Beyond Human Senses
Por
Hugo Miguel Sequeira Martins
Orientador: Ant´onio Lu´ıs Gomes Valente
Co-orientador: Eduardo Jos´e Solteiro Pires
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no DR – I s´erie–A, Decreto-Lei n.o
74/2006 de 24 de Mar¸co e no Regulamento de Estudos P´os-Graduados da UTAD
DR, 2.a
s´erie – Delibera¸c˜ao n.o
Beyond Human Senses
Por
Hugo Miguel Sequeira Martins
Orientador: Ant´onio Lu´ıs Gomes Valente
Co-orientador: Eduardo Jos´e Solteiro Pires
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no DR – I s´erie–A, Decreto-Lei n.o
74/2006 de 24 de Mar¸co e no Regulamento de Estudos P´os-Graduados da UTAD
DR, 2.a
s´erie – Delibera¸c˜ao n.o
Orienta¸c˜ao Cient´ıfica :
Ant´onio Lu´ıs Gomes Valente Professor Auxiliar com Agrega¸c˜ao do
Departamento de Engenharias Escola de Ciˆencias e Tecnologia Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Eduardo Jos´e Solteiro Pires Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias Escola de Ciˆencias e Tecnologia Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
“A verdadeira sabedoria consiste em saber como melhorar o bem estar do mundo.”
Benjamin Franklin (1706 – 1790)
`
A minha fam´ılia
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores
Os membros do J´uri recomendam `a Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro a aceita¸c˜ao da disserta¸c˜ao intitulada “Beyond Human Senses” realizada por Hugo Miguel Sequeira Martins para satisfa¸c˜ao parcial dos requisitos do grau de Mestre.
Outubro 2010
Presidente: Doutor Salviano Filipe Silva Pinto Soares,
Direc¸c˜ao do Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de
Computadores do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Vogais do J´uri: ,
Ant´onio Lu´ıs Gomes Valente,
Professor Auxiliar com Agrega¸c˜ao do Departamento de Engenharias da Escola de Ciˆencias e Tecnologia
Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Eduardo Jos´e Solteiro Pires,
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias da Escola de Ciˆencias e Tecnologia
Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Beyond Human Senses
Hugo Miguel Sequeira Martins
Submetido na Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro para o preenchimento dos requisitos parciais para obten¸c˜ao do grau de
Mestre em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores
Resumo — A disponibilidade tecnol´ogica aliada a interesses de v´aria ordem entre os quais cient´ıfico, t´ecnico e comercial, tornou hoje poss´ıvel a realiza¸c˜ao de redes de sensores sem fios biom´edicas perante cen´arios dinˆamicos onde se exige capacidade de projecto assentes nas premissas sempre actuais da engenharia relacionadas com a auto-sustentabilidade energ´etica (sobrevivˆencia), a conectividade (necessidade de comunica¸c˜ao), a coopera¸c˜ao m´utua entre sensores (simbiose), a interferˆencia (ru´ıdo) ou a qualidade de servi¸co (garantia de inteligibilidade) sempre ao servi¸co do Homem. Esta disserta¸c˜ao apresenta a descri¸c˜ao da implementa¸c˜ao de uma solu¸c˜ao, software e hardware, para a aquisi¸c˜ao de sinais provenientes de sensores fisiol´ogicos e do meio ambiente para monitoriza¸c˜ao de um indiv´ıduo integrado num determinado contexto, nomeadamente, electrocardiograma (ECG), de oximetria, e de outros si-nais anal´ogicos, tais como, a temperatura, o peso, a luz, de fecho de portas e de fluxo de ´agua. O sistema incorpora tamb´em um m´odulo de comunica¸c˜oes sem fios que foi projectado de forma a maximizar os requisitos de qualidade de servi¸co (QoS). Conclui-se que o sistema, assente numa rede biom´edica sem fios, permite a reco-lha de dados necess´arios para o acompanhamento da actividade de indiv´ıduos em mobilidade controlada num mesmo quarto ou enfermaria, constituindo um auxiliar tecnol´ogico que para al´em de respons´avel por toda a gest˜ao de alarm´ıstica, pretende identificar rotinas de uma forma dinˆamica em fun¸c˜ao da degrada¸c˜ao natural associ-ada a patologias cr´onicas e a altera¸c˜ao de perfil de comportamentos associados ao inevit´avel passar do tempo.
Palavras Chave: Ambient Assisted Living, Sensores fisiol´ogicos, Sensores do meio ambiente, Identifica¸c˜ao de rotinas di´arias, Algoritmos de inspira¸c˜ao natural, Teoria da cren¸ca.
Beyond Human Senses
Hugo Miguel Sequeira Martins
Submitted to the University of Tr´as-os-Montes and Alto Douro in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Electrical Engineering and Computers
Abstract — The availability of technology coupled with the interests of various kinds including scientific, technical and commercial, has today made possible the realization of biomedical wireless sensor networks for dynamic scenarios which re-quire the ability to project based on current assumptions when engineering related to self energy-sustainability (survival), connectivity (communication needs), mutual cooperation between sensors (symbiosis), interference (noise) or the quality of service (guarantee of intelligibility) always at the service of Mankind.
This thesis presents a description of the implementation of a software and hardware solution for physiological and environment signals data acquisition, from sensors, for monitoring of an individual in a given context, including electrocardiogram (ECG), oximetry, and other analog signals such as temperature, weight, light, door closers and water flow. The system also incorporates a wireless communication module that is designed to maximize the quality requirements of service (QoS).
It was conclude that the system, based on a biomedical wireless network, allows the collection of data needed to monitor the activity of individuals in controlled mobility in the same room or ward, providing a processing aid in addition to that responsible for the overall management of alarms, is to identify routines in a dynamic way depending on the natural degradation associated with chronic conditions and changing profile of behaviors associated with the inevitable passage of time.
Key Words: Ambient Assisted Living, Physiological sensors, Environmental sen-sors, Identification of daily routines, Algorithms inspired by natural theory of belief.
Agradecimentos
Os meus agradecimentos ao Magn´ıfico Reitor da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro, Professor Doutor Carlos Alberto Sequeira, bem como ao Presidente da Escola de Ciˆencias e Tecnologia, Professor Doutor Jos´e Afonso Moreno Bulas Cruz, assim como ao Director do Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de Computa-dores da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro, Professor Doutor Salviano Filipe Silva Pinto Soares.
Ao Vice-Director do Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro, Professor Doutor Ant´onio Lu´ıs Gomes Valente, Professor Auxiliar com Agrega¸c˜ao do Departamento de Engenharias, orientador deste trabalho, pela sua motiva¸c˜ao, pelas suas sugest˜oes, ideias inovadoras e orienta¸c˜oes.
Ao Professor Eduardo Jos´e Solteiro Pires, na qualidade de co-orientador, pelas suas observa¸c˜oes e orienta¸c˜oes.
Agrade¸co ao Professor Doutor Paulo M. Mendes e aos meus colegas da Universi-dade do Minho com quem colaborei de forma institucional, e aos quais agrade¸co as orienta¸c˜oes e toda a colabora¸c˜ao conjunta.
mento de v´arios projectos. Um agradecimento em particular ao Engenheiro V´ıtor Sim˜oes Ribeiro com quem privei algum tempo, e que ajudou no esclarecimento dos objectivos.
Agrade¸co `a minha namorada, pa´ıs e irm˜a pela for¸ca e coragem que me deram durante todo este tempo.
E por fim a todos os meus colegas do curso de Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro pela sua amizade e simpatia.
A todos, um sincero obrigado!
