, permitindo que os mesmos se man-tenham informados sobre o status dos equipamen-tos eletrom´edicos que est˜ao sob sua responsabili-dade. A comunica¸c˜ao sem fio tem trazido diversas melhorias nos equipamentos eletrom´edicos. Atra-v´es dela estes dispositivos podem se comunicar com outros equipamentos m´edicos, computadores, centrais de monitoramento ou diretamente com os profissionais de sa´ude atrav´es de dispositivos m´oveis (celulares, PDAs - Personal Digital Assis-tant, tablets, entre outros). Paralelamente a isto, a miniaturiza¸c˜ao de dispositivos eletrˆonicos m´oveis, a maior eficiˆencia de baterias e a redu¸c˜ao de consumo de energia dos semicondutores potenci-alizaram o desenvolvimento de in´umeras solu¸c˜oes inovadoras atrav´es da computa¸c˜ao ub´ıqua.
O uso da computa¸c˜ao ub´ıqua no ambiente hospitalar pode tornar a intera¸c˜ao entre os pro-fissionais de sa´ude e os equipamentos m´edicos mais dinˆamica e eficiente. Este avan¸co ´e poss´ıvel atrav´es da interpreta¸c˜ao pelos sistemas eletrom´ e-dicos das formas naturais de comunica¸c˜ao dos humanos: fala, movimentos de membros do corpo humano, gestos e contexto. Quanto mais natural for a interface entre a m´aquina e o homem, mais otimizados se tornar˜ao os servi¸cos prestados pelos estabelecimentos de sa´ude, trazendo diversos be-nef´ıcios para os profissionais e para os pacientes. 3.1 Erros m´edicos
Os hospitais tˆem se tornado ambientes cada vez mais complexos, onde ´e uma rotina di´aria o uso de equipamentos e procedimentos de alto risco `a vida dos pacientes. Devido as estas caracter´ısticas s˜ao comuns os efeitos adversos ao paciente causados por erros m´edicos.
O erro m´edico pode ser definido como a falha ao n˜ao concluir como previsto uma a¸c˜ao planejada ou o uso de um plano errado para atingir um determinado objetivo. Os erros mais comuns s˜ao falhas nos sistemas, processos e condi¸c˜oes que permitem que as pessoas errem ou falhem em n˜ao preven´ı-los [15].
Dois grandes estudos que analisaram as insti-tui¸c˜oes de sa´ude dos Estados Unidos identificaram que ao menos 44 mil pessoas morrem nos hospitais a cada ano devido a erros m´edicos que poderiam ser evitados. Este n´umero ultrapassa as mortes atribu´ıdas a AIDS, cˆancer de mama e acidentes de trˆansito. Al´em das vidas perdidas, estes erros representam um custo neste pa´ıs entre 17 e 29 bilh˜oes de d´olares, incluindo os gastos em cuida-dos adicionais devido aos erros e produtividade familiar [15].
O processo de terapia medicamentosa no am-biente hospitalar ´e altamente complexo e muito vulner´avel a falhas que podem ocorrer em alguma de suas v´arias etapas: prescri¸c˜ao, transcri¸c˜ao, dis-pensa¸c˜ao, distribui¸c˜ao, preparo, administra¸c˜ao e monitoriza¸c˜ao. O uso da tecnologia pode trazer mais seguran¸ca atrav´es da simplifica¸c˜ao e pa-droniza¸c˜ao deste processo, evitando assim muito dos erros m´edicos que podem ocorrer durante todo o ciclo do tratamento medicamentoso. Deve-se introduzir verifica¸c˜oes em diversas fases do processo com o objetivo de identificar falhas antes que elas cheguem ao paciente [1].
Estas verifica¸c˜oes podem ser feitas para garan-tir os chamados Seven Rights da terapia medica-mentosa:
• droga correta: garantir que o medicamento
a ser administrado est´a correto;
• paciente correto: garantir que o
medica-mento ser´a administrado ao paciente correto;
• dose correta: garantir que a quantidade de
medicamento est´a correta;
• tempo correto: garantir que o momento de
administrar o medicamento est´a correto;
• via correta: garantir que o medicamento
ser´a aplicado no acesso correto correto (intra-venoso, subcutˆaneo, inter´osseo/medula ´ os-sea, inala¸c˜ao, enteral, transd´ermico, intra-muscular);
• motivo correto: garantir que o
medica-mento ser´a administrado pelo motivo correto;
prescri-¸c˜ao est´a correta;
Dentre as diversas possibilidades de tecnologias que podem ser aplicadas a este processo, pode-mos citar a prescri¸c˜ao m´edica eletrˆonica, c´odigo de barras, etiquetas RFID e bombas de infus˜ao inteligentes.
A prescri¸c˜ao eletrˆonica ´e um sistema compu-tadorizado usado pelo m´edico para receitar me-dicamentos aos pacientes. O uso deste recurso evita problemas de interpreta¸c˜ao devido a rasu-ras ou caligrafia ileg´ıvel, incompatibilidade entre medicamentos e pode informar quanto `as alergias do paciente a uma determinada droga. O uso de c´odigos de barras e etiquetas RFID podem ser usados para identificar operadores dos eletrom´ e-dicos, pacientes, medicamentos e prescri¸c˜oes. As bombas de infus˜ao inteligentes (Smart Pumps) s˜ao equipamentos eletrom´edicos usados para ad-ministra¸c˜ao de medicamentos, as quais possuem alertas que informam quando a programa¸c˜ao in-correta de doses de medicamentos [1].
Com o uso dos princ´ıpios de fatores humanos no projeto de equipamentos m´edicos ´e poss´ıvel reduzir ou at´e mesmo eliminar a maioria dos erros m´edicos relacionados a opera¸c˜ao deste tipo de dispositivos. Esta ´area cient´ıfica ´e altamente interdisciplinar e tem como objetivo identificar e resolver as deficiˆencia no uso de dispositivos, levando em considera¸c˜ao os aspectos humanos e as caracter´ısticas inerentes ao ambiente hospita-lar. Os estudos est˜ao fortemente baseados nos princ´ıpios oriundos de pesquisas sobre a psicologia cognitiva, os quais tentam entender os processos mentais relacionados com o comportamento dos seres humanos [17]. A cogni¸c˜ao ´e a forma de como o c´erebro percebe, aprende, recorda e pensa sobre todas as informa¸c˜oes captadas atrav´es dos sentidos humanos (tato, olfato, audi¸c˜ao, paladar e vis˜ao).
Alguns dos processos estudados pela psicologia cognitiva s˜ao:
• como as pessoas se comunicam;
• como ´e feita a percep¸c˜ao e processamento de
informa¸c˜oes;
• como comentem erros;
• como interagem com equipamentos e suas
interfaces;
• como resolvem problemas;
• como interagem com o ambiente; • como julgam e tomam decis˜oes;
• como formam conceitos.
O correto entendimento e aplica¸c˜ao dos concei-tos da psicologia cognitiva podem criar grandes oportunidades no desenvolvimento de equipamen-tos m´edicos mais seguros, intuitivos e eficientes. Como resultado ´e poss´ıvel reduzir significativa-mente os erros m´edicos oriundos de opera¸c˜ao inadequada de dispositivos m´edicos, aumentando a satisfa¸c˜ao dos profissionais de sa´ude e a efic´acia no tratamento da sa´ude do paciente.
