*e-mail: brunogomes@dca.ufrn.br Recebido: 21/07/2011 / Aceito: 15/02/2012
Modelo arquitetural para geração de alertas aplicado ao monitoramento
de pacientes em ambiente hospitalar
Bruno Gomes de Araújo*, Ricardo Alexsandro de Medeiros Valentim, João Marcos Teixeira Lacerda, Diego Rodrigues de Carvalho, Marcel da Câmara Ribeiro Dantas, José Diniz Júnior
Resumo O aumento nas demandas por gerenciamento, controle e monitoramento das informações na área da automação hospitalar tem promovido um maior volume de pesquisas que são indutoras do processo de inovação tecnológica na área da saúde. Neste contexto, um aspecto considerado importante na automatização do monitoramento GHSDFLHQWHVFRQVLVWHQDH¿FLrQFLDHPGHWHFWDUHLQIRUPDUHPWHPSRKiELODVDQRPDOLDVHQFRQWUDGDVQRV VLQDLVYLWDLVGRVSDFLHQWHV2SURFHGLPHQWRGHQRWL¿FDUDVRFRUUrQFLDVGHVVDVDQRPDOLDVjHTXLSHPpGLFD SRGHVHULPSOHPHQWDGRSRUPHLRGDJHUDomRHHQYLRGHDOHUWDV VRQRURVRXYLVXDLV 9HUL¿FDQGRDUHOHYkQFLD desse tipo de demanda no ambiente hospitalar, o presente artigo descreve uma arquitetura que tem como fundamento a geração e o envio de alertas, cujos dados são advindos de pacientes internados em Unidades de Terapia Intensiva (UTI). A premissa foi, portanto, otimizar o processo de comunicação das anomalias GHWHFWDGDVGHPRGRTXHDHTXLSHPpGLFDUHVSRQViYHOVHMDQRWL¿FDGDGHWDLVHYHQWRVGHPDQHLUDPDLVH¿FLHQWH $DUTXLWHWXUDGHFRPXQLFDomRGH¿QLGDSDUDRDPELHQWHKRVSLWDODUEDVHRXVHHPHVWXGRVUHDOL]DGRVQD87, do Hospital Universitário Onofre Lopes (HUOL). Tais estudos possibilitaram uma análise de requisitos que SHUPLWLXGH¿QLUXPJHUDGRUGHDOHUWDVSHUVRQDOL]DGRVHRHQYLRGHVVHVSDUDGLVSRVLWLYRVPyYHLVGDVHTXLSHV médicas. O processo de envio dos alertas foi baseado em um algoritmo de escalonamento de tempo real, fazendo uso de um middleware e de computação móvel e distribuída, sendo esses os aspectos inovadores dessa arquitetura.
Palavras-chave Automação hospitalar, Monitoramento de pacientes, Sinais vitais, Middleware, Computação móvel, Computação ubíqua.
Architectural model for generating alerts applied to the monitoring of
patients in a hospital environment
Abstract The increase in demand for the management, control and monitoring of information in hospitals has promoted
a greater volume of research that induces the process of technological innovation in healthcare. In this FRQWH[WDQLPSRUWDQWDVSHFWWRFRQVLGHULQWKHDXWRPDWLRQRISDWLHQWPRQLWRULQJLVWKHHI¿FLHQF\WRGHWHFW DQGUHSRUWDQRPDOLHVLQSDWLHQWV¶YLWDOVLJQVLQDWLPHO\PDQQHU7KHSURFHGXUHIRUQRWLI\LQJWKHPHGLFDOVWDII RIWKHVHDQRPDOLHVFDQEHLPSOHPHQWHGE\JHQHUDWLQJDQGVHQGLQJDOHUWV HLWKHUDXGLEOHRUYLVXDO 1RWLQJ the relevance of this demand in the hospital environment, this paper describes an architecture based on the generation and transmission of alerts, whose data are coming from patients hospitalized in intensive care XQLWV ,&8 7KHSUHPLVHZDVWKHUHIRUHWRRSWLPL]HWKHSURFHGXUHIRUUHSRUWLQJGH¿FLHQFLHVVRWKDWWKHPHGLFDO VWDIILQFKDUJHLVQRWL¿HGRIVXFKHYHQWVPRUHHI¿FLHQWO\7KHFRPPXQLFDWLRQDUFKLWHFWXUHLQKRVSLWDOVXVHG LQWKLVSDSHUZDVEDVHGRQVWXGLHVFRQGXFWHGDWWKH,&8RIWKH8QLYHUVLW\+RVSLWDO2QRIUH/RSHV +82/ 7KHVHVWXGLHVDOORZHGDQDQDO\VLVRIUHTXLUHPHQWVWKDWOHDGWRWKHGH¿QLWLRQRIDJHQHUDWRURIFXVWRPDOHUWV DQGWKHVHQGLQJRIWKHVHDOHUWVWRPRELOHGHYLFHVNHSWE\PHGLFDOVWDII7KHSURFHVVRIVHQGLQJWKRVHDOHUWV was based on a real time scheduling algorithm making use of a middleware and both mobile and distributed computing, which are the innovative aspects of this architecture.
