Comparativo entre Projetos de Infraestrutura Computacional Pervasiva para Ambientes Clínicos

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1 Comparativo entre Projetos de Infraestrutura Computacional Pervasiva para Ambientes Clínicos Marcelo Lopes Kroth 1, Iara Augustin 2 1, 2 Grupo de Sistemas de Computação Móvel (GMob), Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Santa Maria RS Brasil Abstract. The pervasive application development for clinical environments is a challenge because of the dynamics and mobility of the activities performed by health professionals, and the heterogeneity of devices and systems, common in such environments. The aim of this paper is a comparative between the pervasive computing infrastructure projects and their characteristics relevant to the applications development for clinical environments. Resumo. O desenvolvimento de aplicações pervasivas para ambientes clínicos é um grande desafio devido à dinamicidade e mobilidade das atividades realizadas pelos profissionais da saúde, além da heterogeneidade de dispositivos, equipamentos e sistemas, comum em tais ambientes. O objetivo deste artigo é apresentar um comparativo entre os projetos de infraestrutura computacional pervasiva e suas características relevantes para o desenvolvimento de aplicações para ambientes clínicos. 1. Introdução Atualmente, pesquisas na área de tecnologia de informação têm demonstrado grande interesse em entender melhor como os profissionais de saúde trabalham, isto é, como registram e utilizam as informações do paciente coletadas durante o atendimento [Barsottini and Wainer 2006]. Assim, novos sistemas podem ser construídos visando reduzir a rejeição apresentada pelos sistemas atuais, que não estão integrados ao cotidiano dos clínicos. As atividades realizadas em um ambiente clínico (i) podem ser previsíveis e planejadas ou completamente aleatórias; algumas (ii) têm prioridade enquanto outras podem ser feitas quando houver tempo; certas atividades (iii) são ligadas a determinadas salas e presença de equipamentos; e (iv) podem ser executadas somente por uma especialidade específica, enquanto outros procedimentos podem ser realizados por um leque maior de profissionais. O ambiente clínico também (v) requer o acesso a um conjunto de informações variadas e atualizadas, que podem ser requeridas por vários profissionais, ao mesmo tempo [Bardram 2005]. Os primeiros estudos em Computação Pervasiva visavam a construções de middlewares para o gerenciamento e comunicação de recursos existentes no ambiente. Agora, as pesquisas caminham cada vez mais para a construção de arquiteturas com 1

2 foco nas atividades humanas, que possibilitem a criação de aplicações e sistemas programáveis pelo usuário [Augustin, 2006]. Desenvolver um sistema de informação em saúde integrado a esse cenário representa um desafio significativo para o projeto de aplicações pervasivas, razão pela qual vêm sendo realizadas pesquisas para a criação de uma infraestrutura computacional que dê suporte ao desenvolvimento de tais aplicações. Este artigo mostra um estudo de três projetos de infraestrutura computacional pervasiva que possuem características desejáveis em ambientes clínicos e compara-os com base nessas características. O artigo está organizado em seções que abordam a metodologia adotada (seção 2), os sistemas escolhidos e comparados (seção 3) e as considerações finais (seção 4). 2. Metodologia Foram selecionados três projetos de infraestrutura computacional pervasiva, os projetos Activity-based Computing (ABC) e ClinicSpace, desenvolvidos especificamente para ambientes clínicos, e o projeto Aura, ambiente genérico que pode ser utilizado em qualquer tipo de ambiente. O motivo da escolha destes projetos foi o suporte à definição, armazenamento e migração de atividades/tarefas entre dispositivos, requisitos fundamentais para sistemas clínicos pervasivos. 3. Sistemas Pervasivos Computação Pervasiva é um novo paradigma computacional com tecnologia de comunicação e informação em qualquer lugar, acessível por qualquer pessoa, disponível todo o tempo, onde os recursos computacionais devem estar integrados ao ambiente físico da forma mais transparente possível [Augustin 2006][Weiser 1991]. Por outro lado, a Computação Pervasiva não pode ser interpretada somente como um ambiente impregnado por dispositivos, servindo e se adaptando para um único usuário, mas também um lugar onde vários usuários agem e interagem uns com os outros para a realização das atividades [Cabitza 2006]. 3.1 Projeto Aura O projeto Aura [Garlan 2002], desenvolvido na Universidade Carnegie Mellon (Carnegie Mellon University), tem por objetivo promover uma arquitetura de gerência para um sistema pervasivo, baseado nas atividades realizadas pelo usuário. A fim de corresponder a estas necessidades, o sistema busca e se adaptada aos recursos disponíveis no ambiente. A arquitetura propõe um modelo para dar suporte à maximização da disponibilidade de recursos através da comunicação entre dispositivos de forma inteligente, fornecendo um ambiente pervasivo. Com isso, automatiza o processo de migração e reconfiguração do ambiente computacional do usuário, minimizando a distração outrora ocasionada por esse processo. 2

