1. raportul stiintific si tehnic (rst) in extenso erisc rst etapa 3 2010.pdf · retea optica statie...

E-RISC 2010 www.erisc.ro Etapa – 3

1

1. Raportul Stiintific si Tehnic (RST) in extenso

PNCDI 2

Programul 4 – Parteneriate in domenii prioritare

“PLATFORMA E-HEALTH PENTRU MONITORIZARE, LOCALIZARE SI PROCESARE

IN TIMP REAL DESTINATA PACIENTILOR INREGISTRATI CU RISC

CARDIOVASCULAR – ERISC”

Etapa III:

Studiu privind stabilirea soluţiilor generale pentru sistemul de monitorizare

ECG la distanta (finalizare); elaborare solutii pentru model experimental.

Depunere preliminara

Documentatia completa va fi depusa la data stabilita prin contract

Termen de predare: 10.12.2010

Decembrie 2010


2

CUPRINS

OBIECTIVE GENERALE ................................................................................................. 4

II. OBIECTIVELE ETAPEI DE EXECUTIE ................................................................... 5

III. REZUMATUL ETAPEI ............................................................................................... 6

IV. RAPORTUL TEHNICO - STIINTIFIC ......................................................................... 7

A1. Studiu general elemente software; Structuri optime de comunicatii; studiu

caracteristici minimale - finalizare - Coordonator (Wing - CO)

A1.1. Studiu general elemente software si caracteristici minimale

- finalizare ..........................................................................................................8

A1.2. Structuri optime de comunicatii – finalizare ................................................16

A2. Studiu automatizarea monitorizarii ....................................................................22

A3. Studiu interfete de emisie-receptie……………………………………….…………26

A4. Studiu interfete de comunicatie – om-masina………………………….……….…30

A5. Studiu software de achizitie date; studiu software de comunicatie……………..32

A5.1. Determinarea frecvenţei optime de eşantionare........................................32

A5.2. Medii de programare inchise si deschise....................................................34

A5.3. Medii de programare specifice achiziţiilor de date…………………………..35

A5.4. Convertoare AD de tip Sigma Delta………………………………………......36

A5.5. Studiu software de comunicatii…………………………………………..……37

B. Elaborare solutii pentru model experimental – partial…………………………...….40

B1.1. Elaborare versiune alpha de software pentru management…………….….41

B1.1.1 Stabilirea functionalitatii modelului versiunii alpha de software

pentru management ……………………………………………..………………....42

B1.1.2. Detaliere interfete program……………………………………….……….43

B1.1.3. Detalii despre primirea informatiilor si distribuirea lor catre structurile de

calcul aferente …………………………………………………………………..…..45


3

B1.2. Elaborare structura software medical ………………………………………..46

B1.2.2. Analiza timp………….. ………………………………………………….....46

B1.2.2. Analiza timp-frecventa ………………………………………………......48

B1.2.3 Analiza in frecventa ……………………………………………………....54

B1.2.3. Elaborare structura software medical detectie artefacte………....….63

B1.2.4. Optimizarea procesului de achiziţie, prin prelucrare în timp real ........66

B1.2.5. Detectia artefactelor in ceea ce priveste dinamica pacientului ……....68

B1.3. Elaborare model culegere, cu senzori, a informatiei …………………………..…70

B2. Elaborare solutie de localizare nonGPS/GPS - partial …………………..……...…..73

B3. Elaborare solutie comunicatii cu fibra optica - partial.............................................89

B4 - Elaborare solutie comunicatii date cu un consum redus

de energie – partial………………………………………………………………….……….91

B5 – Elaborare solutie achizitie date multicanal ;

elaborare solutie de comunicatie………………………………………………………..….95

B5.1. Elaborare solutie achizitie date multicanal……………………………….....95

B5.2. Elaborare solutie comunicatii ………………………………………………..98

V. ANEXE .................................................................................................................... 101

VI. CONCLUZII..............................................................................................................115

VII. BIBLIOGRAFIE ..................................................................................................... 117


4

I. OBIECTIVE GENERALE

Obiectivul proiectului consta in dezvoltarea unor cercetari privind obtinerea unei

solutii de monitorizare on-line pentru pacientii tratati in ambulatoriu, prin preluarea comoda

de la pacient printr-un dispozitiv purtabil, transmiterea GSM/GPRS la dispecerat,

prelucrarea computerizata a semnalelor ECG si monitorizarea continua sau periodica a

valorilor predefinite pentru fiecare pacient in parte.

In cazul aparitiei unor „elemente critice predefinite‖ serverul specializat notifica

dispeceratul despre eveniment si comunica si pozitia geografica a pacientului (printr-o

dubla tehnologie: GPS si GSM) pentru a putea fi „recuperat‖ de ambulanta usor.

Proiectul promite sa reduca costurile de spitalizare si sa creasca numarul de pacienti

care beneficiaza de asistenta medicala de inalta specialitate.

Toate acestea se vor realiza prin implementarea unui software de management care

va administra toate componentele Subsistemului de Prelucrare la Distanta (SPD) si care va

lucra impreuna cu software-ul biomedical.

Obiectivul implica rezolvarea urmatoarelor aspecte in realizarea sistemului informatic

purtabil de tip e-health:

- evaluarea informatiilor transmise de complexul de senzori si elaborarea unei

proceduri de validare la distanta a pozitiei senzorilor ECG, a datelor analizate si a

pragurilor de alarmare, determinarea tipurilor de senzori auxiliari si evaluarea

interdependentelor.

- realizarea softului biomedical si de management.

- filtrare digitala autoadaptiva multidimensionala a semnalului ECG in corelatie cu

informatiile transmise de accelerometrele XYZ.

- analiza si prelucrarea in timp real a semnalului ECG prin metode de analiza in

domeniul timp, in domeniul frecventa si timp-frecventa – analiza Wavelet 3D a seriei

RR a semnalului ECG;

- diagnoza automata a statusului medical in doua etape prin folosirea unei matrici

decizionale in cadrul subsistemului software de monitorizare a pacientului.

- stabilirea schemei generale a sistemului informatic, proiectarea componentelor,

asamblarea acestora si testarea in conditii reale de lucru a modelului experimental.

- rejectarea activa a artefactelor

- metode pentru calibrarea sistemului in vederea reactiei active la artefacte


5

II. OBIECTIVELE ETAPEI DE EXECUTIE

ETAPA III. Studiu privind stabilirea soluţiilor generale pentru sistemul de

monitorizare ECG la distanta (finalizare); elaborare solutii pentru model

experimental;

A. Studiu privind caracteristicile minimale de functionalitate - continuare

1. Coordonator (Wing) Studiul general elemente software; structuri optime de

comunicatii; studiu caractertistici minimale; - finalizare

2. Studiu automatizarea monitorizarii - finalizare - Partener 3 (IPA)

3. Studiu interfete emisie-receptie – finalizare - Partener 3 (INOE)

4. Studiu interfete de comunicatie – finalizare - Partener 4 (IOEL)

5. Studiu software de achizitie date; studiu software de comunicatie - finalizare -

Partener 6 (ELCOS)

B. Elaborare solutii pentru model experimental – partial

1. Elaborare versiune alpha de software pentru management; Elaborare structura

software medical; Elaborare model culegere cu senzori a informatiei; Elaborare

solutie de comunicatie - partial - Coordonator (Wing - CO)

2. Elaborare solutie de localizare nonGPS/GPS – partial - Partener 3 (IPA)

3. Elaborare solutie comunicatii cu fibra optica – partial - Partener 4 (INOE)

4. Elaborare solutie comunicatii date cu un consum redus de energie – partial -

Partener 5 (IOEL)

5. Elaborare solutie achizitie date multicanal; Elaborare solutie de comunicatie - partial

Partener 6 (ELCOS)


6

III. REZUMATUL ETAPEI

1. Pentru inceput se are in vedere studiul privind caracteristicile minimale de

functionalitate ale echipamentelor si software-ul aferent acestora pentru fiecare

subsistem E-RISC in parte. Se analizeaza hardware-ul si software-ul din structura de

comunicatii la nivel de sistem. Sunt aratate imbunatatirile aduse acestor structuri de la

ultima etapa si este explicat modul in care acestea optimizeza functionarea sistemului;

2. Ca punct cheie privind dezvoltarea software-ului de mangement si biomedical,

automatizarea monitorizarii este descrisa atat ca schema bloc cat si ca functionalitate;

3. Se prezinta studiul privind interfetele de emisie-receptie si de comunicatie om-sistem

in care sunt detaliate optiunile avute privind viitoarea implemetare;

4. Este studiat software-ul de achizitii date specific, si sunt luate in considerare

variantele care vor functiona pe convertoarele AD de tip Sigma-Delta. Sistemele

purtabile avand restrictii importante privind consumul energetic si dimensiunile, solutia

aleasa este cea mai eficienta.

5. In privinta studiului software-ului de comunicatii se arata ca folosirea solutiilor de tip

CRC si PKI permit functionarea in parametri nominali si asigura beneficiarul ca datele

vehiculate pe reteaua virtuala sunt integre.

6. S-a inceput elaborarea versiunii alpha a software-ului de management de sistem.

Astfel, s-a descris functionalitatea sa in conditiile „rularii‖ a catorva scenarii de

functionare E-RISC demonstrand astfel ca automatizarea monitorizarii este un

deziderat realizabil. In plus s-au creat interfetele de lucru ale programului.

7. In ceea ce priveste software-ul biomedical, s-a inceput realizarea acestuia functie de

locul acestuia in Sistemul de Prelucrare la Distanta: analiza in timp, frecventa si timp-

frecventa, filtrare, tratare artefacte, dinamica pacient. In toate aceste cazuri s-a

specificat si modul in care, pe principalele bucle de lucru ale programului de

management, se realizeaza rejectia artefactelor ca element vital, in buna functionare a

sistemului E-RISC. S-au gasit in acest sens chei de control pentru reglarea sistemului

in cazul in care acesta este compromis de artefacte, prin calibrarea Serverului de

Artefacte functie de aparitia „evenimentului unic‖ din prelucrarea timp-frecventa.