UTAD, Hugo Miguel Sequeira Martins
Vila Real, 31 de Outubro de 2010
´Indice geral
Resumo xi
Abstract xiii
Agradecimentos xv
´Indice de tabelas xxi
´Indice de figuras xxiii
Gloss´ario, acr´onimos e abreviaturas xxvii
1 Introdu¸c˜ao 1
1.1 Envelhecimento da popula¸c˜ao . . . 2
1.2 Os novos desafios a enfrentar. . . 4
1.3 Motiva¸c˜ao . . . 6
1.4 Objectivos . . . 7
1.5 Organiza¸c˜ao da disserta¸c˜ao. . . 8
2 Inova¸c˜ao tecnol´ogica para melhorar a qualidade de vida 9 2.1 Programa Ambient Assisted Living . . . 9
2.2 Projectos financiados pelo programa AAL . . . 11
2.2.1 Projecto BEDMOND . . . 12
2.2.2 Projecto CARE . . . 12
2.2.3 Projecto H@H . . . 13 xvii
2.3 Sistemas de Health Care desenvolvidos . . . 18
3 Tecnologia de suporte para o Ambient Assisted Living 25 3.1 Redes de sensores sem fios . . . 25
3.2 Rede de ´area corporal. . . 27
3.3 Tecnologias de r´adio frequˆencia de baixa potˆencia . . . 30
3.3.1 Tecnologia Bluetooth Low Energy . . . 30
3.3.2 Tecnologia ZigBee . . . 31
3.3.3 Tecnologia Ultra-Wide-Band . . . 33
3.3.4 Outras tecnologias RF de baixa potˆencia . . . 35
3.3.5 Compara¸c˜ao entre as tecnologias RF . . . 36
3.4 Dispositivos biom´edicos . . . 36
3.4.1 Electrocardiograma . . . 37
3.4.2 Oximetria de pulso . . . 38
3.4.3 Press˜ao arterial . . . 42
3.4.4 Glicos´ımetro . . . 44
3.5 Dispositivos de automa¸c˜ao residencial . . . 47
3.6 Redes de ´area global . . . 49
4 Desenvolvimento da plataforma de monitoriza¸c˜ao 51 4.1 Hardware . . . 52
4.1.1 M´odulos de comunica¸c˜ao sem fios . . . 52
4.1.2 Sensores e dispositivos . . . 55
4.2 Software . . . 63
4.2.1 Interface gr´afica . . . 64
4.2.2 Formato dos pacotes . . . 67
4.2.3 Fluxograma . . . 70
4.2.4 Recep¸c˜ao dos dados. . . 71
4.2.5 An´alise dos pacotes . . . 71
4.2.6 Representa¸c˜ao gr´afica e alarmes . . . 79
4.2.7 Algoritmo para a identifica¸c˜ao de perfil do paciente . . . 85
4.2.8 Software de simula¸c˜ao de sensores . . . 87
5 Testes e resultados 91 5.1 Testes dos componentes de hardware . . . 91
5.2 Testes da componente de software . . . 94
5.3 Testes da plataforma . . . 97
5.3.1 Cen´ario residencial . . . 98 xviii
5.3.2 Cen´ario de enfermaria . . . 100
6 Conclus˜oes e trabalho futuro 105
Referˆencias bibliogr´aficas 109
´Indice de tabelas
3.1 Compara¸c˜ao de tecnologias de r´adio frequˆencia de baixa potˆencia. . . 37
4.1 Identificadores dos pacientes (userID). . . 68
4.2 Identificadores dos sensores (sensID) . . . 69
4.3 Rela¸c˜ao entre tens˜ao e peso da balan¸ca utilizada . . . 75
4.4 Dados transportados nos pacotes de sensores ON/OFF (userID) . . . 77
4.5 Classifica¸c˜oes de press˜ao arterial . . . 81
5.1 Caracter´ısticas do computador utilizado nas experiˆencias. . . 97
´Indice de figuras
1.1 Distribui¸c˜ao da popula¸c˜ao por idades na UE-25 . . . 3
1.2 Diagrama do sistema proposto . . . 7
2.1 Pa´ıses membros do Programa AAL . . . 10
2.2 Detec¸c˜ao de queda com os sensores de vis˜ao . . . 13
2.3 Diagrama do sistema proposto pela Health at Home . . . 14
2.4 Diagrama do sistema proposto pelo projecto PAMAP . . . 15
2.5 Diagrama do sistema . . . 19
2.6 Diagrama do sistema CAALYX . . . 22
2.7 Dispositivo transport´avel e telem´ovel com GPS . . . 23
3.1 M´odulos t´ıpicos de um n´o de redes de sensores sem fios . . . 27
3.2 Exemplo de uma WBAN . . . 28
3.3 Camadas do protocolo ZigBee / IEEE 802.15.4 . . . 32
3.4 Camadas do protocolo UWB . . . 34
3.5 Sensores de ECG capacitivos numa t-shirt . . . 39
3.6 Ox´ımetro digital com Bluetooth . . . 41
3.7 Primeiro ox´ımetro de dedo sem fios do mundo . . . 41
3.8 Medidor de press˜ao arterial de pulso . . . 43 xxiii
3.11 Medidor de Glicose com Bluetooth . . . 47
3.12 Sistema de automa¸c˜ao residencial da AlertMe . . . 49
4.1 Placas de desenvolvimento Jennic JN5139. . . . 53
4.2 Prot´otipo do m´odulo de comunica¸c˜ao ZigBit. . . . 54
4.3 Gerador hidroel´ectrico. . . 56
4.4 Dispositivo de monitoriza¸c˜ao de press˜ao arterial ZigBee . . . 57
4.5 Liga¸c˜oes realizadas no dispositivo de press˜ao arterial. . . 58
4.6 Balan¸ca conectada ao m´odulo ZigBee. . . . 59
4.7 Sensor de abertura de portas. . . 60
4.8 Diagrama de blocos do sistema de aquisi¸c˜ao de ECG. . . 61
4.9 Prot´otipo do m´odulo para aquisi¸c˜ao de ECG e de oximetria. . . 62
4.10 M´odulo de oximetria utilizado . . . 63
4.11 Sistema de oximetria acoplado ao sistema de aquisi¸c˜ao de dados. . . 63
4.12 Interface gr´afica inicial . . . 64
4.13 Interface gr´afica individual . . . 66
4.14 Formato dos pacotes . . . 67
4.15 Fluxograma da aplica¸c˜ao . . . 70
4.16 Exemplo de um pacote de ECG . . . 73
4.17 Exemplo de um pacote de temperatura corporal . . . 74
4.18 Exemplo de um pacote da balan¸ca . . . 75
4.19 Exemplo de um pacote de press˜ao arterial . . . 76
4.20 Exemplo de um pacote de fluxo de ´agua . . . 77
4.21 Exemplo de um pacote de abertura de porta . . . 78
4.22 Exemplo de um pacote de temperatura e humidade . . . 79
4.23 Mensagem de texto em modo PDU . . . 83
4.24 Comando AT para enviar a SMS . . . 83
4.25 Dispensador de comprimidos . . . 84
4.26 Electrocardiograma obtido num paciente real. . . 84
4.27 Representa¸c˜ao gr´afica de alguns parˆametros fisiol´ogicos . . . 85 xxiv
4.28 Representa¸c˜ao gr´afica da informa¸c˜ao obtida com os sensores residenciais 85
4.29 Interface de simula¸c˜ao do sensor de ECG . . . 87
4.30 Interface de simula¸c˜ao de sensores fisiol´ogicos . . . 88
4.31 Interface de simula¸c˜ao de sensores de automa¸c˜ao residencial . . . 89
5.1 Teste de comunica¸c˜ao dos m´odulos ZigBee . . . 92
5.2 Recep¸c˜ao de um pacote do sensor de fluxo de ´agua . . . 93
5.3 Recep¸c˜ao de um pacote do sensor de press˜ao arterial . . . 94
5.4 Testes com o software de simula¸c˜ao . . . 95
5.5 Varia¸c˜ao dos ´ıcones dos n´ıveis de bateria . . . 95
5.6 Varia¸c˜ao do ´ıcone de rede do sensor de ECG . . . 96
5.7 Detec¸c˜ao de uma situa¸c˜ao de temperatura corporal anormal e respec-tivo alerta . . . 97
5.8 Recep¸c˜ao de SMS para administra¸c˜ao de medica¸c˜ao . . . 98
5.9 Detec¸c˜ao e alerta de um caso de quebra de rotina . . . 99
5.10 Avalia¸c˜ao do estado da press˜ao arterial do indiv´ıduo . . . 100
5.11 Esta¸c˜ao base e terminal GSM . . . 101
5.12 Sensores e respectivos m´odulos de ECG simulado, balan¸ca e porta . . 102
5.13 Paciente com um sensor de ECG sem fios . . . 102
5.14 Sensor de oximetria de pulso sem fios . . . 103
5.15 Interface gr´afica inicial . . . 104
5.16 Interface gr´afica de cada paciente monitorizado . . . 104
Gloss´
ario, acr´
onimos e
abreviaturas
Gloss´
ario de termos
Bradicardia — Actividade card´ıaca anormal, retardamento das contrac¸c˜oes card´ıacas. Cianose — Doen¸ca em que se verifica colora¸c˜ao azulada ou viol´acea da pele,
es-pecialmente na face e nas extremidades, devido `a deficiente oxigena¸c˜ao do sangue.
