REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 2, NO. 1, OUTUBRO 2012
Fundamentos de Redes de Cuidados Médicos
Marcelo P. Sousa1,2, Waslon T. A. Lopes1,2, Francisco Madeiro1,3 and Marcelo S. Alencar1,2
1
Instituto de Estudos Avançados em Comunicações (Iecom), Campina Grande, PB, Brasil,
2
Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), Campina Grande, PB, Brasil.
3
Universidade de Pernambuco (UPE), Recife, Brasil.
E-mails: [email protected], [email protected], [email protected] and [email protected]
Resumo—As redes de cuidados médicos têm se popularizado
devido à evolução de tecnologias de comunicação, sensoriamento
remoto e processamento embarcado. Além disso, existe uma
crescente demanda por mudanças nos métodos de acompanhamento médico, devido ao aumento da população idosa, de
doenças crônicas e da preocupação das sociedades com a saúde.
Neste artigo, os autores apresentam os princı́pios, tecnologias e
aplicações de redes de cuidados médicos.
I. I NTRODUÇ ÃO
Nas últimas décadas, as condições de saúde da população
mundial têm melhorado devido ao progresso contı́nuo da
ciência, tecnologia e medicina, assim como à expansão de
infraestrutura para melhorar a nutrição das sociedades e
o tratamento sanitário das cidades. Os procedimentos operacionais para cuidados médicos têm constantemente sido
renovados, impulsionados pelos adventos tecnológicos. Essas
mudanças ocorrem pela transição de um modelo com foco
exclusivo no profissional de saúde para um modelo com foco
no cidadão [1]. Uma das tecnologias que viabilizam essa
transição é o monitoramento remoto de saúde e o controle
por meio de redes de cuidados médicos.
As redes de cuidados médicos são capazes de integrar
informações de saúde de pacientes, além de otimizar os processos de relato de diagnóstico, prevenção de doenças, atuação
medicamentosa e socorro. Por meio da comunicação em rede,
as informações de saúde podem ser encaminhadas para centros
especializados, de maneira a estabelecer prioridades para o
relato de emergência e de modo a utilizar corretamente os
recursos das tecnologias disponı́veis.
Com os avanços nas tecnologias de comunicações sem fio,
redes de sensores e dispositivos médicos, o monitoramento remoto de saúde tem se tornado uma área importante de pesquisa
e desenvolvimento. De acordo com a Organização Mundial de
Saúde (OMS), a telemedicina é a oferta de serviços ligados aos
cuidados com a saúde, nos casos em que a distância é um fator
crı́tico. Tais serviços utilizam tecnologias de processamento
e comunicação para a troca de informações de diagnóstico,
prevenção e tratamento de doenças. Elas também são úteis
para a contı́nua educação de provedores de cuidados com a
saúde, assim como para fins de pesquisas e avaliações. Essas
medidas são tomadas com o intuito de melhorar a saúde dos
indivı́duos e de suas comunidades [2].
O monitoramento do estado de saúde de pacientes é a
aplicação mais estudada entre os sistemas pervasivos de cuidados médicos. Os sinais vitais mais utilizados são relaciona-
dos às medições por eletrocardiografia, oximetria de pulso,
temperatura corpórea, taxa de batimentos cardı́acos e pressão
arterial. A maioria dos estudos tem focado na captura e envio
dos dados a um local remoto para avaliação especializada [3].
Os dados sensoriados são coletados por um coordenador de
rede de área corporal (BAN – Body Area Network), por
exemplo. Nas redes de cuidados médicos, os dados coletados
pelos coordenadores de uma BAN sem fio devem ser encaminhados para o devido processamento em uma estação central
remota [4].
Este artigo apresenta uma visão geral sobre as principais
tecnologias utilizadas para a implementação de redes de cuidados médicos. A Seção II apresenta os princı́pios das redes
de cuidados médicos, com foco para a motivação, cenários
e detalhamento dos subsistemas que compõem uma rede de
cuidados médicos tı́pica. A Seção III discute as principais
tecnologias de comunicação utilizadas em redes de cuidados
médicos. Algumas aplicações dessas redes são apresentadas
na Seção IV e as considerações finais são feitas na Seção V.