7

8. S-a prezentat elaborarea solutiei de localizare nonGPS si modul in care aceasta va

acompania sistemul GPS.

9. S-au elaborat solutiile privind functionarea sistemului de comunicatii in conditii de

consum redus de energie, si a solutiei de achizitii date multicanal aratand pentru

fiecare caz in parte avantajele variantelor alese.

10. In cazul conectarii SPD (Sistemul de Prelucrare la Distanta) la operatorul GSM prin

fibra optica este descrisa solutia de back-up si modalitatea prin care calitatea

transmisiei este asigurata in contextul descris.

11. Informatii suplimentare privind derularea proiectului se gasesc la: www.erisc.ro

http://www.erisc.ro/


8

IV. RAPORTUL TEHNICO - STIINTIFIC

A1. Studiu general elemente software; structuri optime de comunicatii; studiu

caracteristici minimale - finalizare - Coordonator (Wing - CO)

A1.1. Studiu general elemente software si caracteristici minimale - finalizare

Pe baza studiilor efectuate in etapele 1 si 2 ale proiectului unde s-a realizat un

―Studiu privind structura generala a sistemului e-health de monitorizare ECG‖ putem

sintetiza si actualiza pentru finalizare, functie de studiile realizate in 2010, structura

generala a sistemului.

Studiu general elemente software trebuie sa prezinte evaluarea principalelor

variante de soft ce vor fi testate pe modelul experimental in momentul existentei

acestuia.

FirewallCititor

Optobiometric

Retea Optica

Statie calcul

Statie calcul

Cititor Optobiometric

SERVER

COMUNICATII SI

AUTENTIFICARE

SUBSISTEM PRELUCARE

EVENIMENTE

Router

Operator GSM

SPPacient

ST

FACTOR MEDICAL

DECIZIONAL

SUBSISTEM DE PRELUCRARE

LA DISTANTA

Figura 1. Sistem E-RISC – schema bloc

Astfel, pentru fiecare subsistem in parte vom sintetiza principalele elemente software

si caracteristicile tehnice minimale.


9

A. Subsistem purtabil (SP)– cel aflat la pacient si este format din toate

modulele care sunt dispuse pe banda elastica sau tricoul suport.;

A aparut ca element de noutate in cadrul acestui subsistem senzorul de

formare toracica la respiratie (F), pentru discriminarea eficienta a artefactelor

datorata modularii respiratorii.

Figura 2. Subsistem purtabil - SP

Sistemul software foloseste un pachet de procese dedicate care ruleaza in

memoria suplimentara atasata MSP430. Caracterisicele de sistem sunt date de

aplicatia de programare (in cazul nostru CodeWorks - Anexat).

o Subsistem Telecomunicatii (ST) – releul care asigura transferul

informatiilor dinspre SP catre reteau publica la care este conectat spitalul;


10

Figura. 3 Subsistem telecomunicatii

Software – cerinte minimale:

SO Android 2.2 Froyo

Aplicatie preprocesare semnale (proces fara GUI)

Aplicatie procesare RR online (proces fara GUI)

Aplicatie procesare QRS offline

Aplicatie rerutare biosemnale neprocesate pentru latente mai mici de 110ms (conexiune 3G - proces fara GUI)

Aplicatie gestiune trafic si capabilitate ST - interfata GUI

In cazul in care se foloseste versiunea de SP cu MICS terminalul ST este unul

propietar cu un SO de tip WIN CE 5.0. Aplicatia de baza asigura preprocesarea datelor

primite de la SP si proceseaza datele ecg pentru detectia R-R. Datele R-R sunt expediate

pe o conexiune GPRS catre ferma de servere ERISC.

In concluzie, pentru versiunea care foloseste in locul Bluetooth low energy plaja de

frecvente MICS (402-406Mhz), este necesar sa fie compilat sub WIN CE un produs soft

personalizat, special adaptat cerintelor proiectului.

Mai jos (figura 4) sunt imagini cu aplicatia demo instalata pe un telefon cu procesor

SNAP DRAGON 1GHz, ruland aplicatia de control pe care se va baza dezvoltarea

ulterioara a software-ului. Aceasta aplicatie simpla a fost creata in vederea evaluarii


11

capabilitatii minimale a ST si SP de a transmite si a procesa biosemnalele ECG (puls, RR,

3D accelerometru si deformare toracica la respiratie).

Figura 4. Puls si RR pe echipament mobil cu procesor SNAP DRAGON 1GHz

o SPD – subsistem de prelucrare la distanta

Ca elemente de noutate in subsistem, s-au introdus de la ultima etapa:

Server Patternuri Deplasari in cadrul Server Anamneza Pacienti devenind astfel

Server Anamneza Pacienti Si Patternuri Deplasari

Mod de functionare: daca deplasarile pacientului urmeaza predilect, de mai multe ori

pe luna, anumite directii sau zone (mai mult de 5), acestea vor fi salvate in acest server, pe

baza unui scoring.

In momentul cand Serverul Decizional va solicita informatia de Pattern Deplasare i

se vor remite toate acestea in ordinea inversa scorului. Corectia localizare (care va fi una

dintre functiile Serverului Decizional) se va forma astfel:


12

MINIM ((LOCATIE (Ultima localizare eroare<50m)), LOCATIE(SCORING(Pattern Deplasare))

Astfel se vor calcula minimuri pana cand Scoringul ajunge la S=5, moment in care

se vor afisa in ordinea cea mai probabila localizarile succeptibile.

Senzor deformare toracica la respiratie : este util pentru discriminarea artefactelor in

cazul modularii semnalului ECG dupa respiratie. Este un senzor pe baza de marca

tensiometrica aplicata unei structuri elastice de tip poliamida granulara dopata cu

metale nobile.

Figura 5. subsistem de prelucrare la distanta

Figura 6. Subsistem prelucrare evenimente SPD

Subsistem

prelucrare

evenimente

Server

Comunicatii si

autentificare

Fibra

optica

Factorul

decizional:

Personal medical

specializat

Switch

management

1Gb - FO

Server

Localizare

duala

GPS/GSM

Server Decizional

Server Stocare

evenimente

OUTPUT

Server Prelucrare si

Analiza semnal ECG

Server Detectie

Artefacte:

- accelerometru 3D

- deformare toracica

respiratie

INPUT 2

INPUT 1

Server

Anamneza Pacienti

Si Patternuri

Deplasari

INPUT 3

INPUT 4


13

In componenta subsistemului de prelucrare la distanta (figura 6) se afla mai bine de

80% din puterea de procesare a sistemului ERISC. De aceea alegerea corecta a soft-

ului in acest subsistem va dicta functionarea corecta a intregului sistem.

In componenta subsistemului, dupa ultimul studiu, exista::

Server Comunicatii si Autentificare – componenta activa a retelei informatice

care ofera serviciul de protejare a intregului sistem informatic;

Software: linux

Cerintele minime sunt urmatoare:

Dual procesor dual core 3 GHz

4GB RAM

Sursa redundanta

Arie de discuri RAID 5.1

2 Interfate optice

Case rack-abil 19‖

Switch management 1Gb – FO

Software: la producator D-link - suporta: consola CLI, Telnet, web,

SNMPv1/v2/v3, RMON, TFTP, Port Mirroring, BootP, and DHCP. De asemenea

suporta o varietate de optiuni de management de trafic: 802.1x, Bandwidth Control,

Broadcast Storm Control, etc..

Caracteristica minimala:

1Gb pe port

Versatilitate in programare: management layer 3

Imunitate la influente electromagnetice: transmisie pe fibra optica.

Subsistem Prelucrare Evenimente - sistemul existent in spital care prelucreaza

datele primite de la subsistemul purtabil al pacientului sub tratament ambulatoriu.

Solutia aleasa cuprinde 7 servere virtuale colocate in 3 servere reale dupa

cum urmeaza:

Server A:

Software:

4. Server virtual prelucrare

5. Server virtual analiza

6. Server virtual artefacte


14

Software:

- sistem de operare Microsoft Windows7

- software medical: prelucrare, analiza si artefacte: original ERISC (prezentat la

sectiunea: Elaborare structura software medical.

Software-ul medical va contine:

- software Server Prelucrare:

filtrare complexa semnal

determinare artefacte software pe baza semnal ECG

- software Server Artefacte: discriminare semnal pe pe baza accelerometrului 3D

si a senzorului deformare toracica la respiratie

- software Server Analiza:

analiza in timp

analiza in frecventa

analiza timp-frecventa

analiza scoring pe baza comparatiei dintre scoring artefact si scoring

ECG

Caracteristici minimale:


Dual procesor quad core

Memorie 16 GB

Sursa redundanta

Arie de discuri RAID 5.1 – minim 2x2 TB

2 Interfate optice


Server B:

Software: sistem de operare: linux

1. Server virtual localizare

2. Server virtual anamneza si

Patternuri Deplasari

3. Server virtual stocare evenimente


15

Caracteristici minimale:

- server cu redundanta si arie de discuri de tip RAID 5.1 va trebui sa asigure rularea

rapida pentru serviciile curente si in plus sa ofere o rezerva de 50% pentru lucrul in caz

de avarie.

Redundanta acestui sistem este necesara pentru ca, de functionarea acestuia,

depinde securitatea medicala a pacientiilor din teren. In cursul discutiilor cu personalul

medical a fost retinuta ideea de a transmite catre pacienti o informatie despre eventuala

nefunctionare a sistemului pentru a nu se baza pe reactia personalului medical in timpul

unei crize cardiace.

