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Editorial: Comentarios del Editor

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Hola amigos suscriptores. En esta Edicion abordaremos la tematica de "mSalud". La mSalud abarca la informatica movil, sensores medicos y tecnologias de la comunicacion para aplicaciones medico-sanitarias moviles. Esperamos sea de vuestra utilidad. - - - Comparto con Uds. fotos del excelente desayuno que organizo el Centro de Estudios para el Desarrollo del Sector Salud (CEDSS), donde el Lic. Oscar Cetrangolo  diserto sobre "Financiamiento y Equidad": Dr. Eduardo Filgueira Lima Lic. Oscar Cetrangolo Audiencia Dr. Filgueira Lima, Cdor. Vasallo Dr. Legaspe, Lic. Cetrangolo Estan Uds. invitados a seguir participando del Ciclo de  Desayunos que organiza el Centro de Estudios para el Desarrollo del Sector Salud -CEDSS-: www.cedss.com.ar El Centro de Estudios para el Desarrollo del Sector Salud -CEDSS-, invita a Ud. a participar del Ciclo de Desayunos que esta organizando, a fin de hacerles llegar nuevas propuestas a cargo de destacadas figuras del sector: Noviembre Jueves, 15 de Noviembre del 2007,  9:30 hs. "La Protección Social en la Salud como nuevo Paradigma" Dr. Ruben Torres Diciembre Jueves, 20 de Diciembre del 2007,  9:30 hs. "Prestadores Privados: suste Lugar: Auditorio de Clínica San Camilo, Av. Angel Gallardo 899, Ciudad Autonoma de Buenos Aires, Argentina. Informes:  Por mail:  info@cedss.com.ar - - - Espero que con el material de la presente Edicion estemos haciendo un nuevo aporte a la Era del Conocimiento. Lic. Jorge Armando Guerra Editor responsable del Management en Salud e-mail: jorgeguerra@fibertel.com.ar  www.managementensalud.com.ar

Nuestro Libro/Guia

Resumen

La mSalud abarca informatica movil, sensores medicos y tecnologias de la comunicacion para aplicaciones medico-sanitarias moviles.

Las Redes Inalambricas de Area Corporal (WBAN) de sensores inteligentes representan una tecnologia emergente para la integracion de sistemas con enormes posibilidades en el campo de la monitorizacion ambulatoria y no invasiva para largos periodos de tiempo.

Sin embargo, los diseñadores de los sistemas aun tienen que resolver diversos aspectos, como las limitaciones de peso y tamaño de los sensores (necesarias para mejorar la comodidad del paciente), las limitaciones de los recursos de los sensores, la disponibilidad intermitente de conectividad, la fiabilidad de las transmisiones y la seguridad e interoperabilidad entre diferentes plataformas.

Mostramos tecnologias inalambricas actuales y futuras y desarrollos en tecnologias moviles dominantes que son vitales para la implementacion de monitores basados en WBAN y la integracion de sistemas de mSalud. Hacemos especial hincapie en el problema de conseguir hacer funcionar correctamente los sistemas con minimos consumos de energia y conectividad permanente, imprescindible para una monitorizacion ambulatoria.

1. Introduccion

El emergente concepto de mSalud representa una evolucion de la eSalud, y se define, en terminos generales, “desde el uso de Internet para el cuidado sanitario hasta aplicaciones moviles sin conexion a internet garantizada” ¹.

Los avances en sistemas de mSalud estan liderados por los desarrollos en comunicaciones inalambricas, dominantes, y tecnologias “ponibles”². Comparten la misma finalidad en su diseño: la minimizacion del peso y tamaño de los sensores (aspecto critico para la aceptacion de los usuarios), la portabilidad, la conectividad ubicua, la fiabilidad y una fluida integracion de sistemas. La conectividad global es importante para una mejor resolucion de situaciones de emergencia, pero tambien para un creciente segmento de usuarios: los cuidadores no profesionales.

Un estudio de 1997 demostro que, al menos un tercio de los ciudadanos de Estados Unidos (cuya mayoria trabajaba a tiempo completo) estaban realizando roles de cuidadores no profesionales, casi siempre de sus padres ancianos³.

Un instrumento “llevable” de monitorizacion sanitaria que utilice una Red de Area Personal o Corporal puede ser integrado en la ropa del usuario. Sin embargo, este sistema no es apropiado para monitorizaciones continuas y de larga duracion, especialmente durante actividades normales, como entrenamientos intensivos o rehabilitacion asistida por ordenador. En fases mas recientes, se posibilita al usuario la movilidad y un uso comodo mediante la introduccion de sensores inalambricos inteligentes que se pueden implantar.

Una Red Inalambrica de Area Corporal (WBAN) tipica consiste en unas cuantas plataformas de sensores baratos, ligeros y diminutos. Cada plataforma tiene uno o mas sensores fisiologicos (por ejemplo: sensores de movimiento, electrocardiografos, y electroencefalogramas. Un ejemplo tipico de este tipo de aplicacion es la monitorizacion ambulatoria de la actividad del usuario ^{4, 5}. Los sensores pueden colocarse en el cuerpo como diminutos parches inteligentes, integrados en la ropa, o ser implantados bajo la piel o los musculos.