II. P RINC ÍPIOS
DE
R EDES
DE
C UIDADOS M ÉDICOS
Em redes de cuidados médicos, dispositivos de sensoriamento podem ser embarcados em uma variedade de instrumentos, para o uso em hospitais, clı́nicas, residências e áreas
de emergência. Os objetivos incluem a detecção, diagnóstico,
tratamento e gerenciamento de pacientes. Os benefı́cios da
medicina moderna não seriam percebidos, ou não seriam financeiramente viáveis, sem o uso de sensores, como termômetros,
monitores de pressão arterial, de glicose, eletrocardiógrafos e
diversos sensores de imagem.
Dispositivos sensores médicos combinam transdutores para
a detecção de sinais elétricos, térmicos, ópticos, quı́micos,
genéticos e outros com origem fisiológica com algoritmos
de processamento de sinais para estimar caracterı́sticas que
indiquem o estado de saúde de um indivı́duo. Sensores que
medem sinais além dos de saúde (diretamente) também têm
sido utilizados na medicina. Por exemplo, tecnologias para
monitoramento de localização e proximidade têm sido usadas para melhorar o cuidado de pacientes e a eficiência
da observação em hospitais, para acompanhar a difusão de
doenças e o monitoramento dos comportamentos relacionados
à saúde da população e exposição a aspectos ambientais
negativos, como a poluição.
Os avanços nas redes de cuidados médicos têm sido especialmente importantes em três áreas [5]:
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•
•
•
Sensoriamento
–
os
avanços
nos
sistemas
microeletromecânicos,
sistemas
de
aquisição,
processamento de imagens e de fluidos têm
proporcionado novas formas de sensoriamento
biológico, quı́mico e genético, além de análises
externas ao confinamento de laboratórios. Devido às
novas capacidades de diagnóstico não-honerosas, essas
tecnologias de sensoriamento prometem revolucionar os
cuidados médicos, tanto para solucionar crises de saúde
pública por causa de doenças infecciosas e também
habilitar a detecção prévia e tratamentos personalizados;
Tamanho e Custo – a maioria dos sensores médicos
tem sido tradicionalmente caros e complexos para uso
externo a ambientes de clı́nica. Entretanto, os recentes
avanços em microeletrônica e computação têm possibilitado que várias formas de sensoriamento médico se
tornem disponı́veis aos indivı́duos em suas residências,
locais de trabalho e outros locais de convivência. Os
primeiros dispositivos a serem disseminados foram os
sensores médicos portáteis (e.g., monitores de pressão
arterial e de glicose). Pela possibilidade de frequentes
medições de dados fisiológicos crı́ticos, sem a necessidade de visitas a um médico, esses instrumentos revolucionaram o gerenciamento de doenças, tais como
hipertensão e diabetes. Além disso, os sensores médicos
ambulatoriais puderam ser carregados ou acoplados às
roupas das pessoas, devido às suas dimensões reduzidas.
Esses sensores habilitam os indivı́duos a medir continuamente parâmetros fisiológicos, enquanto continuam com
suas atividade cotidianas em paralelo. Exemplos incluem
o monitoramento de batimentos cardı́acos e de atividades
fı́sicas. Esses dispositivos são apropriados para esportistas
e podem detectar eventos cardı́acos ou neurais que poderiam não ser manifestados durante uma visita breve a um
médico. Alguns sensores também têm sido embarcados
em dispositivos geriátricos e de assistência ortopédica.
Há também a proliferação do uso de sensores médicos
implantáveis para o monitoramento de saúde intra-corpo.
Em alguns casos, a proposta é monitorar continuamente
parâmetros de saúde que não estão disponı́veis externamente, como a pressão intraocular em pacientes com
glaucoma;
Conectividade – em decorrência dos avanços em tecnologia da informação, os sensores médicos têm se
tornado largamente conectados com outros dispositivos.
Os sensores médicos antigos eram dispostos isoladamente
com interfaces de usuário para apresentar suas medidas.
Subsequentemente, os sensores se tornaram capazes de ter
interfaces para dispositivos externos via padrões cabeados, tais como RS 232, USB e Ethernet. Recentemente,
os sensores médicos têm sido associados a conexões
sem fio, seja para curto alcance (e.g., Bluetooth, ZigBee,
rádios de campo próximo, smartphones, etc.), ou para
longo alcance (e.g., Wi-Fi, ou conexões celulares para
comunicar diretamente com serviços de computação em
nuvem). Além de não necessitar de demasiada infraestru-
tura, essas conexões permitem que as medições dos sensores médicos sejam enviadas aos indivı́duos assistentes,
enquanto os pacientes mantêm suas atividades cotidianas,
mesmo que externamente às suas residências.