Detaliere software server virtual localizare:

Datorită nivelului sporit de complexitate, s-a utilizat în proiectare şi se va folosi in

implementare, o suită de tehnologii şi protocoale: HTTP, SMTP, XML, TCP, multithreading,

dataset-uri, fişiere INI, HTML) precum şi limbaje de programare (Borland Delphi, Microsoft

Visual Basic .NET, Microsoft Visual C++, PHP, Python).

Software virtual anamneza si stocare evenimente: se va folosi Mysql.


Dual procesor dual core 3 GHz

4GB RAM

Sursa redundanta

Arie de discuri RAID 5.1

2 Interfate optice


Server C: Server Decizional

Software si caracteristici minimale : similar server B

In plus software: decizional dezvoltat original ERISC (structura sa de baza

prezentata la sectiunea: ―Elaborare versiune alpha de software pentru management‖


16

A1.2. Structuri optime de comunicatii – finalizare

Structura solutiei de comunicatii principale este cea din figura de mai jos.

Sistempurtabil

SPSistemportabil ST

GSMBase

ServereERISC

Bluetooth GPRS FO TCP-IP

figura 7 Structura solutiei de comunicatii

Comunicatie sistem portabil (ST) - sistem purtabil (SP)

Pentru aceasta etapa, dupa analiza stadiului curent al proiectului au ramas in discutie

doua variante functionale – aceasta pentru ca nici o versiune nu poate acoperi complet

necesitatile unui asemenea proiect.

Versiunea A

Figura 8. Bluetooth low energy

Solutia principala finala este bazata pe Bluetooth low energy (figura 8), care a

aparut in vara anului 2010 in versiune comerciala. Fata de solutia Zigbee (favorita din

anul 2009) acesta versiune de Bluetooth (4.0) are avantaje clare:

Putere mai mica cu 48% pentru aceaasi raza de actiune si banda echivalenta la care

se adauga un sistem foarte performant de gestiune a puterii emisiei modulata de

feedback-ul fiecarui receptor. Folosirea kitului de dezvoltare pentru CC2540 impreuna

cu produsul software SmartRF Studio a permis cresterea teoretica a duratei de viata a

sistemului portabil la mai mult de 36 de ore sau reducerea greutati totale cu 28 de

grame prin renuntarea la unul din acumulatoarele initiale.


17

La acesta ora, se prefera varianta cu greutatea redusa pentru a creste gradul de

purtabilitate al solutiei. De altfel „glisarea‖ proiectului din 2009 in 2010 a generat mai

multe modificari de solutie tehnica datorate avansului tehnologic inerent.

Figura 9. Interfata in SmartRF Studio

Posibilitatea de a doza foarte fin puterea absorbita de modulul comunicatii al

sistemului portabil este foarte importanta in conditiile in care gestiunea puterii absorbite

reprezinta un element crucial in realizarea proiectului.

Versiunea B

Folosirea subsistemului de comunicatii in banda 402-405Mhz „ MICS‖ ramane o

solutie de rezerva pentru ca este mult mai scumpa decat solutia bluetooth, si asigura in

principal o comunicatie „curata‖ fara interferente cu alte echipamente de acasa sau din

spital. Fiind o banda rezervata, este posibil sa folosim puteri foarte mici realizand astfel

autonomii mai mari pentru echipamentele portabile.


18

Subsistem de comunicatii bidirectionale (in banda medicala) sistem portabil- terminal

Figura 10. Subsistem de comunicatii bidirectionale (in banda medicala)

In versiunea finala dimensiunile sunt: 15mmx16mmx3.8mm si o greutate de 2.1gr.

Acest tip de transceiver este de tipul full digital si dispune de o interfata seriala de tip

SPI fiind alimentat in plaja de tensiuni 1.9V-5.4V. In cazul versiunii finale dimensiunile

sunt 8x8x3mm si o greutate de numai 1.3gr, consumul in standby este de doar

0.03mA.

DATE FINALE SP

Sistemul purtabil (wearabil) va trebui sa se conformeze urmatoarelor caracteristici

tehnice primare :

Autonomie – min. 24h

Greutate- max. 50gr

Sistem modular de min. 2 electrozi –max 3electrozi

Comunicatiile wireless SP-ST vor fi in banda 2,4Ghz sau MICS

Antena integrata

Distanta de lucru 0.01-10m (distanta intre ST si SP)

Structura suport – banda elastica


19

Acumulator 2xLi-Po

La aceste conditii primare se mai vor adauga alte cateva paliere optionale pe

care trebuie sa le indeplineasca sistemul purtabil. Aceste conditii vor fi indeplinite

doar dupa ce conditiile primare au fost rezolvate si mai sunt disponibilitati

financiare si de timp.

Accesibilitatea de a schimba acumulatorul

Includerea unui sistem de crestere optionala a razei de actiune

Sistem de watchdog-hardware

Comunicatie ST – grup servere E-RISC

Cel de-al doilea segment de comunicatii este impartit de fapt in doua subsegmente:

ST-Baza GSM – unde comunicatia este de tip 3G sau GPRS;

Baza GSM- Serverul ERISC – comunicatia este suportata prin fibra optica (FO) in

baza unui potocol TCP-IP;

Primul segment se este determinat de restrictiile generate de zonele unde circula

pacientul.

Segmentul dintre ST si centrul GSM este in mod normal asigurat de un echipament

dotat cu interfata Bluetooth si are o autonomie de aprox. 24ore.

Cand se trece de la varianta A la B atunci este mult mai normal sa folosim una din

putinele solutii europene in acest domeniu:

GE863GPS de la Telit Italia care dispune de facilitati de productie si in Romania.


20

Figura 11. Modul comunicatie GE863GPS de la Telit Italia

Acest modul dispune de 4 benzi de frecventa (850-900/1800-1900Mhz) si un engine

Python care permite rularea de scripturi, ce fac extrem de facila integrarea modulului in

solutia noastra.

Integrarea modului GPS asigura o solutie fiabila pentru ST care in aceste conditii ,

daca pastram restrictiile initiale de proiectare –greutate maxima 150gr – rezulta

posibilitatea montarii unei baterii de 2800mA/6,4V . Acest lucru asigura o autonomie de

aprox. 48h, trebuie mentionat faptul ca sistemul emite in tot acest timp – adica

echivalentul a 48 de ore de convorbire continua.

Cel de al doilea segment Baza GSM-server ERISC este format din FO si permite o

densitate crescuta a traficului de date. La data redactarii raportului nu exista o solutie

alternativa la conexiune FO intre spital si operatorul GSM. Acest tip de legatura asigura

nivelul de securitate cerut de normativele europene si este suficient de ieftin astfel incat

reprezinta o certitudine in acest proiect.

Pentru a creste nivelul de disponibilitate a legaturii de date este recomandat sa existe o

legatura de backup pentru acest segment, eventual implementarea unei structuri de inel

pentru reteaua FO.

Concluzii

1. Studiu general elemente software, Structuri optime de comunicatii si Studiu caracteristici

minimale au fost finalizate prin elaborarea documentelor specifice conforme Etapei a III-a


21

si prin redactarea documentatiei necesare continuarii lucrarilor. Aceste materiale constituie

referinta tehnica pentru prezentul proiect.

S-au stabilit reperele privind alegerea software-lui care va fi elaborat pe fiecare

componenta a subsistemelor si caracteristicile minime impuse. De asemenea, structura de

comunicatii a fost finalizata pe fiecare segment care uneste cele subsisteme.

2. In urma studiilor realizate in 2010 vizand automatizarea functionalitatii si cresterii

eficientii sistemului E-RISC, s-a trecut prin mai multe faze de cercetare din care au rezultat

anumite modificari. Ca exemplu de evolutie a solutiei alese, spre cea finala, exemplificam

parcurgerea catorva etape:

- Faza 1: Spargerea Serverului de Analiza si Prelucrare in Server de Analiza

si Server de Prelucrare; acest fapt reiesea din faptul ca functionalitatea E-Risc (in

cadrul software-ului de management E-Risc) ar fi avut de castigat din aceasta

izolare de activitati. Serverul de Prelucrare urma sa se ocupe strict de operatiuni

de filtrare iar Serverul de Analiza de analiza in timp, frecventa si timp-frecventa.

- Faza 2: din elaborarea softului biomedical s-a ajuns la concluzia ca filtrarea,

fiind legata de analiza in frecventa, cele doua servere nu se puteau izola.

- Faza 3: se hotaraste de comun acord, intre partenerii consortiului, la

revenirea unitara a Serverului de Analiza si Prelucrare.

- Faza 4: Datorita unor mici goluri aflate in procesul de localizare duala

GSM/GPS, se hotaraste introducerea Server Patternuri Deplasari in cadrul Server

Anamneza Pacienti devenind astfel Server Anamneza Pacienti Si Patternuri

Deplasari. Utilitatea sa era vadita in cazul in care din diverse motive Serverul de

Localizare nu reuseste sa identifice geografic pacientul; pe baza celor mai

probabile rute salvate pe principiul deplasarii de un numar de ori pe luna, mai mare

de un scoring impus. Scoringul este trimis catre Serverul Decizional care afla

optimuri pe baza minimului de distanta intre localizarea indicelui geografic de

scoring dat si ultima locatie cu eroare sub 50m.

- Faza 5: pentru o mai buna discriminare a artefactelor se hotaraste

includerea senzorului deformare toracica la respiratie.


22

A2. Studiu automatizarea monitorizarii

Automatizarea procesului de transport de-a lungul lantului de achizitie E-RISC are in

vedere urmatoarele etape:

Set 1 achizitie - transmisie

1) Achizitia realizata in SP: amplificare – conditionare – conversie CAD – filtrare –

impachetare (ECG original, Acc 3D; optional miograma; date interne; deformare

torcaica) - transmisie blutooth spre ST.