Keyworks +RVSLWDODXWRPDWLRQ3DWLHQWPRQLWRULQJ9LWDOVLJQV0LGGOHZDUH0RELOHFRPSXWLQJ
Extended Abstract Introduction
+RVSLWDOSURFHGXUHVVXFKDVPRQLWRULQJRIKRVSLWDOL]HGSDWLHQWV LQLQWHQVLYHFDUHXQLWV ,&8 DUHEHLQJFRQVWDQWO\FRPSXWHUL]HG and automated, and this process gains even more attention with WKHDSSHDUDQFHRIQHZLQIRUPDWLRQWHFKQRORJLHV1HYHUWKHOHVV there is no mechanism to automate the communication between ELRPHGLFDOHTXLSPHQWXVHGIRUPRQLWRULQJSDWLHQWVDQGWKH PHGLFDOVWDIILQDKRVSLWDOHQYLURQPHQW2QHRIWKHVROXWLRQV used is the sending of alerts. The time to generate an alert DQGVHQGLQJLWWRVRPHPHGLFDOVWDII DQDOHUWODWHQF\ PXVW RFFXUDFFRUGLQJWRWKHWLPHFRQVWUDLQWVLPSRVHGE\WKHSURFHVV RISDWLHQWPRQLWRULQJ&RPSOLDQFHZLWKWKHVHUHVWULFWLRQV enables a more appropriate decision making in relation to the procedures recommended in the protocols of medical care. Aiming at this, we developed an architecture for generating and sending alerts from the process of patient monitoring, based RQDUHDOWLPHVFKHGXOLQJV\VWHPXVLQJPRELOHXELTXLWRXVDQG context-sensitive computing.
Material and Methods
For the construction of the architecture, we used the following WHFKQRORJLHV -DYD3URJUDPPLQJ/DQJXDJH:HEVHUYLFH 6RFNHWVFRPPXQLFDWLRQSURWRFROVW\SH7&3 7UDQVPLVVLRQ &RQWURO3URWRFRO DQG,(((DQG5),' 5DGLR)UHTXHQF\ ,GHQWL¿FDWLRQ )LJXUH ,WVH[HFXWLRQÀRZEHJLQVZKHQLW UHFHLYHVWKURXJKD:HE6HUYLFHLQVWDOOHGRQWKHVHUYHUDQHZDOHUW DEQRUPDOLW\ DQRPDO\ GHWHFWHGLQDSDWLHQWEHLQJPRQLWRUHGE\ DQRWKHUV\VWHP,QIRUPDWLRQDERXWWKHDQRPDO\GHWHFWHGZKLFK DUHSUHYLRXVO\UHJLVWHUHGLQWKHV\VWHP )LJXUH DUHSDVVHGWR WKHDQRPDO\VFKHGXOHUZKLFKXVLQJDOLVW VWDFNDOHUWV SHUIRUPV the sorting of anomalies according to their time constraints, in order to ensure the temporal correctness of the mechanism for sending alerts, as represented in Figure 4. At the same time, the architecture generates the alert message that is sent WRWKHSK\VLFLDQ¶VPRELOHGHYLFH7RFRQWUROWKHWUDQVPLVVLRQ the architecture provides a device scheduler, whose purpose is to avoid the overhead of sending alerts to the medical staff, SHUIRUPLQJWKHVRUWLQJRIWKHGHYLFHVWKDWKDYHKLJKHUSULRULW\ to receive the next alert, in accordance with the amount of PHVVDJHVUHFHLYHGXQWLOWKHWLPHRIVKLSSLQJ6KRUWO\DIWHUWKH PHVVDJHLVVHQWWRWKHGHYLFHZLWKWKHKLJKHVWSULRULW\WKURXJK WKHFRPPXQLFDWLRQSURWRFRO7&3XVLQJWKHPRGHORIFOLHQW VHUYHUFRPPXQLFDWLRQ8SRQUHFHLYLQJWKHPHVVDJHWKHPRELOH GHYLFHWULJJHUVDULQJLQJDQGYLEUDWRU\DOHUWIRUVHFRQGV )LJXUH 7KHUHDUHWZRRWKHUPRGXOHVWKDWDUHUHVSRQVLEOH for submitting reports on the general situation of monitoring conducted at the moment that a professional arrives at the KRVSLWDO )LJXUH 7RYHULI\WKHIHDVLELOLW\RIWKHDUFKLWHFWXUH a number of tests were performed, in which the processing times and sending times were measured. The processing time corresponds to the average time the architecture takes to receive DQHZDEQRUPDOLW\DQGWRSUHSDUHDQHZZDUQLQJPHVVDJH2Q the other hand, the sending time consists of the average time that it takes to send a warning message from the architecture WRWKHSK\VLFLDQ¶VPRELOHGHYLFH7ZRWHVWVZHUHUXQWKH¿UVW FRQVLVWLQJRIDVHTXHQWLDOVHQGLQJRIDQRPDOLHVWRWKH architecture, where the average processing time and average VHQGLQJWLPHRIHDFKDQRPDO\ZDVVWRUHGLQDGDWDEDVH7KH VHFRQGWHVWXVHGWKH-0HWHUWRROWRFKHFNWKHFRPPXQLFDWLRQ HI¿FLHQF\EHWZHHQWKHDUFKLWHFWXUHDQGWKHPRELOHGHYLFH VHQGLQJZDUQLQJPHVVDJHVLQWKHVDPHIRUPDWGH¿QHGIRU the architecture and storing the total time of communication.