3 Figura 1 - Arquitetura do Projeto Aura [Garlan 2002] O conceito principal da arquitetura é a aura computacional do usuário, a qual se constitui no mecanismo de identificação automática do usuário, da tarefa do usuário, bem como os requisitos necessários para sua realização. Baseado nas informações obtidas da aura computacional do usuário, o middleware Aura busca, de maneira proativa, os serviços e recursos disponíveis e mais adequados à realização da tarefa. Portanto, é uma arquitetura baseada em serviços, onde o usuário poderia se mover entre diferentes ambientes, sempre levando consigo sua aura computacional, a qual é responsável por identificar os serviços necessários em um novo ambiente. Dessa forma, usuário fica isento de realizar a configuração de recursos computacionais, bem como das ações explicitas de migração da tarefa. A Figura 1 mostra uma visão geral da arquitetura do Projeto Aura, onde Gerenciador de Tarefas (Prism) é responsável por determinar as necessidades do usuário em um determinado ambiente, momento e localização específicos. Com base nas informações fornecidas pelo Gerenciador de Tarefas, o Gerenciador de Ambiente pode determinar qual é a melhor configuração do ambiente para as necessidades específicas do usuário. 3.2 Projeto Activity-Based Computing (ABC) O projeto ABC [Bardram and Christensen 2007] foi criado em 2001 por uma equipe de pesquisadores do Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Aarhus (Computer Science Departament at the University of Aarhus), da Universidade de TI de Copenhague (IT University of Copenhagen) e de uma empresa dinamarquesa de sistemas EPR (Eletronic Patiente Record), além da parceria clínica com o Hospital Regional de Horsens (Regional Hospital of Horsens). O foco principal deste projeto é a criação de um suporte computacional para as atividades humanas, em especial, o trabalho médico em hospitais. A filosofia utilizada foi a da mobilidade e colaboração. Para tanto, foi desenvolvido um framework que é a infraestrutura de suporte para a computação pervasiva, que tem como objetivo dar suporte à atividade humana, à mobilidade através 3

4 de ambientes computacionais heterogêneos e à colaboração de forma síncrona e assíncrona. Dentro dos conceitos do projeto ABC, a infraestrutura computacional permite que as atividades possam ser inicializadas, suspensas, retomadas e finalizadas, assim é possível que haja interrupções e que o trabalho seja realizado em múltiplas tarefas, fazendo com que as atividades sejam suspensas e depois retomadas. A característica de suporte à persistência permite que uma atividade seja suspensa em um ambiente e retomada em outro, atendendo aos requisitos de mobilidade do usuário em ambientes clínicos. Figura 2 - Arquitetura do Projeto Activity-based Computing [Bardram 2009] A arquitetura ABC possui uma plataforma para o desenvolvimento e distribuição de aplicações que utiliza os conceitos de computação baseada em atividade e está dividida em três camadas (Figura 2): Camada de Infraestrutura, responsável por gerenciar as atividades colaborativas e distribuídas através da adaptação dos recursos ou serviços disponíveis em um ambiente específico; Camada Cliente, que gerencia a atividade em um dispositivo específico; Camada de Aplicação, que possui uma API (Application Programming Interface) para o desenvolvimento de aplicações ABC, ou seja, um conjunto de rotinas e padrões para a utilização dos serviços disponíveis na arquitetura. 3.3 Projeto ClinicSpace O projeto ClinicSpace [Ferreira 2009][Rizzetti 2009][Silva 2009], em desenvolvimento pelo Grupo de Sistemas de Computação Móvel (GMob) da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), tem como objetivo utilizar tecnologias de Computação Pervasiva para auxiliar os profissionais da área da saúde na execução de suas tarefas clínicas dentro de um ambiente hospitalar. A ideia central do projeto é a criação de uma ferramenta-piloto que permita aos clínicos a personalização da execução de suas tarefas, 4