2) Receptie device ST – despachetare – separare date – detectie RR – adaugare

date localizare – reimpachetare:

1. RR

2. ECG original (doar la conexiune 3 G)

3. Localizarea

4. Date interne: temperatura, nivel baterie (SP+ST), nivel

semnal radio RSSI (radio signal strength information)

5. Acc 3D

6. Senzor deformare toracica respiratie

7. Optional senzor miograma

3) La datele reimpachetate se adauga CRC –ul (cycling redundance control)

4) Pachetul se trimite prin protocol TCP-IP

5) Pachetul ajunge la SPD prin intermediul suportului GPRS\3G si apoi prin fibra

optica in Serverul de Comunicatii si Autentificare

6) se autentifica pachetul prin citirea CRC-ului

Set 2 achizitie – transmisie catre Subsistem prelucrare Evenimente

Pas 1) se despacheteaza informatia

1. RR

2. ECG original (doar la conexiune 3 G)

3. Localizarea

4. Date interne: temperatura, nivel baterie (SP+ST), nivel

semnal radio RSSI (radio signal strength information)

5. Acc 3D

6. Senzor deformare torcaica respiratie

7. Optional senzor miograma

8. Rezerva


23

Apoi se transfera catre SPE (Subsistem Prelucrare evenimente)

Fig. 12 Receptionare pachet date de catre Subsitem Prelucrare evenimente

Pas 2) Serverul de intrare logheaza (autentifica) pachetul; Se desface pachetul si ajung

informatiile la:

Input 1 - Server de Prelucrare si Analiza (semnal ECG original si RR prelucrat in ST)

Input 2 - Server de Localizare

Input 3 - Server Artefacte (semnal accelerator 3 D si semnal deformare toracica

respiratorie)

Pas 3) Serverul de Artefacte prelucreaza datele primite

Pas 4) Serverul de Artefacte trimite spre Serverul de Analiza si Prelucrare date artefacte;

Pas 5) Serverul de Analiza, pe baza datelor provenite de la Serverul de Prelucrare si

Serverul de Artefacte, va realiza scoring artefacte.

(Segmentele temporale de semnal ECG in care scoringul artefacte este peste o limita

impusa vor fi excluse de la analiza)

Pas 6) Serverul de Analiza si Prelucrare realizeaza analiza in F, T-F – scoring ECG

Pas 7) scoring final : ECG + artefacte

Pas 8) Serverul de Analiza trimite scoring-ul Serverului Central de Management

Pas 9) In baza deciziilor luate si logate pana acum, Serverul de Management (Decizional)

realizeaza:

a) se logheaza pentru istoric in anamneza;

b) compara scoring analiza cu o limita aferenta pe care anamneza o desemneza:


24

NU: daca e in parametrii atunci semnalul nu e transmis in output ci se salveaza in

Server Stocare

DA: daca nu e in parametrii, adica scoringul final depaseste nivelul critic desemnat:

- adreseaza Serverul de Anamneza si solicita informatii

- adreseaza Serverul de Localizare si solicita informatii

- adreseaza Serverul de Analiza si solicita informatiile analizei in timp, frecv,

timp-frecventa

- adreseaza Serverul de Prelucrare si solicita semnalul original

- adreseaza Serverul de Artefacte si solicita semnalul original

- adreseaza Serverul de Snamneza si solicita informatii suplimentare

Informatii, impreuna cu scoringul si cu o sugestie de diagnoza, vor aparea pe

ecranul final dupa cum se poate vedea in cadrul elaborarii software-ului de management –

interfete program.

In cadrul realizarii software-lui de management se vor detalia scenariile de lucru in

cazul acestor fluxuri.

Intreg acest proces va avea nevoie de o calibrare de artefacte realizata cu ajutorul

prelucrarii timp-frecventa. Prezenta evenimentului unic generat cu Transformata Wavelet

ne va arata prezenta in sistem a artefactelor. In acel moment trebuie actionat in mod

manual pentru reglarea indicilor de scoring pe care Serverul de Analiza ii da.

Bucla Patternuri

Functionarea Serverului Patternuri Deplasari (care pe aceasta bucla va lucra

independent cu Serverul de Localizare) se face automat fara interventia Serverului

Decizional, astfel incat scoringul impus acestuia va duce la existenta patternurilor de

deplasare.

Introducerea datelor care contin istoricul medical cardiologic al pacientilor, in cazul

Server Anamneza pacienti, se face pe Input 4 manual.

In figura 13 se poate vedea detaliat modul in care automatizarea monitorizarii

functoneza pe baza de intrari-iesiri cat si de fluxuri de date bidirectionale intre serverele

virtuale aflate in lucru.


25

Figura 13. Automatizarea monitorizarii – intrari – iesiri - functionalitate

Server decizional PAS 9

a) se logheaza pt istoric in anamneza

b) compara scoring analiza semnal ECG cu o limita aferenta pe care

Server Anamneza o desemneza, astfel:

NU: daca e in parametrii atunci semnalul nu e transmis in output ci se

salveaza in server stocare

DA: daca nu e in parametrii, adica scoringul final depaseste nivelul critic

desemnat:

- adreseaza Serverul de Localizare si solicita informatii

* Daca localizarea nu determina locul necesar se solicita info

Server Patternuri Deplasari;

- adreseaza Serverul de Analiza si solicita informatiile analizei in timp,

frecv, timp-frecventa



- adreseaza Serverul de Anamneza solicita informatii suplimentare

- se salveaza in Server Stocare eveniment special

OUTPUT

Server detectie

artefacte (pas 3)

- accelerometru 3D

- deformare toracica

respiratie

INPUT 4

Server

Anamneza Pacienti

Si Patternuri

Deplasari

INPUT 1

PAS 2

Pas 2

INPUT 3

PAS 2

Pas 2

Server localizare

duala GPS/GSM

Server prelucrare si analiza semnal ECG

Prelucrare –filtrare - (pas 4) Scoring Artefacte (Pas 5)

Analiza – in timp, frecventa, timp-frecventa (Pas 6) Scoring ECG

Scoring final (Pas 7) ECG + Artefacte

INPUT 2

PAS 2

Pas 2

Pas

4

Pas

2

Pas

8

Pas

2

Server stocare

evenimente

E-RISC 2010 www.erisc.ro Etapa - 3

Pag.

26

A3. Studiu interfete de emisie-receptie

Modificarile in strategia de comunicatii intre SP-ST a facut sa elaboram o noua

varianta de interfatare intre sistemul de preprocesare (digitizare biosemnale si de

pozitionare 3D) si modul de comunicatii integrat in subsistemul portabil. Utilizarea noului

BLE –single chip a determinat redefinirea sumara a specificatiilor de interfata dintre

MSP430 si CC2540 .

Figura 14. Schema bloc MSP430

Folosirea a doua produse ale TI va permite o mai usoara integrare a celor doua

subsisteme decat versiunea anterioara unde MSP430 urma sa comunice cu un modul

Zigbee. Softul de evaluare a modului cum se face programarea a fost MSPGCC un tool

gratuit livrat sub licenta GNU. Pentru lucrul efectiv de programare si debugging trebuie sa

se achizitioneze totusi o licenta de CrossWorks, versiunea free avand limitari importante.

Comunicatiile interne in cadrul SP este asigurata pe USART iar interfata de

programare si debugging poate fi USB sau mai bine se poate utiliza interfata JTAG cu

functii speciale de debugging in timp real.


Pag.

27

Deoarece cele doua subsisteme sunt special proiectate sa lucreze in regim de

extrem low power interfatarea intre cele doua module este usor de gestionat ambele putand

lucra in plaja 1.8-3.6V fara probleme.

Figura 15. Schema bloc CC2540

CC2540 este singurul BLE disponibil in Romania in mod curent la data elaborarii

acestui material (oct 2010), lucru cu acest sistem va insemna reducerea dimensiunilor SP

cu 10% fata de versiunea Zigbee precum si datorita eficientei energetice mai bune (se

poate folosi o baterie mai mica). Testarea sumara a modului cum poate fi folosit acest SoC

a relevat faptul ca, consortiul trebuie sa apeleze la companii specializate pentru procesarea

cablajelor imprimate, folosite la producerea echipamentelor de test datorita formatului SMD

cu linii de doar 0.7mm folosit la capsula TI. Tehnologia de imprimare a cablajelor imprimate

cu aceste caracteristici nu este accesibila membrilor consortiului la aceasta etapa de lucru

fiind necesara achizitionarea serviciilor de producere cablaje imprimate.

Realizarea unei versiuni alpha de validare a acestei solutii sub forma unui circuit

fizic ramane insa un deziderat din cauza subfinantarii proiectului. Edificatoare este

urmatoare comparatie:


Pag.

28

Cablajul imprimat recomandat de producator in versiune microstrip fata de versiune

cu balun integrat este edificator asupra impactului pe care il au capabilitatile de

manufacturare a cablajului imprimat pentru acest tip de proiect. La data elaborarii acestui

material echipa recomanda utilizarea unei structuri cu doua etaje cuplate prin conector smd

clasa 1206.

Compatibilitatea dintre semnale UART utilizate de cele doua module principale, este

asigurata in primul rand prin coerenta dintre modul cum au fost proiectate cele doua module

integrate avand garantia celor doua documentatii de implementare livrate de Texas

Instruments

Figura 16. Cablaj CC2540 microstrip si cablaj CC2540 cu balun integrat

Simularile folosite la elaborarea acestui material nu au relevat probleme evidente de

incompatibilitate si au permis validare teoretica a intregului sistem.

In conditiile in care sistemul de management al puterii functioneaza la parametri

nominali in versiunea cu balun integrat reducerea dimensiunilor sistemului permite

cresterea capacitatiilor acumulatorului cu 12%.

Conform specificatiilor tehnice ale productorului, sistemul dispune de un palier de

putere fata de tensiunea de alimentare conform figurii de mai jos. Dupa cum se vede din

grafic, nivelul optim de putere se obtine la tensiuni de 2.8V


Pag.

29

Figura 17. Nivelul optim de putere al emitatorului CC2540

Restrictiile de proiectare impuse sistemelor purtabile implica rezistenta la socuri,

variatii de temperatura si tensiune de alimentare si implica folosirea tehnologiilor de

manufacturare de tip smd cu cablare multistrat si fixare epoxi.