Di´astole — ´E o intervalo entre os batimentos card´ıacos.
Doen¸ca de Alzheimer — ´E uma doen¸ca degenerativa cerebral, que provoca a perda de v´arias capacidades cognitivas como o pensar, memorizar e raciocinar. Doen¸ca de Parkinson — ´E uma doen¸ca degenerativa do sistema nervoso central,
que prejudica a capacidade motora, a fala, entre outras.
Doen¸cas cardiovasculares — S˜ao um conjunto de doen¸cas que afectam o apare-lho cardiovascular, designadamente o cora¸c˜ao e os vasos sangu´ıneos.
Doen¸cas cr´onicas — S˜ao doen¸cas normalmente de desenvolvimento lento, que duram per´ıodos extensos e apresentam efeitos de longo prazo, dif´ıceis de prever.
Doen¸cas neurodegenerativas — S˜ao doen¸cas em que ocorre a destrui¸c˜ao pro-gressiva e irrevers´ıvel de neur´onios, o paciente perde gradualmente as suas fun¸c˜oes motoras, fisiol´ogicas e a capacidade cognitiva.
Enfisema — Doen¸ca pulmonar obstrutiva crˆonica caracterizada pela dilata¸c˜ao ex-cessiva dos alv´eolos pulmonares, o que causa a perda de capacidade respirat´oria e uma oxigena¸c˜ao insuficiente.
Hemoglobina — ´E uma prote´ına que cont´em ferro, est´a presente nos gl´obulos vermelhos e permite o transporte de oxig´enio pelo sistema circulat´orio.
Hipoxia — Diminui¸c˜ao do teor de oxig´enio no sangue.
Patologia — Estado de sa´ude considerado anormal ou desviante.
Press˜ao sist´olica — Press˜ao arterial m´axima exercida sobre as paredes el´asticas das art´erias durante a contrac¸c˜ao dos ventr´ıculos, que ejecta o sangue nas art´erias pulmonares e sist´emicas.
Press˜ao diast´olica — Press˜ao arterial m´ınima registada durante a di´astole, em que os m´usculos card´ıacos relaxam e os ventr´ıculos enchem-se de sangue.
Sinais vitais — S˜ao medidas que fornecem dados fisiol´ogicos indicando as condi¸c˜oes de sa´ude do indiv´ıduo.
S´ıstole — ´E a contrac¸c˜ao dos ventr´ıculos do cora¸c˜ao.
Taquicardia — Actividade card´ıaca anormal, com excessiva frequˆencia das pulsa¸c˜oes.
Lista de acr´
onimos
Acr´onimo Expans˜ao
AAL Ambient Assisting Living
ADC Analog-to-Digital Converter
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
API Application Programming Interface
ASCII American Standard Code for Information Interchange
AVC Acidente Vascular Cerebral
BAN Body Area Network (rede de ´area corporal)
BTS Base Transceiver Station
CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance
EEG Electroencephalogram (electroencefalograma)
ECG Electrocardiogram (electrocardiograma)
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
FFD Full Function Device
GPIO General Purpose Input/Output
GPRS General Packet Radio Service
GPS Global Positioning System
GSM Global System for Mobile Communications
I2
C Inter-Integrated Circuit Bus
I&D Investiga¸c˜ao e Desenvolvimento
LAN Local Area Network
LED Light-Emitting Diode
LEE Low End Extension
lsb least significant bit (bit menos significativo)
MAC Media Access Control (controlo de acesso ao meio)
MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems
NWK Network layer (camada de rede)
PAN Personal Area Network
PC Personal Computer (computador pessoal)
PDU Protocol Description Unit
PHY Physical layer (camada f´ısica)
QoS Quality of Service (qualidade de servi¸co)
RF Radio Frequency (r´adio frequˆencia)
RFD Reduced Function Device
SMS Short Message Service
SpO2 Pulse Oximeter Oxygen Saturation
SPI Serial Peripheral Interface Bus
TIC Tecnologias de Informa¸c˜ao e Comunica¸c˜ao UM Universidade do Minho
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
USB Universal Serial Bus
UTAD Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro UWB Ultra-Wide-Band Technology
WAN Wide Area Network
WBAN Wireless Body Area Network
WEB World Wide Web
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network WLD Wearable Light Device
WPAN Wireless Personal Area Network
WSN Wireless Sensor Network (rede de sensores sem fios)
Lista de abreviaturas
Abreviatura Significado(s) e.g. por exemplo et al. e outros (autores) etc. etecetera, entre outros i.e. isto ´e, por conseguinte vid. veja-se, ver
vs. versus, por compara¸c˜ao com
1
Introdu¸c˜
ao
As novas exigˆencias da sociedade de informa¸c˜ao tornaram emergente a ´area da vida assistida por ambientes inteligentes apoiada nas tecnologias de informa¸c˜ao e co-munica¸c˜ao de tal forma que hoje em dia faz parte das linhas de investiga¸c˜ao de muitos centros de I&D em Universidades e empresas e encabe¸ca a agenda pol´ıtica de prioridades de muitas organiza¸c˜oes e pa´ıses: note-se o esfor¸co europeu Ambient
Assisted Living que congrega vinte estados membros e conta desde j´a com mais trˆes
estados associados.
Admite-se que a Europa e o resto do Mundo, ir˜ao enfrentar um novo desafio, devido `a mudan¸ca demogr´afica. O envelhecimento da popula¸c˜ao ´e comum a todos os pa´ıses industrializados, ainda que com intensidades diferentes de regi˜ao para regi˜ao. Este acontecimento originou-se a partir de um conjunto de factores, desde o processo de despovoamento, da redu¸c˜ao dos ´ındices de natalidade e especialmente do aumento da esperan¸ca m´edia de vida.
Um decr´escimo do n´umero de jovens relativamente ao n´umero crescente de idosos, n˜ao constitui em si um problema, pois o aumento da esperan¸ca m´edia de vida ´e um dos mais admir´aveis feitos da humanidade do s´eculo XX. Por´em, este fen´omeno ter´a tendˆencia a aumentar nas pr´oximas d´ecadas e este sucesso tornar-se-´a um desafio
para as gera¸c˜oes futuras.
