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Trabalho de Graduação
Central Wireless de Monitoramento Hospitalar com o uso do software
LabVIEW
Pedro Henrique de Mendonça - 610291
Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Jr
SOROCABA 2013
“Júlio de Mesquita Filho”
Campus Experimental de Sorocaba
2
Pedro Henrique de Mendonça
Central Wireless de Monitoramento Hospitalar com o uso do software LabVIEW
SOROCABA
2013
Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de
Engenharia de Controle e Automação, Universidade
Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como
requisito parcial para a obtenção do grau de
Engenheiro de Controle e Automação.
Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Jr
3
FICHA CATOLOGRÁFICA
Mendonça, Pedro H.
Central Wireless de Monitoramento Hospitalar com o uso do LabVIEW –
Sorocaba, 2013.
Nº de páginas: 58
Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Jr.
Trabalho de Graduação – UNESP Universidade Estadual Paulista “Júlio de
Mesquita Filho”
1. Monitoramento remoto; 2. Automação Hospitalar; 3. Programação em Blocos -
LabView; 4. Protocolos de Comunicação TCP/IP
4
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, pela compreensão e apoio incondicional durante o tempo que
me dediquei ao ensino superior.
Ao meu companheiro de república e grande amigo Cleber, com o qual convivi
durante os cinco anos de graduação, a minha namorada Sâmala, que me ajudou
quando eu mais precisei e a todos meus amigos.
Ao professor Dr. Galdenoro Botura Jr., pelas sábias e inspiradoras orientações.
A todos os professores de Engenharia de Controle e Automação do campus
UNESP Sorocaba, pelos conhecimentos que me transmitiram.
A Deus, por me dar forças e coragem em todos os momentos de fraqueza e
desânimo.
5
Sumário
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................................. 7
RESUMO ....................................................................................................................................... 8
ABSTRACT ................................................................................................................................... 8
1. OBJETIVO ............................................................................................................................. 9
2. INTRODUÇÃO....................................................................................................................... 9
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................10
3.1. Informática Médica e a Telemedicina ............................................................................10
3.2. Contexto histórico da Telemedicina ...............................................................................12
3.3. Telemedicina no Brasil ....................................................................................................13
3.4. Trabalhos correlatos .......................................................................................................14
3.4.1. Sistema de monitoramento do Eletrocardiograma via rede sem fio (TEJERO-
CALADO J. C., 2005) ................................................................................................................14
3.4.2. Sistema de monitoramento remoto em tempo real para pacientes cardíacos
fora do hospital (XU, Zhimin, 2008) ......................................................................................15
3.4.3. Projeto de uma rede de cuidados de saúde domiciliar (BAI, Jing, 1995) ..........17
3.5. Aplicações ........................................................................................................................17
3.5.1. Sistemas locais de Monitoramento sem fio de Eletrocardiograma .....................18
3.5.2. Sistemas remotos de monitoramento fora do hospital para pacientes com
problemas cardíacos ..............................................................................................................19
3.5.3. Rede de tratamento de saúde domiciliar ..............................................................20
4. REVISÃO TEÓRICA ............................................................................................................20
4.1. Protocolo TCP/IP .............................................................................................................20
4.2. Sinais Vitais .....................................................................................................................22
4.2.1. Temperatura Corporal.............................................................................................22
4.2.2. Pressão Arterial .......................................................................................................23
4.2.3. Saturação de oxigênio no sangue (Oximetria) .....................................................25
4.2.4. Batimento Cardíaco (Eletrocardiograma)..............................................................27
4.3. LabVIEW ..........................................................................................................................30
4.4. LabVIEW – DAQ ..............................................................................................................32
5. METODOLOGIA ...................................................................................................................33
5.1. Monitor do Paciente ........................................................................................................35
5.1.1. Funcionamento ........................................................................................................35
5.1.2. Interface Gráfica ......................................................................................................36
5.1.3. Programação ...........................................................................................................38
6
5.2. Central de Monitoramento ..............................................................................................44
5.2.1. Funcionamento ........................................................................................................44
5.2.2. Interface Gráfica ......................................................................................................45
5.2.3. Programação ...........................................................................................................47
6. RESULTADOS E DISCUSÕES ..........................................................................................50
6.1. Testes da interface ..........................................................................................................50
6.2. Testes da comunicação usando TCP/IP .......................................................................50
6.3. Testes do banco de dados .............................................................................................51
7. CONCLUSÕES ....................................................................................................................51
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................53
APENDICE A – Diagrama de blocos do monitor do paciente .................................................55
APENDICE B – Hierarquia dos blocos do monitor do paciente ..............................................56
APENDICE C – Diagrama de blocos da central de monitoramento .......................................57
APENDICE D – Hierarquia dos blocos da central de monitoramento ....................................58
7
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Esquemático do Monitoramento de ECG via IEEE 802.11. ..................................................16
Figura 2 - Esquemático do Monitoramento fora do hospital. .............................................................16
Figura 3 – Fluxograma detalhando a hierarquia das camadas dos Protocolos TCP/IP. ........................21
Figura 4 – Aparência de um termopar comercial. ..............................................................................23
Figura 5 - Relação da pressão arterial com o batimento cardíaco. .....................................................24
Figura 6 – Aparência de um Esfigmomanômetro digital. ....................................................................25
Figura 7 - Gráfico do percentual de saturação pela pressão do oxigênio. ...........................................26
Figura 8 - Oximetro portátil de dedo. ................................................................................................27
Figura 9 - Forma de onda de um Eletrocardiograma [Skipping Hearts]. ..............................................28
Figura 10 - Comparação entre exemplos de ECGs. .............................................................................28
Figura 11 - Monitor Cardíaco Tradicional. ..........................................................................................29
Figura 12 - Imagem das telas do LabVIEW. ........................................................................................30
Figura 13 - Tipo de blocos. ................................................................................................................31
Figura 14 - Programação de um Sub-VI da biblioteca do LabVIEW. ....................................................32
Figura 15 - Imagem de um hardware para aquisição de dados. .........................................................33
Figura 16 - Esquema simplificado do Sistema da Central de monitoramento Sem fio.........................34
Figura 17 - Fluxograma da programação do monitor do paciente. .....................................................36
Figura 18 - Painel Frontal do Monitor do Paciente. ............................................................................37
Figura 19 - Tela mostrando os gráficos gerados a partir dos dados armazenados. .............................38
Figura 20 - Bloco de abertura de conexão TCP ...................................................................................38
Figura 21 – Programação em diagrama de blocos. .............................................................................39
Figura 22 - Obtenção das horas do sistema operacional. ...................................................................40
Figura 23 - Blocos de encerramento da programação. .......................................................................40
Figura 24 - Multiplexação dos dados e Bloco Cluster. ........................................................................41
Figura 25 - Banco de dados e histórico. .............................................................................................41
Figura 26 - Envio dos dados pela rede. ..............................................................................................42
Figura 27 - Programação do bloco alarme (em destaque como o bloco é visto). ................................43
Figura 28 - Fluxograma da programação do Monitor da Central. .......................................................45
Figura 29 - Painel frontal da Central de monitoramento. ...................................................................46
Figura 30 - Inicio da programação da central de monitoramento. ......................................................47
Figura 31 - Recepção dos dados via rede TCP. ..................................................................................48
Figura 32 - Programação de visualização de alarme. ..........................................................................49
Figura 33 - Banco de dados e histórico. .............................................................................................49
8
RESUMO
Este projeto apresenta a proposta, justificativas, especificações e desenvolvimento do software de um sistema de monitoramento para automação hospitalar, com interface intuitiva desenvolvido a partir da linguagem de diagrama de blocos através da plataforma “LabView”. O software proposto é capaz de monitorar sinais vitais de pacientes vinculados ao sistema. A partir das aquisições dos sinais vitais do paciente em um terminal remoto, o software envia os sinais por meio da rede wireless para um computador localizado em uma central, o qual apresenta em tempo real todos os dados recebidos simultaneamente em um monitor. Caso o sistema detecte anormalidade na pressão arterial, batimento cardíaco, temperatura ou oxigenação de algum paciente, a central alerta através de meios visuais e sonoros, indicando qual paciente se encontra em perigo.
ABSTRACT
This project presents the proposal, justifications, specifications and software development of a monitoring system for hospital automation, intuitive interface developed from the block diagram language through the platform "LabView". The proposed software is capable of monitoring vital signs of patients linked to the system. From the acquisition of the patient's vital signs on a remote terminal, the software sends the signals through the wireless network to a computer located in a central, which displays in real time all the data received simultaneously on a monitor. If the system detects an abnormality in blood pressure, heart rate, temperature and oxygenation of a patient, the central alert via audible and visual means, indicating which patient is at risk.
