Alexandre Renato Rodrigues de Souza

Francisco Cesar Campbell Mesquitta

Computação Autônoma e Ubíqua

Monitoramento de Sinais Vitais

Sumário

✤ eHealth

✤ Body Area Networks (BAN)

✤ Sinais vitais

eHealth

✤ Definição: uso de tecnologias de comunicação e informação (TIC) para a saúde.

✤ Foco: melhoraria do acesso, da eficiência, da efetividade e da qualidade dos processos clínicos e assistenciais necessários a toda a cadeia de prestação de serviços de saúde.

eHealth

✤ Viabiliza ações médicas em que os profissionais e

pacientes não estejam fisicamente no mesmo local;

✤ Permite a aplicação da arte médica à d istância sem que

haja contato físico d ireto na relação médico-paciente;

✤ Objetivo: melhorar a saúde das pessoas e de suas

comunidades.

Aplicações

✤ Diagnósticos;

✤ Prevenção e tratamento de doenças;

✤ Pesquisas e avaliações.

Objetivos

✤ Monitoração e tratamento de pacientes à d istância: redução no tempo e nos

custos de transporte;

✤ Conexão de hospitais de referência com pequenos centros ou localidades

isoladas: casos podem ser avaliados a longa d istância por médicos

especialistas naquela área;

✤ Realização de estudos clínicos multicentros em nível mundial:

compartilhamento de dados, resultados de exames e imagens;

✤ Realização cursos de aperfeiçoamento a d istância para profissionais de

saúde;

Possibilidades

✤ Análise dos sinais vitais e comparação com parâmetros pré-

estabelecidos, gerando alarmes para a central de monitoração em

casos de emergência;

✤ Armazenamento dos sinais vitais monitorados;

✤ Armazenamento eletrônico das informações do prontuário do

paciente;

✤ Armazenamento dos resultados dos exames realizados;

Possibilidades

✤ Comunicação interativa entre profissionais de saúde e os

pacientes;

✤ Vídeo-monitoração do paciente;

✤ Controle e atuação remota de d ispositivos médicos;

✤ Home care: liberando leitos nos hospitais para casos mais graves

e/ ou urgentes.

Estrutura necessária

✤ (a) rede de sensores e

os próprios sensores;

✤ (b) gateway;

✤ (c) base de dados;

✤ (d) corpo clínico do hospital que se encontram na mesma rede;

✤ (e) acessos remotos para acompanhamento dos pacientes à

d istância.

Body Area Networks (BAN)

✤ Conjunto de unidades móveis e compactas;

✤ Permitem a transferência de parâmetros vitais do

paciente para um centro de controle ou para o

profissional de saúde responsável.

Body Area Networks (BAN)

✤ Composto por um conjunto de nós sensoriais;

✤ Cada um possui a sua própria fonte de energia;

✤ Cada nó consegue comunicar com os restantes ou

com um centro de controle através de tecnologia

wireless;

Body Area Networks (BAN)

✤ O centro de controle se comunica com o exterior através

de uma rede local, Internet ou utilizando a rede celular;

✤ Monitorização e registo permanente de sinais vitais dos

pacientes;

✤ Supervisionamento mais completo do

estado de saúde e d iagnóstico médico.

Body Area Networks (BAN)

Requisitos:

✤Dimensões/portabilidade dos sensores:

Unidade compacta e plana o suficiente para que possa

eventualmente ser incorporada em matéria têxtil ou

acessórios de vestuário.

✤Eficiência energética:

Funcionalidade do sensor durante toda

a sua vida sem recorrer a manutenção.

Body Area Networks (BAN)

IEEE 802.15 WPAN™ Task Group 6 (TG6):

Body Area Networks

✤Funcionar no interior ou nas imediações do corpo;

✤Distância limitada entre 1 cm e 2 m;

✤Baixo consumo potência 0,1 a 1 mW para cada d ispositivo;

✤Transferência de dados entre 0,01 e 1000 kbps.

Oxímetria de pulso (SpO2)

✤ Medição da porcentagem de hemoglobina saturada com oxigênio no sangue (SpO2);

✤ Indica as alterações na oxigenação sanguínea;

✤ Permite medir a pulsação do paciente;

✤ Método prático, rápido e preciso;

✤ Maior segurança na administração de oxigênio ao paciente;

✤ Princípio usado (forma não invasiva, pletismografia e da espectrofotometria): dois

comprimentos de onda de luz atravessam uma região rica em vasos sanguíneos, e os

sinais resultantes são medidos por um fotodetector.

