PT104038B - Medidor de parâmetros fisiológicos baseado em sensores tipo auricular, arquitectura bluetooth distribuída e em telemóveis - Google Patents

Abstract

É DESCRITO NESTE INVENTO UM SISTEMA DE MEDIDA QUE PERMITE A MEDIÇÃO DE UM CONJUNTO DE PARÂMETROS FISIOLÓGICOS E DO AMBIENTE, UTILIZANDO UM DISPOSITIVO DE MEDIDA DE TIPO AURICULAR, UM MICROCONTROLADOR, COMUNICAÇÃO ''''BLUETOOTH'''' DISTRIBUÍDA E TELEMÓVEL 3G/GPRS. OS PROGRAMAS (SOFTWARE) JAVA2ME DESENVOLVIDO PARA DETECÇÃO DO BLUETOOTH, LEITURA E PROCESSAMENTO DE DADOS ASSOCIADOS AO DISPOSITIVO LIGADO AOS SENSORES, PERMITE MOSTRAR OS RESULTADOS DE MEDIDA: TEMPERATURA, RITMO CARDÍACO, NÍVEL DE SATURAÇÃO COM OXIGÉNIO DA HEMOGLOBINA DO PACIENTE E TEMPERATURA E HUMIDADE DO AR AO REDOR DO PACIENTE. OS DADOS SÃO ARMAZENADOS NA MEMÓRIA DO TELEMÓVEL OU NUM CARTÃO DE MEMÓRIA (MEMORY CARD). CONSOANTE O RESULTADO DA MEDIDA, UM MÓDULO DE PROGRAMAS (SOFTWARE) PERMITE A GERAÇÃO DE MENSAGENS DE ALARME POR MENSAGENS CURTAS (SMS) E OU CORREIO ELECTRÓNICO (E-MAIL) AOS NÚMEROS GRAVADOS NUMA LISTA DE ''''APOIO AO PACIENTE''''.

Description

Descrição

Medidor de parâmetros fisiológicos baseado em sensores tipo auricular, arguitectura ^Bluetooth distribuída e em teloisóveis

A relevância deste invento prende-se com o desenvolvimento de uki sistema de medida que permite a medição de um conjunto de parâmetros fisiológicos utilizando um dispositivo de medida de tipo auricular (auscultadores; que transmite a informação obtida pelos sensores através da comunicação Bluetooth para um telemóvel 3G/GÉBS considerado a unidade principal de processamento, gravação, comunicação e a interface com o utilizador. 0 telemóvel integra a informação dos sensores de temperatura e fotopletismcgr-afia colocados nos auriculares com a informação dos sensores de temperatura e humidade do ambiente ao redor do paciente. 0 .invento permite a realização de aplicações de monitorização por períodos longos de tempo dos pacientes com doenças crónicas, monitorização do estado de saúde dos pacientes que .habitam em aldeias remotas, dos pacientes em sistema de cuidados de saúde ambulatórios.

Este invento foi desenvolvido na área da Engenharia Elactrotécnica. e visa aplicações na área da monitorização da saúde a distância (TçIeHealt.h monitorlng'’) utilizando um dispositivo cóm interface de transmissão sém fica (wireless)· de dados s um. telemóvel inteligente. Os programas desenvolvidos permitem incluir dispositivos de medida associados aos parâmetros relacionados com a qual idade do ar (er: temperatura, .humidade relativa, nível de poluição·) . 0 invento permite a realização de aplicações de monitorização por períodos longos de tempo dos pacientes com doenças crónicas (pacientes asmáticos, com insuficiência cardíaca, hipercensos, pacientes com distúrbios autonômicos, etc.}, monitorização do estado de saúde dos pacientes que habitam, em aldeias remotas com dificuldades de acesso no sistema de saúde e de pacientes em sistema de cuidados de saúde ambulatórios.

No domínio, da monitorização da saúde a monítoring> foram apresentados várias medição não-irivasiva de parâmetros cardíaco, ritmo respiratório, saturação distância (TeleHealth soluções associadas a fisiológicos como a temperatura, ritmo hemoglobina, pressão arterial» Foram sistemas portáteis para monitorização remota dos parâmetros fisiológicos» A aquisição dos sinais nestes dispositivos implica a utilização de de tipo fixo ou transportável, sendo cabos de baixo ruído nos canais de da com oxigénio realizados vários fisiológicos instrumentos multifunção os sensores ligados com entrada do instrumento.

fortemente limitada pelo

Assim, a actividade do paciente é facto de que os fios ligados aos sensores induzem um estado de desconforto e tensão Jstress).

Os trabalhos recentes são focalizados para a miníaturização dos equipamentos de registo dos parâmetros fisiológicos e ou monitorização do estado de saúde de modo não-invas.ívo e nãoobstrutivo» úara alèm dos dispositivos com fios existem algumas realizações na área da transmissão da informação entre sensores e a unidade de processamento e mostrador utilizando as tecnologias sem fios baseadas em protocolos como:

ΙΕΕΕ802. Ua/b/g, IEEEW.15.1 (Bluetooth) e ΣΕΕΕ8Ο2,15.4 (ZigBae). A maioria dos dispositivos de análise nãc-invasiva foram desenvolvidos na ultima década, especialmente no EUA. (patente OS 602469 de 2000, US 6612985 de 2.003, US 6067356 de 2.000, US 6215719 de 2001, US 6366071 de .2002, US 6605058 de 2003, US 6616638 de 2003, US 7161484 de 2007, HO^; 070862 de 2006·. Foram desenvolvidos vários sistemas de monitorização não~invasiva de parâmetros fisiológicos: os dispositivos desenvolvidos por empresa Thought Technology, do Cana-da; LifeGuard da NASA .Ames Astrobionics 1’eam, em 20041 o sistema Lifedet com comunicação e processamento de dados' usando um PDA - agenda electrónica - (Personal Digital Assistant ' soa Poket PC; desenvolvido pelo dTT em 2003; o MiniLogger produzido por Mini Mitter em 2000; o SenseWear desenvolvido de BodyMedia em 20'01, o sistema de monitorização de oximetría do pulso, terperatuxa, mobilidade e peso por investigadores de Eingapore e New Zee.la.ud em 2005 {Rahman et al, 2005); sistema de monitorização de ECS, oximetria de pulso e respiração com comunicação e processamento usando PDA em Portugal (.Postolache et al, 2006). A utilização de tecnologias de transmissão sem fios de dados via Bluetooth ou ZigBee., juntamente com os blocos de sensores, condicionamento, aquisição e gravação de dados .aumentou a possibilidade de monitorização dos parâmetros fisiológicos dos pacientes fora do ambiente hospitalar, permitindo ao paciente uma vida diária mais próxima de normalidade.

As principais desvantagens dos sistemas biomédicos implementados para monitorização dos parâmetros fisiológicos estão relacionadas com ò desconforto produzido pela presença de fios, tamanho dos equipamentos, a pressão realizada sobre os tecidos, as dificuldades de calíbração dçs sistemas, a complexidade de funções que os pacientes devem aprender no uso dos dispositivos, os erros de comunicação com vários subsistemas, « feita de análise de adesão do paciente ou dc< profissional de saúde no uso de telemetria do estado de saúde.

Recentemente, a investigação está focada no desenvolvimento de dispositivos não-obstrutivos para monitorização do estado pacientes. Foram desenvolvidos para monitorização· do (GB 2 319851 de 1.999, Ri tola, 1.997, (patente OS 0260156 de 2004, e .Portugal. (Posteiache, equipamentos -de processamento e pacientes de saúde de inteligente

Finlândia

2004j,

US 4299233 de 1921} sensores e parâmetros fisiológicos dos

2008}, ou roupas inteligentes UASiJMA de Philips e IHPG, VitalJactet em Portugal, medição não-invasiva. e implementado um sistema e 1 ec t r oca rd i og r ama í ECG} colocados na mobília ou assim cadeiras de· saúde na

Alametsa ét al,

US 0233034 de 2003., 2007), camas com comunicação dos (patente US 0120784 de (Li.feShir.c de Vivom.etri.es, BabyVes-t na Alemanha, 2006, que incluem sensores para iva.. No Japão, foi de aquisição do usando sensores interior das casas

2005,

20OS) nã.o-otostrut não-obstrutivo e .respiração equipamentos do dos pacientes (I-shjima, 2007} .

A comunicação e análise dos dados na maioria dos diapositivos citados- fa-2-se- através de computador pessoal (FC) ou agenda electrónica (POA}· com acesso à Internet.

Neste invento apresentamos um sistema de monitorização do estado de saúde do paciente usando para processamento e análise dos dados, um teiemóvel 3G/GPRS (ex. Nokia N70} . Conforme os dados do interna.tional. Tele.comunication Union, o número total de utilizadores de teleiaóveia foi em 2.006 de aproximadamente 2.7 biliões enquanto o numero de utilizadores de Internet foi só de aproxlmadameríte 1»1 biliões. Estes dados mostram que aproximadaments 23.6% da população mundia.1 já tem telemóvel mas .não usa o Internet. 0 uso de serviços de telomóveis torna-se assim um novo horizonte de mudança no sistemas de saúde para alcançar os objectivos de medicina personalizada e cuidados de saúde a distância (Home Tele-Care}.

A presente proposta de patente foi orientada para a realização de um sistema de grande flexibilidade e mobilidade sendo utilizada uma distribuição de tarefas de medição de parâmetros fisiológicos e processamento a nível dos nós de uma rede WPAh (W.íre.less Fersonal Area Network) desenvolvida. A rede inelui um módulo com mícrocontro-lador e dois canais de medida - fotopletísmografia (PPG) ou eximetria de pulso (SpO21 e temperatura. - e um telemóvsl Inteligente que comunique bluetooth com o módulo de medida. No gue diz respeito aos -sensores,· eles permitem a medição sem. contacto e são representados por componentes opto~electrónic-o.s do tipo LSD, fotodiodos e -termopilhas. Para além dos parâmetros fisiológicos-, o equipamento permite também a monitorização da temperatura e humidade- do ar em redor do paciente. Estes parâmetros do ambiente permitem uma melhor análise do estado de saúde, tende os parâmetros dé ambiente uma influência positiva ou negativa na estrutura e fisiologia do organismo, o desempenho dos indivíduos e a sua participação na saciedade. Esta influência 1 realçada pela inclusão no novo sistema internacional de classificação do estado de saúde Internetional Clas.sificat.ion of Functioning, Disability and Meaith (ICF, 2011), na lista das questões sobre o estado funcional do corpo, de itens relacionados com factores ambientais como: acesso ao produtos e tecnologias, vivência nos ambientes naturais ou modificados por actividade humana,, suporte e relações dos pares, atitudes, serviços, sistemas de organização e legislação. No presente invento incluímos, na análise tio estado de saúde tios pacientes, informação sobre ambiente adquirida por sensores de temperatura e de humidade. Também são incluídos um conjunto de questões relacionados com os factorss ambientais. Com base neste invente·, podem .ser desenvolvidas aplicações que permitem a monitorização de turoídez, de concentração- de gases relacionados co.m a poluição do ambiente e. maior personalização do mostrador do telemóvel<

programa desenvolvido no telexacvel permite, a identificação dos módulos dos sensores com comunicação Bluetooth, leitura dos valores disponibilizados pelo módulo de medida dos parâmetros fisiológicos e cravação de valores. 0 invento, inclui ainda a rotina de gravação, sinalização das -situações de risco e comunicação de dados através da rude sem fios.