9
1. OBJETIVO
O intuito desse trabalho de graduação é apresentar o desenvolvimento do
software de um sistema capaz de monitorar vários pacientes em um hospital
simultaneamente e em tempo real. Facilitando a área da medicina, pois esse tipo de
tecnologia nos leitos das unidades de tratamento intensivo ajuda tanto os médicos,
agilizando o tempo de resposta da equipe médica no auxílio aos pacientes com risco
de vida, quanto aos próprios pacientes que ficam mais seguros com relação a sua
estadia nos ambientes hospitalares.
2. INTRODUÇÃO
Segundo André Seabra (2003), a automação hospitalar tem passado por
grandes mudanças, trazida pelos avanços tecnológicos e científicos. Esses avanços
permitiram a modernização tanto das praticas cientificas, quanto das condições de
vida da humanidade. A automação hospitalar é um exemplo que mostra que, a
importância do avanço tecnológico nessa área tem sido bastante reconhecida ao
redor do mundo.
A integração da medicina, tecnologia e ciência tem proporcionado avanços na
área médica, ajudando a salvar vidas, através de meios mais rápidos e eficazes na
luta pela sobrevivência. Pesquisas têm sido feitas na área de monitoramento
hospitalar, as quais vão desde “sistemas locais de monitoramento sem fio de
eletrocardiograma” (IEEE 802.11 ECG MONITORING SYSTEM, 2005), passando
por ¨sistemas remotos de monitoramento fora do hospital para pacientes com
problemas cardíacos¨ (XU, Zhimin & FANG, Zuxiang, 2008), até uma “rede de
tratamento de saúde domiciliar” que interliga o hospital a casa do paciente (DESIGN
OF HOME HEALTH CARE NETWORK, 1995).
Por mais que o conforto do paciente seja essencial na ajuda ao tratamento do
mesmo, estar próximo de uma equipe médica preparada para atendê-lo assim que
for preciso, é também essencial. Por isso, deve-se visar o equilibro dos dois lados da
balança, conforto do paciente e pronto-atendimento da equipe médica. O foco desse
trabalho é fazer com que os sinais vitais do paciente como pressão arterial,
10
temperatura corpórea, saturação de oxigênio no sangue e batimento cardíaco,
juntamente com o eletrocardiograma, sejam monitorados constantemente para que
possa ser possível detectar com melhor eficiência e agilidade, possíveis estados de
choque do paciente.
Outro ponto do trabalho é fornecer de forma segura e barata equipamentos que
sejam tão bons quanto os caros equipamentos encontrados no mercado de hoje.
Pois onde antes tinha-se um monitor hospitalar caro e que devia ser trocado
frequentemente por ter um tempo de vida curto, substitui-se por um computador, que
pode ser atualizado facilmente, com um software que também recebe atualizações.
O custo de manutenção passa a ser apenas do computador, pois uma vez comprada
a licença do software, a mesma pode ser instalada em várias máquinas.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. Informática Médica e a Telemedicina
“O surgimento da automação trouxe benefícios para a humanidade, afetando
tanto a área econômica, quanto a política e social” (L. W. Turner, 2004). A
automação é a aplicação de técnicas para diminuir o uso de mão-de-obra em
qualquer processo, facilitando o trabalho requerido e também pode aperfeiçoar o
controle dos mesmos dentre outros objetivos.
Neste contexto, sua expansão, ocorrida nos últimos anos, trouxe efeitos que
ultrapassam os limites da indústria, sua maior área de aplicação até então,
chegando assim ao campo da medicina. Sendo a automação um meio que tornou a
informação instantaneamente disponível, a sua conexão com a medicina criou
condições para que as práticas médicas sejam desenvolvidas de modo a promover
um atendimento e monitoramento médico de forma mais eficiente e eficaz.
No que tange a sua aplicação na medicina, a automação leva a uma disciplina
mais ampla, a da informática médica, que consiste, de acordo com Shortliffe e
Perrault (1990), que citam em um artigo sobre a disciplina na revista Informática
Médica, como sendo:
11
“Campo científico que trata do armazenamento, recuperação, e uso aperfeiçoado da informação biomédica, dados, e conhecimento para a resolução rápida de problemas e tomada de decisões."
Com isso, o surgimento da informática médica se traduz, “pelo aparecimento
de sistemas especialistas, isto é, programas de computação que procuram simular o
comportamento de um especialista médico diante do paciente” (SIGULEM, ANÇÃO
1988).
A informática médica possibilita que a medicina tire proveito da tecnologia
existente e desenvolva técnicas para diagnóstico e tratamento de doenças. A sua
aplicação no processo de análise e monitoramento de parâmetros biológicos leva a
um conceito chave e de suma importância para entender os meios que envolvem
essa análise e monitoramento utilizando recursos automatizados, o de telemedicina.
Segundo a WHO (World Health Organitazion - Organização Mundial da Saúde),
telemedicina é, “a oferta de serviços ligados aos cuidados com a saúde, usando
tecnologia de informação e de comunicação para o intercambio de informações
válidas para diagnóstico, prevenção e tratamento de doenças e a contínua educação
de provedores de cuidados com a saúde, assim como para fins de pesquisa e
avaliações; tudo com interesse de melhorar a saúde das pessoas e de suas
comunidades.”
Outra definição pertinente para o campo da telemedicina é dada pela NASA
(National and Space Agency) que contempla aspectos referentes à permanência do
homem no espaço, que define o termo como sendo: “a interação de tecnologias de
telecomunicação, de informação, de interface homem-máquina (IHM) e de cuidados
médicos para melhorar os cuidados com a saúde em voos espaciais”.
Apesar das diferentes particularidades nas definições anteriores, todas, assim
como muitas outras não citadas, convergem para o conceito de distância como
sendo a mola propulsora da telemedicina, no entanto, cabe ressaltar que
diferentemente do senso comum que associa diretamente o termo a procedimentos
médicos realizados a distância, como, por exemplo, cirurgias robotizadas, sua
aplicação vai mais além e envolve: teleconsulta, teleintervenção, teleformação e
telemonitoramento sendo, esse último, o foco desde trabalho.
12
3.2. Contexto histórico da Telemedicina
O desenvolvimento da telemedicina sempre esteve estritamente ligado a
avanços tecnológicos e ao aparecimento da informática médica. Se tratando das
necessidades constantes de comunicação das informações médicas à distância, o
usufruto da telemedicina pode ser considerado bem antigo. Desconsiderando o uso
da informática em sua aplicação, têm-se registros da utilização de diversos meios de
comunicação para integração de informações médicas, como por exemplo, o
telefone para auxílio do diagnóstico, com seus primeiros registros em 1897 (EL
KHOURI, S. G., 2003).
O rádio passou a ser utilizado como ferramenta para transmissão de
informações médicas a partir do seu surgimento. Uma das suas primeiras aplicações
para transmissões de informações de cunho médico se refere a uma técnica
designada “telognosis” registrada por Sumaia Georges El Khouri em seu artigo sobre
telemedicina, fazendo referência a informações contidas na revista Radiology de
1950. Essa técnica consistia em transmitir diagnósticos obtidos por meio de cópias
de “roentgenografias”, popularmente conhecida como radiografias, que eram
transmitidos por fios de rádio ou telefones à distância. A técnica de “telognosis” nada
mais era do que “um aperfeiçoamento de um instrumento desenvolvido na 2ª guerra,
um telégrafo com fios que transmitia fotos em Washington DC e Anchorange no
Alasca” (EL KHOURI, S. G., 2003).
A utilização de tecnologias de transmissão de informações de imagem e som a
distância teve os primeiros registros na década de 1950, pelo uso de televisores e
monitores para consultas médicas no Instituto de Psiquiatria em Nebraska. Já na
década de 60 durante as missões espaciais americanas e soviéticas, tais
tecnologias visuais eram usadas com o intuito de monitorar as respostas biomédicas
da tripulação em órbita.
Nesse contexto, o que há de mais recente referente à telemedicina, se torna
realidade por meio de experimentos, pesquisas e projetos que estudam e
desenvolvem aplicações específicas para as mais diversas tecnologias da
informação, para a oferta de serviços ligados a saúde, mediante a barreira da
distância, utilizando para isso a infraestrutura da rede mundial de computadores e da
13
Internet-2 por meio da informática médica e da automação hospitalar. A Internet-2
consiste em um consórcio de redes avançadas de computadores sem fins lucrativos,
que foi desenvolvido nos Estados Unidos por membros das comunidades de
pesquisa, educação, indústria e governo do país. Ela é voltada para projetos nas
áreas de saúde, educação e administração pública, oferecendo aos seus usuários,
recursos como a criação de laboratórios virtuais e de bibliotecas digitais, que não se
encontram na internet comercial.