Existem diversos protótipos e produtos disponı́veis para o
comércio, que possuem propriedades em comum. A maioria
das soluções existentes incluem um ou mais tipos de sensores
carregados por pacientes, formando uma BAN, e um ou mais
tipos de sensores instalados em uma área, que formam uma
rede de área pessoal (PAN – Personal Area Network). Essas
duas redes são conectadas a uma rede backbone por meio de
um nó gateway. Ao nı́vel de aplicação, os profissionais de
cuidados médicos ou outros assistentes podem monitorar as
informações de sinais vitais dos pacientes, por meio de uma
interface gráfica de usuário (GUI – Graphical User Interface).
As situações de emergência produzem sinais de alerta pela
aplicação, de modo que esses sinais e outras informações
sobre o estado de saúde podem ser acessados por dispositivos
móveis, como laptops e smartphones.
Esses subsistemas são detalhados a seguir:
•
•
•
•
•
Rede de Área Corporal (BAN) – é a rede de sensores e sinalizadores que os pacientes carregam ou
vestem em seus corpos. Etiquetas de identificação por radiofrequência (RFID – Radio-Frequency IDentification),
sensores de eletrocardiografia (ECG) e acelerômetros
carregados ou acoplados às roupas dos pacientes são exemplos de componentes da BAN para cuidados médicos;
Rede de Área Pessoal (PAN) – esse subsistema é composto de sensores de ambiente que cercam os grupos
de pacientes. Sensores de ambiente, como leitores de
RFID, câmeras de vı́deo, sensores de áudio, pressão,
temperatura, luminosidade e umidade ajudam a prover
informação sobre o contexto dos indivı́duos que estão
sendo monitorados. A localização e rastreamento de
pacientes podem ser funções desse subsistema;
Gateway – o subsistema gateway é responsável por
conectar os subsistemas BANs e PANs ao subsistema de
rede de larga abrangência (WAN – Wide Area Network).
O gateway pode ser um dispositivo móvel carregado pelo
usuário, como um smartphone, um nó sensor especial, denominado nó sorvedouro (sink node), ou um computador
servidor;
Rede de Larga Abrangência (WAN) – o gateway pode
repassar informações para uma ou mais redes, a depender da aplicação. Exemplos dessas redes incluem
redes de satélites, Internet, redes celulares e outras redes
telefônicas. Em geral, essas redes possuem caracterı́sticas
independentes da aplicação de cuidados médicos;
Usuário Final – a aplicação é a parte de maior destaque
do sistema, pois é onde os dados são interpretados e
as ações requeridas são indicadas. Em geral, o usuário
final possui um sistema de aplicação composto por uma
parte de processamento e uma parte de interface gráfica
de usuário. A parte de processamento executa algoritmos
de processamento de sinais para, por exemplo, identificar
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anomalias de sinais cardı́acos, ou por meio de algoritmos
de aprendizado de máquina, identificar situações inesperadas a partir de imagens ou vı́deos. A interface gráfica
de usuário é usada para o monitoramento em temporeal de informações de sinais vitais, em conjunto com
mecanismos de alerta, em casos de emergência.
III. T ECNOLOGIAS
E
P ROTOCOLOS
Diversas tecnologias e protocolos têm contribuı́do para a
disseminação de redes de cuidados médicos. As tecnologias
de comunicação sem fio merecem destaque por causa das
caracterı́sticas de mobilidade a adaptabilidade que oferecem.
A. Redes Infraestruturadas e Redes Ad Hoc
As redes de cuidados médicos, principalmente no subsistema PAN (ou na hierarquização de PANs), podem ser projetadas para atuar de maneira infraestruturada ou de maneira ad
hoc.