Totate subsistemele din SP trebuie sa reziste la tratamentul cu microunde folosit la

sudarea ermetica a cutiei de policarbonat multistrat armat.

In conditiile utilizarii sistemului pentru efectuarea de masuratori medicale de precizie

acest sistem implica utilizarea unor referinte de semnal care verifica amplificarea sistemului

A/D la nivelul 4mV/mm.

Intrarea la sistemele de emisie-receptie precum si toate suprafetele externe ale

dispozitivelor SP si ST sunt protejate conform normelor IP64.

Sistemul portabil in faza finala face obiectul masuratorilor EIRP (Effective isotropic

radiated power) fiind inclus conform clasificarilor europene in categoria dispozitivelor care

pot genera probleme de sanatate la utilizare foarte indelungata la densitati de putere mai

mari decat cele avute in vedere la proiectarea sistemului.

Concluzii:

Definirea tipului de interfete pentru sistemele de emisie receptie sub forma SoC

(Sistem on Chip) din seria CC25xx de la TI cu MSP340 reprezinta indeplinirea a


Pag.

30

obiectivelor de etapa. Rezultatele simulate la acesta arhitectura au confirmat corectitudinea

solutiei.

A4. Studiu interfete de comunicatie – om-masina

Interfata dintre om si suportul de comunicatie asigura nivelul de securitate cerut de

normele HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act) si EMR (European

Medical Records) privind controlul accesului la datele medicale. Aceste standarde asigura

nivelul minim de securitate pentru datele personale cuprinse in inregistrarile medicale.

Dezvoltand propunerile din etapa a doua, echipa noastra a incercat sa defineasca o

solutie care sa permita indeplinirea concomitenta a celor doua norme de securitate.

Interfata om-ERISC este un aspect important al modului cum va functiona programul

in cadrul spitalului, mai ales ca datele in format digital sunt mult mai expuse riscului de

instrainare sau deterioare.

Figura 18. Solutie biometrica

Elementele critice in sistemele de securitate sunt elementele de comunicatii,

compromiterea orcarui element de comunicatii anuleaza pur si simplu toate eforturile de

pastrare a nivelului programat.

Pentru ca solutiile biometrice de tip fingerprint au prezentat unele tentative de

strapungere prin modelarea unei amprente din latex vom moderniza solutia control acces

prin introducerea cititorului de amprenta vasculara.

Acesta solutie asigura o rata de recunoastere mult mai buna si in plus fata de solutia

fingerprint care era de tip contact , aceasta este fără contact fizic intre palma si softul de

referinta.


Pag.

31

Necesitatea controlului foarte strict al accesului este data de faptul ca operatorul

sistemului ERISC are acces in permanenta la datele fiziologice ale pacientului, practic

acesta stie cand pacientul este trist sau vesel, cand doarme sau petrece, cand este la

toaleta sau in parc si alearga.

In aceste conditii controlul nu mai este decat un raspuns firesc la o problema majora

de etica dublat de nevoia de a creste rata de acceptare a acestei solutii de catre pacienti cu

risc cardiac major.

Accesul la arhiva de date medicale al ERISC se face pe doua nivele.

Nivelul 1 – permite identificarea pacientilor dupa nume, adresa sau CNP, profesie, si

inaltime.

Nivelul 2 - permite accesul la datele medicale si anul nasteri, sex, inaltime, greutate,

studii, profesie.

Introducerea cardurilor cu chip pentru toti asiguratii din Romania va permite

consultarea rapida a intregii anameze pentru un pacient aflat la prima vizita la un medic

specialist .

In cazul in care solutia biometrica de control acces de acest tip este considerata prea

avansata raman in discutie scannerele de iris si sistemele biochip.

Introducerea pe scara larga a scannerelor de iris in tarile unde folosirea altor sisteme

biometrice este blocata de motive religioase a permis o importanta scadere a preturilor si

evident o dublare a ariei de utilizare.

Figura 18. Solutie biometrica de tip ―IrisGard‖


Pag.

32

Sistemele biometrice cu chip implantabil asigura cel mai comod sistem de control

acces si sunt considerate de specialisti raspunsul definitiv la solutia controlului acces in

zone sensibile. Pentru ca exista posibilitatea aparitiei unor neintelegeri cu privirea la modul

in care functioneaza biochip-ul va alaturam o imagine edificatoare:

Figura 19. Sisteme biometrice cu chip implantabil

A5. Studiu software de achizitie date; studiu software de comunicatie

A5.1. Determinarea frecvenţei optime de eşantionare

Determinarea frecvenţei optime de eşantionare reprezintă o treaptă importantă în

vederea reconstituirii digitale a semnalului ECG. Pentru un semnal cardiac normal din punct

de vedere clinic frecvenţa maximă este de 40 Hz. Electrocardiografele asigură filtrarea

semnalelor recoltate prin derivaţiile ECG în domeniul 0.5 – 40 Hz . Semnalele patologice

conţin unde cu frecvenţe specifice într-un domeniu relativ larg.

Performanţele reconstituirii ECG prin achiziţia cu calculator IBM PC depind de

frecvenţa de eşantionare şi numărul de biţi pe care se face conversia. În cazul semnalelor

ECG condiţiile de eşantionare sunt mai restrictive pentru a putea reda corect deflexiunile din

complexul QRS. Deflexiunile QRS reprezintă excursia cea mai mare a semnalului cardiac,

întrucât din punct de vedere fiziologic are loc comanda contracţiei fibrelor musculare din

ventricule şi expulzarea rapidă a sângelui din inimă către corp, respectiv către plămân.


Pag.

33

Frecvenţa minimă de eşantionare este dată de expresia:

FECG

mECG

tECGb

te

kk

f

fkN

ff

lg6

lg

12 (1)

Notaţiile au următoarele semnificaţii: fe – frecvenţa de eşantionare, ft – frecvenţa de

tăiere a filtrului trece jos, Nb – numărul de biţi pe care se realizează achiziţia semnalului

cardiac,

kECG – panta caracteristicilor spectrului semnalului ECG din zona de tăiere, fmECG –

frecvenţa maximă din semnalul ECG, kf – panta caracteristicii filtrului trece jos. Frecvenţele

fe, ft, fmECG sunt exprimate în Hz, iar pantele caracteristice kECG, kf în decibeli pe decadă.

Frecvenţa de taiere ft a filtrului este considerată pentru o atenuare de -3Db/decadă.

În funcţie de dinamica semnalului achiziţionat şi din considerente practice, numărul de

biţi necesari Nb pentru achiziţia ECG este stabilit între două limite Nbmin şi Nbmax.

Numărul minim Nbmin de biţi necesari pentru achiziţia semnalelor ECG este calculat cu

expresia:

c

ECGvv

ECGvv

ivvb

r

u

u

uN lglg

6

20min

Numărul minim de biţi este stabilit în funcţie de rezoluţia cuantificării rc, de tensiunea

vârf la vârf uiw acceptată de intrarea convertorului analog numeric şi de amplitudinea

maximă uECGvv vârf la vârf din semnalul ECG recoltat de electrozi. Semnalul cardiac tipic are

amplitudinea maximă vârf la vârf în cadrul complexului QRS. Între vârful pozitiv al undei R şi

vârful negativ corespunzător undei Q sau S, după derivaţia utilizată pentru achiziţie,

semnalul tipic este de la 1 mV vârf la vârf.

Numărul maxim Nb max de biţi este determinat de valoarea la care zgomotul introdus

prin procesul de conversie analog numeric ar fi mai mic decât zgomotul echivalent din

semnalul ECG aplicat la intrarea convertorului.

1lg6

20max

z

ivvb

u

uN (1.4)

În concluzie:

- Frecvenţa de eşantionare pentru semnalul ECG se alege în funcţie de frecvenţa

maximă din semnal, de numărul de biţi din procesul de conversie şi de condiţiile impuse de

filtrul utilizat.


Pag.

34

- Frecvenţa de eşantionare utilizată pentru ECG cvasi-normale este de 200 – 500 Hz.

Aceasta este majorată pentru ECG patologice.

A5.2. Medii de programare inchise si deschise

Medii se numesc deschise din câteva motive:

Programul este dezvoltat de către utilizator, acesta având acces la întregul cod program.

Utilizatorul este liber să distribuie sau să modifice programul după cerintele de moment.

Dezvoltatorii de soft pot dezvolta instrumente soft care coexistă în programul realizat de utilizator.

Alternativ, utilizatorul poate opţiona pentru o arhitectura de programare închisa destinată

special măsurătorilor, afişărilor, analizei şi stocarii datelor manevrate. Astfel de pachete soft

există şi pentru sisteme DOS şi în mod normal sunt dotate cu driverele sau cu librariile

specifice fiecărui echipament în parte. Aici, utilizatorul are un control foarte mic în ceea ce

priveste operarea internă a softului. Restricţiile impuse de copyright au un cuvânt greu de

spus în acest domeniu.

În general, arhitecturii de programare închise i s-a asociat conceptul de ― fără

programare‖. Utilizatorul generează programe de test folosindu-se de anumite stive de

obiecte şi de completarea unor pagini albe. Deşi utilizatorul este oarecum izolat faţă de

programarea convenţională, totuşi efortul necesar învăţării acestor medii de programare

poate fi echivalent programării în medii deschise.

A5.3. Medii de programare specifice achiziţiilor de date

Interfaţa pachetului software poate fi de tip text sau grafică. Limbajele sub DOS sau

orientate DOS precum interpreţoarele clasice de BASIC sunt exemple clasice de limbaje

text orientate. Limbajele sub Windows se prezinta sub o mare varietate de reprezentare

grafica, în care obiectele pot trase dintr-o stiva de obiecte şi procesate într-o pagina alba de

text la interconectarea acestora prin fire de legatura.