Novidades

Neste invento são consideradas como inovadoras as seguintes caracteristicas:

· .Aquisição, processamento e comunicação da informação sobre o estado de saúde (parâmetros fisiológicos saturação do oxigénio no sangue, temperatura, frequência cardíaca, variabilidade de frequência cardiaca relacionados com. os parâmetros, de. qualidade de ar') de um paciente usando teiemõve-1 3G/GPRS.

• o .módulo de medida para os sinars fi.sio.lóg.ico.s foi projectado para ser colocado ao nivel da ouvido externo e poder adquirir a informação de temperatura, ritmo cardíaco- e saturação do oxigénio no sangue (SpO2) utilizando sensores específicos embebidos;

♦ 0 módulo de. medida foi embebido em auscultadores de tamanho médio de maneira á poder ser utilizado, durante a actividade do paciente (movimentos lentos da cabeça do paciente).;

♦ 0 programa do teiemóvel apresenta uma componente da leitura dos parâmetros associada a qualidade do ar (temperatura, humidade). Os valores da qualidade do ar são indicados no visor do teiemóvel.

♦ 0 sistema de medição dos parâmetros fisiológicos em arquítectura distribuída Blustooth apresenta características de- grande mobilidade e um. consumo reduzido ao nível do nó de medida bem como ao nível do teiemóvel .inteligente;

♦ 0 dispositivo apresenta um bloco de condicionamento de sinal. (CGS) associado a dois sensores principais do sistema (saturação do oxigénio rio sangue ~ SpO2, temperatura T) que apresenta compatibilidade com as entradas analógicas do microcontrolador e os sensores específicos, e um modulo de medida (no de medida da rede sem fios pessoal (WPAN)) com capacidade de processamento primário e transmissão de dados Bluetooth;

♦ Apresenta a capacidade de aquisição mu.ltícana.1 ao nível des módulos de medida baseados na utilização de qm.. microoontrolador com conversor analógico digital e selector de vias (multíplexer) analógico que permita o calculo do ritmo cardíaco e das variações entre os intervalos de tempo, considerados entre dois máximos sucessivos das ondas do pulso, que podem ser utilizado poste.riorm.ente para estimar a variabilidade cardíaca através de rotina implementada ao nível do telemóvel Inteligente e no PC;

• G invento utiliza programação embebida no telemóvel inteligente de baixo custo destinado à monitorização dos parâmetros vitais;

• 0 programa desenvolvido e embebido a nível do telemóvel inteligente permite a geração de alarmes associados à deterioração do estado de saúde da pessoa monitorizada localmente por geração de toques polifónicos espoeificos mas também permite a geração de mensagens curtas- íSMS) e/ou correio eiectrónico (e-mail.) com mensagens de alarme para o médico ou out.ro tipo de pessoal de apoio, associado ã monitcsrizaçã.o do estado de saúde;

• 0 programa apresenta a capacidade de gravação de dados com acesso através de identificador íIO; e código de acesso (password) na memória adicional do telemóvel, extracção de informação .sobre o historia.! clinico, sobre a estatística dos -eventos- clínicos, a localização do: paciente, o historial das respostas do paciente a questões enviadas por profissionais de saúde relacionadas com sintomas específicos.

• 0 programa de telemóvel permite o envio automático dos dados para outros dispositivos associados â gestão avançada da informação (ex. PC com base de dados) em situação do risco para a saúde do paciente.

♦ Q proce.ssumento avançado, gestão de. informação e de divulgação da informação é realizada tanto através, da rede de telemdvel como através de páginas da Web.

Descrição sistema distribuído de tipo rede pessoa.1 sem fios baseado no protocolo Bluetooch (1EEE802.15.1)- inclui dois módulos de medição e. u® te 1 «móvel intel.igen.te caracterizado por interfaces de comunicação -sem fios compatíveis com. o pr o toco 1 o Bluetooth IΕEE802.15.1. Os módulos, apresentados na Fig. 1, são: módulo da medição dos parâmetros fisiológicos; módulo da qualidade do ar (humidade relativa e temperatura).

módulo de medição dos parâmetros fisiológicos realiza a aquisição de sinais associados à monitorização dos parâmetros de homeostasia (temperatura, ritmo cardíaco, saturação da hemoglobina com oxigénio). A nível do módulo de medição realiza-se um processamento primário, sendo os valores obtidos enviados ao telemóvel cujo programa permite o processamento avançado associada à conversão em grandezas físicas, realização de comparações, geração automática de alarmes e gravações de valores no cartão de memória do telemóvel, 0 módulo de medida baseia-se· na utilização do microcontrolador PXC18F452 gue inclui um conversor analógico digital de lObits e vários canais, de entrada analógicos, sendo dois deles ligados na saída dos circuitos de condicionamento dos -canais de medida. Os canais de medida dos sinais fisiológicos associados ao módulo de medida são: (1) canal de medida das variações do volume de sangue associado à vascularização da pele {pletismografia·e da medida da saturação em oxigénio da sangue (SpO2) (2; o canal da medição da temperatura sem contacto.