Eletrocardiograma (ECG)

✤ Registro da atividade elétrica do coração relacionada à

ação do músculo card íaco;

✤ Ferramenta importante para monitorar o

funcionamento do coração;

Eletrocardiograma (ECG)

✤ Amplitude: 50μV a 5mV;

✤ Frequência de 0,1 a 100Hz.

Eletrocardiograma (ECG)

Aplicações:

Cardiologia

Diagnosticar doenças, ou arritmias relativas ao mau

funcionamento do coração.

Ex.: taquicard ia, bradicard ia, infartos do miocárd io, entre

outras.

✤Fisiologia do exercício

Analisar a funcionalidade do músculo

card íaco através de exames de esforço físico.

Frequência cardíaca

✤ Dispositivos:

Oxímetro de pulso

ECG

PANI (Pressão Arterial Não Invasiva)

✤ Escolha do d ispositivo é feita em função do sinal

d isponível com melhor qualidade;

✤ Os monitores de multi-parâmetros possuem indicação

audiovisual de pulso e alarmes de baixa e alta

frequência card íaca.

Pressão Arterial Não Invasiva (PANI)

✤ Método oscilométrico de medição:

enchimento e o esvaziamento automático

de um manguito colocado no braço do paciente;

✤ Princípio de funcionamento:

detecta a pulsação arterial para medir a pressão sanguínea,

através da variação de pressão no interior do manguito;

✤ A pressão arterial é calculada a partir da relação entre as

variações da pressão no interior do manguito e da oscilação de

pressão.

Temperatura corporal

✤ Sensores do tipo termistor;

✤ Termistor é um componente eletrônico cuja

impedância é variável com a temperatura;

✤ Medição feita através da relação da temperatura com a

corrente ou tensão elétrica aplicada.

Gases respiratórios

✤ Medição da concentração de cada gás na mistura

inspirada e expirada pelo paciente;

✤ Medições feitas:

Concentrações de oxigênio

Gás carbônico

Agente anestésico

Óxido nitroso (N2O)

Agentes anestésicos voláteis: Halothane, Enflurane,

Isoflurane, Sevoflurane e Desflurane.

Frequência respiratória

✤ Medida através do sinal da curva de capnografia;

✤ Faixa de medida: 0 a 90 respirações por minuto (rpm);

✤ Resolução: 1 rpm;

✤ Precisão: ±2 rpm;

✤ Fonte de medição: CO2 (gás carbônico).

Pressão Arterial Invasiva (PAI)

✤ Circuito acoplado a um transdutor de pressão e a um

cateter introduzido no sistema circulatório do paciente;

✤ Pressão transmitida do local de medição até o

transdutor através de um fluido fisiológico que

preenche o circuito;

✤ São utilizados transdutores de pressão de alta

sensibilidade e baixo tempo de resposta.

Monitoramento local x remoto

Monitoramento local:

✤ Poucos erros;

✤ Atraso muito baixo;

✤ Erros e atrasos são quase que

exclusivamente gerados pelo

sistema de aquisição em si ;

✤ Após d igitalizar e quantizar o

sinal, quase que

instantaneamente apresenta-o na

tela do monitor.

✤ Monitoramento remoto:

✤ Atraso variável entre os pacotes

de dados (resultado do jitter);

✤ Não existe nenhuma garantia

sobre o atraso causado pela rede;

✤ Alguns pacotes poderão chegar

com erros;

✤ Pode ocorrer perdas de pacotes.

Requisitos para o monitoramento remoto

✤ São os requisitos necessários para realizar o

monitoramento com qualidade dos sinais vitais de

pacientes.

✤ Entende-se por monitoramento com qualidade, uma

forma de monitoramento na qual o médico possa

realizar o d iagnóstico sem receio sobre a qualidade dos

dados recebidos.

Sigilo e segurança dos dados

Utilização de Firewall

Utilização de algum tipo

de Criptografia

Largura de banda

✤ Quanto maior a taxa de amostragem e maior a precisão do

conversor A/ D melhor será a representação d igital do sinal

original => maior quantidade de informação a ser transmitida;

✤ Critério de Nyquist: mínima frequência de amostragem deve ser

maior que duas vezes a maior frequ ̈ência do sinal analógico;

✤ Sinais vitais típicos:

Frequência de amostragem de 250 Hz

Resolução de 16-bits para o conversor A/ D

Atraso (Latência)

✤ O tempo levado por um cirurgião observar remotamente uma

nova alteração ocorrida em um dos sinais vitais do paciente

deverá ser o menor possível;

✤ Atraso fixo: determinado pela velocidade de propagação do sinal

elétrico no meio de transmissão;

✤ Atraso variável: causado pelo enfileiramento dos pacotes nos

roteadores e pelo congestionamento na rede;

✤ Atraso devido aos pacotes deixados em um buffer no receptor

para compensar o jitter.