Na arquitetura infraestruturada, normalmente uma
distribuição heterogênea é utilizada, de modo que alguns
nós da rede são dotados de maior capacidade de hardware
e software do que outros. A alocação de recursos precisa
ser planejada para atender os requisitos de qualidade de
serviço (QoS – Quality of Service) da rede. Alguns nós
especiais podem ser responsabilizados por funções de maior
complexidade, como agregação e processamento de dados,
identificação de casos de emergência, sinalização, roteamento
e atribuição de chaves de segurança. No projeto de uma
rede de cuidados médicos infraestruturada, algumas questões
devem ser respondidas:
• Como deve ser a distribuição de recursos entre os nós da
rede?
• Quais grupos de monitoramento de saúde devem ficar
alocados em relação a PANs especı́ficas?
• Qual a melhor localização das BANs, considerando consumo de energia, taxa de perda de pacote e atraso de
relato dos dados monitorados?
• Quantos nós e onde devem estar localizados para a
conexão (relaying) entre PANs?
• Quantos gateways são previstos e onde devem estar
localizados?
Na arquitetura ad hoc, a rede de cuidados médicos não
possui uma infraestrutura de comunicação previamente projetada, em várias instâncias. O que se observa são caracterı́sticas
como auto-organização, auto-gerenciamento e, geralmente,
comunicação por múltiplos saltos.
Malan et al. [6] apresentaram o CodeBlue, que consiste
em um sistema para cuidados médicos de emergência, que
integram sensores de sinais vitais de baixa potência, PDAs, e
computadores de mesa. O CodeBlue melhora a habilidade para
os primeiros atendimentos e facilita a alocação de recursos
apropriados nos hospitais.
Ko et al. [5] propuseram o esquema MEDiSN para atender
objetivos semelhantes aos do CodeBlue (i.e., melhorar o processo de monitoramento de pacientes em hospitais e vı́timas
de desastre, assim como dos agentes de primeiros socorros),
mas usaram uma arquitetura de rede diferente. Especificamente, diferente do sistema ad hoc usado no CodeBlue, o
MEDiSN utiliza uma infraestrutura de rede sem fio de fácil
implementação de pontos de repasse (relay points). Os pontos
de repasse são implantados em posições fixas e se comunicam
com um ou mais gateways para acesso à Internet. Os motes que
coletam os sinais vitais, denotados miTags são associados com
os pontos de repasse para enviar suas medições ao gateway.
Em relação ao CodeBlue, o MEDiSN apresenta a vantagem
de economia de energia nos miTags, pois eles não precisam
repassar as informações uns dos outros. Entretanto, a disponibilidade e o custo de implantação dos pontos de repasse, o
que caracteriza fortemente a operação infraestruturada, pode
ser inviável em uma situação de emergência. Além disso, a
falha de operação de um ponto de repasse pode significar o
isolamento de comunicação de diversos miTags.
B. Redes de Sensores sem Fio
Nos últimos anos, o uso de redes de sensores sem fio para
o monitoramento remoto de saúde tem sido bastante adotado,
como uma alternativa aos sistemas de cuidados médicos centrados em hospitais, seja pela perspectiva econômica, ou do
conforto do paciente. A indústria de semicondutores tem uma
atuação importante para tornar real as mudanças nos sistemas
de cuidados médicos. A aceitação pelo usuários dos sistemas
de monitoramento remoto de cuidados médicos depende de seu
nı́vel de conforto, entre outros fatores. O nı́vel de conforto se
traduz diretamente para o fator forma, que ultimamente tem
sido definido pelas dimensões fı́sicas das baterias e o consumo
de energia do sistema [7].
As tecnologias de sensoriamento sem fio auxiliam na
solução de diversos aspectos negativos relativos a sensores
com fio, que são comumente utilizados em hospitais e salas
de emergência para monitorar pacientes [8]. Os diversos
conjuntos de fios, cabos e conectores associados causam
desconforto ao paciente, restringem sua mobilidade, aumentam
sua ansiedade e dificultam o gerenciamento pelos profissionais
de saúde. Por outro lado, o hardware envolvido com conexões
sem fio é menos perceptı́vel e possui conectividade de rede
persistente com os sistemas de registro finais. Isso reduz o
emaranhado de fios, diminui a ansiedade do paciente e reduz
a quantidade de erros [5].
