Monitoramento de Sinais Vitais -...
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Alexandre Renato Rodrigues de Souza
Francisco Cesar Campbell Mesquitta
Computação Autônoma e Ubíqua
Monitoramento de 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.
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)
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.
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
✤ 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 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
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
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.