Facilităţile generale ale mediilor de programare închise:


Pag.

35

Controlul instrumentelor

Librarie ce cuprinde marea majoritate a echipamentelor de pe piata

Suport software pentru GPIB, RS232 şi RS 485

Suport software pentru VXI

Achiziţie de date

Suport pentru: intrări/ieşiri analogice, intrări/ieşiri digitale, porturi specifice

Achiziţie în fundal de mare viteză

Afişarea datelor sub diferite forme

Înregistrarea datelor pe harddisc

Analiza matematică

Analiza FFT, filtrări digitale, neteziri ale formei semnalelor

Interpolari liniare, polinomiale

Analiza statistică: deviaţia, valoarea medie, histograme

Prelucrări vectoriale şi matriciale

Prezentări şi rapoarte

Grafice XY, bar grafice, etc

Afişaje numerice şi analogice

Printarea rapoartelor

Interfaţa cu utilizatorul

Butoane, comutatoare, cursoare,căsuţe text

Panouri multiple

Controale standard VBX

Schimb dinamic de date/OLE

Trimiterea/recepţia datelor în foi tabelare, în procesoare de text sau programe matematice

Afişarea de grafice procesate de către alte programe


Pag.

36

A5.4. Convertoare AD de tip Sigma Delta

Microcontrollerul folosit in SP este un produs Texas Instruments de tip MSP430 si

dispune de 8 porturi de A/D de 12bits de tipul Sigma/Delta. Principiul de functionare a

acestui tip de convertor este ilustrat in fig. de mai jos.

Pentru acest tip de convertor calculul valorii efective a erorilor de conversie este

exprimata de formula :

unde t s-a determinat din conditia mt=q/2

Figura 20. Conversie de tip Sigma Delta

Diagrama modulatorului de tip Sigma Delta folosit in convertorul AD contine:


Pag.

37

un sumator analogic : V=Vx-Vc

un integrator:

un comparator cu eşantionare şi blocare

un convertor digital-analogic de un bit,

care va avea:

Vc = + VR pentru bitul B=1

Vc = -VR pentru B=0

Figura 21. Schema bloc modulatorului de tip Sigma Delta

Acest tip de convertor foloseste un mediu de programare inchis cu toate avantajele pe

care le-am descris mai sus.

A5.5. Studiu software de comunicatii

Operatiile de impachetare si despachetare date utile, folosite de procesele de

comunicatii necesita o atentie deosebita in conditiile asigurari unor nivele de securitate

conform normelor HIPAA si EMR (European Medical Records). Cele doua segmente de

comunicatii wireless sunt in general expuse la pericolul interceptarilor pasive sau a

interferarilor active astfel incat trebuie folosit un subset de produse software care vor

autentifica si valida datele ce sosesc sau pleaca de pe fiecare platforma implicata in

comunicatii wireless. Pentru comunicatiile pe FO se presupune, apriori, ca securitatea este

realizata fizic prin legatura de tip PTP (point to point).


Pag.

38

Pentru segmentul de comunicatii wireless SP-ST, softul de comunicatii exterior

protocolului Bluetooth este CRC.

Pentru ca specificatiile Bluetooth ver.1.0 si 2.0 nu dispuneau de mecanisme de

control asupra integritatii pachetelor din trafic, a fost necesar sa se implementeze o

procedura de impachetare si apoi de adaugare a unui sistem de certificare a integritatii

pachetului de date pe baza CRC 24 bits (Cyclic redundancy check). Versiunea Bluetooth

4.0 are inclus in protocolul intern propria versiune de CRC si astfel modulul extern va fi

folosit doar la comunicatiile cu dispozitive cu norme inferioare (bluetooth ver. 1,2 sau 3).

Pentru unele microsisteme este posibil sa se faca update de firmware astfel incat sa

se includa facilitatile core 4.0 la vechile dispozitive, dar acest lucru poate genera

functionarea instabila a acestora.

Pentru segmentul wireless ST-server ERISC este nevoie de introducerea pe

lantul de comunicatii a doua produse software specializate:

1. un program de impachetare a datelor brute primite de la SP, a detectiei R-R, a

datelor de localizare precum si a datelor de management intern, intr-un pachet cu

structura dinamica.

2. un pachet care integreaza functia de criptare AES 128bits impreuna cu setul PKI

de securizare a traficului in mediile TCP-IP.

Functiile de criptare PKI cu care au fost semnate pachetele de date trimise de ST

catre serverele ERISC ruleaza si pe Serverul de Autentificare, fiind primul proces care

intervine asupra datelor primite si asigura certificarea integritatii datelor precum si originea

certa a acestora.

Mentionam ca stringurile de tip private KEY sunt preprogramate de echipa tehnica in

subsistemul ST si in Serverul de Autentificare – solutia aleasa de echipa tehnica este aceea

cu chei asimetrice de tip cheie publica-cheie privata.


Pag.

39

Evidenta acestora precum si o autoritate de certificare interna CA, ruleaza pe

Serverul de Autentificare nefiind necesar accesul la o alta autoritate exterioara sistemului,

in conditiile in care reteaua de comunicatii ruleaza ca o retea privata fara acces la internet

sau la surse externe de certificare.

Pachetul software de autentificare dispune in plus si de o lista de MAC-uri valide pe

baza carora raspund sau nu pachetele de date primite, astfel incat, chiar si daca reteaua

operatorului GSM este compromisa, sa existe o functie suplimentara de gestiune a actorilor

din reteaua privata de tip VLAN implementata la nivelul retelei operatorului GSM. In

concluzie pachetele de software de gestiune procese de comunicatii asigura securitatea

comunicatiilor si in plus coopereaza la autentificarea corespondentilor.

Concluzii:

1. Din studiul facut in ceea ce priveste software-ul folosit in achizitiile de date

biomedicale si tinand cont de faptul ca subsistemul de achizitie E-RISC este unul purtabil cu

multe restrictii in ceea ce priveste dimensiunile si consumul, ne vom orienta spre o versiune

de software inchisa de tip Sigma – Delta care are ca avantaje viteza crescuta de conversie

in conditiile consumului redus de energie.

2. In privinta software-ului de comunicatii, folosirea solutiilor de tip CRC si PKI permit

functionarea in parametri nominali conform HIPAA si asigura beneficiarul ca datele

vehiculate pe reteaua virtuala sunt integre. In plus fata de specificatiile initiale (etapa 1)

datorita aparitiei Bluetooth ver.4.0 a aparut nevoia de a implementa un trigger software intre

solutia interna BLE si solutia implementata soft pentru a nu suprapune cele doua solutii cu

pierderi de resurse de calcul importante.


Pag.

40

B. Elaborare solutii pentru model experimental – partial

12. Elaborare versiune alpha de software pentru management; Elaborare structura

software medical; Elaborare model culegere cu senzori a informatiei; Elaborare

solutie de comunicatie - partial - Coordonator (Wing - CO)

B1.1. Elaborare versiune alpha de software pentru management;

B1.1.1 Stabilirea functionalitatii modelului versiunii alpha de software pentru

management;

Pentru studiul functionalitatii programului de management a se vedea fig 13 din

Studiu automatizarea monitorizarii.

In vederea proiectarii software-ului de mangement am avut in vedere 3 scenarii de

lucru:

- scenariu in bucla on-line

- scenariu bucla alarmare

- scenariu bucla patternuri deplasare

Scenariu Bucla – ―on-line‖ – bucla critica din punct de vedere al

timpului de realizare – toate procesele implicate vor fi analizate prin procedee

rapide.

Pasi de executie flux:

Pas 1) SP trimite date spre -> Server de Intrare

Pas 2) Serverul de Intrare logheaza (autentifica) pachetul; se desface pachetul si ajung

informatiile la:

Input 1 - Server de Prelucrare si Analiza (semnal ECG original si RR prelucrat in ST)

Input 2 - Server de Localizare

Input 3 - Server Artefacte (semnal accelerator 3 D si semnal deformare toracica

respiratorie)

Pas 3) Serverul de Artefacte prelucreaza datele primite

Pas 4) Serverul de Artefacte trimite spre Serverul de Analiza si Prelucrare date Artefacte;


Pag.

41

Pas 5) Serverul de Analiza pe baza datelor provenite de la Serverul de Prelucrare si

Artefacte va creea realiza Scoring artefacte.

(Segmentele temporale de semnal ECG in care Scoringul Artefacte este peste o limita

impusa vor fi excluse de la analiza)

Pas 6) Serverul de Analiza si Prelucrare realizeaza analiza in F, T-F – scoring ECG

Pas 7) scoring final : ECG + artefacte

Pas 8) Serverul de Analiza trimite scoring-ul Serverului Central de Management

Pas 9) In baza deciziilor luate si logate pana acum, Serverul de Management (Decizional)

realizeaza:

a) se logheaza pentru istoric in anamneza;

b) compara scoring analiza cu o limita aferenta pe care anamneza o desemneza:

NU: daca e in parametrii atunci semnalul nu e transmis in output ci se salveaza in

Server Stocare

DA: daca nu e in parametrii, adica scoringul final depaseste nivelul critic desemnat:

- adreseaza Serverul de Anamneza si solicita informatii

- adreseaza Serverul de Aocalizare si solicita informatii

- adreseaza Serverul de Analiza si solicita informatiile analizei in timp, frecv,

timp-frecventa



- adreseaza Serverul de Anamneza si solicita informatii suplimentare

Informatii, impreuna cu scoringul si cu o sugestie de diagnoza, vor aparea pe

ecranul final dupa cum se va vedea mai jos.

Scenariu Bucla bucla alarmare – apare cand se apeleaza butonul de panica

la pacient.

In acest moment se escaladeaza decizia pasului 9 data de Serverul de Management

Decizional si personalul medical este alarmat oricum, chiar daca scoringul nu este cel setat.