As redes de sensores sem fio (RSSFs) consistem de dispositivos de baixa disponibilidade de energia, que integram capacidades limitadas de computação, sensoriamento e comunicação
sem fio. As RSSFs podem apresentar um impacto significativo
em vários sistemas de cuidados médicos de emergência. Sensores podem ser usados para capturar sinais vitais de pacientes,
repassar os dados para dispositivos eletrônicos portáteis utilizados por técnicos em emergência médica, médicos e enfermeiros. Em um evento de desastre em massa, as redes
de sensores podem melhorar a habilidade para os primeiros
socorros e o tratamento de pacientes [6]. As RSSFs podem ser
utilizadas em vários contextos e os nós podem ser distribuı́dos
de maneiras diferentes. As seções subsequentes apresentam
diversas topologias relacionadas à abrangência geográfica e
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tecnologias que podem ser utilizadas por RSSFs em aplicações
de cuidados médicos.
1) NFC e RFID: Um dos maiores desafios da Tecnologia
da Informação para redes de cuidados médicos é a habilidade
de rastrear um grande número de pacientes e materiais. À
medida que os telefones celulares são difundidos pelo mundo,
o uso da comunicação por campo próximo (NFC – Near Field
Communication) com telefones celulares emerge como uma
solução promissora para esse desafio.
A NFC permite a simples troca de dados e conexões sem
fio entre dois dispositivos próximos um ao outro, geralmente
por curtas distâncias (na ordem de centı́metros). Ela envolve
um dispositivo iniciador e um dispositivo alvo, de modo
que o iniciador gera uma onda de RF que pode alimentar
uma etiqueta passiva. A tecnologia NFC é uma extensão da
tecnologia RFID e apresenta caracterı́sticas de troca de dados
mais seguras.
A tecnologia RFID permite a identificação automática
de itens por meio de etiquetas (tags) que armazenam dados de interesse. Conforme o custo das etiquetas reduz, as
aplicações de RFID popularizam. Tais sistemas são usados em
pedágios automatizados, identificação de pacientes em hospitais, identificação animal, logı́stica de transporte, manuseio e
estocagem de produtos, etc [9].
Chen et al. propuseram um sistema para a segunda geração
de RFID e demonstraram quantitativamente o valor de sua
aplicação em sistemas de cuidados médicos [10]. Os autores
discutem os benefı́cios que o 2G-RFID-Sys pode prover,
como a melhoria escalabilidade do sistema, disponibilidade
de informação, monitoramento automatizado e controle de
acesso.
Adam et al. projetaram e implementaram um sistema
baseado em NFC para viabilizar a detecção de pneumonia
em crianças no Paquistão, com telefones celulares [11]. O
sistema permite que os pacientes sejam identificados por uma
única etiqueta RFID associada à criança, quando esta visitar
a clı́nica. Pelo uso de um telefone celular para enviar uma
ID do paciente e o diagnóstico para um servidor central, o
médico fica habilitado a relatar o estado de pneumonia em
tempo real. Se a doença é diagnosticada, uma equipe móvel
é alertada para recolher a criança doente com objetivos de
avaliações e tratamentos futuros.
2) BAN: Uma das tecnologias de rede utilizadas para a
implementação de redes de sensores sem fio são as redes
de área corporal. O IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) lançou em 2007 o grupo de tarefa IEEE
802.15 Task Group 6 (BAN), para desenvolver um padrão de
comunicação otimizada para dispositivos de baixo consumo de
energia e operar sobre o corpo humano. O objetivo é servir a
uma variedade de aplicações que incluem eletrônica médica
e de consumidor. Min Chen et al. apresentam um tutorial
sobre BANs em [12], em que discutem os principais conceitos,
tecnologias, arquiteturas e as caracterı́sticas das camadas fı́sica
e de enlace.
Em [13], os autores descrevem uma arquitetura genérica
de BAN sem fio e projetos com motes Telos [14] e módulos
de condicionamento de sinais especı́ficos para a aplicação.
O protótipo consiste de diversos sensores de movimento que
monitoram a atividade do usuário e um sensor de ECG para
o monitoramento das atividades cardı́acas. O artigo apresenta
os detalhes das plataformas de hardware e software utilizados
para o acompanhamento médico, discute os desafios em aberto
e apresenta soluções para sincronização e processamento dos
sinais, assim como propõe um protocolo de comunicação
eficiente em consumo de energia.
O MobiHealth é um projeto que integra vários dispositivos de sensoriamento, para monitorar e transmitir dados
fisiológicos em conjunto com gravações de áudio e vı́deo aos
provedores de serviços de saúde [15]. Esse mecanismo provê
assistência remota confiável e rápida, em caso de acidentes.