Results
An overview of the developed architecture can be seen in Figure 7, ZKLFKGLVSOD\VDOOWKHGHSOR\HGVHUYLFHV7KHJHQHUDOSXUSRVH of the performed tests for the architecture was to measure WKHZRUNLQJWLPHDQGWKHHI¿FLHQF\RIWKHV\VWHPYDOLGDWLQJ LWVXVDELOLW\LQDUHDOHQYLURQPHQW$IWHUWKHH[HFXWLRQRIWKH DUFKLWHFWXUHWKHGDWDVWRUHGLQWKHGDWDEDVHZDVDQDO\]HGDQG extracted to generate the graphics, providing a general view RIDOOREWDLQHGWLPHV7KH¿UVWWHVWRULJLQDWHGWKHJUDSKLFVLQ )LJXUHDQG )LJXUHUHSUHVHQWVWKHSURFHVVLQJWLPHRIWKH DUFKLWHFWXUHZLWKDQDYHUDJHWLPHRIPLOOLVHFRQGV 6HQGLQJWLPHVFDQEHIRXQGLQWKH)LJXUH ZLWKDQDYHUDJH WLPHRIPLOOLVHFRQGV7KHWHVWSHUIRUPHGE\-0HWHU SURGXFHGDQDYHUDJHWLPHRIPLOOLVHFRQGVRIFRPPXQLFDWLRQ between the architecture and the mobile device, as shown in )LJXUH7KHLQIRUPDWLRQREWDLQHGE\UXQQLQJ-0HWHULV SUHVHQWHGLQ7DEOH
Discussion and Conclusion
7KHWHVWVSHUIRUPHGRQWKHV\VWHPXVDELOLW\LQGLFDWHWKHSRVVLELOLW\ of using the architecture in a critical environment, such as ,&87KHWRWDOWLPHIRUSURFHVVLQJDQGPHVVDJHVHQGLQJZHUH on the order of milliseconds, showing a good match with the UHTXLUHPHQWVGHVFULEHGLQWKHOLWHUDWXUH7KLVDOORZVDJLOLW\LQ WKHZRUNRIPHGLFDOVWDIIWRDFWRYHUDQ\DEQRUPDOLW\GHWHFWHG during the monitoring of patients.
Introdução
Com o crescimento da computação móvel e com o surgimento de várias tecnologias e de novos paradigmas de comunicação, a automatização de sistemas tornou-se XPDWHQGrQFLD(VVHUHÀH[RMiSRGHVHUREVHUYDGR QDDXWRPDomRKRVSLWDODUSRUH[HPSORFRPGH¿QLomR da escala de médicos plantonistas que pode ser totalmente automatizada. Apesar da grande difusão GHVVDQRYDWHQGrQFLDDOJXQVSURFHVVRVXWLOL]DGRV na área hospitalar ainda são realizados de forma manual (Nof, 2009), o que permite um campo vasto de estudo. Com isso, várias pesquisas estão sendo desenvolvidas no intuito de automatizar, de alguma forma, tais processos (Brooks e Brooks, 1998). Como exemplo, podemos citar o desenvolvimento de sistemas para o monitoramento de pacientes apresentados por Murakami et al. (2006), Várady et al. (2002) e Varshney (2006).
O monitoramento de pacientes internados em Unidades de Terapia Intensiva (UTI) é considerado uma tarefa crítica, pois está relacionado diretamente FRPDVD~GHHH¿FLrQFLDQRWUDWDPHQWRGRVPHVPRV (Leite et al., 2011). Assim, é importante que se EXVTXHRGHVHQYROYLPHQWRGHPHFDQLVPRVH¿FLHQWHV para monitoramento de pacientes, com o objetivo de QRWL¿FDUDRFRUUrQFLDGHDQRUPDOLGDGHVHPWHPSR hábil pela equipe médica responsável, permitindo, deste modo, que seja possível realizar tomadas de decisões mais adequadas.
$QRWL¿FDomRGHVVDVDQRUPDOLGDGHVGHWHFWDGDV durante o processo de monitoração de pacientes permite, portanto, uma diversidade de soluções, dentre as quais o envio de alertas, conforme descrito neste trabalho. Trata-se de um modelo simples e conhecido HQWUHRVSUR¿VVLRQDLVGHVD~GHMiKDELWXDGRVDRV alertas sonoros emitidos, por exemplo, por monitores multiparâmetros das UTIs.
O tempo para gerar um alerta e enviá-lo até XPSUR¿VVLRQDOUHVSRQViYHO ODWrQFLDGHXPDOHUWD GHYHVHUDGHTXDGRjVUHVWULo}HVWHPSRUDLVLPSRVWDV pelo processo de monitoramento de pacientes. De DFRUGRFRP5DXVFKH6HJDO DODWrQFLDGHXPD mensagem de alerta para pacientes monitorados, a GHSHQGHUGDJUDYLGDGHSRGHVHUFODVVL¿FDGRHPWUrV faixas temporais:
7HPSRUHDO±DPHQVDJHPGHYHVHUHQWUHJXH em menos de 10 segundos;;
3HULyGLFR±DPHQVDJHPGHYHUVHUHQWUHJXH em menos de 1 minuto;; e
6REGHPDQGD±DPHQVDJHPGHYHUVHUHQWUHJXH em menos de 10 minutos.
