Plataforma inalámbrica para la monitorización y teleasistencia domiciliaria usando un PC (Y. Padial)

Notas del editor

• #2: Buenos días, este proyecto pretende ofrecer una solución integrada a la telemonitorización basándose en las tecnologías inalámbricas disponibles en el mercado.
• #3: Esta presentación consta de los siguientes bloques: Introducción: en primer lugar se hará una exposición de la problemática en la que se enmarca este proyecto, así como las soluciones que están disponibles en el mercado para finalmente exponer la solución que este proyecto propone Monitorización de señales: se va a realizar una descripción del tipo de señales que se van monitorizar en la plataforma, así como las distintas tecnologías inalámbricas utilizadas para finalmente describir las plataformas de soporte a sensores inálámbricas que se utilizan en el sistema Arquitectura: se establece una exposicion de los aspectos más importantes que constuyen la arquitectura del sistema Se realiza un repaso por las distintos componentes que forman el sistema ahondando en la funcionalidad incorporada en cada uno de ellos. Y por último las conclusiones obtenidas y las posibles líneas de trabajo futuras
• #5: Uno de los cambios más importantes y significativos de las sociedades ha sido el paulatino envejecimiento de la población mundial. Este hecho tiene varias implicaciones que pueden medirse tanto en términos económicos, como por ejemplo el aumento del gasto público en la asistencia sanitaria, como en términos sociales debido a la dependencia que el anciano adquiere en su vida cotidiana o incluso en el aumento del número de enfermos crónicos que necesitan una monitorización constante. Es por ello que la sociedad está ante el reto de incorporar las acciones necesarias para adaptarse a la nueva realidad. Es por ello que dentro del sexto programa marco europeo se planteó como principal objetivo el desarrollo de sistemas inteligentes y semiautónomos de control de las condiciones del hogar así como de la incorporación de dispositivos que permitan la asistencia y monitorización de los individuos de manera remota para poder proporcionar soporte a la vida independiente de personas mayores y ciudadanos que presentan determinadas patologías. Aparece el concepto de casa inteligente dentro del ámbito de la monitorización de señales ambientales que sirven como solución para personas en situaciones de dependencia (sistemas de ventilación y persianas adaptadas, etc)
• #6: En el ámbito de la monitorización de señales biométricas hay una considerable oferta en el mercado tanto para las señales biométricas como para señales ambientales. Estos sensores pueden tener un comportamiento completamente definido y sin posibilidad de modificación o bien pueden aparecer como una plataforma susceptible a se programada acorde a unas necesidades específicas. Si ninguna de estas dos opciones que ofrece el mercado cubren las necesidades la opción que quedaría sería la de definir un dispositivo ad hoc. Estos sensores utilizan las diferentes tecnologías inalámbricas disponibles, como son el bluetooth, Zigbee, etc en función de los requerimientos de la señal que se necesite transmitir. Como se puede observar en el ámbito de la monitorización de señales hay diferentes alternativas, sin embargo, actualmente en el mercado no se ofrece una solución comercial de plataforma integral que permita la gestión de todas las diferentes señales que puedan monitorizarse a la vez, y que con un mínimo coste se pueda utilizar en casa de cualquier usuario.
• #7: El objetivo de este proyecto es el de desarrollar un sistema de telediagnóstico y monitorización basado en una red local autoconfigurable de sensores inalámbricos distribuidos de bajo consumo.
• #8: Veremos todos los aspectos de las señales monitorizadas, las tecnologías inalámbricas utilizadas para la transmisión de dichas señales capturadas y los dispositivos sensores utilizados
• #9: DENTRO DEL ÁMBITO DE LA MONITORIZACION SE SEÑALES QUE PERMITEN DAR SOPORTE A LA VIDA INDEPENCIENTE DE PERSONAS MAYORES O CON CIERTAS PATOLOGÍAS ES LA MONITORIZACIÓN CONTINUADA DE SU ESTADO DE SALUD QUE SE LLEVA A CABO MEDIANTE LA MEDICIÓN DE DIVERSAS SEÑALES BIOMÉTRICAS Una señal biométrica no es más que una señal que es medible a través del efecto que producen los procesos fisiológicos del cuerpo humano. Ejemplo de señales biometricas: pulso, flujo respiratorio (espirometría), peso, nivel de azúcar en la sangre, monitorización del sueño, auscultación pulmonar, actividad cerebral (electroencefalografía), actividad muscular (electromiografía), sudoración, temperatura corporal y otros fluidos ECG:La señal electrocardiográfica es una de las señales biométricas más importantes para el diagnóstico de distintas patologías, debido a la gran cantidad de pacientes con problemas cardíacos. El aumento de la temperatura corporal, como en la fiebre, supone un aumento en el ritmo cardíaco. Es por ello que el funcionamiento óptimo del corazón depende en gran medida de un adecuado control de la temperatura corporal.