3.3. Telemedicina no Brasil A telemedicina é amplamente utilizada para cuidados médicos em regiões
desprovidas de recursos onde a distância e dificuldades de acesso são fatores
restritivos. No Brasil seu uso se torna mais pertinente, na medida em que se
considera a extensão do país e da precariedade do seu sistema de saúde
comparado com o de outros países. No entanto, sua aplicação não se restringe
apenas a possibilitar assistência médica entre regiões desfavorecidas. A
telemedicina visa também promover o conforto de pacientes em estado crítico,
permitindo assim um acompanhamento remoto.
Um dos primeiros registros da utilização da telemedicina no Brasil se dá na
década de 80 onde foram desenvolvidos alguns projetos autônomos para sua
aplicação. Segundo Sumaia Georges El Khouri (2003), em seu artigo sobre o tema,
um dos primeiros registros especulados do uso da telemedicina no Brasil é de 1980,
e foram realizados pelo UniCor e Hospital do coração para monitoramento de
eletrocardiogramas do quarto de pacientes para Unidades Coronarianas.
O ano de “1994 parece ser o ano mais certo para inaugurar as atividades de
telemedicina no Brasil” (EL KHOURI, S. G., 2003). De acordo com suas
investigações, Sumaia Georges El Khouri (2003) sugere que a partir desse ano teve-
se uma disseminação da telemedicina no país, essa sequencia de anos foi marcada
pelo surgimento de inúmeras empresas e órgãos relacionados a oferecerem
serviços de telemedicina e telesaúde.
No que se refere a aplicação da telemedicina para monitoramento, por
exemplo, a inauguração da TELECARDIO, empresa responsável por realizar
14
eletrocardiogramas a distância, podendo se destacar em 1996 o surgimento do
serviço ECG-Home do Incor (Instituto do Coração) com o intuito de monitorar
pacientes em seu próprio domicílio.
Os anos seguintes foram marcados por outros acontecimentos como, a criação
da Disciplina de Telemedicina do Departamento de Patologia da Faculdade de
Medicina da USP, a inauguração do Laboratório de Telemedicina da UNIFESP,
dentre outros eventos, que se caracterizam por disseminar informações médicas,
assim como oferecer serviços de assistência médica e monitoramento remoto Home
Care (do inglês, cuidado domiciliar).
No entanto, os programas de Telemedicina no Brasil ainda são muito restritos e
pouco abrangentes, suas aplicações têm um destaque principalmente no que se
refere a um dos objetos deste estudo, a telecardiologia. Porém sua aplicação se
restringe a poucas instituições de caráter privado não atingindo consequentemente o
setor publico de saúde do país. Vale ressaltar também que, segundo Sumaia, os
hospitais com maior aplicação da telemedicina são os que por sua vez são
classificados como os mais bem equipados do país.
Com isso essas ferramentas se resumem em modalidades diferenciadas de
fornecimento de serviços médicos e de saúde, como por exemplo, o foco desde
projeto, a telemonitoração e a Home Care.
3.4. Trabalhos correlatos
3.4.1. Sistema de monitoramento do Eletrocardiograma via rede
sem fio (TEJERO-CALADO J. C., 2005)
Em 2005, pesquisadores do departamento de eletrônica da Universidade de
Malaga na Espanha, do departamento de pesquisa e desenvolvimento da CITIC
(Centro Andaluz de Inovação e tecnologias de informação e comunicação) e da
IMABIS (Instituto Mediterrâneo para o Avanço da Biomedicina e Investigação
Biosanitária) em parceria com o Complexo Hospitalar Carlos Haya desenvolveram e
implementaram uma nova tecnologia sem fio de sinais de eletrocardiogramas multi-
canal baseado na IEEE 802.11 (Institute of Electrical and Electronics Engineers –
15
Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos), permitindo monitoramentos sem
fio para pacientes e inserindo a informação na rede TCP/IP (TCP – Transmission
Control Protocol [Protocolo de controle de transmissão] e IP – Internet Protocol
[Protocolo de Internet]) do Hospital. Essa tecnologia desenvolvida tornou possível a
integração de diversos dispositivos sem fio permitindo a substituição dos grandes
monitores tradicionais com fios e possibilitando o envio de sinais biomédicos para
outros dispositivos como computadores, PDAs (Personal Digital Assistant) e
monitores. Com isso há o favorecimento da hospitalização domiciliar, ajudando a
reduzir os gastos com assistência médica. Isso também favorece as pessoas idosas,
habitantes das zonas rurais, pacientes crônicos e deficientes. A Figura 1 mostra o
esquemático desenvolvido nesse projeto.
3.4.2. Sistema de monitoramento remoto em tempo real para
pacientes cardíacos fora do hospital (XU, Zhimin, 2008)
Em 2008, pesquisadores do departamento de Engenharia Eletrônica da
Universidade de Fudan, em Shanghai na China, desenvolveram um sistema de
monitoramento remoto em tempo real para pacientes que se encontram fora do
hospital. O projeto consistia na fabricação de um dispositivo portátil que monitora o
eletrocardiograma do paciente e o envia para uma central de monitoramento que foi
implementada em um hospital. O sistema de monitoramento contínuo e em tempo
real era capaz de monitorar o ECG de múltiplos pacientes, através da rede de
telefonia celular (GPRS), e suas localizações fora do hospital, através do sistema de
posicionamento via satélites (GPS), fazendo diagnósticos em tempo real e enviando
todos os dados para a central. A Figura 2 mostra o esquemático desenvolvido nesse
projeto.
16
Figura 1 - Esquemático do Monitoramento de ECG via IEEE 802.11.
Figura 2 - Esquemático do Monitoramento fora do hospital.
17
3.4.3. Projeto de uma rede de cuidados de saúde domiciliar (BAI,
Jing, 1995)
Em 1995, pesquisadores do departamento de Engenharia Elétrica, juntamente
com a Escola de Engenharia e Ciências da Vida e a Universidade de Tsinghua, em
Beijing na China, desenvolveram um sistema de monitoramento domiciliar de ECG e
pressão sanguínea que enviava os sinais através de uma rede de telefonia. O
objetivo do projeto era fornecer o conforto do domicílio juntamente com os cuidados
médicos de um hospital. Os sinais eram captados por sensores portáteis conectados
ao paciente e eram transmitidos sem fio para um computador IBM e enviados pela
rede de telefonia, através de um modem, até a central do hospital, a qual monitorava
vários pacientes em suas casas, simultaneamente.
3.5. Aplicações
"O impacto dessa nova tecnologia na prática da medicina é surpreendente. As técnicas não invasivas de produção de imagem, como a ultrassonografia, a medicina nuclear, a tomografia e a ressonância magnética, alteraram sensivelmente o processo de diagnóstico médico. Novos equipamentos de monitorização de pacientes, como videolaparoscopia e analisadores automáticos de eletrocardiogramas, fluxos sanguíneos e gasosos, globais e regionais, oferecem informações vitais que auxiliam o médico, quer no tratamento eficaz do paciente, quer no apoio à pesquisa” (SIGULEM, D. 1997)
A telemedicina pode ser aplicada em praticamente todas as áreas médicas,
seja para transmissão de informações por meio de ferramentas tecnológicas para
fins de diagnóstico, quanto para ensino e pesquisa. No entanto, atualmente vem
sendo aplicada à diversos outros usos, tais como, a videoconferência médica, a
especialização, o aperfeiçoamento, a atualização na área de capacitação
profissional, a segunda opinião, a consulta on-line, telediagnóstico por imagem e por
fim o que é de cunho deste trabalho, a telemonitoração de vários pacientes em um
hospital.
Dentre os benefícios trazidos pela utilização da telemedicina pode se citar: o
auxílio na tomada de decisão médica, com a facilitação para o diagnóstico da
18
doença por meio do uso de bases de dados on-line; a possibilidade de transmissão
de informações sobre o paciente como sinais eletrocardiográficos, raios-X, ou
prontuários (histórico clinico). Além disso, permite que a comunidade científica da
área de saúde se comunique com rapidez, observe e discuta os sintomas de um
paciente; o registro das constatações (diagnóstico, prognóstico, tratamento etc).