Isso implica, portanto, que os sistemas de envio de alertas que cumpram tais metas temporais, em função
GRWLSRGHVHUYLoRGLVSRQLELOL]DGR FODVVL¿FDomR possibilitam uma tomada de decisão mais adequada em relação aos procedimentos preconizados nos protocolos de atendimento médico.
É comum ainda encontrar processos de comunicação, para monitoração de pacientes, que ainda são realizados de forma manual nos hospitais, IDWRUTXHWRUQDPHQRVH¿FLHQWHRPRQLWRUDPHQWRSRLV podem gerar atrasos que favorecem a depreciação da qualidade do serviço, prejudicando o atendimento de pacientes em situação crítica. Além disso, alguns sistemas utilizam alertas sonoros sem o devido direcionamento a um responsável, podendo, muitas vezes, não serem ouvidos pela equipe ou causar desconforto sonoro em todo ambiente da UTI.
([LVWHPDOJXQVWUDEDOKRVGHVFULWRVQDOLWHUDWXUD focados no monitoramento de pacientes e envio de alertas. Kogure et al. (2005) escrevem o uso de dispositivos móveis com a possibilidade de acompanhamento dos sinais vitais dos pacientes, diretamente por aparelhos móveis via conexão 3G (3rd *HQHUDWLRQ0RELOH7HOHFRPPXQLFDWLRQV). As LQIRUPDo}HVVmRDSUHVHQWDGDVDWUDYpVGHJUi¿FRV e textos na tela do dispositivo, permitindo que o médico possa buscar informações sobre qualquer paciente. Neste caso, a informação é somente obtida quando o médico deseja, ou seja, não chega de forma DXWRPDWL]DGD(VVHPRGHORGHPRQLWRUDPHQWRp PDLVH¿FLHQWHTXDQGRDSOLFDGRSDUDRVFDVRVGH acompanhamento em homecare, pois permite que o médico possa obter os dados dos pacientes sem se GHVORFDUDWpVXDVUHVLGrQFLDV
O trabalho de Murakami et al. (2006) também utiliza dispositivo móvel para o acompanhamento em tempo real dos níveis de glicose em pacientes internados em UTI. Neste caso, foi utilizado um
3RFNHW3& para o acompanhamento, que baixa as
informações a cada 5 minutos e as exibe ao usuário. 2WUDEDOKRFRQWULEXLGHIRUPDEHPHVSHFt¿FDVRPHQWH para o problema de monitoramento dos níveis de glicemia, não permitindo nenhum outro tipo de monitoramento.
Na mesma linha, Zhang et al. (2007) descrevem um sistema baseado em dispositivos móveis para o monitoramento de pacientes, com aplicação desenvolvida na linguagem de programação Java e que se comunica por meio de uma rede de comunicação 3G, possibilitando ao médico acompanhar os dados dos VLQDLVYLWDLVGHXPSDFLHQWHQDWHODGRGLVSRVLWLYR(VVH trabalho é mais abrangente que os demais apresentados, pois permite monitorar de forma pró-ativa os pacientes e trata de um conjunto de sinais vitais. Todavia, não leva em consideração o problema de escalonamento de mensagens de alertas e dos dispositivos que estão
PDLVDSWRVDUHFHEHUHVVDVPHQVDJHQV(VVHVDVSHFWRV DSUHVHQWDPGXDVLPSOLFDo}HV DXPHQWRQDODWrQFLD GRVDOHUWDVSRLVWRGRVRVVLQDLVYLWDLVWrPDPHVPD prioridade;; 2) modelo um para um no envio dos alertas, pois somente um médico pode receber mensagens de alerta de um determinado paciente, ou seja, não há escalonamento de dispositivos, o que pode ser um ponto de gargalo do sistema quando submetido a cenários de maior carga.
1HVWHFRQWH[WRYHUL¿FDVHTXHKRXYHDYDQoRV em relação ao monitoramento de pacientes. Contudo, percebem-se ainda lacunas que demandam soluções efetivas para a melhoria da qualidade desse tipo de serviço e, consequentemente, do atendimento aos pacientes. Desta forma, este trabalho descreve o projeto e a implementação de uma arquitetura baseada nos conceitos da computação distribuída e no uso de dispositivos móveis, cujo objetivo é estabelecer um mecanismo de envio de alertas para pacientes monitorados, considerando aquelas lacunas HQFRQWUDGDV3DUDWDQWRXWLOL]DVHGRHQYLRGHDOHUWDV provenientes do monitoramento de quaisquer tipos de sinais vitais dos pacientes de forma pró-ativa, aplicando conceitos de escalonamento baseados em níveis de prioridades para os alertas e na disponibilidade GRVSUR¿VVLRQDLVGDHTXLSHPpGLFD7DLVHOHPHQWRV compõem as principais inovações implementadas nesta arquitetura.
(VWHDUWLJRWDPEpPDSUHVHQWDXPmiddleware que faz parte da arquitetura e contribui para superar as questões pertinentes a heterogeneidade das plataformas encontradas nos hospitais, tanto de sistemas de software quanto de sistemas operacionais e plataformas de KDUGZDUH(VVHDUWHIDWRGDDUTXLWHWXUDSHUPLWHSRUWDQWR sua integração com qualquer sistema encontrado em ambientes hospitalares.