Os erros m´edicos podem ser prevenidos atrav´es do projeto do sistema de sa´ude em todos os n´ıveis, objetivando torn´a-lo mais seguro ao dificultar que as pessoas fa¸cam algo errado, possibilitando ser mais f´acil fazer da maneira correta [15]. Atra-v´es do desenvolvimento de equipamentos m´edicos usando este ponto de vista ´e poss´ıvel trazer mais seguran¸ca ao ambiente hospitalar e melhorias nas terapias de sa´ude.
3.2 Projetos em medicina ub´ıqua
Diversas pesquisas tˆem sido feitas com o ob-jetivo de desenvolver arquiteturas de software para otimizar a rotina dos profissionais de sa´ude utilizando os conceitos de computa¸c˜ao pervasiva. A seguir est˜ao apresentados alguns dos projetos relacionados com o tema.
3.2.1 ABC (Activity-Based Computing): support for mobility and collaboration in ubiquitous compu-ting
O ABC (Activity-Based Computing) [18]–[21] ´e um projeto de computa¸c˜ao ub´ıqua para apoio `
a mobilidade e colabora¸c˜ao nas atividades de trabalho humano atrav´es do desenvolvimento de um framework. O projeto foi iniciado em 2001 pela Universidade de Aarhus em parceria com Universidade de TI de Copenhague, contando tamb´em com o apoio do Hospital Regional de Horsens.
Os principais objetivos do projeto ABC s˜ao:
• dar suporte `as atividades humanas atrav´es
do gerenciamento de tarefas com o aux´ılio da computa¸c˜ao;
• dar suporte `a mobilidade atrav´es da
• permitir a colabora¸c˜ao ass´ıncrona
possibili-tando que v´arias pessoas participem de uma mesma atividade;
• dar suporte a atividades s´ıncronas para
cola-bora¸c˜ao em tempo real atrav´es de comparti-lhamento por diversos clientes.
Atrav´es do framework desenvolvido ´e poss´ıvel que as atividades sejam interrompidas e reto-madas posteriormente com seu estado anterior totalmente recuperado, mesmo que o local seja diferente ou o dispositivo de computa¸c˜ao usado seja outro. O sistema permite que todas as apli-ca¸c˜oes e recursos associados com as atividades sejam restaurados automaticamente quando uma atividade ´e retomada, otimizando consideravel-mente a rotina cl´ınica. Este suporte `a persistˆencia atende `a necessidade de mobilidade, que ´e um dos principais requisitos das rotinas cl´ınicas em hospitais.
A id´eia central deste projeto ´e o desenvolvi-mento de aplica¸c˜oes para otimizar a rotina dos profissionais de sa´ude, considerando os aspectos inerentes `a profiss˜ao. Para isto foram constru´ıdos v´arios cen´arios do ambiente hospitalar, basea-dos nas rotinas basea-dos m´edicos e enfermeiros. Esta trabalho foi realizado para identificar modelos de atividades, permitindo assim desenvolver uma aplica¸c˜ao para reconhecimento de contexto.
As principais atividades identificadas se refe-rem aos seguintes cen´arios:
• busca de medicamentos na farm´acia do
hos-pital, administra¸c˜ao e controle de medica-mentos (realizadas por enfermeiros);
• prescri¸c˜oes de medicamentos (realizadas por
m´edicos), baseadas em resultados de exames e discuss˜ao com outros profissionais de sa´ude sobre dosagens e tipos de drogas;
• colabora¸c˜ao;
• videonferˆencias para consultas e diagn´
osti-cos;
• conversas com os paciente para explicar
di-agn´osticos e tratamentos;
• cirurgias.
A arquitetura desenvolvida utiliza o conceito de infra-estrutura de computa¸c˜ao guiada por ati-vidades (ADCI - Activity-Driven Computing In-frastructure). O monitoramento das atividades de rotina do ambiente hospitalar e do contexto do usu´ario permitem a descoberta das atividades
executadas pelo cl´ınico, o que possibilita que o sistema atue de forma pr´o-ativa. Isto permite que sejam executadas de forma autom´atica aplica¸c˜oes baseadas na atividade e contexto do usu´ario, reduzindo desta forma o tempo gasto caso fosse necess´ario navegar em uma interface (menu) com diversas op¸c˜oes.
Os usu´arios e recursos s˜ao identificados e loca-lizados atrav´es de dispositivos de radio-frequˆencia dispon´ıveis no ambiente hospitalar.
O sistema desenvolvido permite que todos os recursos digitais (resultados de exames laboratori-ais, imagens para diagn´osticos, registros m´edicos) necess´arios para a realiza¸c˜ao de uma atividade relacionada com um determinado paciente sejam organizados e agrupados logicamente.
A Figura 1 apresenta a arquitetura do projeto ABC, o qual foi estruturado nas seguintes cama-das:
• Infraestrutura: realiza o gerenciamento das
atividades colaborativas e distribu´ıdas atra-v´es da adapta¸c˜ao dos recursos ou servi¸cos dispon´ıveis em um determinado ambiente computacional;
• Cliente: gerencia a atividade em um
dispo-sitivo espec´ıfico;
• Aplica¸c˜ao: possui rotinas e padr˜oes para a
utiliza¸c˜ao dos servi¸cos dispon´ıveis na arqui-tetura do cliente.
3.2.2 ClinicSpace: modelagem de uma ferramenta piloto para defini¸c˜ao de tarefas cl´ınicas em um ambiente de computa¸c˜ao
O projeto ClinicSpace [23], [24] tem como obje-tivo adaptar um middleware para gerenciamento de atividades cl´ınicas atrav´es da computa¸c˜ao per-vasiva. Est´a sendo desenvolvido na Universidade Federal de Santa Maria pelo Grupo de Sistemas de Computa¸c˜ao M´ovel (GMob). O ClinicSpace ´e um Sistema Eletrˆonico de Sa´ude (EHS - Electro-nic Health System) cuja arquitetura foi desenvol-vida com o objetivo de atender aos requisitos dos m´edicos, diminuindo assim a frequente rejei¸c˜ao na implanta¸c˜ao deste tipo de sistema no ambiente hospitalar. O sistema disponibiliza um assistente para ajudar os profissionais de sa´ude a executar suas atividades, usando para isto a computa¸c˜ao orientada a atividades.
pro-Figura 1. Arquitetura do Projeto Activity-based Computing [21], [22] fissionais de sa´ude. Os elementos de contexto
processados s˜ao tempo, recursos, perfil, paciente, localiza¸c˜ao dispositivos e sensores. As informa¸c˜oes do ambiente cl´ınico s˜ao capturadas e integradas automaticamente `as aplica¸c˜oes do sistema com-putacional, tornando os servi¸cos prestados aos pa-cientes mais otimizados e com melhor qualidade [24].
A arquitetura tamb´em permite a personali-za¸c˜ao no modo como cada usu´ario executa as atividades, aumentando assim a aderˆencia do sis-tema automatizado no ambiente hospitalar com o objetivo de aumentar a sua aceita¸c˜ao.
A Figura 2 apresenta a arquitetura do projeto ClinicSpace, o qual foi estruturado nos seguintes n´ıveis:
• N´ıvel superior: operador do sistema
(pro-fissional de sa´ude) que gerˆencia suas tarefas a serem executadas no ambiente pervasivo;
• N´ıvel intermedi´ario: respons´avel pelo
ma-peamento e gerenciamento das tarefas defi-nidas pelo operador e subtarefas (aplica¸c˜oes pervasivas);
• N´ıvel inferior: respons´avel pela execu¸c˜ao
das aplica¸c˜oes e gerenciamento do ambiente pervasivo atrav´es do middleware EXEHDA [7].