O envelhecimento da popula¸c˜ao n˜ao ´e um fen´omeno recente, no entanto nunca a frac¸c˜ao mais idosa foi t˜ao elevada facto que trar´a com certeza implica¸c˜oes, nomea-damente ao n´ıvel econ´omico e social. Assiste-se n˜ao s´o um aumento das despesas dos regimes sociais, devido ao n´umero crescente de pens˜oes de reforma mas tamb´em nas despesas dos sistemas de sa´ude. Por outro lado, ´e importante que este tipo de popula¸c˜ao se sinta integrada na sociedade, independentemente da idade e/ou doen¸ca, pois normalmente estas perdem a sua independˆencia, necessitando de apoio e acompanhamento no seu quotidiano. Assim, os governos e os profissionais de sa´ude ter˜ao de assegurar que a vasta popula¸c˜ao idosa permane¸ca saud´avel e activa.
Olhando para o paradigma actual, os assistentes de sa´ude formais e informais, apre-sentam hoje n´umeros que ser˜ao insuficientes para as necessidades futuras, se bem que a maioria da popula¸c˜ao prim´aria que necessita destes cuidados, os idosos, preferem permanecer a maior parte do tempo no conforto das suas habita¸c˜oes do que ingressar em lares de terceira idade.
Enfrentar os desafios do envelhecimento da sociedade, tr´as consigo uma ´area de oportunidades, onde o aux´ılio da tecnol´ogica pode ajudar e apoiar, tanto a popula¸c˜ao idosa como os assistentes de sa´ude a melhorar a qualidade de vida e assim manter o equil´ıbrio entre a necessidade de trabalho, capaz de ser executado e as exigˆencias decorrentes da situa¸c˜ao de permanecer em casa.
1.1
Envelhecimento da popula¸c˜
ao
No fim do s´eculo XIX, a esperan¸ca m´edia de vida era aproximadamente de 46 anos para os homens e de 50 anos para as mulheres. Por volta do ano 2000 estes n´umeros aumentaram respectivamente para 75 e 80 anos, tendo sido registado um aumento da esperan¸ca m´edia de vida de aproximadamente 30 anos no espa¸co de um s´eculo. Desde 1840, a esperan¸ca m´edia de vida aumentou em um quarto de ano por cada ano e prevˆe-se que assim continue. O aumento da esperan¸ca m´edia de vida, a diminui¸c˜ao
1.1. ENVELHECIMENTO DA POPULAC¸ ˜AO 3
das taxas de natalidade e o processo de despovoamento s˜ao os principais motivos pelo qual a Uni˜ao Europeia se est´a a tornar cada vez mais envelhecida (Costa,2005;
Eurostat,2008;Goll,2010).
Segundo um estudo realizado porSteg et al.(2006), essa mudan¸ca tem-se verificado desde 1960 at´e aos dias de hoje, onde a propor¸c˜ao de pessoas idosas (65 anos ou mais) tem vindo a aumentar. ´E estimado que em 2020 a propor¸c˜ao das pessoas idosas na Europa seja o dobro comparado a 1960. Por volta desse ano as pessoas idosas ser˜ao cerca de 21% da popula¸c˜ao total contra os 11% em 1960. A popula¸c˜ao activa da Uni˜ao Europeia ir´a apresentar um decr´escimo de 20% passando de 246 milh˜oes em 2000 para 203 milh˜oes em 2050. Em 2050 ´e esperado que a popula¸c˜ao idosa seja cerca de 30% da popula¸c˜ao total, contra os 56% da popula¸c˜ao activa (dos 15 aos 64 anos) (Fig. 1.1).
2000 1950 1975 2025 2050 80+ 65-79 50-64 25-49 15-24 0-14 24.9 15.8 35.0 15.2 7.9 1.2 23.7 15.5 32.7 15.4 10.7 2.0 17.1 13.0 36.9 12.3 17.2 3.4 14.4 10.5 31.1 21.3 16.2 6.5 13.3 9.7 28.2 18.5 18.5 11.8 Ano % Idade:
Figura 1.1 – Distribui¸c˜ao da popula¸c˜ao por idades na UE-25 (1950-2050). Dados obtidos em (Zaidi,2008)
O processo de envelhecimento da popula¸c˜ao tem tendˆencia para acelerar nas pr´o-ximas d´ecadas, no entanto n˜ao ´e uma preocupa¸c˜ao apenas na Europa, mas sim do mundo inteiro, essencialmente nos pa´ıses industrializados, onde este ocorre a um ritmo mais r´apido.
Desta forma, segundo Moura (2004), o sucesso do aumento da esperan¸ca m´edia de vida torna-se assim um desafio para as sociedades de hoje, onde os profissionais de
sa´ude e os governos enfrentaram o problema de assegurar que a vasta popula¸c˜ao envelhecida permane¸ca saud´avel e activa.
1.2
Os novos desafios a enfrentar
Com o constante aumento da frac¸c˜ao da popula¸c˜ao idosa, seremos confrontados com novos desafios, tanto econ´omicos como sociais. Este aumento associado com algum tipo de patologia, tr´as consigo implica¸c˜oes tremendas para os sistemas de sa´ude e para os sistemas de assistˆencia social.
Os sistemas de cuidados de sa´ude s˜ao importantes para fornecerem ajuda, trata-mento e assistˆencia `as popula¸c˜oes. Com o autrata-mento da idade, aumenta simultanea-mente a susceptibilidade de adquirir uma doen¸ca cr´onica, necessitando de um maior acompanhamento da sa´ude. Por este motivo, a maior fatia das despesas dos sistemas de sa´ude s˜ao realizadas nos tratamentos da sa´ude da popula¸c˜ao idosa. No futuro com o aumento deste tipo de popula¸c˜ao, os gastos nos cuidados de sa´ude tamb´em ir˜ao aumentar, desta forma os governos de cada pa´ıs ter˜ao de suportar uma carga financeira adicional.
Como este tipo de popula¸c˜ao ´e mais suscept´ıvel a adquirir problemas de sa´ude, que podem levar `a perda da sua independˆencia, elas ficam vulner´aveis `a necessidade do apoio de terceiros para realizarem as suas actividades quotidianas. No entanto, as fam´ılias de hoje apresentam baixos n´ıveis de natalidade, e no futuro n˜ao haver´a popula¸c˜ao activa suficiente capaz de prestar tal aux´ılio.
Olhando para o paradigma actual, os assistentes de sa´ude formais, bem como os informais, apresentam hoje n´umeros que ser˜ao insuficientes para as necessidades futuras. Entenda-se por assistentes de sa´ude formais, aqueles que prestam cuidados de sa´ude, em fun¸c˜ao da sua profiss˜ao, utilizam as suas habilita¸c˜oes, e competˆencias adquiridas em observa¸c˜oes e treinos espec´ıficos. Os informais (leigo ou familiar), s˜ao todos os que prestam cuidados e assistˆencia de sa´ude, como uma express˜ao de amor e carinho por um membro da fam´ılia, amigo ou simplesmente por outro ser humano,
1.2. OS NOVOS DESAFIOS A ENFRENTAR 5
que ´e em parte ou totalmente dependente. Estes prestam aux´ılio para, ajudar a vestir-se, alimentar-se, tratar da higiene pessoal, no transporte, na administra¸c˜ao de medicamentos, na prepara¸c˜ao de alimentos, entre outros.
Os sistemas de seguran¸ca social, dos pa´ıses desenvolvidos, foram criados numa ´epoca de abundˆancia econ´omica, onde a quantidade de pessoas idosas era pequena o sufi-ciente para ser apoiada. Actualmente a popula¸c˜ao que requer estes benef´ıcios est´a a aumentar e a popula¸c˜ao contribuinte para esses apoios sociais ou seja a popula¸c˜ao activa est´a a diminuir. Por este motivo seremos confrontados com um enorme au-mento das despesas dos regimes sociais.