5 as quais são gerenciadas por uma infraestrutura computacional (middleware) específica para um ambiente pervasivo. Mesmo que uma das características de um sistema pervasivo seja a próatividade, os autores acreditam que deva ser levada em conta a forma peculiar com que cada clínico executa o seu trabalho. Deste modo, foram criados mecanismos para permitir que os usuários possam interagir e personalizar o sistema, de acordo com a sua forma de executar as tarefas, através de técnicas de programação orientada ao usuáriofinal [Ferreira 2009]. Com isso, acredita-se que a personalização, modo como cada profissional executa suas atividades, pode levar à diminuição da rejeição dos sistemas de informação em saúde dentro de ambientes clínicos. Figura 3 - Arquitetura do Projeto ClinicSpace [Ferreira 2009] A arquitetura do projeto ClinicSpace foi construída através da modificação e criação de novos serviços que foram adicionados como extensões ao middleware pervasivo EXEHDA [Yamin 2005]. A Figura 3 ilustra os níveis de organização do sistema: (i) nível superior, composto pelo usuário-final (médico) que interage com a ferramenta, através de uma Interface de Edição de Tarefas, tanto para composição das suas tarefas quanto para interação com as aplicações computacionais relacionadas a elas [Ferreira 2009]; (ii) nível intermediário, composto pelo mapeamento entre tarefas (definidas pelo usuário) e subtarefas (aplicações pervasivas disponíveis) e pelo gerenciamento de ambas; (iii) nível inferior, composto pelo conjunto de serviços do middleware de gerenciamento do ambiente pervasivo e de suporte à execução das aplicações pervasivas: EXEHDA. 3.4 Comparativo entre os Projetos Todos os projetos analisados utilizam o conceito de atividade ou tarefa, mas somente os projetos ABC e ClinicSpace possuem suporte ao gerenciamento e execução de atividades ou tarefas nativos no middleware. As características que foram analisadas nos projetos são: automatização (capacidade de continuidade da execução das tarefas de forma automática no deslocamento de um ambiente para outro), controle (ações explícitas disponíveis para o usuário que possibilitam executar, interromper, continuar ou cancelar uma tarefa), personalização (possibilidade de customização/programação de acordo com as 5