Descrição das Figuras

A Fig. 1 ê -um. diagrama da rede pessoal sem fios --WPAM, baseada no protocolo IEEESB2.15.1 -Bluetooth. WPAMj, de medição dos parâmetros fisiológicos e dos parâmetros da qualidade do ar, e tem a seguinte legenda:

1- Módulo de medida dos parâmetros fisiológicos de tipo auricular;

2- Sensor optico de pietismograiia;

3~ Sensor de temperatura sem contacto por infravermelho de tipo termo-pilha;

Circuites de condicionamento de sinal;

.5- Interface de comunicação- Bluetooth;

- Módulo de medida do-s parâmetros da qualidade do ar;

7- Sensor de humidade relativa;

8~ -Sensor. da temperatura;

9- Circuitos de condicionamento de sinal;

10- · interface de comunicação- Bluetooth;

Computador Portátil íPC! com interface de comunicação;

- Telemóvel inteligente com interface de comunicação Bluetooth.

No diagrama do sistema distribuído os módulos de- medição- são compatíveis com Bluetooth, .incluindo conversores específicos para o protocolo Bluetooth que compatihilizam estes módulos com um telemóvel inteligente e com o PC nos quais são realizadas as tarefas de processamento avançado, de gestão de informação e também de divulgação de informação «través de paginas da We.b associadas a uma base de dados.

Squipajsento (Baxdware) - Módulo de medição dos parâmetros fisiológicos

Λ disposição dos componentes do módulo de medição dos parâmetros fisiológicos de tipo auricular está representado na Fig.2. 0 módulo incluií(13) bloco de comunicação Blnetooth baseado na utilização de uma ponte RS232~Bluetooih (FireFly), (14) bloco de aquisição, processamento primário e comunicação RS.232, (15) .bloco de condicionamento de sinal para o sensor de pletismografia e temperatura, (16) bloco dos emissores· de tipo I,ED vermelho (A^v60nm) e Infravermelho OváOnmj (17; bloco dos de-tectores associados a radiação vermelha e infravermelha, (.18) suporte do sensor de temperatura sem contacto, (19) sensor de temperatura sem contacto de tipo termopilha, (20) bloco de fixação do módulo de medição dos sinais fisiológicos â cabeça.

Um diagrama de blocos do módulo- de medição dos parâmetros fisiológicos está representado na Fig,3.

O módulo inclui:

bioco dos emissores em vermelho e infravermelho representado por um LED duplo e um gerador controlado de corrente baseado na utilização do pote-nciómetro digital .Xicor X.3C104 controlado pelas portas digitais do microcontrolador PIC18F452;

bloco de detectores de tipo vermelho (X,p=S60nm.) e infravermelho !Âp^940nm; representado por dois conversores luz-tensão. (TSL257, TSL260), um conjunto de filtros activos (FPA - filtro passa alto com f,_;“C.025Hz; FPB ~ filtro passa baixo com f._c-10Hz) realizado com Q2A2604 e um bloco de amplificação com XNÂ118;

- bloco do sensor de temperatura incluindo o sensor de temperatura de tipo termopílha, um circuito de condicionamento para termopares AD594 e um extractor de valor médio baseado na utilização do QPAztOé.

bloco de aquisição baseado nos canais de entradas analógicas do microcontrolador FICWO2;

- bloco de controlo associado a.o condicionamento de sinal para os sensores., bloco de processamento primário e de transmissão de dados RS232 baseado na utilização da porta UART do microcontrolador;

- bloco de conversão transmissão série (RS232) em transmissão sem .fios (Bluetooth, IEEE802.15..1) baseado na utilização do módulo de conversão FireFly da GridCormect.

A alimentação dos blocos associados ao módulo de medida dos parâmetros fisiológicos é realizada por uma bateria de 4«8V.

Equipamento (Hardware) - Módulo de medição dos parâmetros da qualidade do ar módulo de medição da qualidade do ar foi desenvolvido de maneira a permitir a uma melhor caracterização do estado de saúde, integrando os valores dos parâmetros fisiológicos, as condições da temperatura e humidade do ambiente interior onde o sujeito humano monitorizado está a desenvolver a sua actividade.

Um diagrama mais pormenorizado dos biocos associados ao modulo de medição da qualidade do ar é indicado na Fig»4.

módulo de medição dos parâmetros da qualidade do ar inclui um canal de medida da humidade relativa representado por um sensor integrado de Honeywell ÍHIH3610· cuja salda em tensão è ligada á uma das entradas analógicas de um dispositivo de aquisição de dados com. interface Bluetooth >B.lueSstry; . G canal de medição de temperatura inclui um sensor de temperatura integrado e um condicionamento de sinal, representado por um bloco de tipo amplificador não inversor de ganhe G-ll. 0 sinal de .saída do .bloco de condicionamento é aplicado na segunda entrada analógica (All) do dispositivo BlueStry. A alimentação dos dois canais de medida bem como do dispositivo de aquisição e comunicação Bluetooth é realizada utilizando uma bateria de 4.8V.

Os valores de tensão adquiridos são enviados através de comunicação Bluetooth ao telemóvel inteligente onde está implementado um algoritmo de conversão tensão-temperatura e tensão-humidade relativa.