Pelo lado social da quest˜ao, ´e importante que este tipo de popula¸c˜ao, que necessita de ser apoiada diariamente, se sintam integradas na sociedade, independentemente da sua idade e/ou doen¸cas que possuam.
Manter a popula¸c˜ao idosa saud´avel ´e extremamente importante para proporcionar o bem-estar e uma melhor qualidade de vida, sendo essencial que os cidad˜aos idosos se sintam activos e integrados na sociedade. Como referido anteriormente, ao processo de envelhecimento est˜ao subjacentes v´arias implica¸c˜oes para as gera¸c˜oes futuras, no entanto n˜ao podemos considerar as pessoas idosas um fardo para a nossa sociedade, por isso ´e extremamente urgente encontrar solu¸c˜oes inovadoras para resolver estes problemas.
Enfrentar esses desafios do envelhecimento da sociedade, ´e uma ´area de oportuni-dade, onde a inova¸c˜ao tecnol´ogica e socioecon´omica pode melhorar a qualidade de vida dos idosos e das pessoas com deficiˆencias e ao mesmo tempo aliviar os problemas econ´omicos do envelhecimento da popula¸c˜ao e criar novas oportunidades econ´omicas e de neg´ocio.
1.3
Motiva¸c˜
ao
Este trabalho resultou do esfor¸co na UTAD como investigador do projecto de I&D “AAL care solutions” aprovado no Plano Inova¸c˜ao 2009/2011. Pretendia-se promo-ver a cria¸c˜ao de novas solu¸c˜oes tecnol´ogicas na ´area das telecomunica¸c˜oes, atrav´es de redes de sensores com garantia de sustentabilidade, que numa perspectiva hol´ıstica poderia abranger a preven¸c˜ao, monitoriza¸c˜ao e apoio a prestar a comunidades que necessitem de cuidados de sa´ude, continuados ou n˜ao com patologias e caracter´ısticas espec´ıficas. Neste sentido, foi dada especial aten¸c˜ao ao desenvolvimento de tecno-logia e conte´udos com o intuito de melhorar a autonomia e qualidade de vida do cidad˜ao, com a oportunidade da cria¸c˜ao de novos servi¸cos orientados, tanto na pers-pectiva do indiv´ıduo bem como na dos ambientes inteligentes de uso comum em grandes espa¸cos p´ublicos.
A tarefa a cumprir pela UTAD relacionava-se, ao n´ıvel do hardware, com a integra¸c˜ao de alguns sensores do meio ambiente bem como na disponibiliza¸c˜ao de sensores para a aquisi¸c˜ao dos valores de press˜ao sangu´ınea e peso corporal do indiv´ıduo, e ao n´ıvel de software com o projecto e desenvolvimento da interface do sistema capaz de administrar os componentes de hardware que entre outras funcionalidades deveria gerir toda a alarm´ıstica do prot´otipo a desenvolver.
Sendo o projecto partilhado entre duas Universidades, a UTAD-Departamento de Engenharias e a UM-Departamento de Electr´onica Industrial com a Direc¸c˜ao de In-vestiga¸c˜ao Aplicada e Difus˜ao do Conhecimento da PT Inova¸c˜ao por si s´o constituiu `a partida uma mais valia, j´a que durante a sua execu¸c˜ao e ao longo de aproxima-damente um ano, iriam estar cerca de dez pessoas entre estudantes Mestrandos e Doutorandos, Professores e Engenheiros de realidades distintas agregados em torno do trabalho, permitindo a troca de conhecimento e experiˆencias enriquecedoras.
1.4. OBJECTIVOS 7
1.4
Objectivos
Pretende-se desenvolver o sistema proposto na Figura.1.2 que ´e constitu´ıdo por um conjunto de sensores fisiol´ogicos e de automa¸c˜ao residencial (meio ambiente) sem fios, capaz de adquirir e armazenar em tempo real os dados monitorizados, a partir destes extrair informa¸c˜oes sobre o estado de sa´ude e rotinas di´arias dos pacientes. O sistema deve ser capaz de avaliar tais informa¸c˜oes, e atrav´es destas detectar a ocorrˆencia de situa¸c˜oes anormais que possam surgir, caso necess´ario este deve emitir os respectivos alarmes de forma a informar o problema que o originou.
ZigBee - Coordenador ZigBee - Sensor
GSM - Modem
1.5
Organiza¸c˜
ao da disserta¸c˜
ao
Esta disserta¸c˜ao encontra-se estruturada em seis cap´ıtulos. No presente cap´ıtulo fez-se uma introdu¸c˜ao de enquadramento e apresentou-se a motiva¸c˜ao do trabalho.
Em seguida o Cap´ıtulo 2 inicia-se com uma apresenta¸c˜ao sobre o programa euro-peu Ambient Assisted Living que tem como principal objectivo financiar o desen-volvimento de solu¸c˜oes tecnol´ogicas para resolver os novos desafios resultantes do envelhecimento da popula¸c˜ao. De seguida descreve-se os objectivos e o estado de desenvolvimento de alguns dos v´arios projectos que est˜ao a ser financiados pelo programa. Para finalizar, o cap´ıtulo, s˜ao apresentados alguns projectos j´a desenvol-vidos no ˆambito da assistˆencia de sa´ude em ambientes domicili´arios, que tem como finalidade ilustrar a quantidade de tecnologias e ´areas diferentes que estes tipos de sistemas requerem.
No Cap´ıtulo 3 ´e realizada uma descri¸c˜ao sobre a importˆancia das redes de sensores sem fios, nestes tipos de ambientes de assistˆencia remota, em seguida apresentam-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 monitoriza¸c˜ao. Para finalizar, o cap´ıtulo, s˜ao apresentadas algumas tecnologias de comunica¸c˜ao que possibilitam o envio da informa¸c˜ao obtida para o exterior.
O Cap´ıtulo 4 descreve-nos o desenvolvimento dos v´arios componentes constituintes da plataforma.
No Cap´ıtulo 5, ap´os a elabora¸c˜ao dos componentes de hardware e software des-critos no cap´ıtulo anterior, s˜ao enumerados os testes efectuados e apresentados os respectivos resultados.
A finalizar a disserta¸c˜ao, no Cap´ıtulo 6, faz-se uma discuss˜ao dos resultados reais e simulados, e apresentam-se algumas perspectivas de trabalho futuro.
2
Inova¸c˜
ao tecnol´
ogica para
melhorar a qualidade de vida
Este cap´ıtulo inicia-se com uma apresenta¸c˜ao sobre o programa europeu Ambient
Assisted Living que tem como principal objectivo financiar o desenvolvimento de
solu¸c˜oes tecnol´ogicas para resolver os novos desafios resultantes do envelhecimento da popula¸c˜ao. De seguida descrevem-se os objectivos e o estado de desenvolvimento de alguns dos v´arios projectos que est˜ao a ser financiados pelo programa Ambient
Assisted Living. Para finalizar o cap´ıtulo, s˜ao apresentados alguns projectos j´a
desenvolvidos no ˆambito da assistˆencia de sa´ude em ambientes domicili´arios, que tem como finalidade demonstrar a quantidade de tecnologias e ´areas diferentes que estes tipos de sistemas requerem.
2.1
Programa Ambient Assisted Living
O Ambient Assisted Living (AAL) ´e um programa de investiga¸c˜ao e desenvolvimento, financiado por um conjunto de 23 pa´ıses membros (Fig. 2.1), recebendo ainda um apoio substancial da Comiss˜ao Europeia (Ambient Assisted Living, 2010). O seu objectivo principal ´e angariar fundos para apoiar a investiga¸c˜ao e desenvolvimento de novas tecnologias de informa¸c˜ao e comunica¸c˜ao, destinadas a melhorar a qualidade
de vida da popula¸c˜ao idosa e ao mesmo tempo fortalecer a ind´ustria Europeia.