O MobiHealth propõe a convergência de sistemas de rede
diferentes, como BANs, PANs e WANs para habilitar redes
de cuidados médicos personalizadas e móveis.
3) PAN: Em redes de cuidados médicos, as redes PAN
podem ser utilizadas para conectar BANs, que relatam as
informações monitoradas pelos sensores e entregam essas
medições a redes externas, ou ser a interface direta com esses
sensores. As principais tecnologias que são utilizadas para
viabilizar o uso de PANs para redes de cuidados médicos são
o Bluetooth e o ZigBee.
4) Bluetooth: As comunicações por Bluetooth utilizam
ondas de rádio de curto alcance, por distâncias de aproximadamente dez metros. Uma PAN implementada por uma
rede Bluetooth também é conhecida com piconet e é composta
de no máximo oito dispositivos ativos sobre uma relação
mestre-escravo. Em redes de cuidados médicos, o Bluetooth
pode ser usado para capturar dados rapidamente e sem fios
a partir de dispositivos de sensoriamento, como monitores de
pressão sanguı́nea, termômetros, ECG, etc. Os autores de [16]
apresentam um dispositivo sem fio portátil para monitoramento
de ECG, em que o paciente precisa carregar consigo um
telefone celular com conexão Bluetooth. Quando o monitor
ECG detecta um ataque cardı́aco, ele emite um sinal de alerta
para o telefone celular, que solicita socorro e disponibiliza a
localização do paciente.
5) ZigBee: O termo ZigBee designa um conjunto de
especificações para a comunicação sem fio entre dispositivos
eletrônicos, com ênfase na baixa potência de operação, na
baixa taxa de transmissão de dados e no baixo custo de
implantação. Protocolos ZigBee são destinados a aplicações
embarcadas que exigem baixas taxas de dados e baixo consumo de energia. Apesar de o Bluetooth apresentar maiores
taxas de transmissão de dados, o ZigBee apresenta maior
eficiência em relação ao consumo de energia.
Murali et al. propuseram o uso de redes de sensores sem
fio para observar sinais fisiológicos humanos, com a tecnologia ZigBee [17]. Os autores desenvolveram um conjunto de
sistemas para o monitoramento de saúde em residências, com
o uso de sensores embarcados para monitorar a taxa cardı́aca
e a pressão arterial. Os sensores transmitem os sinais medidos
via ZigBee para um monitor remoto sem fio, de modo a relatar
os sinais fisiológicos observados. O monitor remoto sem fio
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é composto de um módulo de comunicação ZigBee e um
computador. Se os valores dos sinais medidos ultrapassam os
limiares padrões de saúde, o computador envia uma mensagem
de texto (por uma rede celular GSM) para uma central remota
especializada.
6) UWB: A tecnologia UWB (Ultrawideband) é usada para
referenciar comunicações de rádio com uma largura de banda
maior do que 500 MHz ou mais que 25% da frequência central
do sinal. É uma tecnologia de rede sem fio para redes PAN.
Além de ter um espectro de atuação amplo, o UWB transmite
por rajadas de sinais. A combinação do modo de transmissão
em rajadas com o amplo espalhamento de banda permite que o
UWB consuma menos energia e alcance taxas de transmissão
mais altas que o padrão Wi-Fi.
As redes de cuidados médicos podem ser beneficiadas pela
baixa densidade espectral de potência que a transmissão por
UWB oferece. A potência do sinal transmitido é baixa o
suficiente para ser segura aos seres humanos, mas ainda provê
alcance de comunicação e taxa de dados razoáveis.
Entretanto, o uso de sinais UWB em BANs sem fio implica
no fato de que a transmissão seja feita por uma faixa de
frequência que provavelmente já esteja em uso por outros
sistemas sem fio. Isso requer que possı́veis fontes de interferência sejam identificadas antes do projeto do sistema
de monitoramento de saúde. O projeto do receptor UWB
deve considerar as outras transmissões nas proximidades do
transceptor, de modo a maximizar a razão sinal-ruı́do (SNR –
Signal-to-Noise Ratio). Além disso, se ambientes de hospitais
forem considerados, em que diversos equipamentos elétricos
estão presentes, a interferência por ruı́do de disparo é uma
fonte de interferência para o sinal UWB. Essa interferência
afeta o desempenho do receptor em termos do aumento da
taxa de erro de bit [18].