Materiais e Métodos
Tecnologias utilizadas na construção da arquitetura
3DUDFRQVWUXomRGDDUTXLWHWXUDSURSRVWDQHVWHDUWLJR foram utilizadas as seguintes tecnologias: linguagem de programação Java, webservice, sockets, protocolos GHFRPXQLFDomRGRWLSR7&3 7UDQVPLVVLRQ&RQWURO
3URWRFRO H,(((H5),' 5DGLR)UHTXHQF\ ,GHQWL¿FDWLRQ).
A linguagem de programação Java foi utilizada por permitir a portabilidade dos códigos, ser PXOWLSODWDIRUPDHSRUSRVVXLUXPD$3, Application
3URJUDPPLQJ ,QWHUIDFH) específica para o
GHVHQYROYLPHQWRGHDSOLFDo}HVGLVWULEXtGDV(VWD$3, foi utilizada para o desenvolvimento de um middleware
que disponibiliza dois envios assíncronos de dados %HUQVWHLQ XPYLD*356 *HQHUDO3DFNHW
5DGLR6HUYLFH), possibilitando o envio de mensagens
SMS (6KRUW0HVVDJH6HUYLFH) para telefones celulares, e outro via internet, que permite o envio de e-mails com maiores informações sobre os monitoramentos, FRQIRUPHUHSUHVHQWDGRQD)LJXUD
A aplicação de webservice na arquitetura teve FRPR¿QDOLGDGHSURYHUDLQWHUIDFHGHFRPXQLFDomR com qualquer outro sistema que esteja realizando o monitoramento de pacientes, possibilitando a comunicação de forma transparente e independente da tecnologia, garantindo a interoperabilidade com RXWURVVLVWHPDVSRUPHLRGRSURWRFROR62$3 Simple
2EMHFW$FFHVV3URWRFRO) (W3C, 2010).
O uso de socketsGHFRPXQLFDomRGRWLSR7&3 FRQ¿JXURXVHFRPRXPGRVDVSHFWRVLPSRUWDQWHV da arquitetura, garantindo um serviço de transporte FRQ¿iYHOHFRPFRPXQLFDomRHVWiYHO .XURVHH Ross, 2006), premissa indispensável para a entrega dos alertas.
2SDGUmR,((( ,QVWLWXWH IRL DSOLFDGRD¿PGHSHUPLWLUDPRELOLGDGHGDDUTXLWHWXUD permitindo que os dispositivos móveis se conectem DRVHUYLGRUSRUPHLRGDUHGHVHP¿RVGRKRVSLWDO )LJXUD HWDPEpPSRUVHUXPSDGUmRDPSODPHQWH utilizado e com alto poder de interoperabilidade.
2XVRGDWHFQRORJLD5),'QDDUTXLWHWXUDSHUPLWLX implementar os conceitos de computação ubíqua e VHQVtYHODFRQWH[WRLGHQWL¿FDQGRDXWRPDWLFDPHQWHRV usuários (equipe de saúde) e tornando-a imperceptível e adaptável a esses (Baldauf et al., 2007;; Bardram et al., 2006;; Blanks et al., 2007).
9LVmRGDDUTXLWHWXUD GHVFULomRHÀX[RGH atividades
A arquitetura foi desenvolvida de forma modularizada e seu funcionamento é determinado por um conjunto
Figura 1. Serviços do Middleware para o envio de relatórios.
GHDWLYLGDGHVTXHVHJXHPXPGHWHUPLQDGRÀX[R GHH[HFXomR(VVHÀX[RGHDWLYLGDGHVSRVVLELOLWD visualizá-la de forma geral, bem como, compreender a sua integração com o ambiente hospitalar.
A primeira ação, que dispara o uso da arquitetura, consiste no recebimento de alguma anormalidade (denominada “anomalia”) detectada em um paciente e enviada pela rede do hospital. A arquitetura disponibiliza uma interface para o recebimento de anomalias detectadas através de qualquer outro sistema desenvolvido, que esteja operando no hospital. Durante o processo de monitoramento de dados, basta que este outro aplicativo conheça a interface de recebimento da arquitetura para enviar uma mensagem contendo as informações necessárias sobre a anormalidade detectada. Os dados da anomalia são cadastrados SRUPHLRGHXPDWHODGHFRQ¿JXUDomRDSUHVHQWDGD QD)LJXUD
$DUTXLWHWXUDFRQWpPXPDWDEHODGHUHIHUrQFLD implementada em um banco de dados, que armazena todas as anomalias monitoradas. Cada anomalia é composta pela seguinte estrutura de dados:
1RPH~QLFR XWLOL]DGRSDUDLGHQWL¿FDUD anomalia;;
9DORUHVPi[LPRHPtQLPR OLPLWHVXWLOL]DGRV para caracterizar o estado normal ou anormal de um paciente durante o monitoramente. (VVHVGDGRVVmRRSFLRQDLV
5HVWULomRWHPSRUDO deadline): limite máximo de tempo no qual o paciente deve ser atendido DSyVDGHWHFomRGDDQRPDOLD(VWDLQIRUPDomR pLPSRUWDQWHSDUDR(VFDORQDGRUGH$QRPDOLDV que irá ordená-las de acordo com esse atributo e deve ser informada pela equipe médica. As anomalias são repassadas automaticamente DR(VFDORQDGRUGH$QRPDOLDVTXHUHSUHVHQWDD
VHJXQGDDomRQRÀX[RGHDWLYLGDGHV(VVHHVFDORQDGRU mantém uma lista (pilha de alertas) com todas as anomalias recebidas, servindo de base para garantir a corretude temporal do mecanismo de envio de alertas e provendo um serviço que visa garantir que o atendimento das mesmas ocorra nos prazos impostos pelas restrições temporais (corretude temporal). A ordem de armazenamento das anomalias na lista depende de suas respectivas restrições (prioridades). Inicialmente, as anomalias recebidas recebem o status de ‘Bloqueadas’.
