Plataforma de Telemedicina para Aplicações de Telemonitoração

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1 Plataforma de Telemedicina para Aplicações de Telemonitoração Heloísa Melo Hertzog, Jorge Guedes Silveira Grupo de Pesquisas Avançadas em Redes de Comunicação e Tecnologia da Informação Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Av. Ipiranga, Partenon Porto Alegre RS Brasil {hmelo,jguedes}@gparc.org Abstract. Telemedicina is a used term to specify which resources of telecommunications and information technology are used for the transmission, control and the remote monitoring of biomedical data. The main objective of this article is to present the applied research system that consisted on the software and hardware implementation of a Platform of Telemedicine that integrates different biomedical applications focused on monitoring and controling the patient vital signals from an Hospital UTI or from a residential room. Resumo. Telemedicina é o termo utilizado para especificar que recursos de telecomunicações e de tecnologia da informação são utilizados para a transmissão, controle e monitoração remota de dados biomédicos. O objetivo principal deste artigo é apresentar a pesquisa aplicada na implementação em software e em hardware de uma Plataforma de Telemedicina que integra diferentes aplicações biomédicas destinadas à monitoração e controle dos sinais vitais dos pacientes a partir da UTI de um hospital ou da sua residência. 1. Introdução A Telemedicina permite a aplicação da arte médica à distância sem que haja contato físico direto na relação médico-paciente, utilizando para tanto um ou mais meios de comunicação entre os pontos interessados. Segundo a Organização Mundial de Saúde, Telemedicina é a oferta de serviços ligados aos cuidados com a saúde nos casos em que a distância é um fator crítico. Tais serviços são providos por profissionais da área da saúde, usando tecnologias de informação e de comunicação para o intercâmbio de informações válidas para diagnósticos, prevenção e tratamento de doenças e a contínua educação de provedores de cuidados com a saúde, assim como, para fins de pesquisas e avaliações, tudo no interesse de melhorar a saúde das pessoas e de suas comunidades. [1] Mais amplamente, podemos conceituar a Telemedicina como a combinação das tecnologias de engenharia, telecomunicação, informática e medicina para possibilitar o envio e o recebimento de informações, viabilizando ações médicas em que os profissionais e pacientes não estejam fisicamente no mesmo local. É um termo genérico

2 utilizado para definir os diferentes aspectos relacionados com o cuidado da saúde à distância. Entre os principais objetivos da Telemedicina, podemos citar [2]: - Monitoração e tratamento de pacientes à distância, possibilitando uma redução no tempo e nos custos de transporte; - Conexão de hospitais de referência com pequenos centros ou localidades isoladas, permitindo, assim, a troca de material informativo, de sinais médicos e de imagens, possibilitando que determinados casos sejam avaliados a longa distância por médicos especialistas naquela área; - Realização de estudos clínicos multicentros em nível mundial, permitindo aos médicos o compartilhamento de dados, resultados de exames e imagens; - Realização cursos de aperfeiçoamento a distância para profissionais de saúde que vivem em regiões isoladas, através da conexão entre profissionais, hospitais comunitários e escolas médicas. No contexto deste trabalho, a expressão Telemedicina é usada para especificar que recursos de tecnologia da informação e de telecomunicações serão utilizados para a transmissão remota de informações biomédicas, imagens, áudio e controles para equipamentos localizados à distância. Com o desenvolvimento da Plataforma, pretende-se atender aos serviços de: - Telemonitoração: utilizado para realizar o acompanhamento de pacientes à distância através da digitalização e envio dos sinais biológicos do paciente para uma central de monitoração, incorporando serviços automáticos de análise, controle e alarme, além de imagens do paciente, dos equipamentos e do ambiente; - Teleconsulta: armazenamento eletrônico das informações do paciente para possibilitar acesso à distância. Deste modo, médicos situados em centros geograficamente distantes podem trocar entre si informações e imagens sobre casos de pacientes e consultar colegas mais especializados para a realização de melhores diagnósticos e condutas. 2. Objetivos O projeto Plataforma Multiserviços para Aplicações de Telemedicina visa oferecer à comunidade da saúde soluções que possam ser utilizadas como fator de qualificação no atendimento dos pacientes através da monitoração e acompanhamento dos mesmos à distância, possibilitando o acesso às informações do paciente a qualquer hora, em qualquer local. A Plataforma está sendo desenvolvida em hardware e software sobre um sistema Linux-embedded, oferecendo à comunidade de software livre soluções de código aberto que podem ser utilizadas no âmbito da monitoração de pacientes à distância através das aplicações de: - Monitoração dos sinais vitais (temperatura, respiração, pressão arterial, eletrocardiograma, oximetria) dos pacientes;