Os programas do sistema incluem um conjunto de três componentes principais:

- programa embebido nu mícroccntrolador PIC18F452;

- programa embebido no telemóvel inteligente. Nckia N70;

~ programa	do	laptop PC.
G programa	embebido	no	raicroecntrolador, desenvolvido
utilizando	o	MPLAB e	0	compilador Boostc, permite a
realização	da	aquisição	das	tensões obtidas na salda, dos
circuitos	de	condicionamento	do bloco- dos detentores e do

bloco de medição da temperatura sem contacto. Para além das funções de aquisição, o microc-ontrolador inclui também funções de medição de intervalos de tempo associados à medição, do .ritmo cardíaco e da variabilidade, cardíaca.» A realização destas tarefas base.ía-se na utilização das componentes da tipo temporizador (timer) (TlMEEl, TIMER2) que cáracterízã o miciooOntrolador.. Para além das medições de intervalos de tempo que correspondem aos sinais adquiridos através dos canais da entrada analógica do miçrocontrolador, são programadas no micrócontrolador funcional idades relacionados com a geração de pulsos de corrente que correspondem ao funcionamento alternado dos LEFjs de maneira a permitir a aquisição do sinal de tipo pletísmográfioo para radiação vermelha e para radiação infravermelha.

Os valores calculados para o ritmo cardíaco, o intervalo de tempo entre os máximos dos sinais pletismográficos calculados peio miçrocontrolador, juntamente com os valores de tensão que correspondem á medição de temperatura sem contacto são enviados através de comunicação série ao telemõvel inteligente» programa embebido nõ t.elémóve.1 inteligente foi desenvolvido utilizando as tecnologias NetBeams e Java2 Microedition« 0 programa realiza funções de detecção de serviços, funções de comunicação 81.se too th (com os módulos de medição dos parâmetros fisiológicos e o módulo de medição da qualidade do ar: humidade relativa, temperatura), funções de

Γ4 processamento de tipo conversão tensão-temperatura* tensãohumidade relativa e cálculo da variabilidade cardíaca utilizando desvio padrão e/ou variância. 0 procedimento de medida dos parâmetros associados ao módulo da medição dos parâmetros fisiológicos, e ào módulo de medição dos parâmetros da qualidade do ar é indicado no fluxograma representada na Fig. 5

No fluxograma está indicado o serviço SP? (Serial Fort Profile) que foi utilizado na realização da comunicação entre o telemóvel e os módulos utilizando funções especificas ao protocolo de comunicação série.

Adicionalmente, o programa embebido no telemóvel permite· a realização da gravação tanto dos valores de ritmo cardíaco* variabilidade cardíaca, temperatura do paciente bem como a gravação da temperatura a humidade relativa como parâmetros da qualidade do ar ao redor do paciente obtidos através da ligação B.luetooth do telemóvel ao nó da medição de parâmetros de ar implementado utilizando o dispositivo de aquisição muiticanai e comunicação Sluetooth (hlueSetrv).

Considerando a importância da geração automática de alarmes associados a medição dos parâmetros fisiológicos ou da qualidade d© ar* foi implementada, a ni.vel do programa embebido do telemóvel* uma componente de geração automática de mensagens curtas (SMS) e/ou correio electrónico le-mail) nas condições criticas do estado de saúde do paciente monitorizado para um conjunto, de números s-specificados (ex. número do médico ou da enfermeira* familiares, amigos). Caso seja seleccionado o envio da mensagem curta (SMS) e/ou correio electrónico (e~mail), realiza-se. em simultâneo -a geração de um sinal sonoro ou visual pelo telemóvel. Caso não haja resposta de qualquer número da lista memorizada., são enviadas automaticamente chamadas cíclicas aos telemóveis da lista especificada. Quando é registado um evento que gera uma mensagem curta (SMS) e/ou correio electránico (c-mail) de alarme começa automaticamente a gravação por 10. minutos, do registo da frequência cardíaca. Este registo comunicado via telemôvel (MMS) e/ou descarregado no PC permite a análise do controlo nervoso autónomo (controlo simpático e parasimpático)· sobre a actividade cardiovascular·, através de análise da variabilidade de frequência cardíaca em tempofrequência (transformada waveleti.

A interface com o utilizador foi desenvolvida a nível do telemôvel e utiliza príncipaimante dois botões funcionais do telemôvel inteligente.

Foram .implementados painéis adicionais indicando os valores de temperatura e humidade relativa que correspondem à medição da qualidade do ar definido como serviço do programa implementado no telemôvel.

Uma base de. dados com. acesso -através de identificador (ID) e código de acesso (password) memoriza no telemôvel do paciente o historial clinico, a localização do paciente., uma estatística dos eventos clínicos,- o historial das respostas do paciente a. questões enviadas por profissionais de saúde relacionados com sintomas específicos, para, o tipo de doente (ex. Sintomas relacionados com hipertensão, com asma, com insuficiência cardíaca, cem diabetes, consumo de Mc-ooi, consumo de cigarros, consumo de alimentos, mobilidade étd.) Estes dados podem ser descarregados na próxima consulta ou, nos casos de emergência, no PC do profissional de saúde.

Kxemplo de aplicação

Um exemplo de aplicação do medidor de parâmetros fisiológicos e .da qualidade do ar em arquitectura modular Bluetooth’ distribuída pode ser melhor descrito utilizando elementos associadas às redes de sensores wireless, uma vez que o medidor ao incluir vários módulos materializa uma rede deste tipo·. A Interface do utilizador com os módulos ou com os nós dessa rede representados na Fig. 1 é realizada através de um telenióvel inteligente, ou seja, un telemóvel que tem capacidades de processamento dos dados r-ecebidaos através da comunicação Bluetooth. Assim, utilizando a aplicação desenvolvida em Java2ME e embebida no telemóvel, o utilizador pode realizar um conjunto de tarefas tais como leitura pontual ou continua dos valores dos parâmetros fisiológicos cu dos parâmetros da qualidade do ar representados por valores da humidade e de temperatura medidos no espaço onde o utilizador desenvolve a actividade. Os passos realizados pelo utilizador na utilização desta rede de sensores s«o os seguintes: a; detecção dos módulos da medição com capacidades de comunicação Bluetooth indicados na figura 1 Q e 8); b) selecçào de um ou ambos módulos de modo a permitir a leitura pontual ou de tipo continua; c) selecção. do modo de leitura pontual e a realização de uma leitura dos valores dos parâmetros fisiológicos e da qualidade do ar de maneira a verificar o bom funcionamento dos módulos de medida;

d) se-lecçâo do modo de. funcionamento automático com ou sem geração de alarmes.