En este articulo presentamos los principales aspectos y desafios tecnologicos del diseño e integracion de sistemas de mSalud basados en WBAN.

2. Tecnologia Inalambrica

Para poder triunfar en el mercado, los sensores medicos inalambricos tendran que ser muy baratos y ser producidos a gran escala. Por lo tanto, podemos esperar que las soluciones futuras estaran basadas en tecnologias inalambricas estandar⁶. Actualmente, entre las tecnologias WBAN disponibles en el mercado mas utilizadas se encuentran Bluetooth y ZigBee. Bluetooth es una tecnologia madura, disponible en muchos telefonos moviles y PDAs. Dispone de un amplio ancho de banda, hasta 720 kbps, mas que suficiente para la mayoria de los sensores inteligentes. Sin embargo, pese a las modalidades de bajo consumo, el gasto de energia y la complejidad de los protocolos de implementacion de baterias son todavia factores que limitan la mayoria de aplicaciones WBAN.

ZigBee es un estandar inalambrico emergente para poco trafico de datos y aplicaciones de muy bajo consumo. Potencialmente tiene aplicaciones en domotica, control industrial y cuidados sanitarios personales. El ratio maximo de 250 kbps de datos es suficiente para los sensores inteligentes de monitorizaciones.

Otras tecnologias inalambricas emergentes, como Ultra Wide Band y Wireless USB, posiblemente influiran en aplicaciones de monitorizacion de salud “llevables”. Sin embargo, su objetivo es lograr un gran ancho de banda con un reducido consumo de energia para Redes de Area Personal y Redes de hogar. Por lo tanto, son muy buenos candidatos para actuar como servidor personal de comunicaciones, mejor que los sensores individuales en la WBAN.

Varios proyectos de investigacion presentan soluciones inalambricas que se adaptan mejor a los sensores inteligentes. Por ejemplo los resonadores MEMs ofrecen un bajisimo consumo de energia, en orden de 100 µW ⁷, lo que seria ideal para los sensores inalambricos implementados como parches inteligentes.

3. Integracion del Sistema

El exito de los sistemas de monitorizacion sanitaria “llevables” depende crucialmente de la integracion de sistema. La integracion perfecta de los sistemas de monitorizacion sanitaria personales determinara su aceptacion y conformidad por parte del usuario.

Al mismo tiempo, la integracion de mediciones y eventos dentro de registros medicos y sistemas medico sanitarios podran ayudar a mejorar el servicio de los profesionales medicos.

Un ejemplo tipico del flujo de informacion en un sistema jerarquico de mSalud queda representado en la Figura 1 (adaptada de ⁵).

Un conjunto de sensores esta integrado en una WBAN y se comunica con el servidor principal o bien directamente a traves de la pasarela de internet. Toda la informacion es almacenada en un Informe Electronico Medico (Electronic Medical Record: EMR) o servidor de emergencia a traves de internet. Se pueden explotar las distintas partes del espacio de diseño precio/energia/prestaciones mediante el uso de distintas configuraciones.

En el nivel mas bajo de la jerarquia estan los sensores fisiologicos inteligentes integrados en una WBAN. El estado tecnologico actual permite nodos de sensores inteligentes con microcontroladores (sistemas en un chip) altamente integrados, permitiendo las siguientes caracteristicas de plataformas de sensores:

• Capacidad de procesamiento: 1-10 MIPS (Millones de instrucciones por segundo)

• Memoria RAM: 1-10 KB

• Memoria flash en el chip (almacenamiento de datos del programa y secundarios): 10-100 KB

• Perifericos Integrados (temporizadores, contadores, PWM, A/D, D/A, y controladores de comunicacion)

• Almacenamiento (externo) de Memoria Flash de 1 MB

• Bajo consumo de energia (1-10 mW para procesamiento, menos de 100µW en modo reposo y de 20 a 50 mW durante la comunicacion inalambrica)

La memoria disponible y la capacidad de procesamiento de las plataformas de sensores comercialmente disponibles permiten, en tiempo real, el procesamiento de señales, la transmision de resultados y la deteccion de sucesos para muchas aplicaciones de monitorizacion de salud. El flujo simbolico de datos de los sensores se representa como colas de mensajes (Fig. 1).

Primero, una plataforma de sensores almacena los mensajes no reconocidos y eventos en la memoria local (RAM) y/o en la memoria externa Flash. Esto supone una importante ventaja (de consumo y fiabilidad) de los sensores inteligentes frente a las generaciones anteriores de sistemas telemetricos de transmision de señales en bruto.

Todos los mensajes que llegan desde los sensores son recogidos por el controlador de red y procesados en un servidor personal (SP). En algunas aplicaciones los sensores pueden hablar directamente con la pasarela de internet (por ejemplo, en la monitorizacion domiciliaria). Una aplicacion de servidor personal puede correr sobre una PDA, un movil o un ordenador personal.

El controlador de red puede ser un dispositivo añadido o integrado en el servidor personal (por ejemplo telefonos moviles con Bluetooth). El SP procesa los eventos de los sensores como mensajes individuales, almacena segmentos de señales sin tratar generadas por peticion, y crea una sinergia de informacion desde los sensores individuales.