2(VFDORQDGRUGH$QRPDOLDVDWXDHQWmRVREUH aquela lista, atribuindo para a anomalia de menor restrição temporal (deadline) a maior prioridade, colocando-a, assim, no topo da pilha de alertas (ordenação decrescente das anomalias com base nos seus deadlines 3DUDTXHHVVHPHFDQLVPRVHMD executado corretamente, sempre que uma nova anomalia é recebida o escalonador reordena a lista. 3DUDWDQWRWRPDFRPRUHIHUrQFLDRLQVWDQWH KRUD minutos, segundos e milissegundos) que a anomalia foi recebida pela arquitetura, iniciando um evento de contagem, para possibilitar o cálculo do tempo restante SDUDDWLQJLURSUD]R¿QDOGH¿QLGRSDVVDQGRGRVWDWXV GHµ%ORTXHDGD¶SDUDµ([HFXWDQGR¶6HDDQRPDOLDWLYHU sido atendida pelo médico antes do seu deadline, ela será armazenada no banco de dados com o status de ‘Atendida’, caso contrário, ‘Não Atendida’, como PRVWUDD)LJXUD
3DUDDFRQVWUXomRGRHVFDORQDGRUIRUDPXWLOL]DGDV políticas de sistemas em tempo-real para gerenciar o
Figura 2. Comunicação do sistema com um dispositivo móvel.
Figure 2.&RPPXQLFDWLRQEHWZHHQWKHV\VWHPDQGDPRELOHGHYLFH
Figura 3. Cadastro de anomalias na arquitetura.
controle das anomalias. O algoritmo de escalonamento aplicado foi baseado no (DUOLHVW'HDGOLQH)LUVW (') (Moghaddas e Hamidzadeh, 1999).
(P SDUDOHOR j RSHUDomR GR (VFDORQDGRU GH Anomalias, a arquitetura prepara as mensagens de alertas a serem enviadas aos dispositivos da equipe PpGLFDUHVSRQViYHO3DUDRFRQWUROHGRHQYLRGHVVDV mensagens aos dispositivos móveis, foi construído R(VFDORQDGRUGH'LVSRVLWLYRVFXMRSURSyVLWRp evitar a sobrecarga no envio de alertas para a equipe médica, impedindo, por exemplo, que um membro da equipe receba um maior número de alertas em relação aos demais.
(VWDIXQFLRQDOLGDGHGDDUTXLWHWXUDSHUPLWHR balanceamento do envio de alertas entre os dispositivos disponíveis para o monitoramento de pacientes. Assim, é disponibilizada uma lista de dispositivos que estão ligados e disponíveis para receber novos alertas. (VWDXQLGDGHFRQWpPDLQGDLQIRUPDo}HVVREUHRV dispositivos cadastrados na rede hospitalar que estão aptos a receber mensagens de alertas, os médicos cadastrados e quantos alertas já foram enviados. O processo de ordenação na arquitetura ocorre sempre que um novo dispositivo cadastrado entra ou sai da rede de comunicação do hospital ou quando ocorre a QRWL¿FDomRGHTXHXPGLVSRVLWLYRUHFHEHXXPQRYR alerta. O celular (dispositivo móvel) que tiver recebido menos alertas é o que terá a maior prioridade (topo GDOLVWD SDUDUHFHEHUXPDQRYDQRWL¿FDomR
Logo após a ordenação dos dispositivos, a PHQVDJHPGHDOHUWDpHQYLDGD(VWHHQYLRFRQVLVWH em um dos mecanismos mais importantes, já que é responsável por controlar o envio e recebimento de
mensagens entre os usuários e a arquitetura (interface de comunicação). O modelo de comunicação aplicado IRLRFOLHQWHVHUYLGRUSRLVVHDMXVWDPHOKRUjIRUPD empregada na arquitetura, uma vez que permite a troca de informações bidirecionais entre o servidor e o dispositivo móvel, baseado em requisição e resposta. O funcionamento deste componente da arquitetura depende da instalação de uma aplicação no dispositivo móvel para receber as mensagens de alertas, que, ao ser iniciada, tentará se conectar com a Central. Se a conexão for estabelecida, numa tela de espera será aberta até que os alertas sejam gerados e recebidos QRGLVSRVLWLYRFRPRPRVWUDD)LJXUD
Ao receber uma mensagem, o celular apresenta-a na tela para chamar a atenção do responsável, disparando um alerta sonoro e vibratório durante 10 segundos.
Atuando de forma concomitante na arquitetura, existem mais dois componentes: Detecção Automática H(QYLRGRV5HODWyULRV2SURSyVLWRGHVVHVDUWHIDWRVGD arquitetura é detectar, de forma ubíqua, os usuários que irão interagir com o sistema no instante em que chegam DRKRVSLWDO )LJXUD HORJRHPVHJXLGDHQYLDUXP relatório com os detalhes dos monitoramentos que estão sendo realizados naquele instante, como data e hora de entrada dos pacientes internados, diagnósticos e lista dos alertas gerados e enviados até o momento do recebimento dos relatórios.