3 - 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, contendo: - informações pessoais do paciente; - anotações dos médicos; - anotações dos enfermeiros; - anotações dos plantonistas; - Armazenamento dos resultados dos exames realizados; - Comunicação visual, permitindo a comunicação interativa entre médico paciente, médico hospital, paciente central de monitoração, etc via aplicações de Voz e Vídeo sobre IP (Internet Protocol) desenvolvidas pelo grupo de pesquisa VoIP / GPARC&TI / PUCRS; [3] [4] [5] - Vídeo-monitoração do paciente através monitoração de imagens desenvolvido pelo grupo de pesquisa GMART / GPARC&TI / PUCRS; [6] [7] [8] - Controle e atuação remota sobre equipamentos e dispositivos como ar condicionado, iluminação, chaves liga-desliga de equipamentos ou sensores e sobre câmeras de vídeo, acionando controles de PAN, TILT e Zoom (PTZ), possibilitando a visualização do ambiente e dos equipamentos na Web. [6] [7] [8] 3. Descrição O termo plataforma é utilizado neste projeto no sentido de integrar múltiplos meios de comunicação e diferentes tecnologias, com uma base de dados e interface gráfica única para o(s) usuário(s) do sistema. Em outras palavras, a plataforma é destinada a aceitar inovações e demonstrar a integração de várias formas de comunicação (mensagens de texto, voz e imagens), de tecnologias (Linux embarcado, bluetooth, Internet, Ethernet, ADSL, SMS,...) e de coletas de dados (desde sensores até câmeras de vídeo). Para permitir que inúmeras aplicações sejam implementadas sobre esta plataforma e que novos serviços possam ser constantemente agregados foi realizada a opção de projetar e implementar uma arquitetura modular e flexível: - Modular: baseada em módulos capazes de operarem integrados ou de forma autônoma, como aplicações independentes; - Flexível: capaz de evoluir e de suportar novos serviços. Desta forma, novas funcionalidades podem, continuamente, serem agregadas sem alterações de códigos, bastando para tanto a reconfiguração da Plataforma no sentido de manter o mesmo núcleo e a estrutura baseada nos módulos já existentes e capazes de receber os novos módulos que serão agregados. Entre as principais aplicações que buscamos alcançar com a Plataforma de Telemedicina, podemos destacar:

4 - Monitoração remota de pacientes, tanto no ambiente domiciliar quanto no ambiente hospitalar; - Consulta e tratamento de pacientes à distância, possibilitando o atendimento em localidades afastadas e/ou carentes, postos de saúde, hospitais de pequeno porte e em ambulâncias usadas para a realização de campanhas preventivas ou atendimentos de urgência, permitindo que determinados casos sejam avaliados a distância por médicos especialistas naquela área. A Figura 1 apresenta a aplicação da ferramenta no ambiente hospitalar, possibilitando a monitoração em paralelo de vários pacientes pela equipe de médicos, enfermeiros e plantonistas, além do acompanhamento remoto pelo médico responsável. Figura 1. Cenário de monitoração do paciente no ambiente hospitalar A Plataforma de Telemedicina é basicamente formada por: 1. Telemed Box: sistema em hardware e software, baseado em Linux embarcado, a ser disponibilizado em cada quarto, equipado com sensores, câmeras de vídeo, atuadores e microfones para possibilitar a monitoração, comunicação e controle remoto de dispositivos. Os sensores são individuais para cada paciente do quarto, assim como os microfones e vários quartos podem ser monitorados ao mesmo tempo; 2. Central de Monitoração - aplicação servidora principal, responsável pela centralização dos diferentes serviços, armazenando todas informações recebidas dos inúmeros terminais ou Telemed Box e as disponibilizando às pessoas autorizadas, localizadas tanto locais quanto remotamente, através das Aplicações Web Clientes; 3. Aplicação Web Cliente - módulo ou aplicação desenvolvida para ser utilizada pelos médicos e enfermeiras para realizar a interface entre a Central de Monitoração e os profissionais da área da saúde, possibilitando o acesso tanto aos serviços de monitoração (sinais vitais, áudio, vídeo, alarmes e atuação) quanto ao prontuário do paciente de qualquer computador via Web. Foi projetada utilizando o modelo web-based, oferecendo uma interface gráfica aos usuários para acesso aos diversos serviços disponíveis via Internet. A utilização da Internet como veículo de acesso à informação médica disponível deve-se ao grande potencial da Internet, principalmente, nos pontos de interatividade, conectividade global e independência da localização geográfica. Com a Internet não faz diferença se dois médicos que estão consultando um paciente na rede, enviando e