Figura 2.1 – Pa´ıses membros do Programa AAL. Obtida em (Costa,2009)
Como descrito anteriormente, as mudan¸cas demogr´aficas que tem vindo a acontecer, devido ao cont´ınuo envelhecimento da popula¸c˜ao, traz consigo novos desafios que s˜ao necess´arios resolver. No futuro, ´e importante considerar que a juventude e os adultos de hoje ir˜ao tornar-se os idosos de amanh˜a. Por este motivo h´a uma necessidade eminente de investigar novas solu¸c˜oes tecnol´ogicas, afim de fornecer assistˆencia de sa´ude atrav´es da monitoriza¸c˜ao remota dos pacientes, possibilitando uma melhoria da qualidade de vida das popula¸c˜oes sem que esta necessite de se ausentar dos seus locais de habita¸c˜ao ou de conv´ıvio habituais. Assim, a utiliza¸c˜ao da tecnologia, pode executar um importante papel na resposta aos desafios futuros.
Os ambientes assistidos de vida podem melhorar o dia-a-dia das pessoas idosas nas suas habita¸c˜oes, reduzindo a necessidade de vigilˆancia permanente, de servi¸cos pessoais e/ou de enfermagem ou evitando mesmo a sempre indesej´avel transferˆencia para lares de terceira idade. Como o AAL apoia actividades da vida quotidiana, ´e necess´ario considerar v´arios factores contextuais, os de ordem individual, econ´omica e social. O AAL centra-se nas necessidades individuais das pessoas idosas, no que toca `a seguran¸ca, sa´ude, independˆencia, mobilidade, mas tamb´em na participa¸c˜ao e nos contactos sociais. ´E igualmente uma solu¸c˜ao econ´omica, uma vez que actua na redu¸c˜ao de custos dos servi¸cos de sa´ude, oferecendo simultaneamente oportunidades
2.2. PROJECTOS FINANCIADOS PELO PROGRAMA AAL 11
de mercado para a ind´ustria europeia em ´areas promissoras.
A maioria da popula¸c˜ao idosa, al´em de manifestar um especial interesse em viver nas suas pr´oprias habita¸c˜oes, demonstra ainda um grande desejo de viver em um ambiente familiar o maior tempo poss´ıvel. Assim, o conceito de Ambient Assisted
Living tem como finalidade, permitir que essas pessoas vivam o maior tempo poss´ıvel
no seu ambiente preferido, e consequentemente aumentar a sua autonomia, autocon-fian¸ca e mobilidade, proporcionando ainda uma maior independˆencia `as pessoas que auxiliam o familiar idoso.
´
E prioridade atender `as necessidades dos idosos e das pessoas com deficiˆencias, para que sejam integrados socialmente e para que permane¸cam o maior tempo nas suas residˆencias. Assim o Ambient Assisted Living inclui um conjunto de m´etodos, conceitos e servi¸cos para prestar aux´ılio e assistˆencia de forma discreta na sa´ude, bem como nas actividades quotidianas, melhorar a protec¸c˜ao e seguran¸ca, fornecer acesso a servi¸cos sociais, progredir no acesso aos sistemas de m´edicos e de emergˆencia e no evitamento do isolamento social.
Este programa n˜ao foi concebido apenas para o uso exclusivo da popula¸c˜ao idosa. Pretende-se apoiar este tipo de popula¸c˜ao, mas tamb´em apoiar de forma significativa as pessoas afectadas por diferentes tipos de deficiˆencia, mental, auditiva, visual, entre outras.
2.2
Projectos financiados pelo programa AAL
Desde a sua funda¸c˜ao o programa AAL tem financiado v´arios projectos nos pa´ıses participantes. Nesta sec¸c˜ao ser´a apresentado um breve resumo de alguns dos 23 projectos que actualmente est˜ao a ser desenvolvidos com o apoio do programa AAL.
2.2.1
Projecto BEDMOND
O projecto BEDMOND (Behaviour pattern based assistant for Early Detection and
Management Of Neurodegenerative Diseases) est´a a ser desenvolvido em Espanha,
tem como principal objectivo auxiliar os profissionais de sa´ude a diagnosticar preco-cemente doen¸cas neurodegenerativas em pessoas idosas (BEDMOND, 2010). Este, atrav´es da utiliza¸c˜ao das tecnologias da informa¸c˜ao e comunica¸c˜ao, ser´a capaz de recolher informa¸c˜oes comportamentais das actividades do quotidiano das pessoas idosas nas suas habita¸c˜oes. Os dados recolhidos pelo sistema, v˜ao ajudar os m´edicos, disponibilizando uma maior quantidade de informa¸c˜oes detalhadas, sobre as activi-dades do paciente. Desta forma ´e poss´ıvel detectar e diagnosticar uma eventual degrada¸c˜ao do estado cognitivo do paciente, ou seja, as suas mudan¸cas compor-tamentais podem significar um inicio de um decl´ınio cognitivo. Com a detec¸c˜ao precoce destas situa¸c˜oes, os profissionais de sa´ude ser˜ao capazes de diagnosticar antecipadamente a doen¸ca e assim administrar um tratamento imediato antes que esta se agrave, como exemplo na doen¸ca de Alzheimer. O sistema possui tamb´em capacidade de detectar situa¸c˜oes de alto risco dentro da habita¸c˜ao, emitindo se necess´ario os respectivos alarmes.
2.2.2
Projecto CARE
CARE ´e um projecto que est´a a ser realizado pelo Instituto de Tecnologia Austr´ıaco (AIT) que visa criar um sistema inteligente para monitorizar e emitir alarmes, tendo com especial aten¸c˜ao as situa¸c˜oes de quedas, assim o sistema permite acompanhar diariamente as pessoas idosas nas suas habita¸c˜oes, tornando essa popula¸c˜ao mais independente (CARE,2010). Por´em o objectivo do projecto ´e solucionar a quest˜ao ´etica existente de realizar vigilˆancia e ao mesmo tempo garantir a seguran¸ca e pri-vacidade dos pacientes.
Para tal o projecto CARE prop˜oe a utiliza¸c˜ao de sensores de vis˜ao neurom´orficos com processamento em tempo real, a Figura2.3apresenta-nos no canto superior esquerdo
2.2. PROJECTOS FINANCIADOS PELO PROGRAMA AAL 13
Figura 2.2 – Detec¸c˜ao de queda com os sensores de vis˜ao neurom´orficos. (CARE,2010)
uma foto da situa¸c˜ao, em baixo a representa¸c˜ao dos dados recolhidos atrav´es de um par de sensores neurom´orficos, atrav´es dos dados recolhidos pelos sensores ´e poss´ıvel criar a representa¸c˜ao da situa¸c˜ao em stereo (direita).
A informa¸c˜ao recolhida em tempo real por um sensor deste tipo, permite detectar a ocorrˆencia de incidentes (situa¸c˜oes de quedas ou de imobiliza¸c˜ao do paciente) de forma autom´atica, assim o sistema poder´a emitir os avisos necess´arios para que as entidades de emergˆencia possam prestar o devido aux´ılio.
2.2.3
Projecto H@H
O projecto Health at Home (H@H) est´a a ser desenvolvido na It´alia, este apresenta solu¸c˜oes tecnol´ogicas a fim de resolver os problemas sociais, inerentes `a presta¸c˜ao de servi¸cos de sa´ude e acompanhar a popula¸c˜ao idosa afectada por insuficiˆencia card´ıaca (H@H, 2010).
O H@H pretende dotar os utilizadores com sensores sem fios n˜ao invasivos (ECG, SpO2, press˜ao arterial, respira¸c˜ao), afim de monitorizar os seus parˆametros respi-rat´orios e cardiovasculares, ao mesmo tempo permitir que a equipa m´edica acompa-nhe a sua situa¸c˜ao `a distˆancia e se necess´ario tomar medidas.