A seguir est˜ao descritas o significado das
abre-via¸c˜oes usadas para identificar os componentes da arquitetura:
• IETC: Interface de Edi¸c˜ao de Tarefas e
Con-texto
• SGDT: Subsistema de Gerenciamento
Dis-tribu´ıdo de Tarefas;
• SGT: Servi¸co de Gerenciamento de Tarefas; • SAT: Servi¸co de Acesso a Tarefas;
• SCT: Servi¸co de Contexto de Tarefas • pEHS: pervasive Electronic Health System.
Como diferencial em rela¸c˜ao a outros projetos semelhantes, o ClinicSpace ´e arquitetado com foco nos profissionais de sa´ude que ser˜ao os usu´arios do sistema, permitindo que os mesmos personalizem as suas tarefas. O sistema desenvol-vido permite que os usu´arios fa¸cam um balan-ceamento entre automatizar e controlar a execu-¸c˜ao das tarefas, disponibilizando recursos como agendamento, execu¸c˜ao, interrup¸c˜ao, continua¸c˜ao e cancelamento de atividades. O projeto tamb´em implementa a semˆantica siga-me, permitindo que as tarefas acompanhem o usu´ario mesmo que ele troque de dispositivo computacional.
Figura 2. Arquitetura do Projeto ClinicSpace [25] das tecnologias desenvolvidas pelas pesquisas em computa¸c˜ao ub´ıqua, atendendo dessa forma `a necessidade de mobilidade dos profissionais que atuam no ambiente hospitalar. O sistema a ser desenvolvido far´a a conex˜ao entre dispositivos m´oveis e o sistema informatizado de acesso `as informa¸c˜oes cl´ınicas do hospital, possibilitando assim que os profissionais de sa´ude tenham acesso `
as mesmas de forma pervasiva.
O Pertmed est´a sendo desenvolvido atrav´es da parceria entre grupos de pesquisa da Universidade Federal de Santa Maria (Grupo de Sistemas de Computa¸c˜ao M´ovel - GMob), Universidade Cat´ o-lica de Pelotas e Universidade Federal de Pelotas (Grupo de Processamento Paralelo e Distribu´ıdos - G3PD).
O projeto tem como premissa a colabora¸c˜ao dos profissionais de sa´ude dos hospitais universit´arios destas institui¸c˜oes, os quais ser˜ao respons´aveis por determinar os requisitos do sistema a ser desenvolvido. Estes profissionais tamb´em contri-buir˜ao para a identifica¸c˜ao de caracter´ısticas e funcionalidades, an´alise e adequa¸c˜ao do projeto `a rotina hospitalar. Al´em do atendimento `as neces-sidade destes dois hospitais, o sistema tem como meta a generaliza¸c˜ao da solu¸c˜ao para o atendi-mento aos requisitos da rede SUS (Sistema ´Unico de Sa´ude), onde poder´a ser utilizado amplamente. O Pertmed busca viabilizar o atendimento a lugares remotos e carentes, onde h´a falta de
ser-vi¸cos de sa´ude especializados devido ao alto custo de transporte. Isto seria viabilizado atrav´es do acesso ao estado de sa´ude do paciente atrav´es de monitoramento remoto. Simples orienta¸c˜oes cl´ınicas poderiam ser enviadas diretamente aos celulares dos pacientes. Desta forma o projeto contribuir´a com a redu¸c˜ao na fragmenta¸c˜ao e interrup¸c˜ao de tratamentos devido a dificuldade de acesso aos servi¸cos de sa´ude.
O sistema est´a sendo desenvolvido na plata-forma Java, utilizando diagramas UML (Unified Modeling Language) e programa¸c˜ao orientada a objetos. O gerenciamento do ambiente pervasivo ´e feito atrav´es do middleware EXEHDA [7].
Este projeto pretende disponibilizar informa-¸c˜oes de sa´ude (tais como resultados de exames laboratoriais e registros de pacientes) aos m´edicos e enfermeiros sempre que necess´arias, baseadas em contexto, independentemente do local onde se encontram, a qualquer momento e de qualquer dispositivo (acesso pervasivo).
disponibiliza o tr´afego de informa¸c˜oes entre os profissionais de sa´ude e os pacientes.
3.2.4 uMed: Um Framework para o Gerenciamento de Aplica¸c˜oes Direcionadas `a Medicina Ub´ıqua O projeto uMED ´e uma arquitetura para de-senvolvimento de software direcionada a medi-cina ub´ıqua [2], [26], concebido como parte dos esfor¸cos de pesquisa do projeto PERTMED. O uMED foi desenvolvido no Grupo de Pesquisa em Processamento Paralelo e Distribu´ıdo (G3PD) da Universidade Cat´olica de Pelotas (UCPel).
Este projeto permite o monitoramento remoto dos sinais vitais de pacientes internados em um ambiente hospitalar. O sistema pode emitir aler-tas cl´ınicos atrav´es da captura de informa¸c˜oes contextuais. Os alertas s˜ao baseados em regras criadas pelos profissionais de sa´ude, sendo poss´ı-vel alter´a-las a qualquer momento.
O uMED permite aos cl´ınicos monitorar e con-trolar remotamente dispositivos e equipamentos eletrom´edicos (tais como ventiladores pulmonar e bombas de infus˜ao) com o objetivo de otimizar a rotina cl´ınica dos profissionais de sa´ude. Os dispositivos podem ser para controle ambiental, como por exemplo alarmes, luzes de sinaliza¸c˜ao, aquecedores e umidificadores. Atrav´es deste fra-mework os equipamentos e dispositivos do ambi-ente ub´ıquo podem ser configurados, acionados ou desligados.
O uMED foi desenvolvido com a premissa de ser integrado ao middleware EXEHDA [7], em-pregando suas funcionalidades de reconhecimento e adapta¸c˜ao de contexto. Seu objetivo principal ´e melhorar a mobilidade dos profissionais de sa´ude atrav´es do fornecimento de servi¸cos de sa´ude, com acesso independente do tempo e localiza¸c˜ao. O framework prop˜oe uma infraestrutura para integra¸c˜ao de sensores e dispositivos computaci-onais m´oveis e fixos no meio hospitalar, dispo-nibilizando servi¸cos com consciˆencia ao contexto atrav´es de um ambiente ub´ıquo.
A Figura 3 apresenta a arquitetura do projeto uMED, o qual foi estruturado nos seguintes m´ o-dulos:
• Gerente de Atua¸c˜ao: permitem controlar
(ligar, desligar e configurar) os atuadores do ambiente ub´ıquo de forma manual (atrav´es do operador) ou autom´atica (atrav´es do ser-vidor de contexto);
• Gerente de Aplica¸c˜oes: fornece ao usu´
a-rio as aplica¸c˜oes disponibilizadas pelo fra-mework : emiss˜ao de alertas aos profissionais de sa´ude baseados no monitoramento de si-nais vitais, acionamento imediato e configu-ra¸c˜ao dos atuadores e elabora¸c˜ao de relat´ o-rios personalizados;
• Gerente de Borda: realiza o primeiro
pro-cessamento dos sinais aquisitados pelos sen-sores e faz o tratamento dos dados para acionamento dos atuadores;
• Gerente de Comunica¸c˜ao: respons´avel
por enviar mensagens de notifica¸c˜ao aos cl´ıni-cos, pacientes e familiares atrav´es de mensa-gems SMS (Short Message Service), Google Talk e e-mail;
• Servidor de Contexto: realiza o
processa-mento de informa¸c˜oes de contexto atrav´es do suporte semˆantico.