5 recebendo radiografias e conversando entre si através de canais de voz, estão localizados em salas ao lado do mesmo prédio ou a muitos quilômetros de distância. A Plataforma está sendo desenvolvida sobre um sistema Linux-embedded. Como a interface destina-se totalmente para ambientes Web, o servidor utilizado é o APACHE, software atualmente utilizado pela maioria dos servidores de conteúdo da Internet. Para a implementação do acesso aos diferentes equipamentos biomédicos está sendo utilizada como linguagem de programação a Linguagem C ANSI e o compilador GCC constante no sistema operacional LINUX. Ambos apresentam características desejáveis para a construção dos softwares open source desta Plataforma. Para a implementação da interface web-based são utilizadas as linguagens: HTML, JavaScript e PHP. 4. Arquitetura Funcional A Figura 2 apresenta a arquitetura funcional especificada para a Plataforma no seu nível hierárquico mais alto. Figura 2. Arquitetura Funcional Os núcleos previstos para a Plataforma foram projetados para funcionarem tanto de forma integrada quanto de maneira autônoma, como aplicações independentes. - Núcleo PEP: os médicos podem acessar a versão eletrônica do prontuário do paciente (PEP), desenvolvida para concentrar, em um único local, todas as informações referentes a anamnese e exames realizados, possibilitando o acesso em qualquer horário e local, deixando os médicos mais informados dos problemas passados e atuais de seus pacientes; - Núcleo de Sinais Vitais: núcleo responsável pelo gerenciamento de sensores utilizados para a monitoração dos sinais vitais do paciente. É composto por módulos que realizam a aquisição e transmissão, com uma periodicidade pré-definida, dos sinais biológicos colhidos por sensores e a monitoração contínua desses sinais, analisando-os com parâmetros pré-definidos e gerando alarmes para médicos e hospitais em casos de emergência; - Núcleo de Captura de Vídeo: desenvolvido para capturar e controlar dispositivos necessários para que se obtenha as imagens a serem transmitidas através da

6 Internet, armazenando-as digitalmente e disponibilizando-as através de browsers. Este serviço visa oferecer aos médicos a possibilidade de acompanhar remotamente os pacientes e os equipamentos conectados a ele; - Núcleo de Controle e Automação: o núcleo de controle e automação é responsável pelo acionamento remoto de dispositivos possibilitando a atuação em diversos sistemas como iluminação, ar condicionado e câmeras; - Núcleo de Áudio: destinado a transmitir e receber sinais de áudio. Este núcleo é composto pelo módulo de voz sobre IP (VoIP) que permite uma comunicação interativa bi-direcional, viabilizando vários serviços complementares como o videofone; - Núcleo de Comunicação: o núcleo de comunicações é formado por um conjunto de módulos que implementam as funcionalidades dos diferentes meios de transmissão projetados para a comunicação da Plataforma com as redes LAN, MAN e WAN, considerando que a comunicação com o mundo externo pode ser realizada também via rede celular de dados. 5. Justificativa O desenvolvimento de uma Plataforma de Telemedicina baseada em software livre objetiva oferecer, a baixo custo, um conjunto de serviços ligados aos cuidados com a saúde, tanto para pacientes hospitalizados quanto para pacientes que possam ser acompanhados e monitorados à distância das suas próprias casas, sendo que a distância deixa de ser um fator crítico. Considerando as dimensões continentais e o sistema de saúde estatal existente do Brasil, esse projeto apresenta grande importância social ao possibilitar também o tratamento médico em localidades afastadas, remotas ou carentes, podendo ser uma ferramenta estratégica nos programas sociais de diferentes organismos federais (Marinha, FAB, IBAMA, FUNAI). Outro aspecto interessante a ser ressaltado refere-se à monitoração remota dos pacientes, permitindo a assistência "homecare" ao levar os cuidados médicos para dentro da casa do próprio paciente. Com esse tipo de assistência visamos atender pacientes como gestantes de risco, deficientes físicos, pessoas idosas, etc que não necessitam receber a assistência médica dentro do próprio ambiente hospitalar, possibilitando então a internação e assistência imediata de outros casos de maior urgência. Nesse contexto, agregamos à Plataforma novas tecnologias com a utilização de recursos de computação e de telecomunicações as quais possibilitam prover condições para a aquisição de dados, processamento dos sinais e o envio/recebimento das informações (dados, áudio e imagens) em tempo quase real, viabilizando ações médicas interativas à distância, permitindo a universalização do acesso à saúde, melhorando a qualidade dos serviços prestados às pessoas e suas comunidades. 6. Impactos Previstos Por utilizar tecnologias de comunicação interativas para ajudar na assistência médica, sem considerar a distância que separa os participantes, o uso da Plataforma possibilita acesso, qualidade e redução de custos, problemas normalmente enfrentados pelos provedores de saúde públicos e privados. Com a sua utilização, espera-se: - Possibilitar a assistência domiciliar ao paciente, liberando leitos nos hospitais para casos mais graves e/ou urgentes;