• #10: Se plantea como una nueva alternativa para proporcionar mayor independencia a personas dependientes, como son por ejemplo las personas cuya movilidad esté limitada o bien porque sea necesario llevar un control del estado del entorno de personas con problemas de salud.
• #11: Dispositivo utilizado para la monitorización de señales ambientales -- es un dispositivo comercial
• #12: Dispositivo comercial Equivital. La evolución de los dispositivos sensores inalámbricos es que sean capaces de monitorizar el mayor número de señales biométricas simultáneamente sobre el mismo soporte HW. Señales biométricas: - dos derivaciones ECG Ritmo cardíaco temperatura de la piel - pulisioximetria -ritmo respiratorio ect
• #13: El módulo Bluetooth AT4wireless es una solución diseñada específicamente para la interacción de la plataforma de monitorización que nos ocupa. Dicha solución : - Es el modulo se presenta como un sistema al que se le pueden conectar distintos tipos de sensores a traves de un PIC (circuito integrado programable).
• #14: En este apartado se pretende dar una visión global de los distintos componentes que forman el sistema planteado, las tecnologías que se han usado durante su desarrollo.
• #15: Plataforma central: Consiste en el subsistema formado por el PC de usuario, que se encuentra en el domicilio de la persona, y por la red de sensores que capturan las señales. La plataforma es la responsable del control y gestión de la red de sensores con el fin de obtener los datos que ellos obtienen y también de la comunicación con el servidor remoto del que recibe peticiones y parámetros de configuración y al que le envía toda la información que se va generando, tanto de datos de los sensores como de las distintas alarmas que se generan. Las características principales son: -Permite la conexión a través de un puerto RS232 o un USB para la conexión de los dispositivos Bluetooth y Sun Spot host, que son los dispositivos que servirán de puente para la comunicación con los dispositivos sensores inalámbricos Bluetooth-AT4wireless, Equivital y Sun Spot. -Tiene acceso a Internet con el fin de poder comunicarse con el servidor y poder hacer uso del sistema de alarmas definidos en la plataforma -Incorpora una primera gestión de los datos obtenidos por los sensores con el fin de hacer una primera fase de análisis de la normalidad de dichas señales de manera que incorpora la posibilidad de enviar SMS de alarma por medio de internet si fuera necesario. - Dispositivos Inámbricos: hablar que hay un dispositivos host o controlador conectado al puerto serie o USB que funciona como transceptor radio y que interpreta y ejecuta las peticiones que le envía la aplicación y un dispositivo sensor inalámbrico que basicamente es interpreta los comandos que recibe desde la estación. Las características de los sensores inalámbricos son configuradas vía radio al principio de cuando se incorporan a la red de sensores, y realiza el proceso de muestreo y obtención de muestras que enviará a la estación. Servidor: En este servidor se almacenarán adecuadamente todos los datos de las distintas plataformas centrales (PC) y los sensores asociados a ellas. Además, es en él donde se configuran todos los parámetros que usarán las distintas plataformas distribuidas durante su funcionamiento normal; adicionalmente, a través del servidor, un usuario cualificado puede realizar peticiones a las distintas plataformas de manera asíncrona con distintos fines.
• #16: -Se ha elegido Java porque se pretendía hacer un SW lo más compatible posible con la plataforma sobre la que se estuviera ejecutando. -Como se ha comentado anteriormente, la plataforma central realiza dos acciones principales, una es la de gestionar toda la red de sensores y la otra es la de establecer los mecanismos de comunicación con el servidor con el fin de poder enviar y recibir peticiones de él. Con el fin de que la plataforma pueda gestionar estas dos acciones en paralelo sin que la carga de una pueda repercutir en forma de retrasos sobre la otra, se ha establecido el diseño SW para que cada una de estas dos tareas es llevada a cabo por un hilo de acción independiente, de forma que cuando es necesario sincronizar las acciones de estos dos hilos se han utilizado variables que sirven de semáforos para la ejecución.
• #17: Se utiliza MySQL, que es un sistema gestor de bases de datos, de forma que permite a múltiples usuarios acceder a distintas bases de datos y cumple el estándar SQL. Debido a lo difundido de su uso, los principales lenguajes de programación suelen incorporar librerías que permiten el acceso a las bases de datos de manera muy sencilla. En este proyecto se ha utilizado el interfaz (Java DataBase Connectivity) para gestionar la base de datos, que nos proporciona además el paquete java.sql. Nos proporciona acceso a las bases de datos por medio del intercambio de sentencias SQL.
• #18: se exponen los procesos que forman parte del funcionamiento normal tanto de la aplicación instalada en el servidor como la utilizada en el PC del usuario monitorizado, ahondando en los procesos de comunicación entre los distintos componentes.