Figura 4.'LDJUDPDGHHVWDGRVGR(VFDORQDGRUGDV$QRPDOLDV
Figure 4. State diagram for the Anomalies Scheduler.
Figura 5. Tela da aplicação com os alertas recebidos.
Figura 6. Módulo de detecção automática de usuários.
Figure 6.0RGXOHRIDXWRPDWLFXVHUVGHWHFWLRQ
Figura 7. Representação do Modelo Arquitetural de Comunicação.
Figure 7.5HSUHVHQWDWLRQRIWKHSURSRVHG$UFKLWHFWXUDO0RGHORI&RPPXQLFDWLRQ
Experimentos
3DUDYHUL¿FDUDYLDELOLGDGHGDXWLOL]DomRGDDUTXLWHWXUD (validação), foram realizados dois testes por meio do envio sequencial de vários alertas. O ambiente de testes consiste em: um computador &RUH'XR*% de memória, Windows7® 32 bits;; um celular 1RNLD PRGHOR1 HXPURWHDGRUFRPFDSDFLGDGHGH0SEV
O primeiro teste do sistema consiste no envio de 1000 anomalias para a arquitetura, com o propósito de observar os tempos médios de recebimento de uma nova anomalia e preparação de uma nova mensagem
de alerta (tempo de processamento da arquitetura), DVVLPFRPRDODWrQFLDSDUDTXHXPDPHQVDJHPVHMD enviada até o celular (tempo de envio). A mensagem é enviada no seguinte formato:
³3DFLHQWHVGROHLWRVHVWiFRP V´
2VWH[WRVVVHVVmRVXEVWLWXtGRV respectivamente pelo nome do paciente monitorado (10 FDUDFWHUHV LGHQWL¿FDGRUGROHLWR FDUDFWHUHV HTXDO anomalia detectada nos sinais vitais (10 caracteres). No total, a mensagem corresponde a um total de E\WHV2HQYLRIRLIHLWRSRUPHLRGRSURWRFROR7&3
Figura 9.*Ui¿FRFRPRVUHVXOWDGRVGRWHVWHGHHQYLRGHPHQVDJHQV
de alerta.
)LJXUH *UDSKZLWKUHVXOWVRIWKHWHVWRIGLVSDWFKLQJDOHUWPHVVDJHV
Figura 10.*Ui¿FRFRPRVUHVXOWDGRVGRWHVWHGHHQYLRIHLWRFRPR
JMeter (Apache..., 2011).
Figure 10. Graph with results of the test of transmission measured
E\WKH-0HWHU $SDFKH utilizando para isso a implementação em Socket, com
uma taxa de envio de 1000 anomalias sequencialmente. O segundo teste foi realizado utilizando a ferramenta
-0HWHU, que é desenvolvida em Java e permite a
realização de testes funcionais de desempenho em diferentes tipos de sistemas e servidores, como :HE, 62$3%DQFRGH'DGRVYLD-'%& -DYD'DWDEDVH Connectivity), entre outros (Apache..., 2011). O objetivo deste teste foi analisar a comunicação entre a arquitetura e os dispositivos móveis, uma vez que a ferramenta apresenta resultados mais detalhados e SUHFLVRVVREUHRWHVWH *DURXVL )RUDPHQYLDGDV 1000 mensagens de alertas para o dispositivo móvel do médico em um intervalo total de 500 segundos, com o mesmo formato da mensagem gerada pela DUTXLWHWXUD3RVWHULRUPHQWHRWHPSRWRWDOGHFDGD comunicação foi armazenado.
Resultados
$)LJXUDPRVWUDXPDYLVmRJHUDOGDDUTXLWHWXUDH seus elementos. Nela estão reunidos todos os serviços descritos nas seções anteriores, desde o recebimento de uma nova anomalia, passando pelo processamento das informações, até seu envio.
Os resultados do primeiro teste são apresentados QDV)LJXUDVH
$)LJXUDUHSUHVHQWDWRGRVRVWHVWHVUHDOL]DGRV (eixo x), numerados de 1 a 1000, e o tempo de processamento (eixo y) de cada envio, em PLOLVVHJXQGRV(VWHWHVWHDSUHVHQWRXXPWHPSR médio de processamento igual a 35,026.
$)LJXUD UHSUHVHQWDRVHQYLRVUHDOL]DGRV HL[R[ numerados de 1 a 1000, e o tempo de envio (eixo y) de cada um deles. O resultado apresentou uma média de 3,833 milissegundos para todos os envios realizados.
O resultado do segundo teste é apresentado QD)LJXUDFRQVLGHUDQGRRWHPSRGHWRGDVDV comunicações realizadas através do programa -0HWHU (Apache..., 2011).