Uma vez configurado o medidor de parâmetros fisiológicos e da qualidade do ar para a leitura continua dos valores enviados pelos módulos associadas à .rede Biueetcth considerada,· que inclui também o telemóvel e o software do telemóvel,. realiza se a gravação de valores na exte-nção de memória, gcrara-se alarmes de tipo local (exemplo signai acústico específico) ou gera-se um SMS de alarme para ura telemóvel com número especificado de entidades cu pessoas relacionados cora os cuidados de saúde ou de ura familiar.

medidor distribuído pode incluir mais do que um. módulo de medição da qualidade do ar, sendo esses módulos adicionais distribuidos em vários quartas, um tal sistema destina-se, pri .ncipalmente, à monitorização de tipo in-door. A mobilidade dos módulos e a ligação sem fios torna possível a utilização do sistema fora do quarto, em ambientes aberto», onde o utilizador se possa deslocar com o módulo dos parâmetros fisiológicos, de tipo .auricular/ausculcador fixado-, embora o segundo módulo necessite uma fixação especial, de preferencia ao nivel do cinto do utilizador, e cora acesso directo ao ar.

processo de medição dos parâmetros fisiológicos, temperatura, ritmo cardíaco, nivel de saturação com oxigénio da hemoglobina. utilizando o medidor descrito nas reivindicações anteriores, caracterizado por incluir as capacidades do microcoutrolador PIC1SF452 e uma programação apropriada em que:

a) o cálculo de ritmo cardíaco se baseia na utilização dos canais de entrada analógica- do microcoutrolador e as funcionalidades de tipo timer, sendo que, a c-ada interrupção associada ao timerl, o contador de interrupção é incrementado durante ura intervalo de tempo T-, (T_;í-5s) e o valor N_c do registro ISR do micro-controlador é utilizado ao fira da 5s de -maneira a permitir a calcular o £itmo cardíaco (HR) a partir do produto entre o período de medida e o cociente entre Nc e TI;

h) p cálculo da saturação com oxigénio da hemoglobina é realizado parcialmente a nível do microcontrolador (PICISF452) onde é calculado um Índice B definido por:

R « logwí amostra IV) / log._i{> (amostra Vj em que amostra IV' e ''''amostra V são as «mostras adquiridas nos canais de entrada analógicos (1 e 4) onde são ligados as saídas do módulo Mpiif. E ftb (10Hz) que correspondem aos estados on do LED IV e pff do LED V e aos estados on do LED V_f e off do LED IV, controlados pelo microcontrolador «través de saídas «η«1όοίοθ.χ de maneira a permitir a leitura sucessiva da absorção pelo tecido humano das radiações infravermelhas e vermelhas, sendo- o valor do- índice R guardado na memória do mícrocontroladc-r, o qual utilizando relação empírica entre ele o grau de saturação em oxigénio da hemoglobina (SpOí) e uma técnica de tipo 'look-up ta.ble·, permite extrair o valor de Spó2 o qual é enviado para o telemóvel inteligente e mostrado no seu visor;

c) o cálculo do valor de temperatura se baseia numa tabela de valores guardados na memória do microcontrolador, sendo o valor da tensão de saída cio oauial de medição de temperatura sem contacto adquirido utilizando a entrada analógica 2 do microcontrolador utilizado .como grandeza de entrada numa look~up t,able para extrair o valor de temperatura correspondente, sendo a gama de medição de temperatura de 35°C até 42°C com. resolução de 0.1*C e exactidão de O.lfC e o valor de temperatura calculado disponibilizado através de ligação Bluetooth para a Interface gráfica com o utilizador.

Legendas das figuras

Fig. 1 Sistema distribuído de tipo rede pessoal sem fios ..incluindo módulos de .medição s um telemôvel inteligente, com a seguinte legenda/numeração:

1- Módulo independente de medida dos parâmetros- fisiológicos de tipo auricular;

2- 8 loco dos emissores de tipo LED vermelho {λ“660ηκό e infravermelho (X~§40nm]do sensor de pletismografía;

3- Bloco dos detectores associados a radiação vermelha e infravermelha do sensor de pletismografía;-

4- Sensor de temperatura sem contacto por infravermelho de tipo termo-pi lha;

5~ Bloco de -condicionamento de sinal para o senscr de pletismografía e temperatura;

6- Bloco de aquisição, processamento primário e comunicação RS232;

7~ Bloco de comunicação Bluetooth baseado na utilização de. uma ponto RS232-Bluet-ooth;

- Modulo independente de medida dos parâmetros da qualidade do ar;

9- Sensor da humidade relativa de tipo capacitívo;

10- Sensor de temperatura de tipo integrado/

11- Bloco de condicionamento de sinal para o sensor da humidade relativa e da temperatura do ar;

12- Bloco de aquisição, processamento primário e comunicação RS232;

13- Interface de comunicação- Bluetooth;

- Computador Portátil (PC) com interface de comanitação;

- Teiemôvel inteligente com interface de comunicação Bl.uetooth.