• #19: Plataforma central: Consiste en el subsistema formado por el PC de usuario, que se encuentra en el domicilio de la persona, y por la red de sensores que capturan las señales. La plataforma es la responsable del control y gestión de la red de sensores con el fin de obtener los datos que ellos obtienen y también de la comunicación con el servidor remoto del que recibe peticiones y parámetros de configuración y al que le envía toda la información que se va generando, tanto de datos de los sensores como de las distintas alarmas que se generan. Las características principales son: -Permite la conexión a través de un puerto RS232 o un USB para la conexión de los dispositivos Bluetooth y Sun Spot host, que son los dispositivos que servirán de puente para la comunicación con los dispositivos sensores inalámbricos Bluetooth-AT4wireless, Equivital y Sun Spot. -Tiene acceso a Internet con el fin de poder comunicarse con el servidor y poder hacer uso del sistema de alarmas definidos en la plataforma -Incorpora una primera gestión de los datos obtenidos por los sensores con el fin de hacer una primera fase de análisis de la normalidad de dichas señales de manera que incorpora la posibilidad de enviar SMS de alarma por medio de internet si fuera necesario. - Dispositivos Inámbricos: hablar que hay un dispositivos host o controlador conectado al puerto serie o USB que funciona como transceptor radio y que interpreta y ejecuta las peticiones que le envía la aplicación y un dispositivo sensor inalámbrico que basicamente es interpreta los comandos que recibe desde la estación. Las características de los sensores inalámbricos son configuradas vía radio al principio de cuando se incorporan a la red de sensores, y realiza el proceso de muestreo y obtención de muestras que enviará a la estación. Servidor: En este servidor se almacenarán adecuadamente todos los datos de las distintas plataformas centrales (PC) y los sensores asociados a ellas. Además, es en él donde se configuran todos los parámetros que usarán las distintas plataformas distribuidas durante su funcionamiento normal; adicionalmente, a través del servidor, un usuario cualificado puede realizar peticiones a las distintas plataformas de manera asíncrona con distintos fines.
• #20: El objetivo último del sistema planteado consiste en permitir a un profesional experto realizar un registro completo de un conjunto de señales, tanto vitales como ambientales, procedentes de un usuario bajo monitorización que se encuentra en sus dependencias. De forma que dicha monitorización pueda llevarse a cabo sin restricción alguna de sus tareas cotidianas de tal manera que el profesional pueda realizar ciertas acciones de análisis de los datos casi al mismo tiempo en que han sido tomados, para poder llevar a cabo las acciones que considere oportunas de la manera más rápida posible. Usuario experto: configura remotamente los parametros que se usarán en la estación central y en los sensores --Tiene acceso a la aplicación web Usuario de la aplicación de la plataforma local sólo accede a la aplicación para configurar los sensores que desea usar en ese momento (dentro del grupo configurado desde la aplicación web) – lanza el proceso de monitorización local.
• #21: El objetivo último del sistema planteado consiste en permitir a un profesional experto realizar un registro completo de un conjunto de señales, tanto vitales como ambientales, procedentes de un usuario bajo monitorización que se encuentra en sus dependencias. De forma que dicha monitorización pueda llevarse a cabo sin restricción alguna de sus tareas cotidianas de tal manera que el profesional pueda realizar ciertas acciones de análisis de los datos casi al mismo tiempo en que han sido tomados, para poder llevar a cabo las acciones que considere oportunas de la manera más rápida posible. Usuario experto: configura remotamente los parametros que se usarán en la estación central y en los sensores --Tiene acceso a la aplicación web Usuario de la aplicación de la plataforma local sólo accede a la aplicación para configurar los sensores que desea usar en ese momento (dentro del grupo configurado desde la aplicación web) – lanza el proceso de monitorización local.