Como diferencial frente a outros projetos, o uMED possui a possibilidade de gera¸c˜ao de relat´ o-rios personalizados pelos usu´arios para estudo de casos cl´ınicos e a cria¸c˜ao de regras para inclus˜ao e exclus˜ao de atuadores e sensores, de maneira que as caracter´ısticas dos mesmos possam ser abstra´ıdas.
3.2.5 UbiDoctor: Servi¸co de Gerenciamento de Sess˜ao para Ambientes de Medicina Ub´ıqua
O projeto UbiDoctor [27] ´e um middleware, desen-volvido na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), proposto para fornecer servi¸cos de medi-cina ub´ıqua com o objetivo de melhorar a produ-tividade dos profissionais de sa´ude. Atrav´es desta arquitetura estes profissionais podem acessar de forma ub´ıqua os dados pessoais e casos cl´ınicos de pacientes, visualizar pareceres cl´ınicos anteriores e solicitar segunda opini˜ao a outros m´edicos.
O UbiDoctor considera a necessidade de aten-dimento a premissas tais como a intera¸c˜ao entre os profissionais de sa´ude para troca de infor-ma¸c˜oes e opini˜oes cl´ınicas, suporte `a mobilidade dos usu´arios (caracter´ıstica inerente ao ambiente hospitalar), necessidade de acesso `as informa¸c˜oes de sa´ude do paciente atrav´es de diversos tipos de dispositivos computacionais, nomadismo e inter-rup¸c˜oes constantes da execu¸c˜ao de atividades.
• Servi¸co de Gerenciamento de Contexto:
encarregado de examinar os dados contextu-ais e enviar aos demcontextu-ais servi¸cos atrav´es de vari´aveis de contexto;
• Servi¸co de Gerenciamento de Sess˜oes:
disponibiliza a manuten¸c˜ao e persistˆencia das sess˜oes e a migra¸c˜ao de aplica¸c˜oes;
• Servi¸co de Adapta¸c˜ao de Conte´udo: faz
a adequa¸c˜ao das informa¸c˜oes a serem apre-sentadas ao usu´ario considerando a abran-gˆencia da rede e as caracter´ısticas e configu-ra¸c˜oes do dispositivo computacional usado.
Figura 4. Arquitetura do Projeto UbiDoctor [27] Com o objetivo de realiza¸c˜ao de testes foram implementados os servi¸cos de gerenciamento de contexto, gerenciamento de sess˜ao e adapta¸c˜ao de conte´udo do middleware UbiDoctor. Tamb´em foi desenvolvida uma aplica¸c˜ao prot´otipo chamada de UHSys (Ubiquitous Health System) para uso destes servi¸cos. O UHSys possibilita aos profis-sionais cl´ınicos acessarem um sistema de Pron-tu´ario Eletrˆonico do Paciente (PEP), permitindo que o mesmo seja utilizado a qualquer momento (anytime), de qualquer lugar (anywhere) e em qualquer dispositivo computacional (any device). O sistema tamb´em permite que os profissionais de sa´ude solicitem e atendam a pedidos de segunda opini˜ao m´edica.
Atrav´es da arquitetura desenvolvida, o m´edico pode fazer a migra¸c˜ao de uma atividade em execu-¸c˜ao para outro tipo de dispositivo computacional, no qual a tarefa continuar´a a ser executada.
Atrav´es do servi¸co de gerenciamento de sess˜ao esta troca ´e feita com a persistˆencia do conte´udo assegurada. Dependendo dos tipos de dispositivos usados, o ajuste do conte´udo a ser exibido ao usu´ario ´e realizado atrav´es dos servi¸cos de geren-ciamento de contexto e adapta¸c˜ao de conte´udo do middleware.
Na Figura 5 pode-se observar a arquitetura doUHSy.
Figura 5. Arquitetura do m´odulo doUHSy [27] Na parte superior da figura est˜ao os servidores de aplica¸c˜ao dos PEPs, enquanto na parte inferior est˜ao representados os servi¸cos disponibilizados pelo middleware UbiDoctor. Estes componentes formam o back end do sistema, respons´aveis pelos servi¸cos disponibilizados aos clientes. Os compo-nentes que acessam o ambiente computacional atrav´es de computadores pessoais, tablets, PDAs ou telefones celuares s˜ao denominados clientes e formam o front end do cen´ario.
4
Aquisi¸
c˜
ao de sinais vitais
As aplica¸c˜oes utilizando redes de sensores sem fio s˜ao uma tendˆencia no monitoramento de sa´ude [28]. Neste cap´ıtulo ser´a apresentado uma revis˜ao sobre este tecnologia e os principais sinais vitais monitorados em aplica¸c˜oes m´edicas.
4.1 Wireless Body Area Networks
O avan¸co da tecnologia permitiu o desenvolvi-mento e a miniaturiza¸c˜ao de sistemas microcon-trolados com comunica¸c˜ao sem fio em dispositivos port´ateis.
Rede de Sensores sem Fio (RSSF) ´e uma tecno-logia que permite a aquisi¸c˜ao de dados sensoriais a partir de pequenos dispositivos independentes, chamados de nodos ou n´os, distribu´ıdos em uma regi˜ao de interesse [29]. Estes dispositivos pos-suem poder de computa¸c˜ao limitado e fazem uso da comunica¸c˜ao wireless para a coleta de dados e conex˜ao com alguma rede, como por exemplo a Internet [30].
As RSSF podem ser consideradas como uma das primeiras implementa¸c˜oes reais da computa-¸c˜ao pervasiva, segundo a qual dispositivos com-putacionais eventualmente iriam permear o am-biente [30]. Este dispositivos devem ser pequenos, inteligentes, baratos e funcionar por grandes pe-r´ıodos de tempo de forma autˆonoma.
De acordo com [31], o termo n´o ”indica um elemento computacional com capacidade de pro-cessamento, mem´oria, interface de comunica¸c˜ao sem fio, al´em de um ou mais sensores do mesmo tipo ou n˜ao. Redes de sensores sem fio diferem de redes de computadores tradicionais em v´arios aspectos. Normalmente essas redes possuem um grande n´umero de nodos distribu´ıdos, tˆem res-tri¸c˜oes de energia, e devem possuir mecanismos para auto-configura¸c˜ao e adapta¸c˜ao devido a pro-blemas como falhas de comunica¸c˜ao e perda de nodos. Uma RSSF tende a ser autˆonoma e requer um alto grau de coopera¸c˜ao para executar as tarefas definidas para a rede.”
Wireless Body Area Network (WBAN), tam-b´em chamada de Body Sensor Networks (BSN), ´
e uma RSSF otimizada para uso na ´area da sa´ude. Esta rede ´e composta por um conjunto de unidades m´oveis (n´os sensoriais ou atuadores) e compactas colocados na roupa, corpo ou sob a pele do paciente. Esta promissora tecnologia
Figura 6. Arquitetura de um n´o sensor [32]
est´a permitindo o desenvolvimento de aplica¸c˜oes nas ´areas de monitoramento remoto de sa´ude, medicina e esportes, beneficiando-se da liberdade de movimento possibilidade pelo uso das WBANs. Um exemplo da aplica¸c˜ao seria o envio de sinais vitais de um paciente para um central de monito-riza¸c˜ao e controle ou a um profissional de sa´ude encarregado.
