Monitoramento de Sinais Vitais

Transcrição

1 Monitoramento de Sinais Vitais Computação Autônoma e Ubíqua Alexandre Renato Rodrigues de Souza Francisco Cesar Campbell Mesquitta

2 Sumário ehealth Body Area Networks (BAN) Sinais vitais

3 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.

4 ehealth Viabiliza ações médicas em que os profissionais e pacientes não estejam fisicamente no mesmo local; Permite a aplicação da arte médica à distância sem que haja contato físico direto na relação médico-paciente; Objetivo: melhorar a saúde das pessoas e de suas comunidades.

5 Aplicações Diagnósticos; Prevenção e tratamento de doenças; Pesquisas e avaliações.

6 Objetivos Monitoração e tratamento de pacientes à distância: 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 distância 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 distância para profissionais de saúde;

7 Possibilidades Análise dos sinais vitais e comparação com parâmetros préestabelecidos, 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;

8 Possibilidades Comunicação interativa entre profissionais de saúde e os pacientes; Vídeo-monitoração do paciente; Controle e atuação remota de dispositivos médicos; Home care: liberando leitos nos hospitais para casos mais graves e/ ou urgentes.

9 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 distância.

10 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.

11 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;

12 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 diagnóstico médico.

13 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.

14 Body Area Networks (BAN) IEEE 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 dispositivo; Transferência de dados entre 0,01 e 1000 kbps.

15 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.

16 Eletrocardiograma (ECG) Registro da atividade elétrica do coração relacionada à ação do músculo cardíaco; Ferramenta importante para monitorar o funcionamento do coração;

17 Eletrocardiograma (ECG) Amplitude: 50μV a 5mV; Frequência de 0,1 a 100Hz.

18 Eletrocardiograma (ECG) Aplicações: Cardiologia Diagnosticar doenças, ou arritmias relativas ao mau funcionamento do coração. Ex.: taquicardia, bradicardia, infartos do miocárdio, entre outras. Fisiologia do exercício Analisar a funcionalidade do músculo cardíaco através de exames de esforço físico.

19 Frequência cardíaca Dispositivos: Oxímetro de pulso ECG PANI (Pressão Arterial Não Invasiva) Escolha do dispositivo é feita em função do sinal disponível com melhor qualidade; Os monitores de multi-parâmetros possuem indicação audiovisual de pulso e alarmes de baixa e alta frequência cardíaca.

20 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.

21 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.

22 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.

23 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).

24 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.

25 Monitoramento local x remoto Monitoramento local: Monitoramento remoto: Poucos erros; Atraso muito baixo; Erros e atrasos são quase que exclusivamente gerados pelo sistema de aquisição em si ; Após digitalizar e quantizar o sinal, quase que instantaneamente apresenta-o na tela do monitor. 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.

26 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 diagnóstico sem receio sobre a qualidade dos dados recebidos.

27 Sigilo e segurança dos dados Utilização de Firewall Utilização de algum tipo de Criptografia

28 Largura de banda Quanto maior a taxa de amostragem e maior a precisão do conversor A/ D melhor será a representação digital 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

29 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.

30 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;

31 Jitter

32 Jitter Cada pacote possui também informações do instante em que as amostras foram adquiridas e, com isso, permite ao receptor sincronizar os diversos sinais; Solução: buffering para introduzir atraso. Gera uma alta probabilidade que ao final da apresentação das informações de um pacote, o próximo já estará disponível no buffer.

33 Perdas Pacotes podem ser corrompidos ou perdidos; Um erro ocasional não prejudicará seriamente o monitoramento (diagnóstico) remoto realizado pelo médico; Redução da quantidade de informação perdida:pacotes com poucas informações

34 Disponibilidade Cirurgia remota: a disponibilidade é um requisito bastante rígido; Idealmente deveria ser de 100%; Disponibilidade maior que 99,99% deve ser negociada com os ISPs (Internet Service Providers).

35 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 digitalizados 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.

36 Protocolos de Transmissão Se uma aplicação quer transmitir dados, ela utiliza para isso um protocolo.

37 Protocolos de Transmissão Necessidades 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 intermídia)

38 Protocolos de Transmissão Possibilidades TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) RTP (Real-Time Transport Protocol)

39 Protocolo TCP Aspectos Positivos 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

40 Protocolo TCP Aspectos Negativos O protocolo realiza indeterminadamente a retransmissão de pacotes perdidos 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 utilizado pela aplicação. Para controlar o fluxo de dados e o congestionamento, o TCP pode decrementar a taxa de transmissão. Não tem suporte a multicasting

41 Datagrama TCP Protocolo TCP

42 Protocolo UDP Aspectos Positivos Não espera pela retransmissão de pacotes perdidos Permite utilização de multicasting

43 Protocolo UDP Aspectos Negativos Não tem nenhum mecanismo para sincronização Não tem mecanismos de controle de fluxo e congestionamento

44 Datagrama UDP Protocolo UDP

45 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

46 REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP) Aspectos Positivos Transfere dados em tempo real Permite a sincronização dos diversos sinais (TimeStamp) Permite o controle de fluxo e de congestionamento

47 REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP) Aspectos Negativos Não possui um gerenciamento de largura de banda

48 REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP) Datagrama RTP

49 Comparação dos tamanhos dos datagramas

50 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 P. J. C. Pizarro, MonitorIP Monitoramento de sinais vitais através de uma rede IP, Jun