A média de todos os envios foi de 183 milissegundos. Além disso, o experimento permitiu DIHULURXWURVGDGRVUHIHUHQWHVjFRPXQLFDomRDIHULGRV pelo -0HWHU(Apache..., 2011), como se observa na Tabela 1. Nela estão contidas informações como:
2WHPSRPpGLRGHWRGDVDVFRPXQLFDo}HV (Média): 183 millissegundos;; $FRPXQLFDomRTXHRFRUUHXQRPHQRUWHPSR (Mín.): 96 millissegundos;; $ FRPXQLFDomR PDLV GHPRUDGD (Máx): 1171 millissegundos;; 2'HVYLRSDGUmR PLOOLVVHJXQGRV 4XDQWDVFRPXQLFDo}HVQmRIRUDPUHDOL]DGDV GH(UUR Figura 8.*Ui¿FRFRPRVUHVXOWDGRVGRWHVWHGHSURFHVVDPHQWR
Figure 8. Graph with results of the test of processing
$ 9D]mR UHSUHVHQWDQGR R Q~PHUR GH comunicações realizadas por segundo (Vazão): 2,0/seg;; e
4XDQWRVN% NLORE\WHV IRUDPWUDIHJDGRV por segundo durante toda a comunicação (KB/s): 0,01 kB.
Discussão
De acordo com os resultados dos testes, os tempos de transmissão das mensagens de alerta e de processamento da arquitetura se deram na ordem de millissegundos, além de não apresentarem erros durante as comunicações. Com base nesses resultados, e GHDFRUGRFRPRVWHPSRVGH¿QLGRVSRU5DXVFKH6HJDO SRGHPRVREVHUYDUTXHDSOLFDomRDWHQGHjV necessidades exigidas pelo processo de monitoramento de pacientes e envio de alertas, pois apresenta uma taxa de amostragem alta em relação ao processo de monitoramento de pacientes, possibilitando, portanto, XPDUiSLGDWRPDGDGHGHFLVmRHPFDVRGHXUJrQFLDV
Conclusão
A arquitetura apresenta um mecanismo de geração HHQYLRGHDOHUWDVH¿FLHQWH7DOD¿UPDomRSRGHVHU YHUL¿FDGDSHORVUHVXOWDGRVGRVH[SHULPHQWRVGH validação realizados, apresentando valores adequados para a comunicação e garantindo que os médicos possam acompanhar o monitoramento e sejam alertados de qualquer alteração nos sinais vitais do paciente em um tempo hábil, conforme descrito por Rausch e Segal (2009). Tais características contribuem, principalmente, para o rápido diagnóstico de pacientes internados em XPD87,HSRVVLELOLWDVHXDFRPSDQKDPHQWRH¿FLHQWH por parte da equipe médica.
3RGHVH GHVWDFDU FRPR WUDEDOKRV IXWXURV D implementação de um mecanismo tolerante a falhas para a arquitetura, uma vez que a mesma é executada em um ambiente que utiliza dados críticos. Da mesma forma, é importante o estabelecimento de critérios de segurança para as informações utilizadas pela arquitetura, garantindo a privacidade e sigilo dos dados GRVSDFLHQWHV$HVWUXWXUDÀH[tYHOGHVWDDUTXLWHWXUD SHUPLWHDLQGDTXHDPHVPDVHMDPRGL¿FDGDSDUDTXH possa ser utilizada não apenas em UTIs, mas também em outros ambientes de um hospital, como quartos, enfermarias, etc.
Agradecimentos
Ao Laboratório de Inovação Tecnológica em Saúde (LAIS) do Hospital Universitário Onofre Lopes +82/ GD8QLYHUVLGDGH)HGHUDOGR5LR*UDQGHGR 1RUWH 8)51 TXHRIHUHFHXDLQIUDHVWUXWXUDSDUDR desenvolvimento da pesquisa.
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Tabela 1. Resultados do relatório de sumário do JMeter (Apache..., 2011).
Table 1.5HVXOWVRI-0HWHUVXPPDU\UHSRUW $SDFKH
Amostras Média (ms) Mín. (ms) Máx. (ms) padrão (ms)Desvio % de Erro Vazão kB/s
0XUDNDPL$*XWLHUUH]0$/DJH6+*5HEHOR0)6 *XLUDOGHOOL5+*5DPLUHV-$)$FRQWLQXRXVJOXFRVH monitoring system in critical cardiac patients in the intensive FDUHXQLW,Q ,(((&RPSXWHUVLQ&DUGLRORJ\ 3URFHHGLQJV RIWKH,(((&RPSXWHUVLQ&DUGLRORJ\ 6HSW 9DOHQFLD(VSDQKD,((( S
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Autores
Bruno Gomes de Araújo, Ricardo Alexsandro de Medeiros Valentim, João Marcos Teixeira Lacerda, Diego Rodrigues de Carvalho, Marcel da Câmara Ribeiro Dantas, José Diniz Júnior
3URJUDPDGH3yV*UDGXDomRHP(QJHQKDULD(OpWULFDHGH&RPSXWDomR±33*((&/DERUDWyULRGH,QRYDomR7HFQROyJLFD HP6D~GH+RVSLWDO8QLYHUVLWiULR2QRIUH/RSHV±+82/8QLYHUVLGDGH)HGHUDOGR5LR*UDQGHGR1RUWH±8)51 $Y1LOR3HoDQKD3HWUySROLV&(3 1DWDO51%UDVLO %LRPHGLFLQH 30LG http:// G[GRLRUJ 9DUVKQH\83DWLHQWPRQLWRULQJXVLQJLQIUDVWUXFWXUHRULHQWHG ZLUHOHVV /$1V ,QWHUQDWLRQDO -RXUQDO RI (OHFWURQLF +HDOWKFDUH
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