View
2.597
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
SENSORES INALÁMBRICOS: AVANCES Y APLICACIONES
ENTELEMEDICINA
Prof. Mónica Huerta, Ph.D.
Grupo de Redes y Telemática AplicadaUniversidad Simón Bolívar REPSOL
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
AGENDA
Telemedicina Sensores Sensores Inalámbricos Redes PAN Redes BAN
RFID Otros Sensores Proyecto de la USB
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Telemedicina
Permite realizar a distancia
Consultas Operaciones
DiagnósticoCuidado y Monitoreo
USO DE SENSORES
La telemedicina supone la prestación de servicios médicos, servicios de cuidado de salud y cuidado social, sin importar la localización geográfica del paciente y especialistas.
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
¿Qué es un Sensor?
Es un dispositivo que produce una registro cuantitativo en respuesta a cambios físicos o químicos en las condiciones de un sistema. Un sensor puede medir: presión, temperatura, sonido, vibraciones, movimiento, presencia de compuestos químicos, etc.
Aceleración y tensión dinámicaTemperatura y humedad
Presión
Acelerómetro
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Clasificación
SENSORES
FUNCIONAMIENTO SEÑAL ELECTRICAQUE GENERAN
NIVEL DE INTEGRACIÓN
TIPO DE VARIABLE
FISICA
RANGO DE VALORES QUE
PROPORCIONAN
ACTIVO PASIVO
ANALOGICO DIGITAL TEMPORALES
DE MEDIDA ON -OFF
DISCRETOS INTEGRADOS INTELIGENTES
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
MemoryMemory RadioRadioProcessor Processor
Battery Battery
Interfax I/OInterfax I/O
SensorSensor
Sensores Inalámbricos (WS)
Procesamiento y memoria para procesar los datos recogidosUnidad de comunicación transmitir y recibir datos usando alguna técnica de modulación digital. Sensor Registra una variable física y la convierte en un dato que entrega al transmisor a través del micro controlador.Bateria Alimenta los diferentes componentes del nodo sensor
MICROELECTRÓNICA COMPUTACIONTELECOM
WS
TECNOLOGÍA EMERGENTE
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Características de los WS
En el ámbito medico se requieren que los sensores cableados o inalámbricos a utilizar cumplan con los siguientes requisitos:
• Que estén funcionando de 2 a 4 semanas de manera continua, durante la actividad física, el trabajo diario y hasta las horas de sueño.
• Que funcione en un rango de temperatura ambiental de 0°C a 45°C.
• Que sea no irritante de la piel e hipoalergénico.• De bajo costo y que consuma poca potencia.
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Aplicaciones de WS en Medicina
Gerencia de información
Monitoreo y Análisis
Homecare
Estrategia de Comunicación
Telemedicina
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
INTERNETWANGSM/UMTS/3G
Posicionamiento de estándares Inalámbricos
WAN
LAN
PAN
BAN
GSM/UMTS/3G
ETHERNET/USB
WIRELESS MAN
INTERNET
WIRELESS LAN
BLUETOOTHRFID
ZIGBEE
WANGSM/UMTS/3G WANGSM/UMTS/3G INTERNETWANGSM/UMTS/3G
MAN
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Redes de Area Personal (PAN)
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Redes de Area Personal (PAN)
• Introduce un concepto de espacio personal dentro del mundo de las telecomunicaciones
• Interconexión de dispositivos dentro del rango de acción personal, típicamente 10 mts
• WPAN – Wireless. Red de dispositivos cercanos al punto de acceso Se trata de redes inalámbricas de corto alcance Velocidad media (algunos Mb/s) Estándares de alta velocidad (más de 50 Mb/s) están siendo
desarrollados
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Aspectos a tener en cuenta Uso y licenciamiento del espectro
utilizado Mecanismos de acceso al medio Protocolos de ruteo Multicasting Uso eficiente de la energía Performance del protocolo TCP Seguridad y privacidad
Some Predictions• By 2010: 40 percent of all potentially networkable electronic or electromechanical
devices will be connected (Harbor)
• 1000 wireless devices/person by 2017 (WWRF)
Características de las PAN
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Infraestructura de las PANs
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
• Integración de nuevos dispositivos médicos comerciales inalámbricos:• Sensores BT: GPS, SPO2, Cinturón para señal
electrocardiográfica, ECG con doce derivaciones, un tensiómetro, un espirómetro y un peso electrónico.
Dispositivos médicos
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
PANs e -Salud
:Expansión de las soluciones de e-Salud ح◦ Cambio Localización PoC (HAN) PHD (PAN/BAN) Use Cases◦ Entorno hospital Ubicuidad (domicilio/movilidad) u-Health
e-Saludu-Salud
NuevosCasos de Uso
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Barreras para la adopción global: interoperabilidad ح◦ Altos costes, baja usabilidad, diferentes empresas◦ Dificultad de integrar la telemonitorización en rutina de paciente
¿?