O cheie de control in functionarea acestui lant de management, se va realiza prin

prezenta sau absenta „Evenimentului unic‖ din Serverul de Analiza si Prelucrare in cadrul


Pag.

42

analizei timp-frecventa; (a se vedea la software-lu biomedical). Daca este prezent,

Evenimentul unic va detecta prezenta artefactelor in sistem si astfel intreg lantul va fi

reverificat.

Scenariu Bucla Patternuri

Functionarea Server Patternuri Deplasari (care pe aceasta bucla va lucra

independent cu Server Localizare) se face automat fara interventia Serverului Decizional,

astfel incat scoringul impus acestuia va duce la existenta patternurilor de depalasare.

B1.1.2. Detaliere interfete program

A. Consola de management

A fost creata pentru a afisa starea generala a infrastructurii de calcul. Interfata

comunica in timp real cu serverele pentru a afisa personalului tehnic detalii despre

parametrii cei mai importanti ai serverelor, precum utilizare CPU, latime de banda si erori

sau atentionari existente.

Figura 22. Consola de management tehnic


Pag.

43

De asemenea, se prezinta si o previzualizare a evenimentelor aflate in coada de

procesare. In cazul unui defectiuni software, se poate observa cu usurinta daca aceasta

coada se umple cu evenimente aflate in asteptare.

Din punct de vedere tehnic, este construita pe o platforma client-server bazata pe suita

TCP/IP.

B. Interfata operatorului.

Figura 23. Interfata opertator

Interfata operatorului reprezinta front-end-ul principal al personalului medical. Fiecare

operator se logheaza si ii este asignat in mod automat de catre infrastructura un eveniment

aflat in curs.

Se prezinta detalii despre originea evenimentului, parametrii sistemului de achizite,

scoring-ul dat de sistemele de analiza si prelucrare din infrastructura si informatiile medicale

aferente evenimentului.


Pag.

44

Operatorul are posibilitatea de a vedea detalii medicare specifice prin intermediul

ferestrelor de analiza in timp, frecventa, timp-frecventa si analiza a semnalului filtrat.

Figura 24. Interfata operator medical

Interfata ofera trei actiuni posibile operatorului:

a) Urgent medicala : acest eveniment este catalogat drept o urgenta si aste alertat

personalul mobil de interventie. In acest caz se trimit automat date despre eveniment

personalului delegat cat si locatia de la care s-a generat evenimentul, sau o

aproximare a acesteia in cazul in care nu exista o locatie precisa.

b) Trimite spre investigare suplimentara: in acest caz, operatorul nu considera

evenimentul apt pentru o interventie imediata, dar se doreste analizarea

suplimentara a acestuia si il trimite unui medic specialist.

c) Evenimentul nu este o urgenta si a fost generat datorita unor alti factori.

Interfata ofera, de asemenea, si posibilitatea de a vedea istoricul pacientului.

Se bazeaza tot pe o arhitectura de tip client-server TCP/IP si este event-driven

(evenimentele sunt declansate din exterior).


Pag.

45

B1.1.3. Detalii despre primirea informatiilor si distribuirea lor catre structurile de

calcul aferente

Comunicatia se desfasoara pe o arhitectura de tip client – server intr-o retea privata.

Datele sunt transmise prin GPRS operatorului mobil care le transmite in mod expres

Serverului de Intrare, peste un circuit privat.

Serverul foloseste platforma epoll implementata in kernelul Linux pentru a obtine

performante maxime. Descriptorii de fisiere atasati conexiunilor sunt stocati intr-o lista dublu

inlantuita alocata si modificata la runtime. Monitorizarea incarcarii memoriei se face atent iar

in cazul in care sistemul nu mai permite acceptarea unor conexiuni noi, se emite o alarma.

In acest caz trebuie sa se ia in calcul o solutie de tip load-balancing pentru Serverul de

Intrare.

Dupa acceptarea conexiunilor, urmatoarea etapa de procesare se desfasoara in fire

de executie separate pentru fiecare conexiune autentificata si valabila. Fiecare fir de

executie are rolul de a decapsula pachetul primit si de a distribui subpachetele fiecarui

sistem in parte. De asemenea, aceasta operatiune se salveaza intr-un jurnal.

Dupa decapsulare, subpachetele sunt stocate in Serverul de Stocare si fiecare

componenta a infrastructurii este semnalizata, transmitandu-i-se ID-ul evenimentului. In

acest moment, fiecare subsistem va reactiona in consecinta (pornirea unui nou proces,

crearea unui nou fir de executie, s.a.m.d.) si va prelua subpachetele pentru a incepe analiza

lor.


Pag.

46

B1.2. Elaborare structura software medical

B1.2.1. Analiza in domeniu timp

Solutia alesa presupune doua variante:

Varianta 1 (pentru cazul in care Subsistemul de Transmisie este conectat pe legatura

GPRS) - detectia undelor RR se face on-line direct in subsistemul de transmisie (ST) iar

apoi pachetele vor fi trimise catre SPD (sistemul de prelucrare la distanta); optiunea are ca

avantaj transmiterea unei cantitati mici de date (ordinul Kbps)

Varianta 2 (pentru cazul in care ST este conectat pe legatura 3G) – detectia RR ramane

sa se faca on-line in ST, in schimb se va trimite si semnalul ECG original care SP

realizandu-se si detectia QRS si a celorlalte analize astfel:

In Serverul de Analiza si Prelucrare, analiza in frecventa si timp-frecventa va fi facuta pe

RR on-line, iar off-line la comanda operatorului se va face pe semnal ECG original si alte

tipuri de prelucrari (detectie QRS, filtrari aditionale)

În detecţia intervalelor se urmăresc următorii paşi ai algoritmului de calcul.

Figura 25. Algoritm de calcul analiza intimp


Pag.

47

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Timp [ms]

Vol

ti [m

V]

Figura 26. ECG original

Programul se bazează pe realizarea unei ferestre T alunecătoare în timp (vezi anexa)

Pentru această fereastră creată se detectează complexul QRS cu ajutorul indicilor is şi id

(Fig. 27).

0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Timp [sec]

Volt

i [m

V]

Unda R

Q

S

0 5 10 15 20 25 30 35 400

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Numar de Intervale RR

Diferente

RR

[s]

Figura 27. QRS si serie RR extrasa din ECG original (analiza in timp)


Pag.

48

B1.2.2. Analiza timp-frecventa

Seria RR ajunsa in SPD va fi despachetata catre Server Analiza si prelucrata

In etapa anterioara s-au studiat variantele timp-frecventa existente pentru dezvoltare.

In acest moment vom prezenta un algoritm scalabil care sa aiba la intrare seria RR.

Vor fi avute in vedere 2 etape:

- realizarea Transformatei Wavelet provenita din seria RR

- analiza cantitativa a acesteia prin evaluarea interactiunilor intre benzi si realizarea

unui scoring care ne va da informatii daca este sau nu eveniment cardiovascular

segmentul aflat in analiza.

Transformata Wavelet – algoritm de calcul – ―detecţia insulelor de putere

spectrală‖

Pentru o mai bună ―gestionare‖ a cantităţii de informaţii conţinută în transformata Wavelet

este necesară ―spargerea‖ informaţiei în ―insule de putere spectrală‖. Principiul acestui

mecanism este descris mai jos.Procedura poartă numele de supraeşantionare în frecvenţă:

Mmja /2 şi Mmjjxfaff /

0 2/ (2)

unde:

j = nivelul de decompoziţie sau numărul de octave (în acest

caz 51j ); 10 Mm ; m este numit "voce"; M = numărul de voci pe octavă

(în acest caz 101 M ); 1 jx .

S-a prelevat un eşantion la fiecare 500 ms; Hz10 f (frecvenţa centrală a filtrelor),

frecvenţa de eşantionare 2 Hz.

Mai jos este arătat modul de calcul pentru cele 50 de linii de frecvenţă.

O privire asupra cauzelor apariţiei acestor benzi de frecvenţă conduce la următoarele

interpretări:

- componentă de joasă frecvenţă (LF ), în general centrată în jurul valorii de 0,1 Hz (în

intervalul 0,04 - 0,15 Hz), a cărei variaţii în putere a fost asociată cu activitatea simpatică pe

baza experimentelor clinice şi farmacologice;


Pag.

49

Fig. 28. Calculul benzilor de frecvenţă.

- componentă de înaltă frecvenţă (HF ) sincronizată cu ritmul respirator (într-un interval

cuprins între 0,15 şi 0,4 Hz) care este considerată a fi expresia zgomotelor respiratorii

mediate de activitatea vagală;

- porţiune relevantă a puterii spectrale este concentrată într-o bandă de frecvenţă foarte

joasă (VLF), până la 0,04 Hz, a cărei funcţie este să încetinească mecanismele reglării cum

ar fi factorii umorali şi cei ai termoreglării. Pentru evaluarea corectă a acestor ritmuri,

analiza trebuie să fie efectuată pe o perioadă lungă de timp (pentru cel puţin câteva ore).

Puterea reprezentată de componentele HF şi LF este exprimată în valori absolute,

precum şi în procente din spectrul total de putere (cu sau fără componenta DC), raportul

LF/HF şi frecvenţele de vârf apărute fiind parametrii folositori care ajută în cuantificarea

activităţii balansului simpatico-vagal.

În alegerea epocilor spectrale pre-Fourier se va ţine cont de: evenimentele unice,

stabilitatea respiratorie, stabilitatea LF, interacţiunea HF-LF, interacţiunea LF-VLF.

Oscilaţia vasomotorie ‗trage‘ lentele, iar la rândul lor sunt ‗trase‘ de oscilaţia respiratorie;

operaţiunea inversă este mai rară. Există un prag dincolo de care aceste interacţiuni atrag

după sine pierderea semnificaţiei fiziologice.

Evenimentul unic de asemenea compromite validarea epocilor spectrale, avand in spate

cel mai probabil artefacte; de aceea la aparitia acestuia trebuie interogat Serverul de

Artefacte. Evenimentul unic este acea perturbaţie puternică, forţată, impusă din exterior de


Pag.