6 preferências pessoais do usuário), colaboração síncrona (colaboração de vários usuários em tempo real, por exemplo, videoconferência) e colaboração assíncrona (várias pessoas participando, em momentos diferentes, de uma atividade). Os projetos analisados tendem a resolver problemas diferentes: Aura a mobilidade automática do sistema, ABC a colaboração entre as atividades clinicas e ClinicSpace a rejeição dos atuais sistemas de informação em saúde, através da personalização do sistema pelo usuário final (clínico). Os projetos ABC e ClinicSpace abordam a questão da modelagem da atividade como requisito essencial para ambientes clínicos. A Tabela 1 mostra um comparativo realizado entre as infraestruturas computacionais dos projetos com relação às características presentes de forma nativa no middleware para o gerenciamento e execução das tarefas. Aura Tabela 1 Comparativo entre as infraestruturas computacionais pervasivas Automatização Controle Personalização x Colaboração Síncrona Colaboração Assíncrona ABC x x x x ClinicSpace x x x O projeto Aura foi o precursor ao utilizar o conceito de computação baseada em tarefas, permitindo que o usuário possa manter a continuidade de suas atividades mesmo se deslocando de um ambiente para outro, e motivou o desenvolvimento de vários outros projetos. Os projetos ABC e ClinicSpace inovam ao estudar as características de ambientes clínicos e sistemas pervasivos de forma integrada com o objetivo de melhorar o trabalho dos profissionais da Saúde. O projeto Activity-based Computing tem o foco principal na colaboração, tanto síncrona quanto assíncrona, entre os diversos profissionais envolvidos nas atividades clínicas, enquanto que o projeto ClinicSpace tem o diferencial de permitir aos clínico a programação personalizada das tarefas. 4. Considerações Finais O projeto de aplicações pervasivas para ambientes clínicos apresenta um cenário bastante complexo, razão pela qual existem algumas iniciativas de criação de infraestruturas computacionais para dar suporte ao desenvolvimento de aplicações que façam uma abstração e gerenciamento desta complexidade. As características que foram identificadas como sendo importantes para uma infraestrutura computacional pervasiva para ambientes clínicos são: automatização (mobilidade); controle (autonomia do usuário); personalização (preferências pessoais); colaboração síncrona (vários usuários simultâneos) e colaboração assíncrona (um usuário de cada vez). 6

7 Referências Augustin, I., Lima, J. C. D. and Yamin, A. C. (2006) Computação Pervasiva: como Programar Aplicações, X Simpósio Brasileiro de Linguagens de Programação, Itatiaia, RJ. Bardram, J. E. (2005) Activity-Based Computing: Support for Mobility and Collaboration in Ubiquitous Computing, Personal and Ubiquitous Computing, vol. 9, no. 5, pp Bardram, J. E. and Christensen, H. B. (2007) Pervasive Computing Support for Hospitals: An overview of the Activity-Based Computing Project, IEEE Pervasive Computing, vol. 6, issue 1, Bardram, J. E. (2009) Activity-based computing for medical work in hospitals, ACMTrans. Comput.-Hum. Interact. Barsottini, C. and Wainer, J. (2006) Análise do padrão de colaboração entre médicos por meio do prontuário do paciente, Congresso Brasileiro de Informática em Saúde Informática em Saúde e Cidadania, Florianópolis, SC, Brasil. Cabitza, F., Locatelli M. P., Sarini M. and Simone C. (2006) CASMAS: Supporting Collaboration in Pervasive Environments, Proceedings of the Fourth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Comm. Ferreira, G., Augustin, I., Librelotto, G. R., Silva, F. L and Yamin, A. C. (2009) Middleware for management of end-user programming of clinical activities in a pervasive environment, WUMPS 09, Dublin, IE. Garlan, D. (2002) Project Aura: Toward Distraction-Free Pervasive Computing, IEEE Pervasive Computing. Rizzetti, T. (2009) Um Ambiente de Contexto Personalizado e Orientado a Tarefas na Arquitetura ClinicSpace, Dissertação de Mestrado em Informática, PPGI, UFSM. Silva, F. L. (2009) ClinicSpace: Modelagem de uma ferramenta-piloto para definição de tarefas clínicas em um ambiente de computação pervasiva baseado em tarefas e direcionado ao usuário-final, Dissertação de Mestrado em Informática, PPGI, UFSM. Weiser, M. (1991) The Computer of the 21st Century, Scientific American, Volume 265, número 9. Yamin, A., Augustin, I., Silva, L. C., Real, R. A., Schaeffer, A. E. and Geyer, C. F. R. (2005) EXEHDA: adaptative middleware for building a pervasive grid environment, Frontiers in Artificial intelligence and Applications Self organization and Automatic Informatics, IOS Press, vol. 135, p

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