Fiq. 2 Disposição dos componentes do módulo de medição dos parâmetros fisiológicos de tipo auricular, com as seguintes legendas:

(7) bloco de comu.h.i cação Bluétoóth baseado ná utilização de uma ponte RS232-8.1uetcoth (EireFly) (6; bloco de aquisição, processamento- primário e comunicação O £ ·>'$'.>

P.XJ (5) bloco de- condicionamento de sinal para o -sensor d-e plet.ismog.rafia e temperatura

Í2: bloco dos emissores de tipo LED vermelho íl^SSOnm) e infravermelho (λ-ΙΗΌηκυ do sensor da pletismografia/ (3; bloco dos detectores associados a radiação vermelha e infravermelha do sensor da pletismografia;

(16) suporte do sensor de temperatura sem contacto (4)· sensor de temperatura sem contacto de tipo termopilha (1.7)· bloco de fixação do módulo de medição dos sinais fisiológicos à cabeça.

Tig. 3 Diagrama de blocos do módulo de medição dos parâmetros fisiológicos, com a seguinte legenda:

18. Blaetooth Bridge

19. FCC W452

20. BIoc da Aliment. (ΝδΟΟΑΑ)

21. Prives de corrente

22. Amplif. a FPB (10 Rz)

2-3. Extractor de valor médio

24.3uffei FPA (0.025 Hz)

25. c.ircuít de cond. íADódií

26. LED IV

7. LEI) V

28. Detentor IV

29. Detector V

30. Bloco de sensores

Fig·. 4 Diagrama de blocos do módulo de medição da qualidade do ar - temperatura e humidade relativa, com a seguintelegenda :

..BlueSepry - Módulo de aquisição multícanal com Blúetoóth Bridge

32. B1OC de Aliment. (Ν60ΟΆΑ)·

33. Axap11f ic.. Não-inve rsor

34,Sensor d-e humidade relativa integrado

35.sensor da temperatura integrado,

Fig. 5. Flaxografea associado aos componentes principais dos programas embebidos no telemóvel.

Claims (13)

1. Reivindicaçõas

   1» Medidor de parâmetros fisiológicos e da qualidade do ar ea arquitectura modular BIuetooth distribuída, com interface de transmissão sem fios (wireles-s) de dados, caracterizado por incluir: (a) um módulo de medida dos parâmetros fisiológicos (1) de tipo auricular (auscultadores) que transmite a informação obtida a partir de ufe sensor óptico de pletismografia (2)e (3) e de um sensor de temperatura sem contacto em infravermelho de tipo termopilha (4), processada por um. circuito de condicionamento de sinal (5) e um bloco de aquisição processamento- primário e comunicação (6), através da comunicação Bluetooth de wu telemóvel inteligente 3G/GFRS (15), o qual é a unidade, principal de processamento-, gravação, comunicação e interface gráfica com o utilizador, (h) um módulo de medição dos parâmetros da qualidade do ar onde -está localizado o sujeito humano a monitorizar que inclui um sensor capacitivo de humidade relativa (9) e um sensor integrado de temperatura (10) cujas saldas em tensão, previamente condicionadas, estão ligadas a entradas analógicas de um dispositivo mui ti canal de condicionamento e aquisição de. dados (11) e(12) que apresenta uma interface de comunicação Bluetooth (13) para comunicação com um telemóvel inteligente 3G/GGRS.
2. 2. Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor o módulo de medida dos parâmetros fisiológicos possuir um bloco de condicionamento de sinal para o sensor de pletismografia e temperatura (5) incluindo o bloco dos- emissores de tipo fEb vermelho (X~660nm) e infravermelho (l«94C-nm) (16), o bloco de detestares associados a radiação vermelha a infravermelha (3), e o sensor de temperatura sem contacto (4) com suporte próprio (16) »
3. 3. Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o- sensor ópríco de pleti-smografia (2?e (3) incluir um bloco dos emissores em vermelho e infravermelho (2) representado por um L«D duplo ('LED IV e LE'D V) e um controlador da corrente de excitação (driver de corrente) baseado na utilização do potenciómetro digital Xícor X3C104 controlado pela porta digital RORTD do microcontrolador PIC13F452»
4. 4. Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor óptico de- pl.etismograf.ia (2).e{3) incluir um bloco de detectores de tipo veriftôlho (X_v~'66.0'nm) e infravermelho (X^SMOnm) .representados' por dois conversores luz-tensão (TSL257, TSL260) (Detector TV e Detector V) e um conjunto de filtros activos (ΕΈΛ filtro passa alto com frequência de corte f_tt!«'0.025Hz; FPB - filtro passa baixo com frequência de corte f^lQHz) realizados com o amplificador operacional de baixa distorção -ΟΡΆ.2604 é um bloco de amplificação com o amplificador de instrumentação INAI18.
5. 5< Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de- medida dos parâmetros fisiológicos possuir um bloco de aquisição., processamento primário e comunicação RS232 (14 i baseado na utilização do microcontrolador PIC 1BF4 52^Z' cujas dois canais de entrada analógica são ligados na ssida dos blocos de amplificação e filtragem (Amplif e FTB (10Hz)) associado áos sinais obtidos na saída dos detectores óp'ticos, e no bloco Extractor de valor médio que é parte componente do condicionamento de sinal associado ao sensor de t empar atura sem contacto de tipo terxeopilha.
6. 6. Medidos? de acordo com a reivindicação 1, caracterizado· por integrar uxa microcontrolador (^ttPIC13F452^#'·) que realiza o controlo de emissores de luz vermelho e infravermelho instalados ao nível do sensor, de tipo fotopletismografiã (2}e (3} > sendo também responsável pelo controlo de ganho associado aos canais de detecção de luz depois da passagem, pelo tecido a investigar (lóbulo da orelha) .
7. 7, Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor a comunicação Bluetooth se fazer através de uma ponte RS 232-Bluetooth (7) ligada â porta de comunicação ΠΆΚΤ do microcontrolador ('‘PXCX8F452^W) .
8. 8. Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir um módula de- medição dc-s parâmetros da. qualidade do ar (6} onde está localizado o sujeito humano a monitorizar, que inclui um sensor de- humidade relativa (H1H3810) (.9} e um. sensor de temperatura (LM35) (101 cujas- saídas em tensão, previamente condicionadas, estão ligadas a entradas analógicas de um dispositivo multícaxiai de condicionamento (11) e aquisição de dados (S-lueSetry) (12) que apresenta uma interface de comunicação Hluetooth (13), sendo os valores indicados nc visor do teiemóvel. (1'5)- em conjunto com os valores da frequência cardíaca e da temperatura do paciente.
9. 9, Medidor de acordo com as reivindi cações 1 e 8, caracterizado o sinal de saída do sensor de temperatura (10} (1.1435) ser amplificado a nível do dispositivo- de condicionamento (11} e aquisição de dados (12} que inclui um bloco de tipo amplificador não inversor (Amplificador não-inversor) baseado no amplificador operacional OPA2604 no módulo de medição dos parâmetros da qualidade do a í: >
10. 10. Medidor dos parâmetros da qualidade do ar de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por fazer parte da arquitectura de rede BIuetooth indicada que comunica com o telemóvel inteligente (15) e que apresenta uma componente softmre para configuração remota do dispositivo· de condicionamento e aquisição de dados, aquisição de valores de tensão correspondentes aos canais de medida de temperatura e humidade relativa do ar,
11. 11. Medidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir um módulo de interface gráfica com o utilizador materializado num. telemóvel .inteligente (15) que mostra os valores dos- parâmetros fisiológicos e da qualidade do ar.

