SENSORES INALAMBRICOS

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


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.


¿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


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


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

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2002/08/images/mote.jpg&imgrefurl=http://byte.csc.lsu.edu/~durresi/7502/reading/Sensor_Security.ppt&usg=__ajxGYBe3rPLAq325BawtckFkhVI=&h=286&w=400&sz=9&hl=es&start=118&um=1&tbnid=ygGTqG3Kgyi2SM:&tbnh=89&tbnw=124&prev=/images?q=wireless+sensor+networks+seismic&ndsp=20&hl=es&rls=com.microsoft:es-ve:IE-SearchBox&rlz=1I7GGLR&sa=N&start=100&um=1




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.


Aplicaciones de WS en Medicina

Gerencia de información

Monitoreo y Análisis

Homecare

Estrategia de Comunicación

Telemedicina


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


Redes de Area Personal (PAN)


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


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


Infraestructura de las PANs


• 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


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


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


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


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


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


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.


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


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


Alguno equipos……..


Comparación de tecnologías


Redes de Area Corporal, BANs


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


Aplicaciones BAN

DeportesMilitares Electrónica

• Vigilancia continua de parámetros vitales

• Pacientes que sufren de enfermedades crónicas

Asistencia medica Remota

Comercio


Sensores EEG

Respiracion y ECG

Sensor de Movimiento

Servidor personal

Movimiento y GSR

Internet

Servidor Telemedicina

Sensor de temperatura y SpO2

Aplicaciones BAN


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)


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


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)?


RFID: Identificador de Radio-Frecuencia


• 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


RFID tags

Sources: Chase, Verichip, http://www.amal.net/rfid.html, E-Zpass, FasTrak, ASTAR, IME

http://www.amal.net/rfid.html


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). .


ACTIVAS

ASISTIDAS POR BATERIAS

SEMIPASIVAS

PASIVAS SE ACTIVAN CUANDO UN READER SE ENCUENTRA CERCA PARASUMINISTRARLES LA ENERGÍA

Las etiquetas RFID

Clasificación de Tags


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


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


VIDEO


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"


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)


Otros Sensores…


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)


Sensores integrados a Textiles

Sistema de posicionamiento Global (GPS)

Detección de signos vitales

Detección de temperatura


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


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

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