• #22: Lista de prioridades define el orden en el que se van a ir gestionando los distintos sensores en la plataforma Monitorización individualizada en base a un determinado perfil
• #23: Sólo se permite el acceso a la aplicación a aquellas personas registradas que posean un login y password en la tabla usuarios de la base de datos. Configurar: es incorporar una estación a la gestión en el servidor, pero no está registrada hasta que no se conecte la estación al servidor para notificar que está activa
• #24: Alarmas: bateria baja, acceso dispositivo desconocido, datos fuera umbrales Fallos de conexión o de recepción de datos del sensor Estado indica si el sensor está activo en la estación o no, ya que no se eliminar completamente de la base de datos Hablar de que toda la información está en las bases de datos
• #27: Registro nueva estación: cuando la aplicación de control de la plataforma en las dependencias del usuario se activa entonces se conecta al servidor para notificar que está activa (a este servlet) y recibe de él la fecha y hora, la lista de prioridades y un OK… Registro sensor: para que aparezca como activo y se registre el tipo de sensor activo.. Envio lista prioridades: cuando se solicita expliciamente desde la aplicación web - envio perfiles: cuando la estación empieza a gestionar un sensor y no tiene su perfil lo solicita - receptor archivos sensor
• #28: Tres tipos de controladores: SunSpot, el SW del equivital con el USB bluetooth, el modulo Bluetooth AT4wilress –conectados USB Trest tipos sensores : Sunpot (luz, temperatura), AT4wiress al que se conectan varios sensores (ECG), Equivital (amplio rango de señales biométricas)
• #29: Arranque del thread de control de red de sensores: este hilo de ejecución tiene dos fases diferenciadas que se ejecutan sucesivamente. En una primera fase, se atiende a la incorporación de nuevos sensores a la plataforma y se registran en la estación y en el servidor remoto. En una segunda fase, se ocupa de conectarse a los sensores ya registrados y obtener los datos de señal para almacenarlos en fichero y enviarlos al servidor remoto. Arranque del thread de escucha de peticiones remotas: este hilo de ejecución se encarga permanentemente de atender las peticiones, que afectan al funcionamiento de la estación y a la gestión de los sensores, realizadas por parte del servidor remoto. AMBOS THREADS ESTÁN SINCRONIZAMOS EN DETERMINADOS MOMENTOS
• #30: Los cambios solicitados influyen en thread control sensores pero no inmediatamente sino en el siguiente ciclo de ejecución del Thread de control sensores
• #32: Cambio PIN periódico si tarea - Si servidor lo solicita - Si se activa tarea periódica - Si hay Bluetooth Nueva Lista Prioridades: - si el servidor ha mandado una nueva Escucha Nuevos Sensores: - configurar sensor con perfil – si no lo tiene pide al servidor - configura envio datos sensore periodico
• #40: Este resultado refuerza más el hecho de que los algoritmos de procesado sobre el ECG son más eficientes cuando se basan en las características intrínsecas de la señal, como la variabilidad, pero aquellos que están basados en la forma de onda de la señal suelen presentar mayores tasas de error debidas a la gran diferencia de formas de onda, que dependen de la persona, de cómo se haya tomado la muestra o incluso de si el individuo ha movilizado algún músculo próximo a la zona donde están localizados los sensores.
• #41: Bluetooth, al igual que Zigbee (como implementación del 802.15.4), está pensado para el desarrollo de redes de área personal (WPAN). En particular, Bluetooth se ha extendido en aplicaciones donde existen conexiones punto a punto o punto a multipunto, donde un solo maestro se comunica con un número determinado de esclavos formando una piconet. Las limitaciones de esta estructura radican en que los esclavos que salen del área de influencia del maestro se pierden. La tecnología Zigbee permite desarrollar redes más amplias, estando pensada para distribución de sensores en áreas relativamente grandes, pero su reducido ancho de banda no la hace una buena opción cuando se necesita transmitir un alto volumen de datos, además de ser más susceptible a interferencias. Es por esto por lo que resulta interesante ampliar la cobertura de una red Bluetooth empleando precisamente elementos tipo router, que permitan distribuir las señales de forma jerárquica entre los dispositivos que forman la red de sensores. Se plantea esta opción por la penetración que tiene esta tecnología en el mercado con la consecuente reducción de costes, aunque tampoco se descartaría la opción de emplear otra tecnología inalámbrica que combine las ventajas que las tecnologías empleadas ya poseen.
• #42: Buenos días, este proyecto pretende ofrecer una solución integrada a la telemonitorización basándose en las tecnologías inalámbricas disponibles en el mercado.
• #43: PVC negativo: cuando se localiza un pico negativo por debajo del umbral marcado por : promedio de señal – 0.4 * rango señal (donde rango = maximo pico – minimo pico)
• #44: PVC negativo: cuando se localiza un pico negativo por debajo del umbral marcado por : promedio de señal – 0.4 * rango señal (donde rango = maximo pico – minimo pico) QRS: Derivada – variaciones de la señal Filtrado – cuadrado Integracion Normalizacion Deteccion picos : ventana de 25 muestras cuando el pico supera 0.3 -- empírico
• #45: PVC negativo: cuando se localiza un pico negativo por debajo del umbral marcado por : promedio de señal – 0.4 * rango señal (donde rango = maximo pico – minimo pico) QRS: Derivada – variaciones de la señal Filtrado – cuadrado Integracion Normalizacion Deteccion picos : ventana de 25 muestras cuando el pico supera 0.3 -- empírico
• #46: Dentro del ámbito de la monitorización de señales se incorporan las tecnologías inálámbricas para que este proceso no suponga una limitación a la movilidad del usuario.
• #47: La pila de protocolo definido por este estándar sólo cubre los dos niveles más bajos, la capa física y la capa de control de acceso al medio, como se muestra en la figura 2.5.