No que tange a transmissão de informações remotas sobre o paciente, o
telemonitoramento se refere ao acompanhamento de pacientes crônicos que por sua
vez já foram atendidos pelo sistema de saúde e se encontram convalescentes em
suas residências. Neste caso há o acompanhamento de seus parâmetros vitais
como, pressão arterial, temperatura corpórea, saturação de oxigênio no sangue e
batimento cardíaco, juntamente com o eletrocardiograma.
Segundo Sumaia Georges El Khouri (2003) em seu artigo sobre Telemedicina
no Brasil, em 2001 foram constatados 3.000 usuários, 3 hospitais e 20 pacientes em
Home Care fazendo uso de monitoração remota por meio de Monitoração cardíaca
transtelefônica (Cardiobipe), uma das formas existentes de telemonitoramento que
proporciona além do serviço de monitoramento remoto o alarme para sinais vitais
descompassados.
No entanto, atualmente os serviços de monitoramento remoto são mais
comuns no ambiente intra-hospitalar, ocorrendo em maior frequência do que os
anteriormente citados. Essa situação mais frequente pode ser encontrada, por
exemplo, na comunicação entre quartos ou unidades intensivas e o posto de
enfermagem.
3.5.1. Sistemas locais de Monitoramento sem fio de
Eletrocardiograma
Segundo dados do anuário estatístico do ministério da Saúde de 1999 as
doenças do aparelho cardiovascular são responsáveis por cerca de 30% dos óbitos
no país, o que evidencia forte necessidade de controle dessas doenças por parte do
sistema de saúde brasileiro.
19
O eletrocardiograma (ECG) é uma ferramenta médica que possibilita não só o
diagnóstico de doenças oriundas do coração, assim como o melhor entendimento de
como essas doenças podem afetar a qualidade de vida do paciente, possibilitando
identificar algum risco de morte proveniente das doenças em questão.
Dada a gravidade dessas doenças, esse cenário exige medidas inovadoras
que mudem a lógica atual de assistência a esses pacientes, conferindo-lhes maior
confiabilidade e conforto nos serviços prestados a sua saúde.
Com isso, uma das alternativas para melhor monitoramento desses pacientes é
o sistema de monitoramento sem fio de eletrocardiograma que resulta em vantagens
tanto para o paciente quanto para a equipe médica. Com relação ao paciente há um
maior conforto devido à diminuição de fios e equipamentos no corpo, já para a
equipe médica há uma maior flexibilidade quanto à necessidade de se estar
continuamente junto ao paciente na sua unidade de internação.
3.5.2. Sistemas remotos de monitoramento fora do hospital para
pacientes com problemas cardíacos
Atrelado aos aspectos definidos anteriormente, como a importância do
eletrocardiograma para o monitoramento de pacientes com doenças
cardiovasculares, têm-se que os sistemas remotos de monitoramento fora do
hospital fornecem benefícios ainda mais substanciais para esse paciente.
Com a utilização desses equipamentos de monitoramento remoto o paciente é
monitorado continuamente pela equipe médica e ao mesmo tempo pode usufruir dos
cuidados do seu ambiente familiar.
Os sistemas de monitoramento remoto para pacientes com problemas
cardíacos permite que a unidade médica responsável pelo paciente tenha o controle
contínuo dos seus sinais cardiovasculares e seja capaz de reconhecer possíveis
alterações desses parâmetros por meio de sinais de emergência que são enviados a
base de capitação de dados que se encontra na unidade hospitalar e que por vezes
está substancialmente afastada da localização do paciente monitorado.
20
3.5.3. Rede de tratamento de saúde domiciliar
O conjunto de procedimentos médicos que podem ser realizados na casa do
paciente pode ser definido também como Home Care. Há ainda outra modalidade
dentro desse conceito, o long-term care que se refere à assistência domiciliar aos
portadores de doenças crônicas.
Com isso uma das principais ferramentas do Home Care para pacientes
portadores de doenças cardiovasculares são os sistemas remotos de
eletrocardiograma como citados no tópico anterior. Sistemas esses que permitem
uma redução do estresse causado pela internação, dentre outros fatores que
maximizam a independência do paciente e ao mesmo tempo minimizam os efeitos
debilitantes da sua patologia.
Neste contexto, os sistemas anteriormente apresentados cumprem com o
objetivo de melhorar qualidade de vida do paciente portador de doenças
cardiovasculares, aliado a garantia de aderência ao tratamento indicado pela equipe
médica. Assim tanto o monitoramento remoto domiciliar quanto o monitoramento
hospitalar sem fio permitem que o paciente disfrute de melhores condições de saúde
devido à aplicação do seu tratamento, junto com a segurança e o máximo de
conforto.
4. REVISÃO TEÓRICA
4.1. Protocolo TCP/IP O protocolo TCP/IP é constituído em um conjunto de protocolos de
comunicação entre computadores em rede, comumente utilizados em uma vasta
gama de aparelhos eletrônicos. Nesse conjunto de protocolos, encontram-se
protocolos, como por exemplo: HTTP, SMTP, POP3, IMAP, FTP, UDP, entre outros.
O protocolo TCP/IP é subdividido em quatro camadas: Aplicação, Transporte,
Internet e Interface com a rede. A Figura 3 mostra um fluxograma simplificado das
camadas do protocolo TCP/IP. A aplicação é a camada mais superior e a Interface
com a rede a camada mais inferior. Cada camada é responsável por um grupo de
21
tarefas, a qual fornece um serviço para um ou vários protocolos da camada superior
adjacente. A camada Aplicação contém os protocolos como o SMTP, o POP3 e o
IMAP, que são protocolos utilizados para envio de e-mails, e protocolos como o
HTTP e FTP que são utilizados para a navegação na web e para transferência de
dados, respectivamente. Dependendo da finalidade do software, o mesmo se utiliza
de um protocolo diferente. Logo abaixo na hierarquia das camadas, encontra-se a
camada de Transporte que possui protocolos como, por exemplo, o TCP e o UDP,
os quais têm como função analisar os dados enviados/recebidos pela camada
Aplicação e dividi-los e organizá-los em pequenos pacotes para que os mesmos
sejam enviados para a camada Internet. Na camada Internet encontra-se o protocolo
IP, que analisa os pequenos pacotes enviados pela camada anterior e adiciona
informações de endereçamento virtual. Com isso, qualquer aparelho eletrônico que
possua conexão com uma rede de comunicação consegue rastrear a origem desses
pequenos pacotes. Esses endereços virtuais recebem o nome de IP. Na
continuação, os pacotes são enviados para a última camada do conjunto, que é a
camada Interface com a rede. Nessa camada, os pequenos pacotes com o devido
endereçamento virtual, são enviados para a rede. Essa rede pode ser uma rede
local (LAN – Local Area Network) ou a rede mundial (WWW – World Wide Web).
Figura 3 – Fluxograma detalhando a hierarquia das camadas dos Protocolos TCP/IP.
22
4.2. Sinais Vitais
4.2.1. Temperatura Corporal
O ser humano é um ser homeotérmico, ou seja, é um ser capaz de manter a
temperatura corporal relativamente constante. Basicamente, caso precise, o ser
humano tem a capacidade de aquecer o corpo através da geração ou da retenção
de calor. Ele tem também a capacidade de resfriamento, que é obtida através da
hiperventilação, que é o ato de inspirar e expirar rapidamente, ou através da
evaporação do suor na pele juntamente com a vasodilatação, que facilita a
transferência de calor interno para a pele. Com isso, a temperatura corporal
humana, em circunstâncias normais, fica na faixa entre 35,5 e 37,0 °C (referente a
temperatura axiliar).
A febre é a elevação da temperatura corporal do ser humano, acima do nível
considerado normal. É um meio de proteção do corpo contra agentes externos
maléficos. Existem vários tipos de febre, mas todas têm pelo menos um ponto em
comum, que é a elevação da temperatura corporal acima da faixa normal. A febre é
benéfica quando ajuda no combate de infecções, principalmente, causadas por vírus
ou bactérias. Mas quando a temperatura de um indivíduo ultrapassa 41,7 °C há a
possibilidade de causar danos significativos aos neurônios, podendo causar lesão
cerebral. Por isso a temperatura é um dos sinais vitais monitorados em pacientes,
evitando assim, um agravamento da situação de qualquer paciente no hospital.
A temperatura do paciente pode ser medida através de um termopar. Um
termopar é um sensor composto por dois metais diferentes, onde então é medida a
diferença de potencial entre esses metais e calculado a temperatura
correspondente. Existem varias combinações dos dois metais, sendo que essa
combinação é normalmente feita com base nas condições de aplicação do sensor. A
Figura 4 mostra um termopar de baixo custo comercial, com conexão estilo plug de
dois pinos.