Interoperabilidad
PANs e -Salud
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Interoperabilidad
Estandarización
¿?
Estándares en diseño soluciones interoperables ح◦ Rebaje costes, aumento usabilidad y homogeneidad del
sistema◦ Facilitar la integración de la información telemonitorizada
en HCE
ISO/IEEE11073
Historia Clínica
Electrónica HCE server
e-Salud server
EN13606
PANs e -Salud
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
InteroperabilidadEstandarización
¿?
Historia Clínica
Electrónica HCE server
e-Salud server
EN13606
La vía: soluciones ubicuas u -Salud, Plug&Play ح◦ Tecnologías personalizadas en soluciones integradas ◦ Plug&Play (P&P): objetivo clave en telemonitorización
ubicua
Plug&Play
ISO/IEEE11073
PANs e -Salud
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Estandarización
BAN/PAN/HAN(red de sensores)
MDsCEs
solución de u-Salud sobre estándares
Hospital(HCE server)
… estándares médicos y de salud ح
… estándares tecnológicos ح
-soluciones basadas en estándares extremo ... حextremo
DICOMIHE
X7313606
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
FRECUENCIA DE RADIO
• 2,4GHz banda ISM• No requiere licencia de operador• Compatibilidad universal entre dispositivos Bluetooth
POTENCIA DE TRANSMISION
• Clase 1: 100 mW, rango de ~100 m. • Clase 2: 2.5 mW, rango de ~10 m.• Clase 3: 1 mW, rango de ~1 m.
TOPOLOGÍA DE LA RED
• Tecnología de redes PAN• Comunicación stand-alone a nivel mundial entre dos dispositivos• Hasta 8 dispositivos se pueden conectar formando una Piconet
TIPOS DE ENLACES
• Enlace asíncrono sin conexión para transmisión de datos.• Enlace síncronopara tráfico de audio + datos.
Estandarización: Bluetooth• Define un estándar global de
comunicaciones inalámbricas• Para redes de área personal
• Permite la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos• Enlace por radiofrecuencia en entornos• de comunicaciones móviles y estáticos.
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Estandarización: ZigBee
• Publicación inicial en 2003, la actual se publica en 2006• En 2007 se publica una ampliación, definiendo una capa física
alternativa• Define las capas física y MAC para las redes de sensores
inalámbricos • Utiliza las capas inferiores definidas en 802.15.4• Define las capas de red y de soporte a las aplicaciones• La Alianza ZigBee promueve el uso de la especificación y
certifica equipos
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Topologías
FFD: Full-Function Device• Puede actuar como Coordinador
PAN, Coordinador o Dispositivo normal
• Puede comunicarse con FFD y RFD
RFD: Reduced-Function Device
• Sólo puede comunicarse con FFD• Aplicaciones sencillas• Recursos y memoria mínimos
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Alguno equipos……..
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Comparación de tecnologías
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Redes de Area Corporal, BANs
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Redes de Area Corporal BANs
BAN (Body Area Networks) Subgrupo de PANs Es una red de comunicación
inalámbrica entre dispositivos de baja potencia utilizados en el cuerpo.
Dominio: Cuidado Médico (HealthCare)
Compacto & Móvil Permite la transferencia de
signos vitales Comunicación médica
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Aplicaciones BAN
DeportesMilitares Electrónica
• Vigilancia continua de parámetros vitales
• Pacientes que sufren de enfermedades crónicas
Asistencia medica Remota
Comercio
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Sensores EEG
Respiracion y ECG
Sensor de Movimiento
Servidor personal
Movimiento y GSR
Internet
Servidor Telemedicina
Sensor de temperatura y SpO2
Aplicaciones BAN
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Clasificación y Componentes BAN
Clasificación BANsDispositivos implantados (DI) • Dentro del cuerpo humano
Dispositivos de superficie corporal (DS)• Alrededor del cuerpo humano, o de una
distancia máxima de 2 centímetros.
Dispositivos externos (DE) • Fuera del cuerpo humano• 2 o más centímetros, hasta los 5 metros
de distancia
Componentes BAN
• MBU (Mobile Base Unit)• Centro de procesamiento centre/hub
• Sensores & Actuadores
• Comunicación Interna ( intra-BAN)
• Comunicación Externa (Extra-BAN)
• GPRS (2.5G)• UMTS (3G)
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Actuales Proyectos: Sistemas de Monitoreo
Watch
-Like
Wire
less
Reader
Télémédic (Qc) SpO2, Temperature, Heart Rate
AMON: Advanced care and alert portable telemedical MONitor (Israel)
Alive Technologies (Australia) SpO2 , ECG, GPS, accelerometer Sleep Apnea, Atrial Fibrillation
Medtronic (Minneapolis) Implantable Defibrillator Measures Pressure and Fluid inside a Patient's Heart
Sensor for Medicine and Science (Maryland) Glucose Sensor to be Implanted Under Skin of Forearm (in Development) Fluorescence-Based Oxygen Sensor
Medical Intelligence (Qc, Fr) Alzheimer Disease: Alarm when Crossing a Programmable Virtual Fence Urgentys: GPS- and WiFi-Based Location + Voice and Alerts
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Conclusiones BAN
• Poca seguridad para BAN en el protocolo de transmisión
• Poca protección de la información y de los sistemas de control contra el acceso desautorizado
• Rápido, identificación y autentificación confiables
• Disponibilidad y Confiabilidad de los recursos de comunicación
• Garantías de la QoS para ancho de banda, retardo y la tasa de error (bit error rate)?