    1.2» Medidor de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por possuir módulos de software embebidos no telemóvel inteligente (15) para detecçâo dos nós da rede Bluetooth, incluindo o módulo de medida de parâmetros fisiológicos (1) e o modulo de medida do qualidade do ar (8), e para leitura e processamento de dados associados ao dispositivo ligado aos sensores, sendo os resultados do processamento gravados numa extensão de memória associada áo telemóvel.
12. 13. Processo de medição- dos parâmetros fisiológicos, temperatura, ritmo cardíaco, nível de saturação com oxigénio da hemoglobina utilizando o medidor descrito nas reivindicações anteriores, caracterizado por incluir as capacidades dc mícrocontrolador PIC13F452 e uma programação apropriada em que:

    &} o cálculo de ritmo cardíaco se baseia na Utilização dos canais de entrada analógica do mícroccntrnlador e as funcional idades de tipo tímer, sendo que, a. cada interrupção associada ao timerl, o contador de interrupção é incrementado durante um intervalo de tempo T_Xr (Tx^-Ss) e o valor N_c do registro XSR do microcontrolador é utilizado ao fim da 5s de maneira a. permitir a calcular o ritmo cardíaco (HR? a partir do produto entre o período de medida e o cociente entre Nc e H;

    bj o cálculo da saturação com oxigénio da hemoglobina é realizado parei alxtiente a nível do microcontroiador (FICÍ8F452) onde é calculado um índica R definido por:

    R - logud amostra IV) / logio(amostra V) em que amostra ΐν & amostra V são as amostras adquiridas nos canais de entrada analógicos (1 e 4) onde são ligados as saídas do módulo Ampiiib E FTB (10Hz>^w que correspondem aos estados on do *LED .IV e oít do LER V e aos estados on do LED V, e off do LEb IV, controlados pelo microçontrolador através de saídas analógicas de maneira a permitir a leitura sucessiva da absorção peio tecido humano das radiações infravermelhas o vermelhas, sendo o valor do índice R guardado na memória do microcontrolador, o quai utilizando .relação empixioa entre ele o grau de saturação exu oxigénio da hemoglobina (SpO2) e uma técnica de típo I.oo'k~up table, permite extrair o valor de SpO2 o qual é enviado para o telemóvel inteligente e mostrado no ssu visor;

    c) r.:· cálculo do va.l.or de temperatura se baseia numa cabeia de valores guardados na memória do x«icrocontrolado.t, sendo o valor da tensão de saída do canal de medição de texaperatura sem. contacto adquirido utilizando a entrada analógica 2 do microcontrolador utilizado como grandeza de entrada numa '\Iook~up table para extrair o valor de texoperatura coxrrespondente, sendo a gama de medição de temperatura de 35°C até 42°C com resolução de O',1°C e exactldãò de 0.1°C e o valor de temperatura calculado disponibiiizado através de ligação Bl.uetooth para a interface gráfica com o utilizador.
13. 14. Processo de medição de parâmetros fisiológicos e da qualidade do ar em arquitectura Bluetooth de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por possuir módulos de software de detecção automática de situações de risco para o estado de saúde do pacientes que levam em conta o registo de parâmetros fisiológicos, oa valores de qualidade do ar, c historial clínico e as respostas do paciente a questões enviadas por um profissional de saúde, com gravação de dados na memória do teiemóvel, medidor do estado de saúde e geração de mensagens SMS e/ou e-raaii de alarmes aos números telefónicos e endereços de e~ma.il gravados numa lista de apoio ao paciente.