Como requisitos essenciais, cada n´o possui uma fonte de energia pr´opria com alto grau de eficiˆ en-cia energ´etica, o que permite o funcionamento por toda sua vida ´util sem necessitar de manuten¸c˜ao, e dimens˜oes reduzidas, possibilitando seu uso no vestu´ario do paciente. Estes n´os se comunicam entre si e com a central atrav´es de tecnologia sem fio, enquanto a central de controle se comunica com o mundo externo por meio de uma rede local, rede de dados para telefonia celular ou pela Internet [33].
O uso de WBANs torna poss´ıvel um monitora-mento mais completo das condi¸c˜oes de sa´ude dos pacientes, permitindo assim a supervis˜ao e regis-tro permanente de seus sinais vitais [33]. Desta forma os profissionais de sa´ude conseguem obter um diagn´ostico m´edico mais preciso, resultando em um tratamento cl´ınico mais eficiente.
Figura 7. Arquitetura de uma WBAN (www.jneuroengrehab.com)
Figura 8. Nike + iPod Sport Kit (www.apple.com/ipod/)
De acordo com [34], o tipo de liga¸c˜ao entre o sensor (instalado no p´e do esportista) e o iPod (colocado no bra¸co) ´e chamada on-body. Caso o
iPod estivesse colocado a uma curta distˆancia e fora do corpo do atleta, a liga¸c˜ao seria chamada de off-body. No caso de sensores implantados, a liga¸c˜ao ´e chamada de in-body.
4.2 Tipos de sinais vitais
Nesta se¸c˜ao ser˜ao caracterizados os principais sinais fisiol´ogicos monitorados pelas aplica¸c˜oes voltadas a medicina ub´ıqua.
4.2.1 Ox´ımetria de pulso
administra¸c˜ao de oxigˆenio ao paciente. A an´alise de SpO2 ´e feita principalmente em pacientes com obstru¸c˜ao pulmonar crˆonica e doen¸cas respirat´ o-rias, atrav´es da qual pode-se avaliar os sistemas card´ıaco e respirat´orio.
O sensor possui um formato semelhante a um prendedor de roupas e normalmente ´e instalado na ponta de um dos dedos das m˜aos do paciente, as quais s˜ao regi˜oes ricas em vasos sangu´ıneos. Tamb´em ´e poss´ıvel coloc´a-lo nos dedos dos p´es, nariz e no l´obulo da orelha.
O fato de nosso sangue possuir uma cor mais ou menos vermelha indica uma maior ou menor taxa de oxigena¸c˜ao. A medi¸c˜ao ´e feita atrav´es de um fotodetector, que ´e um dispositivo semicondutor aprimorado para absolver f´otons, combinando os princ´ıpios da pletismografia e espectrofotometria. S˜ao gerados dois sinais com comprimentos de onda diferentes (luzes vermelha e infravermelha), os quais atravessam a regi˜ao repleta de vasos sangu´ıneos. Parte do sinal irradiado ser´a absor-vido pelo sangue arterial, sendo que os sinais resultantes s˜ao ent˜ao medidos pelo fotodetector. O resultado da oxigena¸c˜ao arterial do paciente ´
e obtido pela diferen¸ca da absor¸c˜ao de luz, que varia conforme a existˆencia de hemoglobina oxige-nada ou desoxigeoxige-nada [36]. Atrav´es deste m´etodo tamb´em ´e poss´ıvel medir a frequˆencia card´ıaca do paciente.
Geralmente os equipamentos usados para fazer esta medi¸c˜ao, chamados de ox´ımetros de pulso, s˜ao pequenos e port´ateis.
Figura 9. Ox´ımetro de pulso port´atil (www.lightinthebox.com)
4.2.2 Eletrocardiograma
O eletrocardiograma (ECG) ´e uma importante ferramenta para monitoramento do funciona-mento do cora¸c˜ao, capaz de fazer o registro da atividade el´etrica relacionada `a a¸c˜ao do m´usculo card´ıaco. A atividade mecˆanica gerada pelo cora-¸c˜ao produz um sinal el´etrico que ´e captado atrav´es de eletrodos colocados na pele do paciente. Este sinal el´etrico possui amplitude entre 50uV e 5mV e frequˆencia entre 0,1 a 100Hz [35].
Depois da captura, o sinal ´e ent˜ao filtrado e processado para a gera¸c˜ao de gr´aficos e valores num´ericos, os quais podem ser avaliados por um profissional de sa´ude qualificado para realizar a sua an´alise e uma correta interpreta¸c˜ao.
A an´alise de ECG ´e usada para diagnosticar doen¸cas e arritmias relativas a problemas no fun-cionamento do cora¸c˜ao, tais como taquicardia, bradicardia, infartos do mioc´ardio, entre outras. O exame tamb´em ´e usado para avaliar o funcio-namento do m´usculo card´ıaco atrav´es de exames de esfor¸co f´ısico [35].
Figura 10. Eletrocardiograma (www.caepcampinas.com.br/e-infra-eletro.asp) 4.2.3 Frequˆencia card´ıaca
A faixa de frequˆencia card´ıaca de adultos em repouso considerada normal ´e de 60 a 100 BPM, sendo que os valores abaixo s˜ao considerados como bradicardia e os acima como taquiacardia [37]. Os monitores multiparam´etricos possuem alarmes visuais e sonoros de baixa e alta frequˆ en-cia card´ıaca.
Tamb´em ´e poss´ıvel medir manualmente a FC em partes do corpo onde pode-se sentir a pul-sa¸c˜ao arterial, tais como peito, pesco¸co e pulso. Para isto basta pressionar o peito com a palma da m˜ao e o pesco¸co (art´eria car´otida, localizada pouco abaixo da mand´ıbula) ou punho com os dedos indicador e m´edio, contando o n´umero de batimentos em um minuto.
Figura 11. Medi¸c˜ao manual da frequˆencia card´ıaca (www.adam.com/)
4.2.4 Temperatura corporal
A temperatura em seres humanos ´e quase sem-pre constante, mesmo quando estamos submeti-dos a muito calor ou frio, gra¸cas a nosso apa-relho termoregulador. Quando h´a um problema que gere uma deficiˆencia nesta regula¸c˜ao t´ er-mica, ocorre hipertermia (quando o corpo pro-duz ou absorve mais calor do que pode dissi-par), hipotermia (queda da temperatura) e fe-bre (aumento da temperatura corporal acima do ponto de regula¸c˜ao). A produ¸c˜ao de ca-lor em nosso organismo ´e feita atrav´es da ali-menta¸c˜ao, f´ıgado e m´usculos. J´a a perda cal´ o-rica acontece pelo sangue atrav´es da transmis-s˜ao do calor para a superf´ıcie do corpo atra-v´es da radia¸c˜ao, evapora¸c˜ao, convec¸c˜ao e condu-¸c˜ao (www.infoescola.com/fisiologia/temperatura-corporal/).
A temperatura ´e medida em partes do corpo que possuam uma grande irriga¸c˜ao sangu´ınea, tais como boca, axila, ˆanus e esˆofago. Para medir esta grandeza pode-se usar um termistor, o qual ´e um componente eletrˆonico que gera uma tens˜ao el´etrica proporcional `a temperatura.