23
Figura 4 – Aparência de um termopar comercial.
4.2.2. Pressão Arterial
Pressão arterial está relacionada à pressão que o sangue exerce contra as
paredes internas das artérias. Essa pressão é consequência do bombeamento do
sangue pelo coração. A pressão arterial é subdividida em duas pressões: a pressão
arterial sistólica, que é a pressão que o ventrículo esquerdo exerce na aorta, que é a
artéria mais importante do sistema circulatório, ao se contrair para bombear o
sangue para fora do coração, e a pressão arterial diastólica, que é a pressão na
aorta entre dois bombeamentos consecutivos do ventrículo esquerdo. Na Figura 5
pode-se ver melhor a forma de onda da pressão arterial, representada pela linha
preta.
A pressão arterial é medida em relação a pressão atmosférica. Como a pressão
arterial é maior que a pressão atmosférica (760 mmHg), a diferença entre essas
duas é a medida usada pela medicina para a avaliação da pressão arterial. Pressões
que variam entre 120 (pressão sistólica) por 80 mmHg (pressão diastólica) e 140 por
90, são aceitas como pressões normais para um individuo.
Hipotensão arterial, conhecida como pressão baixa, é a condição médica onde
ocorre uma queda dos valores da pressão arterial. As consequências para esse tipo
de condição vão desde tonturas ou alterações visuais até confusão mental e
desmaios.
24
Figura 5 - Relação da pressão arterial com o batimento cardíaco.
Hipertensão arterial, conhecida como pressão alta, é a condição médica onde
ocorre um aumento dos valores da pressão arterial. As consequências para esse
tipo de condição são hipertrofia do ventrículo esquerdo, acidente vascular cerebral,
conhecido como derrame cerebral, infarto do miocárdio, insuficiência renal e
cardíaca e até a morte. Por isso a pressão arterial é também um dos sinais vitais
monitorados em pacientes, pois ajuda a evitar agravamento das condições do
indivíduo, ou até mesmo a morte.
A pressão arterial é medida através de um equipamento digital colocado no braço
do paciente. Esse equipamento digital conhecido como esfigmomanômetro digital é
mostrado na Figura 6.
25
Figura 6 – Aparência de um Esfigmomanômetro digital.
O esfigmomanômetro digital mede a pressão arterial inflando uma pequena
bolsa de ar. A pressão que a artéria no braço aplica nessa bolsa de ar causa uma
variação que é medida por um sensor dentro da bolsa. Varias medições são feitas e
é calculada a média dessas pressões. Em seguida, o aparelho, através de
algoritmos, calcula a pressão sistólica e a pressão diastólica usando a pressão
média. A saída desse circuito de medição tem característica digital, que pode ser
convertido em sinal analógico através de um circuito conversor.
4.2.3. Saturação de oxigênio no sangue (Oximetria)
Saturação de oxigênio no sangue é o percentual de hemoglobina do sangue
arterial que combina com o gás oxigênio (SO2). A hemoglobina está presente nas
hemácias, que é a responsável por levar oxigênio às células. A reação de oxigênio
com hemoglobina é chamada de oxi-hemoglobina. A oxi-hemoglobina é transportada
até os capilares dos tecidos do corpo, que são vasos sanguíneos de diâmetro
bastante reduzidos, menores que fios de cabelo. Ao passar pelos capilares dos
tecidos o oxigênio se separa da hemoglobina e difundem-se as células próximas.
Nota-se assim, que a hemoglobina age como um transportador de oxigênio, levando
o mesmo dos pulmões a todos os tecidos do corpo. O sangue com oxigênio que sai
26
dos pulmões possui normalmente uma pressão de oxigênio próxima de 100 mmHg.
Nessa pressão cerca de 97% das hemoglobinas presentes no sangue estão
combinadas com o oxigênio. Quando o percentual de saturação do oxigênio fica
abaixo de 90%, isso indica insuficiência respiratória e então é preciso fazer inalação
através de uma mascara ligada a um tanque de oxigênio. Por isso a saturação de
oxigênio é também um sinal vital monitorado nos pacientes, pois ajuda a evitar falta
de oxigenação no corpo e principalmente no cérebro, evitando assim desmaios ou
até mesmo a morte por asfixia.
A Figura 7 apresenta um gráfico da porcentagem de saturação do oxigênio pela
pressão do oxigênio no sangue, ou seja, quanto maior a pressão sanguínea de uma
pessoa, maior será o nível de oxigênio saturado, ou dissolvido, no sangue dela.
Figura 7 - Gráfico do percentual de saturação pela pressão do oxigênio.
A oximetria é a medição da saturação de oxigênio no sangue. A medição pode
ser feita no dedo ou no pulso da pessoa, é simples e não invasivo. A Figura 8 mostra
um oxímetro de dedo, aparelho que faz a oximetria.
A medição funciona da seguinte maneira: dois emissores de luz (LEDs) um
com comprimento de onda na faixa espectral do vermelho (660 nm) e outro na faixa
espectral do infra-vermelho (940 nm) são usados para medir a variação da SO2 no
sangue, sendo o primeiro para captar grandes variações e o segundo para captar
pequenas variações. Essas faixas espectrais, após atravessarem ou serem
refletidos pelos tecidos do dedo, são recebidas por um fotodetector. A análise feita
pela medição do fotodetector usa o princípio da absorção de luz pelo sangue. Com
27
isso o sinal gerado pelo fotodetector é um sinal elétrico que é analisado por um
circuito lógico, que faz parte do oximetro, e através de algoritmos é encontrada a
porcentagem de oxigênio equivalente no sangue.
Figura 8 - Oximetro portátil de dedo.
4.2.4. Batimento Cardíaco (Eletrocardiograma)
Eletrocardiograma (ECG) é um exame que mede a atividade elétrica do
coração, onde é registrada a variação do potencial elétrico das células cardíacas,
que é consequência dos impulsos elétricos que contraem e relaxam os músculos
cardíacos. O resultado do ECG é uma imagem linear em forma de ondas. Essas
ondas seguem um padrão rítmico específico. A Figura 9 mostra o padrão rítmico
especifico de um coração saudável.
Quando os impulsos elétricos são emitidos de forma irregular ou conduzidos de
forma falha pelo coração, acaba causando perturbações que alteram o ritmo dos
batimentos cardíacos. Essas perturbações são conhecidas como Arritmias
Cardíacas. Existem várias razões que causam arritmias, algumas podem levar a
morte, enquanto outras não causam nenhum mal grave para o indivíduo. Um
exemplo de arritmia é a taquicardia, que é caracterizada pela elevada frequência
que os impulsos elétricos são emitidos, ou a bradicardia que é caracterizada pela
baixa frequência da emissão dos impulsos elétricos, ou também da falta de
28
regularidade dos impulsos elétricos. A Figura 10 mostra ECGs com padrões rítmicos
anormais.
Figura 9 - Forma de onda de um Eletrocardiograma [Skipping Hearts].
Figura 10 - Comparação entre exemplos de ECGs.
29
Por isso o batimento cardíaco é também um dos sinais vitais monitorados em
pacientes, pois ajuda a detectar arritmias no indivíduo.
O batimento cardíaco é medido pela diferença de potencial, medida por três
eletrodos adesivos colocados no corpo do paciente. Esses sinais, captados e
amplificados, são elétricos e são gerados pelo músculo cardíaco para a realização
das contrações musculares nos átrios e ventrículos, que são sub-regiões do
coração, necessárias para o bombeamento do sangue no corpo. A forma de onda
resultante é conhecida como ECG e a sua frequência é analisada em o resultado é o
batimento cardíaco do paciente. A Figura 11 mostra um monitor tradicional usado
em hospitais apresentando sinais vitais como batimento cardíaco, pressão arterial
numérica e gráfica e eletrocardiograma.
Figura 11 - Monitor Cardíaco Tradicional.
30
4.3. LabVIEW
O software LabVIEW (Laboratory Instrument Engineering Workbench –
Bancada de Laboratório de Engenharia Instrumental), originalmente desenvolvido no
ano de 1986 pela empresa National Instruments (NI), é um software multiplataforma,
ou seja, um software compatível com vários sistemas operacionais, que usa a
linguagem de programação gráfica por meio de diagramas de blocos e laços de
funções.
As aplicações do LabVIEW vão desde sistemas de medição, passando por
sistemas supervisórios, até aplicações na área de automação. A linguagem do
LabVIEW oferece vantagens para aquisição e manipulação de dados, pois a
programação é feita com base no modelo de fluxo de dados.