Jitter

✤ Ocorre continuamente;

✤ Existem pequenas variações no tempo que cada pacote leva para

chegar ao destino;

✤ É possível que o próximo pacote a ser exibido não tenha chegado

no instante de ser apresentado (paralisação no monitoramento);

✤ Um pacote poderia chegar antecipadamente a um outro, o qual

deveria ser apresentado posteriormente a esse;

Jitter

Jitter

✤ Cada pacote possui também informações do instante em que as

amostras foram adquiridas e, com isso, permite ao receptor

sincronizar os d iversos sinais;

✤ Solução: buffering para introduzir atraso. Gera uma alta

probabilidade que ao final da apresentação das informações de

um pacote, o próximo já estará d isponível no buffer.

Perdas

✤ Pacotes podem ser corrompidos ou perd idos;

✤ Um erro ocasional não prejudicará seriamente o monitoramento

(d iagnóstico) remoto realizado pelo médico;

✤ Redução da quantidade de informação perd ida:pacotes com

poucas informações

Disponibilidade

✤ Cirurgia remota: a d isponibilidade é um requisito bastante rígido;

✤ Idealmente deveria ser de 100%;

✤ Disponibilidade maior que 99,99% deve ser negociada com os

ISPs (Internet Service Providers).

Visão geral

✤ Tempo-real do monitoramento: é necessário que o receptor

comece a receber os sinais assim que possível, depois que a

transmissão tenha iniciado. Desta forma, pequenos pacotes

com os sinais d igitalizados são enviados em intervalos

regulares através da rede;

✤ Cada pacote de dados enviado corresponde a um sinal

fisiológicos em específico: uso de técnicas particulares de

compressão.

Protocolos de Transmissão

✤Se uma aplicação quer transmitir dados,

ela utiliza para isso um protocolo.

Protocolos de Transmissão

✤Mecanismo para preservação da sincronização Pacotes consecutivos devem chegar no tempo certo e na ordem correta.

(sincronização intraMidia)

✤Mecanismo para sincronizar entre si os diversos sinais vitais (sincronização intermíd ia)

Necessidades

Protocolos de Transmissão

TCP (Transmission Control Protocol)

UDP (User Datagram Protocol)

RTP (Real-Time Transport Protocol)

Possibilidades

Protocolo TCP

Oferece um serviço orientado a conexão confiavel.

Garante que todos os dados enviados cheguem ao receptor na ordem

em que foram transmitidos.

Oferece mecanismos de controle de fluxo e congestionamento

Aspectos Positivos

Protocolo TCP

Aspectos Negativos

O protocolo realiza indeterminadamente a retransmissão de pacotes

perd idos ou corrompidos. Isso torna o serviço confiável, mas o problema e

que enquanto o dado perdido ou corrompido não chegar o próximo dado

não pode ser u tilizado pela aplicação.

Para controlar o fluxo de dados e o congestionamento, o TCP pode

decrementar a taxa de transmissão.

Não tem suporte a multicasting

Protocolo TCP

Datagrama TCP

Protocolo UDP

Aspectos Positivos

Não espera pela retransmissão de pacotes perd idos

Permite utilização de multicasting

Protocolo UDP

Aspectos Negativos

Não tem nenhum mecanismo para sincronização

Não tem mecanismos de controle de fluxo e

congestionamento

Protocolo UDP

Datagrama UDP

REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP)

A especificação RTP define atualmente dois protocolos:

RTP (Real-Time Transport Protocol)

RTCP (Real-Time Control Protocol) Fornece informações sobre a qualidade da transmissão dos dados e informações

sobre os participantes na sessão

REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP)

Transfere dados em tempo real

Permite a sincronização dos d iversos sinais (TimeStamp)

Permite o controle de fluxo e de congestionamento

Aspectos Positivos

REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP)

Não possui um gerenciamento de largura de banda

Aspectos Negativos

REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP)

Datagrama RTP

Comparação dos tamanhos dos datagramas

Bibliografia

✤ H. M. Hertzog and J. G. Silveira, “Plataforma de Telemedicina para

Aplicações de Telemonitoração.”

✤ R. J. F. de Oliveira and P. J. Abatti, “Sistema de apoio a decisão médica

usando técnicas wireless e internet – APODEME”, 2012

✤ I. Marcelino, “Estruturação de um sistema de monitorização remota e de

prevenção de infoexclusão de idosos no seu domicílio - msc_ipmarcelino,”

Dec. 2008.

✤ P. J. C. Pizarro, “MonitorIP – Monitoramento de sinais vitais através de

uma rede IP”, Jun. 2003.