Figura 12. Medi¸c˜ao de temperatura corporal (www.sciencephoto.com)
4.2.5 Gases respirat´orios
Atrav´es de um analisador de gases pode-se medir a concentra¸c˜ao de oxigˆenio, g´as carbˆonico, agentes anest´esicos e ´oxido nitroso na mistura inspirada e expirada pelos pacientes [35]. Para fazer esta an´alise uma pequena amostra de g´as ´e coletada do sistema respirat´orio do paciente atrav´es de um tubo. No equipamento esta amostra passa por algumas etapas, onde ´e avaliada por diferentes m´etodos para a detec¸c˜ao e medi¸c˜ao da quantidade existente de cada um destes tipos de gases.
4.2.6 Frequˆencia respirat´oria
A frequˆencia respirat´oria (FR) ´e o n´umero de vezes por minuto que nosso organismo realiza ciclos de inspira¸c˜ao e expira¸c˜ao. Apesar destes ciclos respirat´orios serem involunt´arios, podemos alterar sua frequˆencia por vontade pr´opria at´e certo ponto. O sistema nervoso de uma pessoa adulta estimula a ventila¸c˜ao pulmonar em uma frequˆencia de 12 a 15 ciclos por minuto. Ao realizarmos exerc´ıcios f´ısicos ou quando ocorre a redu¸c˜ao da concentra¸c˜ao de oxigˆenio no sangue, nosso sistema nervoso aumenta a FR para captar mais g´as (https://sites.google.com/site/educopediaedfisica /seguranca-no-esporte/frequencia-respiratoria).
A FR ´e medida atrav´es sinal da curva de capnografia, que uma t´ecnica usada para obter informa¸c˜oes sobre os padr˜oes de respira¸c˜ao, pro-du¸c˜ao e elimina¸c˜ao de di´oxido de carbono (CO2) do sistema respirat´orio, perfus˜ao pulmonar e ven-tila¸c˜ao alveolar.
4.2.7 Press˜ao Arterial N˜ao Invasiva
A medi¸c˜ao da PANI ´e realizada de modo indi-reto atrav´es do m´etodo oscilom´etrico [35]. Para isto uma bolsa infl´avel (manguito) ´e instalada no bra¸co do paciente e a press˜ao sangu´ınea ´e medida atrav´es da varia¸c˜ao de press˜ao no interior da mesma. O manguito passa a ser inflado at´e bloquear o fluxo de sangue na art´eria braquial do bra¸co. A bolsa passa ent˜ao a ser esvaziada, fa-zendo com que a oscila¸c˜ao de press˜ao aumente at´e atingir um valor m´aximo, quando ent˜ao come¸ca a diminuir.
A press˜ao sist´olica (ponto mais alto da press˜ao nas art´erias) ´e o valor medido dentro da bolsa quando a oscila¸c˜ao come¸ca a ser percept´ıvel. A press˜ao diast´olica (ponto mais baixo da press˜ao nas art´erias, que ´e a press˜ao que est´a sempre presente sobre as paredes arteriais) ´e o valor me-dido quando a oscila¸c˜ao deixa de ser percept´ıvel (www.eerp.usp.br/ope/manual.htm).
A medi¸c˜ao de press˜ao no interior do manguito pode ser feita atrav´es de transdutores de pres-s˜ao (em um equipamento digital) ou por um manˆometro (em um equipamento convencional -esfigmomanˆometro).
Figura 14. Equipamento para medi¸c˜ao de Press˜ao Arterial N˜ao Invasiva (www.futurvida.com)
4.2.8 Press˜ao Arterial Invasiva
Atrav´es da medi¸c˜ao da press˜ao arterial invasiva (PAI) ´e poss´ıvel obter valores confi´aveis, diretos e cont´ınuos, tornando poss´ıvel detectar precoce-mente complica¸c˜oes no estado do paciente.
A medida ´e feita por um transdutor de press˜ao e um cat´eter inserido no sistema circulat´orio do paciente [35]. O cat´eter ´e preenchido com um flu´ıdo fisiol´ogico que transmite a press˜ao do ponto de medi¸c˜ao at´e o sensor. O transdutor de press˜ao deve possuir r´apido tempo de resposta e alta sensibilidade.
4.3 Monitoramento Local x Remoto
O monitoramento de sinais vitais dos pacientes ganha ainda maior relavˆancia quando consegui-mos realiza-lo de forma remota. Entretanto, para isso temos que transpor as dificuldades t´ecnicas envolvidas, e n˜ao s˜ao apenas dificuldades tecno-l´ogicas, mas tamb´em de infra estrutura. Requi-sitos m´ınimos devem ser atendidos para que se tenha a integridade e a seguran¸ca requerida dos sinais vitais dos pacientes. O atendimento destes requisitos ´e necess´ario para que se tenha um monitoramento com qualidade dos sinais vitais dos pacientes. Entende-se por monitormanto com qualidade, uma forma de monitoramento na qual o m´edico possa realizar o diagn´ostico sem receio sobre a qualidade dos dados recebidos [35]. Os principais requisitos s˜ao analisados abaixo: 4.3.1 Sigilo e Seguran¸ca dos Dados
in-ternet aberta e desta forma ficara, de certa ma-neira, acessivel a todos. Em fun¸c˜ao disto, fica compromentida a privacidade do paciente. Para mitigar a quebra de privacidade pode ser utilizado algum tipo de algoritmo de criptografia.
4.3.2 Largura de Banda
O monitoramento remoto exige o envio de alguns dos diversos sinais fisiologicos, quanto mais sinais enviarmos provavelmente maior ser´a a capacidade de analise do profissional de saude. Assim sendo quanto mais sinais queremos enviar maior devera ser quantidade de banda disponivel para o envio destes dados. Segundo crit´erio de Nyquist [?], a m´ınima frequˆencia de amostragem de um sinal deve ser maior que duas vezes a frequˆencia deste sinal. Evidentemente n˜ao devemos fazer aquisi-¸coes em frequˆuencias desnecess´arias pois devemos lembrar que teremos que transmitir estes dados e quanto maior a quantidade de dados a serem transmitidos maior tera que ser a capacidade de escoamento destes dados, ou seja, a largura de banda. Dependendo da escolha do protocolo de transmiss˜ao de dados pode ser que seja necess´aria a utiliza¸c˜ao de t´ecnicas de reenvio de dados, de controle de fluxo e outros mecanismos que garan-tam a chegada dos dados no destino esperado, isto acarreta em maior quantidade de dados enviados e desta forma um acrescimo a mais na largura de banda necess´aria. Tipicamente os sinais vitais de maior frequˆencia s˜ao os do batimento card´ıaco e exigem uma taxa de amostragem de aproximada-mente 250Hz com uma resolu¸c˜ao d 16 bits [35]. 4.3.3 Atraso (Latˆencia)
O intervalo entre o gerador de informa¸c˜ao e o re-ceptor pode ter desde alguns centimetros at´e cen-tenas de quilometros. Sendo assim, dependendo desta distancia (caminho), dos meios utilizados para o envio dos dados, de quantos roteado-res, switchs, conversoroteado-res, radios, etc... os dados ir˜ao ter que atravessar podemos ter um grande atraso entre a produ¸c˜ao do dado e a recep¸c˜ao na aplica¸c˜ao, este atraso, tecnicamente chamado de Latˆencia. Os atrasos fixos s˜ao causado pela velocidade de propaga¸c˜ao do sinal no meio de transmiss˜ao. Os sinais podem ser el´etricos quando o meio de transmiss˜ao for um condutor el´etrico, podem ser ´opticos, quando o meio de transmiss˜ao for fibra ´optica e ondas eletromagn´eticas, quando
o meio de transmiss˜ao for o ar. Atrasos vari´aveis s˜ao causados pelo enfileiramento dos pacotes nos roteadores e pelo congestionamento da rede. 4.3.4 Jitter
Um tipo especifico de atraso, o Jitter ocorre con-tinuamente, ´e um atraso vari´avel que os pacotes levam para chegar ao destino. Como o Jitter ´e uma varia¸c˜ao do atraso, ´e poss´ıvel que um determinado pacote chegue ao seu destino depois de seu sucessor. Como cada pacote tem um “time stamp”, existe uma bufferiza¸c˜ao com atraso, ou seja, ´e inserido um atraso na recep¸c˜ao de dados de forma a dar tempo para a chegada do pr´oximo pacote.