7) Wi-Fi: A tecnologia Wi-Fi é utilizada por produtos
certificados que pertencem à classe de dispositivos de rede
local sem fios (WLAN) baseados no padrão IEEE 802.11.
As aplicações de monitoramento médico requerem o relato
de eventos de emergência, assim como das informações fisiológicas medidas periodicamente. Sob condições crı́ticas, os
dados de emergência devem ter seu relato garantido, com um
atraso aceitável para o tipo de sinal especı́fico. Para atender
a essa necessidade, mecanismos de priorização de relato dos
dados de emergência precisam ser desenvolvidos. Benhaddou
et al. [19] propuseram um esquema de controle de acesso ao
meio para cuidados médicos, que considera um algoritmo de
agendamento de serviços sobre o padrão IEEE 802.11, para
prover a mais alta precedência para o tráfego de emergência
médica. Os autores descrevem a arquitetura geral e propõem
um esquema de controle de acesso ao meio para redes de
sensores de cuidados médicos, que adapta a alocação do canal
de acordo com a necessidade da rede. Entretanto, os protocolos
de relato de emergência devem também atender às restrições
de consumo de energia das redes de sensores [3].
C. Redes de Sensores sem Fio Cognitivas
Diversos protocolos disponı́veis para telemedicina são
baseados no funcionamento de redes de sensores sem fio no
espectro não-licenciado. Um problema observado pelas redes
que operam nessa parte do espectro é a dificuldade de incrementar a qualidade de serviço. Atualmente, o espectro nãolicenciado tem sido disputado por várias redes. A coexistência
de múltiplas redes na mesma faixa espectral impõe desafios,
e.g., utilização espectral, segurança e colisões de transmissão,
o que configura um problema para sistemas de monitoramento
em redes de cuidados médicos, que devem prover tráfego com
requisitos de QoS especı́ficos [4].
O acesso espectral dinâmico é uma abordagem de
comunicações de utilização espectral eficaz e promissora para
redes de sensores sem fio de múltiplos saltos e com restrições
de recursos, devido à sua caracterı́stica de comunicação por
ocorrência de eventos. Com o uso de rádios cognitivos o acesso
espectral oportunista pode também auxiliar a implementação
e manutenção de múltiplas redes de sensores sobrepostas e
a eliminar colisões e atrasos excessivos [20]. O acréscimo
das potencialidades do rádio cognitivo em redes de sensores
sintetiza um novo paradigma, i.e., redes de sensores sem fio
cognitivas (RSSFC) [21].
Em [4], os autores estudaram o desempenho do tráfego
de aplicações de telemedicina em uma rede de sensores
cognitiva. Eles apresentaram uma rede cognitiva infraestruturada para monitoramento médico, em que as estações base
cognitivas identificam o espectro disponı́vel e encaminham
os dados para as estações de cuidados médicos associadas.
Eles também propuseram estratégias para prover o tráfego
de monitoramento periódico e de emergência em tempo real.
Os resultados mostram que um desempenho satisfatório pode
ser alcançado para o tráfego de telemedicina. Entretanto, os
autores não consideram o impacto do sistema proposto em
outros parâmetros de QoS, como a taxa de perda de pacote.
Além disso, a operação baseada em infraestrutura pode ser
inviável em redes de emergência, pois elas podem requerer
capacidades de funcionamento ad hoc, como auto-organização,
operação distribuı́da e auto-recuperação.
Em [22], os autores apresentaram o protocolo LF-Ant
Cognitivo, que é inspirado pelo comportamento de formigas
e, por meio de uma capacidade cognitiva, elege os nós mais
preparados para coordenar a operação de um grupo, em
redes de cuidados médicos. O lı́der e o vice-lı́der de grupo
colaboram para garantir a alocação dinâmica de recursos,
de modo que os pacientes que apresentam os maiores graus
de emergência devem ser privilegiados. A alocação dinâmica
de recursos foi inspirada por experimentos com manipulação
das pernas de formigas desérticas. Além disso, a diversidade
em modulação cooperativa com sensoriamento espectral foi
proposta para atuar de maneira adaptativa e ajudar no combate
ao desvanecimento dos canais sem fio. Os resultados de
simulação mostraram um decréscimo no tempo de atraso
médio necessário para relatar os casos de emergência. Além
disso, a taxa de perda de pacote foi também reduzida, princi-
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palmente quando a diversidade em modulação cooperativa foi
usada.