Figura 2.3 – Diagrama do sistema proposto pela Health at Home. (H@H, 2010)
O sistema realizado tem como principais caracter´ısticas, ser de f´acil utiliza¸c˜ao e confort´avel para o utilizador (rel´ogio de pulso ou semelhante), este tem capacidade de recolher as informa¸c˜oes, do estado dos parˆametros vitais, que s˜ao redireccionadas para o software central. Que armazena as informa¸c˜oes recebidas na base de dados do sistema, onde um conjunto de algoritmos inteligentes processam esses dados a fim de encontrar problemas de sa´ude, tal como avaliar o n´ıvel de alerta da situa¸c˜ao, avisando assim os familiares ou profissionais de sa´ude para as situa¸c˜oes cr´ıticas (Fig. 2.3).
Prevenir e tratar as doen¸cas cardiovasculares na popula¸c˜ao idosa, atrav´es de dispo-sitivos tecnol´ogicos e sistemas de informa¸c˜ao de apoio `a preven¸c˜ao e tratamento, ´e um factor imprescind´ıvel a todos os Sistemas Nacionais de Sa´ude da Comunidade Europeia. Assim, o H@H colabora para o avan¸co do conhecimento cl´ınico, acredi-tando que a investiga¸c˜ao cient´ıfica, no que concerne assistˆencia ao domic´ılio, pode melhorar a sa´ude do paciente tal como a seguran¸ca, a qualidade de vida e diminuir o n´umero de desloca¸c˜oes ao hospital para este tipo de pacientes.
2.2. PROJECTOS FINANCIADOS PELO PROGRAMA AAL 15
2.2.4
Projecto PAMAP
O projecto PAMAP (Physical Activity Monitoring for Aging People) encontra-se na sua fase inicial de desenvolvimento na Alemanha. Tem como objectivo criar um sistema m´ovel e discreto que permitir´a acompanhar e monitorizar de forma precisa as actividades f´ısicas das pessoas idosas. Possui a capacidade de medir com precis˜ao, os movimentos e esfor¸cos dos membros superiores e inferiores do paciente, tanto em ambientes cl´ınicos como em casa (PAMAP, 2010).
Figura 2.4 – Diagrama do sistema proposto pelo projecto PAMAP. (Hendeby et al.,2010)
´
E um sistema modular (Fig. 2.4), composto por um conjunto de sensores MEMS (aceler´ometros, girosc´opios, magnet´ometros), formando uma rede de ´area corporal (BAN), a fim de recolher informa¸c˜oes dos movimentos do utilizador. Os dados recolhidos s˜ao enviados e armazenados numa plataforma de software espec´ıfica de uso profissional e pessoal. Para tal, a plataforma integra uma TV interactiva
(i--TV ) que possibilita a interac¸c˜ao amig´avel entre o utilizador e o sistema, de uma
forma simples e intuitiva. A utiliza¸c˜ao da i-TV aumenta a aceita¸c˜ao e facilita a sua utiliza¸c˜ao pelas pessoas idosas, que geralmente n˜ao est˜ao muito familiarizadas com os computadores.
Em casos de situa¸c˜oes de reabilita¸c˜ao, o sistema monitoriza e promove exerc´ıcios repetitivos dos membros superiores, por exemplo para pessoas que tenham sofrido acidentes vasculares cerebrais (AVC), este poder´a ajudar a recuperar ou a manter a mobilidade. O utilizador ao realizar os exerc´ıcios propostos, o sistema avalia regularmente os seus movimentos e caso tenham sido mal executados, este emite um
feedback para que o paciente os execute de forma correcta. Estes dados recolhidos s˜ao
arquivados e podem ser revistos por especialistas de reabilita¸c˜ao, que posteriormente podem recomendar novos exerc´ıcios ao utilizador caso sejam necess´arios.
Um outro caso de uso, passa por monitorizar o n´ıvel de actividade do paciente e no ecr˜a do sistema este pode verificar o historial da sua actividade f´ısica, sendo bastante ´util para casos de reabilita¸c˜ao cardiovascular, onde os pacientes devem ter uma actividade f´ısica moderada e bem controla. Assim, o sistema ´e capaz de emitir alarmes caso os n´ıveis de actividade sejam elevados, bem como, informar o m´edico que a carga de actividade f´ısica se encontra abaixo do n´ıvel recomendado.
A actividade f´ısica desempenha um papel fundamental, pois aumenta o bem-estar, como tamb´em ajuda na preven¸c˜ao de determinadas doen¸cas cr´onicas, sendo as mais comuns a hipertens˜ao arterial, artrite, doen¸cas respirat´orias, como enfisema, e coles-terol elevado. Assim o sistema PAMAP visa incentivar as pessoas a atingir um n´ıvel de actividade f´ısica saud´avel, bem como diagnosticar problemas que se encontrem numa fase inicial (Hendeby et al., 2010).
2.2.5
Projecto REMOTE
O projecto denominado de REMOTE est´a a ser desenvolvido pela SIEMENS S.A. em Espanha e tem como objectivo resolver as necessidades do quotidiano da po-pula¸c˜ao idosa, em especial daqueles que se encontram em risco por se encontrarem isoladas, geograficamente ou socialmente, e sofrendo de problemas de sa´ude, nomea-damente hipertens˜ao artrite, asma, AVC, Alzheimer, Parkinson, e ainda problemas que afectam o n´ıvel de vida saud´avel como a obesidade, tabagismo, alcoolismo, maus h´abitos alimentares e de consumo, stress e baixos n´ıveis de actividade f´ısica
2.2. PROJECTOS FINANCIADOS PELO PROGRAMA AAL 17
(REMOTE, 2010).
Este projecto tem como finalidade criar um ambiente inteligente escal´avel para mo-nitorizar parˆametros de sa´ude `a distancia, e detectar as situa¸c˜oes cr´ıticas, para tal inclui uma rede de sensores sem fios (WSN) para monitorizar os sinais vitais do paciente. Conta com sensores para a detec¸c˜ao de movimentos mandibulares (intra-oral), temperatura corporal, frequˆencia card´ıaca (ECG), postura e movimento cor-poral (aceler´ometros), e ainda um conjunto de sensores e actuadores de automa¸c˜ao residencial, como temperatura, luminosidade e humidade do ambiente, localiza¸c˜ao e detec¸c˜ao de movimento humano entre outros.
Os dados recolhidos na monitoriza¸c˜ao cont´ınua s˜ao armazenados, desta forma os profissionais de sa´ude podem a qualquer momento avaliar o hist´orico de sa´ude dos pacientes. Podem ainda, se necess´ario, receitar medicamentos ou sugerir os regimes alimentares a seguir, entre outros. Este controlo e gest˜ao dos pacientes pelos profis-sionais de sa´ude, pode ser feita a qualquer hora e lugar de forma simples utilizando servi¸cos baseados na Web.
Desta forma, ´e poss´ıvel reduzir a distˆancia entre os sistemas de sa´ude e a popula¸c˜ao idosa que se encontram de certa forma isoladas, por habitarem em meios rurais. E permite monitorizar o estado de sa´ude destas pessoas a qualquer hora e em qual-quer lugar, independentemente da distˆancia a que estas se encontrem. Ambos os lados ficam a beneficiar uma vez que reduz o n´umero de viagens entre paciente e profissional de sa´ude.