As programações feitas em LabVIEW são chamadas de VI (Virtual Instrument
– Instrumentação Virtual). Os VIs são subdivididos em painel frontal, onde encontra-
se a parte gráfica da programação, e o diagrama de blocos, onde encontra-se a
programação em si, representada por códigos gráficos. Uma característica do
LabVIEW é a criação de Sub-VI, que consiste na criação de um programa com certa
finalidade, e o uso desse mesmo programa dentro de um outro programa. A Figura
12 mostra algumas telas que podem ser vista no software LABVIEW.
Figura 12 - Imagem das telas do LabVIEW.
31
No diagrama de blocos, os blocos são interligados por fios, por onde os sinais
da programação serão transmitidos, definindo assim o fluxo de dados do programa.
Diferentes blocos trabalham com diferentes tipos de dados e diferentes finalidades.
As principais finalidades de quase todos os blocos são: Controlador, Indicador e
Constante.
O bloco tipo controlador tem como finalidade gerar os sinais que serão
manipulados no decorrer da programação. Esses sinais podem ser alterados no
painel frontal do VI do LabVIEW através de barras, gráficos, botões, entre outros. O
bloco do tipo indicador tem como finalidade exibir, no painel frontal, o sinal que ele
recebe. Da mesma forma que o bloco do tipo controlador, o bloco do tipo indicador
pode apresentar os dados por meio de gráficos, barras, números etc. E o bloco do
tipo constante tem como finalidade gerar uma constante, sendo que esse tipo de
bloco só pode ser alterado no diagrama de blocos, uma vez que esse tipo de bloco
não é exibido no painel frontal. Na Figura 13 apresenta os tipos de blocos na forma
diagrama de blocos e interface gráfica no LABVIEW.
Figura 13 - Tipo de blocos.
Existem também outros tipos de blocos, como por exemplo: blocos
comparadores, blocos conversores, blocos analisadores, blocos aritméticos, blocos
de aquisição ou envio de dados através de dispositivos periféricos, etc. Esses outros
tipos de blocos também não são exibidos no painel frontal. Outro tipo de bloco é o
Sub-VI, que já pertence à biblioteca do LabVIEW, possuindo funções mais
32
complexas e baseadas em blocos mais simples. Na Figura 14 é apresentado a
esquerda um bloco Sub-VI chamado Write To SpreedSheet File.vi e a direita a
programação que se encontra dentro desse bloco.
Figura 14 - Programação de um Sub-VI da biblioteca do LabVIEW.
Vários blocos e sub-VIs são polimorfos. Blocos polimorfos tem como
capacidade trabalhar com qualquer tipo de dado, seja ele, numérico, vetor, matriz,
booleano etc, e fornecer o mesmo tipo de dado ou converte-lo em outro tipo. O
LabVIEW além de possuir sua biblioteca básica, tem como capacidade a adição de
complementos, módulos e kits de ferramentas desenvolvidos tanto pela empresa
National Instruments (NI) quanto por terceiros.
4.4. LabVIEW – DAQ
Existe um kit de expansão para o software LabVIEW chamado DAQ (Data
AQuisition – Aquisição de dados) que consiste em um conjunto de bibliotecas de
vários dispositivos hardwares desenvolvidos pela empresa NI. Esses dispositivos
interagem com os computadores através de conexões de comunicação, como por
exemplo: porta USB, porta Serial, ou porta Paralela. Com isso é possível levar sinais
ou informações provenientes de sensores ou eletrônicos externos do computador
pra dentro da programação feita no LabVIEW, ou mesmo, enviar sinais gerados pelo
LabVIEW para esses eletrônicos externos. A Figura 15 apresenta um equipamento
desenvolvido pela National Instruments para aquisição e geração de dados via
computador.
33
Figura 15 - Imagem de um hardware para aquisição de dados.
Esses sinais que podem ser recebidos ou enviados pelo computador através
dos dispositivos da NI, que podem ser sinais analógicos ou digitais. Com isso,
programações desenvolvidas no LabVIEW podem ser usadas como IHMs (Interface
Homem-Máquina), permitindo manipular dispositivos externos ao computador,
através de uma interface gráfica simples e intuitiva, ou mesmo como Sistemas
Supervisórios, colhendo dados de inúmeros sensores e controlando inúmeros
dispositivos, simultaneamente e em tempo real.
5. METODOLOGIA
Esse trabalho de graduação foi inteiramente baseado na linguagem de blocos
do software LabVIEW, fornecido pela empresa National Instruments. Escolheu-se
esse tipo de linguagem como ferramenta de trabalho, uma vez que, a linguagem
fornece inúmeros meios de se desenvolver uma mesma ideia, não sendo preciso
conhecimento avançado na linguagem, pois o LabVIEW fornece ao usuário vários
blocos com funções pré-determinadas, além de fornecer vários tutorias e exemplos
que ajudam muito. Tudo que é preciso ter é o conhecimento de lógica de
programação para conseguir avançar no programa. E também pela facilidade de se
34
entender a programação das linhas de código, para se possível, realizar futuras
melhorias ou alterações na programação. Com o desenvolvimento desse projeto, é
possível diminuir o gasto dos hospitais em monitores hospitalares caros,
substituindo-os por computadores baratos e de bom desempenho, capazes de
executarem as mesmas tarefas e oferecer mais benefícios.
O sistema desenvolvido nesse trabalho é dividido em duas partes. Uma parte é
a central de monitoramento, que funciona recebendo as informações de vários
pacientes simultaneamente e apresentando em tempo real os dados na tela de um
monitor. A outra parte é o monitor local do paciente, que apresenta, em uma tela de
monitor no quarto do paciente, os sinais vitais obtidos do paciente e
simultaneamente os envia para a central. A Figura 16 mostra um esquemático
simplificado do sistema. Cada parte é descrita e explicada nos tópicos seguintes.
Figura 16 - Esquema simplificado do Sistema da Central de monitoramento Sem fio
35
5.1. Monitor do Paciente
5.1.1. Funcionamento O monitor do paciente consiste na obtenção dos sinais vitais do indivíduo que
se encontra no leito do hospital. Quando o software é inicializado, a primeira parte
do programa estabelece uma conexão com a central através de uma porta de
comunicação e um endereço de IP. Tanto a porta de comunicação, quanto o
enderenço de IP são conhecidos e pré-determinados antes da instalação do
sistema.
Com a conexão estabelecida, a programação inicia a aquisição de dados do
paciente. Simultaneamente a aquisição dos sinais vitais, o software monitora os
sinais e os compara com uma faixa de valores, para que se algo sair do estado
normal um alarme seja disparado. Por exemplo, se a temperatura ficar abaixo de
35°C ou acima de 38°C, o alarme é disparado, alertando uma enfermeira ou um
médico de que o paciente precisa de cuidados médicos.
Os sinais vitais são então apresentados todos ao mesmo tempo e em tempo
real no monitor do paciente, juntamente com o eletrocardiograma. Paralelamente os
sinais vitais são armazenados em um banco de dados local, pois caso um médico ou
uma enfermeira precise, eles podem verificar o histórico do paciente nas últimas
horas. E por último os sinais são enviados pela rede sem fio para a central de
monitoramento.
Também se encontra no monitor do paciente, o botão ‘Histórico’ que ao ser
pressionado gera um relatório das últimas horas dos sinais vitais do paciente.
Mesmo com o relatório sendo gerado, o software não interrompe a aquisição e
armazenamento dos dados. A Figura 17 mostra o fluxograma do funcionamento do
monitor do paciente.
36
Figura 17 - Fluxograma da programação do monitor do paciente.
5.1.2. Interface Gráfica Nesse tópico é apresentada a interface gráfica desenvolvida para o software e
como interpretá-la.
37
Figura 18 - Painel Frontal do Monitor do Paciente.
Na Figura 18, o campo de números visíveis no canto inferior direito encontra-se
os sinais vitais, do paciente, devidamente apresentados. A coloração diferente e
chamativa ajuda na visualização e percepção dos números a uma certa distância do
monitor.
Na parte superior do monitor encontra-se a região onde é apresentado o ECG
do paciente. No canto esquerdo são apresentados os dados de endereço de IP e a
porta de comunicação de rede, juntamente com o botão STOP que interrompe o
funcionamento do monitor, e com o botão “Histórico” que gera um relatório das
ultimas horas do paciente, sendo possível, durante a implementação do sistema, a
configuração do intervalo de tempo que pode ser apresentado nos gráficos. E por
último, a presença de um sinalizar de alarme, localizado a esquerda do centro da
tela, que tem como função sinalizar visualmente a anormalidade do estado do
paciente, caso isso ocorra. A Figura 19 mostra a tela de gráficos quando o botão
“Histórico” é pressionado.