7 - Viabilizar a assistência médica às comunidades remotas ou carentes, facilitando ações de controle e prevenção de doenças; - Qualificar o atendimento dos pacientes com possibilidades de monitoração e acompanhamento dos mesmos à distância; - Comunicar pequenos hospitais ou postos de saúde à hospitais de grandes centros para a realização de consultas com equipes especializadas; - Permitir o acesso rápido à especialistas em casos de desastres e emergências; - Permitir o uso mais efetivo de recursos, através da centralização de especialistas e da descentralização da assistência, alcançando um número maior de pessoas; - Permitir a cooperação e integração de pesquisadores com o compartilhamento de registros clínicos. No caso do Brasil, um país que apresenta uma grande dimensão continental e uma distribuição extremamente concentrada de serviços de saúde, a Plataforma pode ser considerada como uma tecnologia estratégica e fundamental para a minimização de custos, melhoria da qualidade e disponibilidade de serviços médicos, reduzindo as distâncias entre os centros médicos mais avançados e os pacientes residentes nas mais afastadas regiões do país. 7. Resultados Obtidos O protótipo da Plataforma de Telemedicina que foi construído como forma de validar o presente trabalho está atualmente instalado para a realização de testes no Laboratório Metropoa - GPARC&TI da PUCRS. O único sinal vital sendo transmitido pela rede é o eletrocardiograma de voluntários da equipe. Atualmente, os núcleos em desenvolvimento referem-se aos Núcleos de Sinais Vitais e de PEP. No Núcleo de Sinais Vitais já foi implementado o aplicativo para aquisição e transmissão dos sinais medidos por um Monitor de Eletrocardiograma e estão sendo implantados os sensores e dispositivos de aquisição para os testes de oximetria o que permitirá deslocar, em breve, a Plataforma para as unidades de Recuperação e de Tratamento Intensivo do Hospital São Lucas. Em relação ao Núcleo PEP, foi desenvolvida uma primeira versão baseada em formulários dissertativos que está atualmente sendo avaliada por 01 médico de uma clínica particular da cidade de Torres e por 02 médicos do Centro Clínico do Hospital São Lucas. No entanto, este Núcleo está em constante aperfeiçoamento com o objetivo de incluir procedimentos médicos padrões e customizados. 7. Conclusão Os serviços especificados para integrar a Plataforma de Monitoração visam oferecer ganhos no atendimento ao paciente como maior rapidez na realização de diagnósticos pela equipe médica, melhor gerenciamento dos pacientes internados, incremento na troca de informações entre diferentes médicos, acesso local ou remoto às informações do paciente e visualização do atual estado de cada paciente, trazendo assim benefícios

8 tantos para os pacientes quanto para os profissionais e instituições de saúde, tanto em termos econômicos quanto em termos de qualidade de vida. O projeto tem grande potencial para melhor o sistema de saúde, podendo ser um sistema embrionário de Telemedicina, a ser implantado inicialmente na Grande Porto Alegre, tornando possível a sua expansão de modo a atingir os lugares mais remotos do estado do Rio Grande do Sul e, posteriormente, do Brasil. 9. Agradecimentos Agradecemos o apoio do GPARC&TI (Grupo de Pesquisas Avançadas em Redes de Comunicação e Tecnologia da Informação) da PUCRS (Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul), por disponibilizar recursos e infra-estrutura para a realização desta pesquisa. Referências [1]World Health Organization. Disponível na Internet: [2]Motta, V. and Motta, L. Informações Biomédicas na Internet. Editora Médica Bissau. Porto Alegre, [3]BALBINOT, R. Modelagem e Protipagem de Sistemas de Voz Sobre IP com Mecanismos de Trasmissão Robusto. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Faculdade de Engenharia, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, [4]BALBINOT, R., SILVEIRA, J. G. and CASTELLO, F. Transmissão Robusta de Voz sobre IP Aplicado a Redes de Comunicação, in Conferência Iberoamericana em Sistemas, Cibernética e Informática, [5]BALBINOT, R., SILVEIRA, J. G., CASTELLO, F. and MARANHÃO, P. A robust arquitecture for IP telephony systems interconnection, in PACRIM, [6]REHM, R. Projeto e Implementação de uma Plataforma Multidisciplinar para Desenvolvimento de Novas Aplicações de Telecomunicações, videomonitoração IP, Controle e Acionamento Via Internet de Dispositivos. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Faculdade de Engenharia, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, [7]SILVEIRA, J. G. and REHM, R. Câmera Robô: Controlador Remoto Via Internet para Posicionamento de Câmeras de Vídeo, in Congresso Brasileiro de Automação e Prédios Inteligentes, [8]SILVEIRA, J. G., REHM, R. and QUADRA, A. Telemonserver: Um sistema de Videomonitoração Via Web, in Congresso Brasileiro de Automação e Prédios Inteligentes, 2002.