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
RFID: Identificador de Radio-Frecuencia
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
• Es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto
• Usa dispositivos denominados etiquetas o tags RFID.
• Se utilizan dos frecuencias 125 kHz (el estándar original) 134,5 kHz (el estándar internacional).
• Compuesta por una antena, un transductor radio y un material encapsulado o chip.
• Dispositivos incorporados en un producto, animal o persona..
RFID
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
RFID tags
Sources: Chase, Verichip, http://www.amal.net/rfid.html, E-Zpass, FasTrak, ASTAR, IME
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Tipos de memorias
Solo lectura
El código ID es único y es personalizado durante la fabricación
de la etiqueta.
Lectura y Escritura
la información de identificación puede ser modificada por el lector.
Anticolisión
permiten que un lector identifique varias al mismo tiempo (las etiquetas deben entrar una a una en la zona de cobertura del lector). .
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
ACTIVAS
ASISTIDAS POR BATERIAS
SEMIPASIVAS
PASIVAS SE ACTIVAN CUANDO UN READER SE ENCUENTRA CERCA PARASUMINISTRARLES LA ENERGÍA
Las etiquetas RFID
Clasificación de Tags
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Activa Pasiva
+ - + -
Long range Bigger, heavier Light, small Short range
Read/write with memory
$$ $, ¢ $$$$ reader, freq recharge
Can connect to sensors (on/off)
Battery 0.5 - 5 years
3 - 10 years Read only
Heavier Simple label, printed special
ink
Inactive, needs proximity
Clasificación de Tags
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Implantes RFID
Tamaño de un grano de arrozImplantado debajo de la piel o de la mano
Quirúrgico o jeringa
Seguridad de acceso Amal Graafstra, Washington, DC
Registro electrónico de pacientes
Implantes Médicos Alzheimer, diabetes, enfermedades crónicas Ciudad de México
Control Animal Iniciativas gubernamentales para el control de la Rabia Todos los perros portugueses tiene un RFID desde el 2007. Similar en
Serbia Historial médico del perro Información de los propietarios
Verichip by Applied Digital Solutions + Digital Angel (Glucose monitor) Patient Identification FDA 2004
PHOTO: Amal Graafstra
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
VIDEO
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Consentimiento informado
Product and Service Features Accuracy and Radiation BUPT (Beijing University of
Post and Telecom)
Aceptación etica Human-Chipping Presentation, March, Prayer
Vigil, West Palm Beach, Florida, May 12, 2007
CASPIAN: Customers Against Supermarket Privacy Invasion And Numbering
Acceptability of Wireless Healthcare
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
Accuracy
Radiation
Timeliness
Price
Confidentiality
Ergonomy
Willingness
Co
nc
ern
adapted from G.Kang, BUPT, "Attitude tow ards Wireless Applications in Healthcare Industry in China"
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Conclusion RFID
• RFID es una herramienta con aplicaciones medicas
• Costosa• Poca Seguridad y Privacidad• Solución: Combinación de tecnologías (barcode,
RFID) y soluciones de seguridad / Privacidad (encryption, shielding)
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Otros Sensores…
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Diagnostico
Bravo Capsule Wireless pH-metry Medtronic (Minneapolis)
Gastroenterologia Detección de acido gástrico y reflujo
Sistema de monitoreo por impedancia RFID la cual utiliza impulsos eléctricos para reflujo oesophageal
U of Texas Southwestern Medical Center doctors and UT Arlington engineers
Capsula Endoscopia PillCam = Two-Sided Camera + Light 2600 Color Pictures; 14 Frames per Second Given Imaging (Israel)
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Sensores integrados a Textiles
Sistema de posicionamiento Global (GPS)
Detección de signos vitales
Detección de temperatura
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Proyectos en desarrollo: GRETA - USB
Telecuidado basado en una red de sensores zigbee
Sistema de identificación y acceso a datos de pacientes para centros de salud utilizando códigos 2D
Diseño de un sistema de adquisición de datos médicos con QoS mediante el uso de RFID
All rights reserved © 2007, Thales Alenia SpaceAll rights reserved © 2007, Thales Alenia Space
Prof. Mónica Huerta, MsC, Ph.D.
[email protected]@gmail.com
Edificio de Electrónica Laboratorio C, 1er piso Of. 118
Universidad Simon BolivarCaracas - Venezuela
http://greta.labc.usb.ve/
Grupo de Redes y Telemática Aplicada
REPSOL