IV. A PLICAÇ ÕES
Algumas aplicações observadas por meio do uso de redes
de cuidados médicos são discutidas a seguir [5]:
•
•
•
•
•
Monitoramento em áreas de desastre – apesar de já
existirem protocolos de triagem para serviços médicos
de emergência, eles podem ter sua eficiência degradada
à medida que o número de vı́timas aumenta. A crescente
portabilidade, escalabilidade e facilidade de implantação
dos sistemas de sensoriamento sem fio podem ser usadas
para automaticamente relatar os nı́veis de triagem das
vı́timas e continuamente rastrear o estado de saúde dos
primeiros pacientes atendidos em um cenário de desastre,
de maneira mais eficaz;
Monitoramento de sinais vitais em hospitais – o monitoramento sem fio é mais conveniente para os pacientes, além
de aumentar a confiabilidade dos resultados de medição
e relato. Além das medições e relato dos sinais vitais
dos pacientes, as redes de cuidados médicos também são
úteis para a identificação e localização eficaz de médicos
e enfermeiros ao longo do hospital;
Monitoramento residencial ou agregado às atividades
cotidianas – à medida que a população envelhece, as
capacidades cognitiva, fı́sica e psicológica dos idosos
variam, o que afeta a qualidade de vida. O monitoramento
remoto pode auxiliar no correto diagnóstico e recuperação
dos pacientes, principalmente se for realizado da maneira
menos intrusiva possı́vel. Medições sem fio na própria
residência do paciente, ou em locais de trânsito comuns
podem ser enviadas a centros de observação contı́nua,
em que profissionais de saúde especializados devem ficar
atentos a alterações e situações de alerta;
Monitoramento da dosagem de medicamentos – a quantidade correta de medicamento que um paciente deve
utilizar em algum tratamento não deve ser desprezada.
Entretanto, alterações de memória, desconhecimento ou
falta de atenção podem resultar em um excesso ou falta
da dosagem correta, o que pode levar a consequências
graves de saúde. Por meio das redes de cuidados médicos
é possı́vel monitorar e atuar diretamente no controle
da dosagem de medicamentos, posologia adequada e
observação de reações;
Localização de pacientes – redes de cuidados médicos
distribuı́das por uma cidade podem rastrear pacientes em
desordens psı́quicas, ou com ocorrências de sonambulismo. A conexão entre redes diferentes pode habilitar
a utilização de redes de menor porte como redes PAN,
em uma comunicação por múltiplos saltos até uma central
de monitoramento. Por outro lado, sensores de presença
e localização por GPS podem ser acoplados ao corpo
do paciente, o que permite um monitoramento em maior
escala;
V. C ONSIDERAÇ ÕES F INAIS
As últimas décadas têm apresentado uma demanda crescente
por qualidade e quantidade de serviços de cuidados médicos,
devido ao aumento da população idosa, de doenças crônicas
e da preocupação das sociedades com a saúde. Os indivı́duos
têm dedicado uma maior atenção para a prevenção e detecção
prévia de riscos. O futuro dos serviços de cuidados médicos
terá como vertente a transição de serviços centralizados de
saúde, providos em consultórios médicos, clı́nicas e hospitais, para serviços contı́nuos de monitoramento ubı́quo e
pervasivo. A demanda por serviços de saúde pró-ativos e
mais completos têm crescido. O monitoramento por longo
prazo de sinais biomédicos para possibilitar o diagnóstico
prévio de doenças representa um aspecto importante entre
as tendências dos serviços de saúde. Além disso, existe a
necessidade de diminuir os custos causados pelas mudanças
demográficas de sociedades com maiores expectativas de vida.
Por meio de serviços de cuidados médicos utilizados nas
próprias residências, em que o custo financeiro é menor do
que em clı́nicas e hospitais, a necessidade por investimentos
em instalação e manutenção parecem diminuir, ao mesmo em
tempo que a qualidade de vida aumenta.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o apoio da UFCG, UPE e CNPq.
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