4.3.5 Perdas
Todo o sitema de transmiss˜ao de dados corre o risco de perder informa¸c˜ao durante a tramiss˜ao. A maioria dos protocolos de transmiss˜ao utiliza algum tipo de prote¸c˜ao contra a perda de infor-ma¸c˜ao. Entretanto para alguns tipos de aplica¸c˜oes perdas ocasionais de alguns pacotes n˜ao compro-metem a qualidade. Por exemplo, na transmiss˜ao de uma m´usica pela internet, se for perdido um dado n˜ao h´a a necessidade de recuper´a-lo pois ele n˜ao ´e mais ´util. No monitoramento de sinais vitais em tempo real tamb´em, se um dado for predido ele n˜ao ser´a mais util. Para melhorar a qualidade das informa¸c˜oes recebidas, podemos transmitir pacotes com poucas informa¸c˜oes [35].
4.3.6 Disponibilidade
Se pensarmos que o monitormanto pode estar sendo utilizado para verificar a rea¸c˜ao de um paciente durante uma cirurgia remota, a queda da conecx˜ao pode significar o ´obito do paciente. A disponibilidade da rede ´e um dos fatores mais imortantes.
4.3.7 Tempo Real
4.4 Protocolos de Comunica¸c˜ao
Sabemos que toda aplica¸c˜ao que deseja trans-mitir dados faz isso necessariamente utilizando algum protocolo. Isso acontece porque precisamos preservar o sincronismo dos dados, ou seja, a ordem dos pacotes enviados deve ser a mesma dos dados recebidos, este tipo de sincronismo ´e chamado de “sincronismo IntraMidia”. Tamb´em ´
e necess´ario que sejam sincronizados os dados de cada sinal vital entre si, a este tipo de sincronismo denominamos “sincronismo intermidia” [35]. As principais possibilidades de protocolos para trans-miss˜ao de dados s˜ao o TCP, o UDP e o RTP.
• TCP: O protocolo TCP ´e um servi¸co
orien-tado a conecx˜ao confiavel, ou seja, ele garante a troca de informa¸c˜ao entre as duas pontas. Utiliza mecanismos de controle de fluxo e congestionameto que trabalham para garan-tir a chegada dos dados na ordem em que foram enviados ao seu destino, entretanto, para fazer isso o protocolo utiliza mecanis-mos de retransmiss˜ao de pacotes perdidos ou corrompidos, isso garante a entrega do dado, porem, enquanto este dado n˜ao chegar no seu destino a aplica¸c˜ao que est´a rodando n˜ao pode seguir e acaba tendo que esperar. Outro aspecto a ser analisado ´e que para efetuar o controle do fluxo e o congestionamento o pro-tocolo pode decrementar a taxa de transmis-s˜ao ocasionando instabilidades na aplicac˜ao. Este protocolo n˜ao permite a utiliza¸c˜ao de multicasting.
• UDP: O protocolo UDP n˜ao espera pela
re-transmiss˜ao de pacotes perdidos, desta forma dados podem ser perdidos. Tamb´em n˜ao pos-sui mecanismos de sincroniza¸c˜ao, controle de fluxo e congestionamento.
• RDP: Este protocolo transfere dados em
tempo real, possui mecanismos de sincroni-za¸c˜ao, controle de fluxo e congestinamento, mas n˜ao possui gerenciamento de largura de banda.
4.5 Projetos para monitoramento de sinais vitais
Nesta se¸c˜ao s˜ao apresentados alguns trabalhos baseados em redes sem fio para aquisi¸c˜ao de sinais vitais.
4.5.1 CodeBlue
Codeblue [38]–[41] ´e um projeto da Universidade de Harvard com foco no desenvolvimento de in-fraestrutura de rede para sensores sem fio em aplica¸c˜oes m´edicas. O sistema possui suporte para uso em emergˆencias, cuidados m´edicos em situa-¸c˜oes de desastres e reabilita¸c˜ao de pacientes com problemas card´ıacos. O sistema ´e baseado em uma rede de sensores para monitoramento de sinais vitais e registros m´edicos para uso em decis˜oes nos tratamentos de sa´ude. Tamb´em ´e poss´ıvel monitorar a localiza¸c˜ao dos pacientes atrav´es de sinais de radiofrequˆencia.
Com a arquitetura criada ´e poss´ıvel melhorar o atendimento de v´ıtimas em desastres e acidentes, atrav´es da coleta de sinais vitais e localiza¸c˜ao dos pacientes durante o regaste. O sistema permite integrar estes dados com as informa¸c˜oes de outros sistemas de sa´ude, possibilitando que os cl´ınicos possam, remotamente, dar pareceres m´edicos e indicar o procedimento mais adequado.
O projeto suporta o uso de sensores para mo-nitoramento sem fio de oximetria, eletrocardio-grama (ECG ou EKG), eletromiografia (EMG) e movimentos [40]. Com o sensor de oximetria ´e poss´ıvel medir a frequˆencia card´ıaca e a por-centagem de satura¸c˜ao de oxigˆenio no sangue. O ECG ´e medido atrav´es de um par de sensores, os quais permitem fazer o monitoramento cont´ınuo da atividade el´etrica do cora¸c˜ao, atrav´es do qual ´e poss´ıvel identificar arritmias e ataques do cora¸c˜ao. A EMG ´e feita atrav´es do uso de eletrodos su-perficiais colocados na pele do paciente, os quais medem os impulsos el´etricos dos m´usculos. Os movimentos dos membros (tais como bra¸cos, per-nas, costas e tronco) s˜ao monitorados atrav´es de um acelerˆometro de trˆes eixos e um girosc´opio. O acelerˆometro monitora a orienta¸c˜ao e movimento de cada segmento do corpo. O girosc´opio mede a velocidade angular e, combinado com dados do acelerˆometro, pode ser utilizado para determinar com precis˜ao posi¸c˜ao dos membros. A EMG e os sensores de movimento s˜ao utilizados para avaliar a efic´acia em tratamentos para a doen¸ca de Parkinson e na reabilita¸c˜ao f´ısica ap´os um acidente vascular cerebral (AVC).
dispo-Figura 15. Arquitetura do projeto Codeblue [39]
Figura 16. Sensores sem fio desenvolvidos no projeto Codeblue [40] sitivos, tais como motes3de baixa potˆencia, PCs e
PDAs [38]. O m´odulo ´e composto de um mote mo-delo MICA2 (http://bullseye.xbow.com:81 /Pro-ducts/productdetails.aspx?sid=174) que trans-mite, a um determinado intervalo de tempo, pa-cotes de dados com medi¸c˜oes de sinais vitais do paciente [38]. Estas informa¸c˜oes podem ser transmitidas para um PC ou notebook atrav´es de comunica¸c˜ao com fio ou diretamente para os PDAs dos profissionais de sa´ude atrav´es de comunica¸c˜ao wireless.