38
Figura 19 - Tela mostrando os gráficos gerados a partir dos dados armazenados.
5.1.3. Programação Nesse tópico é descrito detalhadamente o funcionamento do software.
A primeira parte do programa, que é a estabilização da conexão com a central
é feita pelo bloco mostrado na Figura 20.
Figura 20 - Bloco de abertura de conexão TCP
39
O bloco apresentado na Figura 20 tem como variáveis de entrada, o endereço
IP da central de monitoramento e o número da porta de comunicação, por onde
serão transmitidos os dados dos sinais vitais. Como variáveis de saída têm-se o
código da conexão, código gerado pelo próprio LabVIEW, e o código de erro de
conexão, que serve para indicar algum problema com a conexão. Ambos os códigos
são gerados e servem como referencia para o LabVIEW.
Com a conexão estabelecida, os códigos de conexão e erro de conexão são
inseridos no laço While, o qual continua a executar o programa até o botão STOP
ser pressionado no painel frontal, ou houver algum problema com a conexão da
rede. Dentro do laço While tudo é executado paralelamente, desde a aquisição dos
sinais vitais, passando pela exibição dos sinais no monitor, pelo armazenamento no
banco de dados, pelo alarme de perigo e por último pela transmissão dos sinais via
rede. A Figura 21 mostra a programação em um todo e em seguida a programação é
explicado parte por parte.
Figura 21 – Programação em diagrama de blocos.
Há também uma região do diagrama de blocos, que lê a hora do sistema
operacional do computador com a finalidade de gravar no banco de dados o
40
momento em que os sinais vitais foram recebidos pela programação, como é
mostrado na Figura 22.
Figura 22 - Obtenção das horas do sistema operacional.
Caso o laço While seja interrompido, tanto pelo usuário ou por falha da
comunicação de rede, a conexão com a central, que foi estabelecida no inicio da
programação, é interrompida e caso tenha sido falha na comunicação de rede, um
relatório de erro é gerado pelo LabVIEW e apresentado na tela do computador,
como mostra a Figura 23.
Figura 23 - Blocos de encerramento da programação.
Os sinais apresentados na tela do monitor são multiplexados em um Cluster,
que tem como finalidade o agrupamento de dados de modo simples, como mostra a
Figura 24.
41
Figura 24 - Multiplexação dos dados e Bloco Cluster.
A região da programação responsável pelo banco de dados e pela elaboração
do histórico é mostrada na Figura 25.
Figura 25 - Banco de dados e histórico.
Na parte superior da Figura 25, o bloco Write To Spreadsheet File tem como
função a criação de um arquivo de extensão ‘.dat’ que possui formato de matriz, ou
seja, suas informações são dividas em linhas e colunas, sendo cada sinal vital uma
coluna da matriz e sua variação no tempo cada linha da matriz. Suas variáveis de
entrada são o caminho onde o arquivo deve ser alocado, que pode ser configurado
42
para qualquer pasta no computador durante a implementação do sistema, os dados
já rearranjados em forma de matriz, com colunas e linhas, e é escolhida a função
que seja sempre adicionado novos dados no arquivo já existente pela variável
boolenana TRUE, evitando assim que o arquivo seja apagado e recriado todas as
vezes que o laço While fizer uma repetição. A parte inferior da Figura 25 é uma
função Case que executa a leitura do arquivo de banco de dados e passa as
informações para um sub-VI desenvolvido nesse trabalho, para que os dados
armazenados sejam apresentados em forma de gráficos, apenas quando o botão
‘Histórico’ for pressionado.
A região da programação responsável pelo envio dos dados através da rede de
comunicações é mostrada na Figura 26.
Figura 26 - Envio dos dados pela rede.
Na parte inferior da Figura 26, pode-se ver a parte da programação que fica
encarregada de concatenar os dados, juntamente com o horário que os dados foram
adquiridos, em forma de um vetor, para que esses sejam convertidos no formato
string. Na parte superior da Figura 26, os dados, já convertidos em string, são
preparados para serem enviados pela rede. Primeiramente, é analisado o tamanho
da string gerada e esta informação de tamanho de dado é enviada pela rede,
43
também em formato string. Em seguida é enviada, pela rede, a string contendo
todos os dados. O bloco relógio que se encontra no meio da Figura 26, tem como
função pausar o laço While por 100 milissegundos depois de cada repetição
executada. Com isso, diminuísse a quantidade de dados gerada, pois a velocidade
de repetições do laço While é definida pela velocidade do processador do
computador utilizado.
A região da programação responsável pela análise dos dados e controle do
alarme é um sub-VI desenvolvido para esse trabalho. A programação interna do
mesmo é mostrada na Figura 27.
Figura 27 - Programação do bloco alarme (em destaque como o bloco é visto).
Na Figura 27, os dados dos sinais vitais são analisados individualmente por um
bloco que verifica se o valor do dado encontra-se dentro de uma faixa de valores. Se
estiver dentro a faixa configurada, não é gerado um sinal de alarme. Caso um dos
dados não esteja dentro da faixa configurada, é gerado um sinal de disparo do
44
alarme. Com isso, o círculo que é apresentado na tela do monitor do paciente
começa a piscar vermelho.
5.2. Central de Monitoramento
5.2.1. Funcionamento
A central tem um papel importante no sistema, recebendo todos os dados dos
vários pacientes conectados a ela e os mostrando simultaneamente no monitor.
O programa principal consiste no conjunto de vários programas iguais, os quais
têm como função monitorar cada paciente através de uma porta de comunicação da
rede sem fio. Então quando o software da central é ativado, ele inicializa uma porta
de comunicação e espera por uma conexão que queira estabelecer comunicação
pela rede.
Quando é estabelecida a comunicação com um dos monitores do quarto do
paciente a programação gera o código de conexão e o software começa a mostrar
no monitor os dados que está recebendo pela rede. Paralelamente, os sinais
recebidos são monitorados pela função de alarme, para que o mesmo dispare caso
seja detectado algo fora do normal. Também, a programação armazena os dados
em um banco de dados na central para a realização de um relatório de histórico dos
sinais. Caso o paciente não precise mais ficar no leito em que se encontra, quando o
monitor do paciente é finalizado, a programação da central volta a ficar em estado
de espera, pronta para estabelecer uma nova conexão.
Na central existe um botão ‘Histórico’ para cada paciente conectado a ela, que
quando pressionado, apresenta na tela do monitor, assim como o monitor do
paciente, os gráficos dos sinais vitais das últimas horas. Mesmo com a tela dos
‘Histórico’ sendo mostrado no monitor, o sistema continua trabalhando no plano de
fundo. Para voltar a tela do monitor, basta apenas fechar a tela do ‘Histórico’. A
Figura 28 mostra o fluxograma do funcionamento do monitor do paciente.
45
Figura 28 - Fluxograma da programação do Monitor da Central.
5.2.2. Interface Gráfica
No display que corresponde a um paciente, notam-se os números dos sinais
vitais bem grandes e visíveis e também em cores fortes e chamativas, para que seja
possível a visualização a distância.
Quando um display de um paciente, não está conectado, o mesmo fica
desabilitado, tornando-se menos chamativo de que quando se encontra habilitado.
Próximo de cada display de paciente tem-se o nome ou o número do quarto do
46
paciente e dois botões: o botão ‘Histórico’, que apresenta os gráficos dos sinais
vitais de horas passadas e o botão STOP, que tem como função interromper a
comunicação entre a central e o monitor de um paciente em específico. Quando é
analisado que o paciente não está em condições normais, o display, correspondente
ao paciente em questão, fica destacado em vermelho.
O número de pacientes monitorados varia, apenas, com o tamanho do monitor
da central. Por exemplo, em um monitor de 22 polegadas é possível visualizar o
display de seis pacientes simultaneamente. Monitores maiores permitem a
visualização de mais displays simultâneos, tendo como limitante a capacidade de
processamento do computador designado para a central de monitoramento. O
sistema em si, não possui fatores que limitem a quantidade de pacientes
monitorados. A Figura 29 mostra o painel frontal da central de monitoramento com
as condições: normal, alerta e inativo, respectivamente.
Figura 29 - Painel frontal da Central de monitoramento.
47
5.2.3. Programação
O funcionamento da central de monitoramento tem algumas funções parecidas
com o do monitor do paciente, como o armazenamento e a apresentação do banco
de dados, através do histórico, e a análise dos sinais vitais relacionados ao alarme.