2.2.6
Projecto SoftCare
Em Espanha, est´a a ser desenvolvido um projecto denominado de SoftCare, este prop˜oe a utiliza¸c˜ao da tecnologia de forma a detectar padr˜oes comportamentais dos indiv´ıduos em suas casas. Este projecto visa criar um sistema sensorial sem fios (ZigBee) n˜ao invasivos, para ser instalado nas habita¸c˜oes dos utilizadores. Desta forma o sistema consegue detectar anomalias e ´e capaz de activar os respectivos
alarmes de forma autom´atica, pois o autor diz-nos que at´e agora os sistemas exis-tentes baseiam-se quase todos em alarmes activados pelos utilizadores, al´em disso ajuda a reduzir a quantidade de vigilantes de sa´ude necess´arios.
Atrav´es da monitoriza¸c˜ao di´aria dentro da habita¸c˜ao, ser´a poss´ıvel recolher informa-¸c˜oes do seu comportamento e estado de sa´ude habitual, assim a tecnologia proposta ir´a conseguir detectar situa¸c˜oes comportamentais anormais e entender o n´ıvel de incapacidade e a situa¸c˜ao de sa´ude do paciente, dependendo da sua situa¸c˜ao este pode emitir conselhos ou at´e mesmo enviar alertas para o exterior. O sistema tem ainda capacidade de conseguir detectar n˜ao s´o apenas um tipo de doen¸ca, mas detectar outras que possam surgir ao longo do tempo, para al´em disso o sistema ir´a ter a capacidade de conseguir distinguir pacientes, por exemplo um casal que pode habitar na mesma casa, pois normalmente estes sistemas tˆem sido projectados para monitorizar apenas um paciente (Softcare,2010).
2.3
Sistemas de Health Care desenvolvidos
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
2.3. SISTEMAS DE HEALTH CARE DESENVOLVIDOS 19
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
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
2.3. SISTEMAS DE HEALTH CARE DESENVOLVIDOS 21
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).
2.3. SISTEMAS DE HEALTH CARE DESENVOLVIDOS 23
(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 subsissis-temas 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 ambiennes-tes 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 utilizautiliza-das 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
3.2. REDE DE ´AREA CORPORAL 27
Sensor node
Microprocessor module
Radio module Sensor module Memory module
WBAN WPAN Sens. Filter ADC RAM ROM Flash
Figura 3.1 – M´odulos t´ıpicos de um n´o de redes de sensores sem fios.
edif´ıcios, detec¸c˜ao s´ısmica, florestal e agr´ıcola, respostas de emergˆencia e monito-riza¸c˜ao m´edica (Neves et al., 2008).
3.2
Rede de ´
area corporal
Com o aparecimento dos sensores com capacidade de aquisi¸c˜ao, processamento e comunica¸c˜ao r´adio integrados, ´e poss´ıvel elaborar uma rede sem fios de ´area corpo-ral (WBAN). Segundo Cao (2010), esta define-se como uma rede de comunica¸c˜oes sem fios, de curto alcance (< 2 metros), que interliga um conjunto de pequenos dis-positivos transport´aveis de baixa potˆencia, podendo ser integrados no vestu´ario ou implantados no corpo do utilizador, tem como principal fun¸c˜ao recolher informa¸c˜oes dos parˆametros vitais e movimentos do corpo do paciente.
O paciente pode ser equipado com um conjunto de dispositivos (Fig. 3.2) com ca-pacidade de medir sinais vitais espec´ıficos, tais como temperatura corporal, press˜ao arterial, frequˆencia card´ıaca, oximetria de pulso, electrocardiograma (ECG), elec-troencefalograma (EEG), respira¸c˜ao, entre outros (Jovanov et al., 2005). No en-tanto, os dispositivos que esta pode incorporar n˜ao est´a limitado apenas a sensores biom´edicos, podendo se necess´ario, serem integrados outros tipos de sensores (queda,
movimento, microfones, auriculares) ou at´e mesmo actuadores, dependendo das ne-cessidades do paciente. ECG Sensor Respiratory Sensor SpO2 Sensor B.Pressure Sensor Glucose Sensor Auricular Microphone Moviment Sensor EEG Sensor
Figura 3.2– Exemplo de uma WBAN.
A informa¸c˜ao recolhida pela rede de sensores, ´e transmitida para uma esta¸c˜ao base (BTS), atrav´es de um canal de comunica¸c˜oes de r´adio. Posteriormente os dados recolhidos podem ser redireccionados para a internet (Wi-Fi, GSM, 3G), onde os assistentes ou familiares podem acompanhar o estado de sa´ude do paciente de forma remota (Yuce et al., 2008).
Este tipo de redes encontram-se ainda num estado prematuro de desenvolvimento, pelo qual ainda n˜ao se encontra definido o padr˜ao de comunica¸c˜oes sem fios que se ir´a adoptar. Por´em, ´e uma tecnologia bastante promissora, que se tornar´a uma inova¸c˜ao importante para aplica¸c˜oes em v´arias ´areas, especialmente no acompanhamento de sa´ude `a distancia. Considerando a sua importˆancia, o IEEE lan¸cou em Novembro de 2007 o IEEE 802.15 Task Group 6 (BAN) que prop˜oe desenvolver um novo padr˜ao de comunica¸c˜ao sem fios optimizado para este tipo de redes, onde a confiabilidade, baixo custo e consumo energ´etico assumem uma importˆancia fundamental. O novo padr˜ao poder´a basear-se na camada MAC do padr˜ao IEEE 802.15.4 com uma nova
3.2. REDE DE ´AREA CORPORAL 29
camada f´ısica (PHY) de acordo com Khan et al. (2008), ou at´e mesmo empregar a tecnologia UWB (Cao, 2010).
Como esta ´e uma ´area de elevado interesse, e apesar da falta de especifica¸c˜oes, tem-se assistido a uma forte investiga¸c˜ao, sobre sistemas de monitoriza¸c˜ao de parˆametros fisiol´ogicos, que tˆem sido propostos ou desenvolvidos utilizando tecnologias de co-munica¸c˜ao sem fios de baixa potˆencia j´a existentes. Desta forma tornam-se mais parecidas com a defini¸c˜ao de uma WPAN ou WLAN do que propriamente de uma WBAN, a maioria das propostas utilizam a tecnologia IEEE 802.15.4/ZigBee.
A implementa¸c˜ao de redes de ´area corporal que utilizam o ZigBee como tecnologia de comunica¸c˜ao na transmiss˜ao de dados s˜ao descritos em v´arios artigos. De seguida apresentam-se alguns deles, em Chen et al. (2010) demonstra-nos a implementa¸c˜ao de uma destas redes para a realiza¸c˜ao de electroencefalograma (EEG), em Alam¨aki et al. (2007) para frequˆencia respirat´oria, temperatura corporal e inclina¸c˜ao, em
Otto et al. (2006) para pulsa¸c˜ao e movimento em Jovanov et al. (2005)Milenkovic et al. (2006) Rashid et al.(2008) para electrocardiograma (ECG).
Existem ainda estudos que utilizam a tecnologia Bluetooth para monitorizar ECG
Martincoski(2003), frequˆencia respirat´oria, SpO2, temperatura corporal e pulsa¸c˜ao card´ıaca Penhaker et al. (2007).
Devido `a mobilidade e ao baixo custo das redes de sensores corporais, faz com que se torne numa tecnologia muito promissora, quando devidamente especificada e aprovada ser´a aplicada em ´areas como a medicina, telemedicina, cuidados de sa´ude em casa, multim´edia, desporto e fitness, seguran¸ca e militar, entre outras.
Em especial, e talvez a mais importante, ´e o contributo que pode trazer para a ´area da sa´ude, tornando poss´ıvel os sistemas de monitoriza¸c˜ao continua, registando os parˆametros vitais dos pacientes em hospitais, enfermarias, residˆencias e no trabalho, desta forma proporciona-se um r´apido e melhor controlo e acompanhamento de doen¸cas cr´onicas como a diabetes, asma, ataques card´ıacos, entre outros.