O n´ucleo da arquitetura do CodeBlue ´e baseada em um modelo de comunica¸c˜ao publish, onde os dispositivos podem se inscrever para receber in-forma¸c˜oes dos sensores de interesse. A arquitetura de hardware e a camada de software respons´
a-3. Mote ´e um m´odulo microcontrolado que possui alimen-ta¸c˜ao pr´opria atrav´es de baterias, sensores, porta de en-trada/sa´ıda e um m´odulo de comunica¸c˜ao.
vel pela descoberta de novos n´os permitem que sensores sejam facilmente integrados `a rede. A arquitetura do sistema pode ser parametrizada atrav´es de filtros, por meio dos quais ´e poss´ıvel criar regras para envio de alertas quando um sensor apresente alguma medi¸c˜ao que se encontre fora da faixa considerada normal [40].
A Figura 17 mostra uma tela de interface do Codeblue apresentando o relat´orio de monito-ramento dos sensores de batimentos card´ıacos, oximetria e ECG.
4.5.2 MobiHealth
Figura 17. Interface de usu´ario do projeto Codeblue [40]. reumat´oide, insuficiˆencia respirat´oria e gravidez de alto risco.
O MobiHealth foi inicialmente desenvolvido pela Comiss˜ao Europ´eia, entre os anos de 2002 e 2004, com a finalidade de criar uma plataforma de servi¸cos para pacientes e profissionais de sa´ude. Nesta etapa o objetivo foi descobrir se seria poss´ı-vel realizar assistˆencia m´edica atrav´es de sistemas m´oveis de cuidados `a sa´ude com o uso de redes de comunica¸c˜ao 2.5 e 3G .
Posteriormente, entre os anos 2004 e 2008, o projeto foi continuado pelo grupo holandˆes de pesquisas HealthService24, quando passou a ser chamado de Freeband Awareness [42]. Nesta fase o objetivo foi desenvolver uma plataforma de servi¸cos sens´ıveis ao contexto, atrav´es da dispo-nibiliza¸c˜ao de servi¸cos adapt´aveis ao contexto do usu´ario (localiza¸c˜ao, momento e atividade que est´a realizando). Tamb´em fazia parte do escopo do projeto a avalia¸c˜ao do potencial de mercado para os sistemas de monitoramento remoto.
Atualmente o MobiHealth est´a sendo
desen-volvido pelo projeto europeu chamado de Myo-Tel (Myofeedback based Myo-Teletreatment service). O grupo est´a pesquisando o potencial de mercado para myofeedback baseado em monitoramento re-moto e sistemas de tratamento para pacientes que sofrem de dores crˆonicas nos ombros e nas costas (www.myotel.eu/). O projeto conta com o apoio de diversos parceiros europeus, tais como fornecedores de hardware, hospitais, prestadores de servi¸cos m´edicos, operadoras de redes m´oveis de dados, desenvolvedores de aplica¸c˜oes e infra-estrutura m´oveis.
Em todos os projetos est˜ao sendo feitos expe-rimentos com diversos cen´arios para cuidados de sa´ude e tipos de pacientes, realizados por grupos de pesquisas de diferentes pa´ıses europeus [43].
ser monitorados sem a necessidade de estarem hospitalizados, podendo prosseguir as suas ativi-dades di´arias com liberdade e receberem pareceres de profissionais de sa´ude em tempo real. Com a plataforma desenvolvida ´e poss´ıvel monitorar continuamente a press˜ao arterial, frequˆencia car-d´ıaca, respira¸c˜ao e ECG [43].
A BAN ´e formada por sensores, atuadores, meios de comunica¸c˜ao e m´odulos de processa-mento. Os sensores da rede BAN s˜ao instalados no corpo do paciente. A comunica¸c˜ao entre os nodos da rede BAN ´e feita atrav´es de redes de comunica¸c˜ao sem fio de curto alcance, tais como a tecnologia Bluetooth [42]. O sistema possui uma unidade-base m´ovel, implementada atrav´es de um PDA da fabricante HTC, que aquisita os sinais vitais e os envia para um servidor de aplica¸c˜ao atrav´es de uma rede de banda larga sem fio (Wi-Fi ou 2.5/3/3.5G) [43]. Estes sinais vitais s˜ao ent˜ao transmitidos para an´alise pelos profissionais de sa´ude.
Figura 19. Sensores e interface de usu´ario do MobiHealth (www.mobihealth.com)
Como resultado, o projeto provou que o mo-nitoramento m´ovel e remoto de pacientes reduz os custos dos tratamentos de sa´ude, j´a que di-minui a quantidade de exames que precisam ser realizados nos hospitais e melhora a qualidade de vida dos pacientes [43]. As pesquisas realizadas tamb´em concluem que a BAN ´e uma tecnologia em crescimento e que ir´a apoiar estes objetivos.
4.5.3 UbiMon
O UbiMon [48], [49] (Ubiquitous monitoring envi-ronment for wearable and implantable sensors ou Ambiente de Monitora¸c˜ao Onipresente para Sen-sores Vest´ıveis ou Implant´aveis) ´e um framework desenvolvido pelo Departamento de Computa¸c˜ao do Imperial College London com o objetivo de disponibilizar um monitoramento cont´ınuo e em tempo real do estado fisiol´ogico de pacientes n˜ao hospitalizados e que estejam desenvolvendo suas atividades normais no seu dia-`a-dia. O projeto considera pacientes com arritmias card´ıacas ou em acompanhamento p´os-operat´orio. O sistema permite o armazenamento e processamento a longo prazo dos dados aquisitados, possibilitando desta forma a an´alise de tendˆencias, detec¸c˜ao e predi¸c˜ao de situa¸c˜oes de risco `a vida do paciente. Os resultados da an´alise dos dados coletados po-dem ser enviados para o m´edico respons´avel pelo paciente. Al´em disto, o sistema pode automatica-mente acionar uma ambulˆancia no caso de uma emergˆencia m´edica.
De acordo com as pesquisas do projeto [49], um dos principais desafios no monitoramento con-t´ınuo de pacientes que n˜ao est˜ao hospitalizados ´e identificar qual o contexto em que os sinais fisiol´ogicos est˜ao sendo aquisitados. Isto se deve ao fato de que os sinais vitais variam conforme a atividade em que o paciente est´a envolvido e a in´umeros fatores ambientais. Como exemplo, uma altera¸c˜ao nos sinais de ECG podem ser tanto devido a condi¸c˜ao card´ıaca do paciente quanto ao estresse f´ısico e mental ao qual o paciente est´a submetido.Portanto, neste projeto, foram consi-derados sensores para entender o contexto do paciente, juntamente com os demais sensores para monitoramento dos sinais vitais, para que possa ter uma imagem mais ampla do estado fisiol´ogico do paciente.
A figura 20 apresenta alguns cen´arios dos testes de prot´otipos de sensores de movimentos usados para identificar o contexto do corpo do paciente, ou seja, se o mesmo est´a caminhando, sentado, correndo, subindo escadas, andando de bicicleta, etc. Estes testes foram feitos para identificar as posi¸c˜oes mais adequadas para instala¸c˜ao dos sensores no corpo do paciente e quais tipos de sensores ideais para uso.