As funções restantes são explicadas nesses tópicos.
A programação da central começa quando ao se iniciar o software
desenvolvido, o mesmo cria uma via de comunicação através de uma porta de
comunicação pré-determinada. Os dados de código de conexão de espera e código
de erro de conexão são inseridos dentro do laço While e chegam até o bloco de Wait
que fica em modo espera, até que seja requisitada uma conexão de comunicação,
como se pode notar na Figura 30.
Figura 30 - Inicio da programação da central de monitoramento.
Nota-se na parte inferior da Figura 30 que alguns parâmetros são inicializados,
sendo eles, a cor cinza do display correspondente a um paciente, a atribuição do
valor zero aos números que são apresentados na tela e a configuração de janela
desativada para o display.
48
Quando uma conexão é estabelecida, o código de conexão é informado ao
bloco ‘TCP Read’. Esse então passa, primeiramente, a adquirir da comunicação da
rede, o tamanho da string de dados que deve ser recebida e informar ao outro bloco
‘TCP Read’ que se encontra ao lado esse valor. Com isso a string contendo os
dados recebidos é convertida para o formato cluster, pelo bloco Type Cast. As
informações, agora em formato cluster, são desmutiplexadas pelo bloco Unbundle, e
todos seus valores, agora separados, são enviados para as outras áreas da
programação, como mostra a Figura 31.
Figura 31 - Recepção dos dados via rede TCP.
Nota-se também na parte inferior da Figura 31, uma função que habilita o
display do paciente, tornando-o visível novamente.
Os dados, agora em valores individuais, são analisados pelo bloco Alarme,
desenvolvido para esse projeto, assim como no monitor do paciente. A diferença
deste da central com o do monitor do paciente, é que a saída não é ligada a um LED
e sim a configuração de cores da região do paciente. Fazendo com que o quadrado
49
pisque vermelho por 250 milissegundos, caso o alarme seja ativado, como mostra a
Figura 32.
Figura 32 - Programação de visualização de alarme.
A Figura 33 mostra a o mesmo processo que já foi descrito sobre o banco de
dados e a apresentação do histórico dos sinais vitais no monitor do paciente.
Figura 33 - Banco de dados e histórico.
50
6. RESULTADOS E DISCUSÕES
6.1. Testes da interface
Inicialmente foram realizados os testes para verificar a funcionalidade da
interface gráfica desenvolvida, a fim de verificar se todos os elementos, tais como
botões, recursos de habilitação e desabilitação de elementos gráficos, dentro outros,
estavam funcionando corretamente e de acordo com o previsto.
Durante os testes foram averiguados diferentes caminhos que o programa
pudesse seguir, bem como a manipulação de todos os elementos gráficos inseridos
em cada monitor. Baseado nesses testes pode-se notar que várias constantes de
inicialização deveriam ser adicionadas no decorrer da programação. Notou-se
também que não seria possível fazer o monitoramento dos pacientes, um de cada
vez alternadamente, pois a alternação interna da programação causava muitos erros
que levava o sistema a travar e em alguns casos ao encerramento súbito do
LabVIEW. A solução encontrada foi o monitoramento simultâneo de todos os
pacientes, exigindo um pouco mais da capacidade de processamento do
computador utilizado, mas garantindo a eliminação dos erros e travamentos do
software desenvolvido. O monitoramento simultâneo também torna a programação
mais simples e faz com que cada display funcione independe dos outros.
Testes no sistema foram feitos, simulando-se os sinais vitais de dois ou mais
pacientes conectados simultaneamente a central. Situações onde um ou mais
pacientes apresentavam sinais vitais foram da região considerada normal eram
instantaneamente detectadas pelo sistema. A independência dos históricos dos
sinais vitais de cada paciente funcionou corretamente, sem causar atrasos ou falhas
na programação.
6.2. Testes da comunicação usando TCP/IP
Notou-se que para um uso melhor e mais confiável da comunicação TCP/IP, a
solução era o envio do tamanho do dado a ser enviado antes do mesmo. Com isso,
o tamanho da informação enviada fica variável, evitando assim, divergências durante
o envio e a recepção de dados entre o monitor do paciente e a central de
51
monitoramento. Também notou-se, por meio de várias tentativas, que o formato
string era o melhor formato para se trabalhar no envio e recepção de dados pela
rede, uma vez que o formato string baseia-se na codificação de caracteres ASCII,
que é amplamente utilizado em dispositivos eletrônicos e sistemas operacionais.
Então sempre que testes eram feitos para enviar dados pela rede,
primeiramente, convertia-se o dado em string e depois o enviava pela rede através
do protocolo TCP/IP.
6.3. Testes do banco de dados
Originalmente, a ideia era que o banco de dados fosse gerado apenas no
monitor do paciente e transferido via rede de dados para o computador da Central,
caso o mesmo fosse requisitado. Depois de vários testes, concluiu-se que à medida
que o banco de dados ocupava mais espaço no computador do paciente, quando o
mesmo era requisitado pelo computador central através da rede de dados, a rede
ficava congestionada, devido ao grande tamanho do arquivo que compunha o banco
de dados. Com isso, o sistema ficava lento, devido a demora do download do
arquivo pela rede de dados. Testes com o arquivo de extensão ‘.dat’ mostraram
melhores resultados, por isso foi escolhido para ser usado nesse trabalho. Por ser
um modelo simples de armazenamento em formato de matriz, onde cada coluna é
um tipo de sinal vital e as linhas são a variações no tempo dos sinais vitais. Esse
modelo tem as seguintes vantagens: tempo de escrita/leitura mais rápido e um
menor consumo de espaço de armazenamento. Mas mesmo assim, não foi possível
o envio do banco de dados inteiro de um paciente pela rede. A solução encontrada
foi a armazenamento dos dados, tanto no computador do paciente quanto no
computador na central.
7. CONCLUSÕES
A proposta inicial era o desenvolvimento de um sistema intuitivo e de fácil
utilização por parte da equipe médica, auxiliando assim a tratamento e a segurança
dos pacientes no hospital, oferecendo a confiabilidade de um sistema de
monitoramento eficaz. No que diz respeito a esse ponto, pode-se afirmar que a
52
interface gráfica do software desenvolvido atende a proposta, uma vez que o
monitoramento sem fio em tempo real apresentado no monitor da central exibe com
fidelidade os dados que são medidos nos pacientes. Além disso, a interface dos
sistema é bastante intuitiva, ajudando o aprendizado sobre seu manuseio para a
equipe médica, visto que é necessário apenas um conhecimento básico de
informática para usá-lo.
Um ponto de melhoria identificado seria ampliação do sistema para a internet,
fazendo assim com que os dados exibidos no monitor da central pudessem ser
acessados remotamente, podendo até, com a tecnologia de hoje, serem acessados
pelos smartfones e/ou tablets. Outro ponto que pode ser explorado é a melhoria do
relatório do histórico dos sinais dos pacientes. Um outro ponto de melhoria seria o
desenvolvimento de um circuito eletrônico capaz de interagir com o LabVIEW e fazer
a aquisição dos sinais vitais dos pacientes, uma vez que todos os sinais vitais
apresentados e utilizados nesse projeto podem ser medidos pela diferença de
potencial em certas áreas do corpo do paciente, com a ajuda de um amplificador de
sinal.
Do ponto de vista da linguagem escolhida para o desenvolvimento, a mesma
mostrou-se adequada a aplicação, uma vez que contem recursos nativos para o
desenvolvimento de aplicações em rede, tais como as bibliotecas prontas e
desenvolvidas pelo próprio fabricante ou pelos usuários do software, que
disponibilização suas inovações na internet. Um ponto que pode ser melhorado é a
segurança dos dados que são transmitidos pela rede, pois não há garantias que os
dados transmitidos não sejam copiados ou até mesmo alterados por agentes
maliciosos.
Um contraponto desse trabalho foi a ausência da parte de hardware que faz a
aquisição dos sinais vitais dos pacientes, uma vez que o foco do trabalho em si, era
o desenvolvimento da central de monitoramento em tempo real via rede wireless.
Baseado nessas observações e conclusões pode-se afirmar que o sistema
desenvolvido permite melhorias, como as citadas anteriormente entre outras que
possam ser idealizadas no futuro.
53
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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55
APENDICE A – Diagrama de blocos do monitor do paciente
56
APENDICE B – Hierarquia dos blocos do monitor do paciente
57
APENDICE C – Diagrama de blocos da central de monitoramento
58
APENDICE D – Hierarquia dos blocos da central de monitoramento