Normalmente, todos los mensajes recibidos son guardados y transmitidos al servidor medico junto con mensajes adicionales creados en el servidor personal. Esta informacion crea una nueva cola de mensajes y registros que provienen del SP (Fig. 1).

Figura 1. Sistema Integrado WBAN⁵. Leyenda: SN: Sensores fisiologicos; WBAN: Red Inalambrica de Red Corporal;
PS: Servidor Personal; WLAN: Red de Area Local Inalambrica; WAN: Red de Area Amplia; MS: Servidor Medico; NC: Coordinador de la Red WBAN

Las caracteristicas del rendimiento del servidor personal supera normalmente a los sensores individuales por al menos un orden de magnitud. Asi pues, el mantenimiento de la cola de mensajes en el SP para una transmision fiable no deberia ser un problema para la mayoria de los sistemas.

La comunicacion entre el servidor personal y el interfaz de Internet se lleva a cabo mediante el uso de tecnologias WLAN y WAN, como el 802.11 WLAN, GPRS/GSM, UMTS y otras tecnologias de redes locales inalambricas¹.

El procesamiento final de mensajes y eventos se ejecuta en el(los) servidor(es) medico(s). Es importante tener en cuenta que, debido a la comunicacion intermitente y la retransmision de mensajes en la jerarquia mSalud, el servidor medico tendra que procesar mensajes no validos. Por ello es necesario que cada evento o cadena de señales sin tratar tenga su fecha de registro. Todos los registros deben estar organizados para evitar la divulgacion de la identidad del usuario.

4. Discusion y Conclusiones

La nueva generacion de sistemas de mSalud para la monitorizacion continua ambulatoria se enfrenta a una serie de retos que incluyen:

• Necesidad de bajo consumo energetico, poco peso y tamaño

• Operatividad no invasiva y discreta

• Flexibilidad de los sensores para adaptarse a las condiciones del usuario y los cambios en el entorno

• Conectividad sin fallos, necesaria para la integracion de los sensores dentro del sistema de monitorizacion

• Concienciacion del sistema de factores medioambientales y de las condiciones del paciente asociadas con el uso de sensores llevables en condiciones normales de vida

• Comunicacion y almacenamiento de datos segura y fiable

• Funcionamiento de un sistema tolerante a fallos, capaz de adaptarse a los fallos de los sensores y retransmitir paquetes perdidos

Las tecnologias basadas en WBAN poseen un enorme potencial en el marco de la monitorizacion ambulatoria continua, en la deteccion precoz de estados anormales, y en la supervision de rehabilitacion. Pueden proporcionar a los pacientes mayor confianza y mejorar su calidad de vida, a la vez que promueven comportamientos mas saludables y concienciacion sobre la salud.

La integracion automatizada de informacion desde los sistemas de mSalud a las bases de datos de investigacion pueden proporcionar a la comunidad medica la posibilidad de extraccion inteligente de datos de entre la ingente cantidad de informacion. Esto permitira la mejora en la comprension de las evoluciones de enfermedades, los procesos de rehabilitacion y los efectos en las terapias con drogas.

5. Referencias

1. R.S.H. Istepanian, E. Jovanov, Y.T. Zhang, “Guest Editorial Introduction to the Special Section on M-Health: Beyond Seamless Mobility and Global Wireless Health-Care Connectivity,” IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, Dec. 2004, 8(4): 405 - 414.

2. D. Raskovic, T. Martin, E. Jovanov, “Medical Monitoring Applications for Wearable Computing,” The Computer Journal, July 2004, 47(4): 495-504.

3. National Alliance for Caregiving and American Association of Retired Persons, Family Caregiving in the United States, 1997.

4. B.G. Steele, B. Belza, K. Cain, C. Warms, J. Coppersmith, J. Howard, “Bodies in motion: Monitoring daily activity and exercise with motion sensors in people with chronic pulmonary disease,” Journal of Rehabilitation Research & Development, Sep/Oct 2003, Supplement 2, 40(5): 45 – 58.

5. E. Jovanov, A. Milenković, C. Otto, P. De Groen, B. Johnson, S. Warren, and G. Taibi “A WBAN System for Ambulatory Monitoring of Physical Activity and Health Status: Applications and Challenges,” in this Proceedings.

6. S. Warren, “Beyond Telemedicine: Infrastructures for Intelligent Home Care Technology,” Pre-ICADI Workshop on Technology for Aging, Disability, and Independence, The Royal Academy of Engineering, Westminster, London, England, June 2003.

7. B.P. Otis, JM Rabaey, “A 300-µW 1.9-GHz CMOS Oscillator Utilizing Micromachined Resonators,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, July 2003, 38(7): 1271-1274.

Autores:

Emil Jovanov

Departamento de Ingenieria Informatica. Universidad de Alabama, Huntsville. EEUU.

*Traduccion: Estela Plasencia (FESALUD). España

Articulo original: “Wireless Technology and System Integration in Body Area Networks for m Health Applications”. Proceedings of the 27th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Shanghai, China, September 2005.