50

neuroni ce nu participă curent la oscilaţia bulbară (bulb = etaj inferior trunchiului cerebral)

asupra uneia sau mai multor bucle de reglare a activităţii cardiace; această perturbaţie face

ca cele trei componente spectrale (HF, LF, VLF) să interacţioneze. Evenimentul rar este

datorat unor neuroni ce participă la reglarea bulbară curentă; spre exemplu un suspin sau

artefacte. Interacţiunile sunt: HF-LF la 0.15 Hz.şi LF-VLF la 0.04 Hz.

Realizarea algoritmului de calcul

PASUL 1: Detecţia insulei de putere spectrală

Numim ‗insulă de putere spectrală‘ o porţiune din matricea Wavelet delimitată de

celelalte după criteriul puterii spectrale, astfel încât zonele adiacente insulei sunt cu circa

10-30 % mai mici decât cele din interiorul ei, în funcţie de gradul de interacţiune al insulelor

de putere în domeniul timp.

Detecţia insulei are la bază două programe de căutare care se adaptează situaţiilor care

apar datorită distribuţiei diferite a puterii spectrale la diverse frecvenţe.

După ce ‗insula de putere‗ este detectată, ea e testată dacă e interacţiune; dacă este, va

fi reţinută şi se va calcula suma componentelor (‗insula de putere‗ este o matrice ale cărei

componente au mărimea puterii spectrale). Algoritmul are o schema generală de căutare

prezentată în figura 29.

Fig. 29. Algoritm de căutare a interacţiunilor între benzile de frecvenţă.


Pag.

51

Programul de căutare A

Fie punctul m al matricei ―a‖ care reprezintă maximul acesteia şi fie x şi y coordonatele

acestui punct. Se va urmări detectarea insulei care conţine acest punct maxim, după un

algoritm ce va compara fiecare celulă a ei cu mD* , unde D este un factor ce permite

delimitarea insulei.

Căutarea se va face începând de la linia X până la linia 1 (aceasta o va realiza programul

de căutare A‗). Se va realiza astfel o ciclare ce va rula la fiecare ciclu pentru o anumită linie.

Acest subprogram are o restricţie de căutare a celulelor ce îndeplinesc condiţia

mDyxa *, , ceva mai scăzută datorită faptului că interacţiunile la acest nivel de căutare

sunt foarte mici; aceasta se realizează prin scăderea factorului D şi prin construcţia diferită

a algoritmului.

Programul rulează pentru fiecare linie, prin căutare la stânga şi la dreapta de punctul ce

constituie ‗capătul de pod‘, până când nu se mai îndeplineşte condiţia de altitudine.

Se numeşte capăt de pod prima celulă testată pentru trecerea la următoarea linie; se

caută pentru a se cunoaşte de unde se va începe testarea de-a lungul coloanelor, aceasta

deoarece se doreşte o păstrare a continuităţii capătului de pod maxim. Programul se va

repeta până când nu se va mai găsi nici un capăt de pod care să îndeplinească condiţia

mDyxa *, . Pentru fiecare linie începând de la x la 1 vor fi făcuţi următorii paşi:

1. Se testează capul de pod V1.

2. Dacă e găsit valid, de la această celulă se va porni o căutare în stânga şi dreapta,

cu condiţia mDjia *, ; cele găsite se vor memora într-o altă matrice (matricea aa).

Căutarea va fi continuată cu restricţiile pe care le impune definiţia insulei de putere;

odată detectată celula ce nu mai îndeplineşte condiţia, se iese din ciclu.

3. Dacă nu e găsit valid V1 se testează V2 şi V3; dacă unul dintre ele e valid se intră

în aceeaşi procedura ca la V1. Procedura se va repeta până la linia 1.

Program de căutare B

Se deosebeşte de primul printr-o ‗exigenţă‘ mai mare în ce priveşte selectarea celulelor.

Aceasta se realizează prin mărirea lui D sau prin structura programului.

Se procedează la această mărire a exigenţei deoarece de la nivelul de la care se


Pag.

52

găseşte de obicei x corespunzător lui max(a) în sus există puternice interferenţe între insule

şi o îngustare accentuată a insulei căutate, lucru care face să crească riscul deturnării

căutării spre alte zone.

Programul realizează o centrare mai bună decât precedentul; aceasta se realizează prin

testarea mai fină a liniei următoare. Astfel, se testează valoarea maximă a liniei şi limitele

acesteia.

De fiecare dată se memorează maximul liniei, pentru a fi folosit ca viitor ―capăt de pod‖;

se păstrează astfel foarte bine mersul algoritmului pe creasta insulei, lucru benefic ţinând

cont de îngustarea accentuată a insulei.

PASUL 2: Descompunerea matricei Wavelet în insule de putere spectrală

Acest pas are la bază detecţia insulei de putere spectrală, care va fi ciclat pe criteriul

puterii spectrale obţinându-se o decimare a matricei iniţiale Wavelet. Programul porneşte de

la imaginea Wavelet iniţială.

Odată detectată matricea corespunzătoare maximului, aceasta este reţinută pentru o

analiză ulterioară, apoi este exclusă din matricea originală. Se repetă algoritmul pe matricea

originală şi se selectează a doua insulă de putere.

Programul se repetă până la decimarea totală, păstrând astfel entitatile de putere

spectrala, ce vor fi analizate ulterior pentru a se stabili apartenenţa lor la zone de

interacţiune. Prima insulă detectată va fi reţinută şi analizată (Fig. 30).

După ce prima insulă este exclusă din matricea originală programul se reia, următoarea

insulă putând fi reţinută după acelaşi criteriu al puterii spectrale, astfel după două cicluri

programul detectând a doua ‗insulă de putere‗. Programul se repetă până când matricea

Wavelet e decimată complet în putere spectrală. După cum se observă în Fig. 3.60, pentru

epocile spectrale alese avem un nivel de interacţiune mai ridicat la LF-VLF. Nivelele de

interacţiune sunt destul de ridicate astfel încât semnalul analizat nu va fi validat pentru

analiză Fourier în acest exemplu.


Pag.

53

Figura 30. Selecţia insulelor de putere si prezenţa evenimentului unic

Figura 25. Scoring: Analiza cantitativă a interacţiunilor între benzile de frecvenţă.

În concluzie la exemplul dat, metoda este un instrument de calcul puternic pentru a


Pag.

54

evalua cantitativ dispersia de putere spectrală din benzi si de a livra un scoring catre

Serverul Decizional.

Evenimentul unic (figura 30) apare in momentul in care interactiunea intre benzile de

frecventa proprii ECG depasesc un anumit nivel. Este atunci susceptibila prezenta

artefactelor in sistem, fapt care ne duce sa verificam buna functionarea a intregului lant de

detectie a artefacte. Altfel spus, putem folosi „Evenimentul Unic‖ ca mijloc de calibrare a

sistemului de detectie artefacte, modificand fie nivelul scoring fie buna functionare a

modulului de detectie artefacte aflat in SP.

B1.2.3 Analiza in frecventa

Aceasta analiza se realizeaza in cadrul Serverului de Prelucrare si Analiza pe baza

semnalului ECG original.

Semnalele ECG recoltate de la electrozi sunt contaminate cu artefacte şi necesită

filtrarea.

Realizarea filtrului software studiat se bazează pe cunoaşterea fiecărui punct de

răspuns la impuls. Fiecare valoare nouă de intrare va necesita (n-1) operaţii de

multiplicare şi n operaţii de sumare pentru a furniza valoarea de ieşire. Ieşirea filtrului

ky depinde numai de semnalul de intrare.

Analiza comparativă a filtrării semnalului

Se prezintă o analiză în vederea găsirii unui optim pentru alegerea filtrului potrivit in

functie de tipul semnalului. S-au ales mai multe variabile care, funcţie de semnalul ECG de

filtrat, dau o informaţie complexă asupra modelului filtrului optim.

Sunt folosite 4 implementări ale unor tipuri de filtre clasice. Astfel, Butterworth digital,

filtrului Chebyshev 1 şi 2, şi filtru Eliptic sunt aplicate asupra semnalului ECG succesiv

funcţie de 2 variabile: frecvenţa de tăiere şi ordinul filtrului şi simultan.


Pag.

55

Figura 26. Dependenţa ordinului filtrului Butterworth digital de semnalul prelucrat ECG.

Se observă că limitele de aplicare ale filtrului pornesc de la 20 Hz şi ajung în jur de 60

Hz. Funcţie de cât de afectat este semnalul de zgomot se poate alege filtrul corespunzător

printr-o analiză calitativă vizuală a imaginii sau o analiză cantitativă folosind vectorul

diferenţelor .

Filtrul cel mai bun va fi cel care păstrează cel mai bine forma iniţială a undei şi elimină

paraziţii intercalaţi în semnal.

Figura 27. Dependenţa Filtrului Chebyshev trece jos, de frecvenţa de tăiere aplicată

semnalului ECG.


Pag.

56

Figura 28. Dependenţa filtrelor Butterworth, Chebyshev Type I digital, Chebyshev Type II

digital şi Eliptic aplicată asupra unui semnal ECG.

Evaluare cantitativă a nivelului de zgomot din semnal În vederea realizării unei evaluări cantitative a rezultatelor filtrării s-a procedat la

găsirea unui algoritm care să evalueze cantitativ nivelul zgomotelor rămase în semnal după

aplicarea filtrului.

Algoritmul de calcul:

Etapa 1 . Fie vectorul ECG original S (Fig. 29).

Figura 29. Semnal original de filtrat.


Pag.

57

În urma aplicării filtrului Butterworth (ft = 30 Hz, ordinul 16) se obţine semnalul filtrat

Sf. Datorită spasmului muscular din înregistrarea iniţială, mai rămân mici artefacte pe

semnal.

Etapa 2. Se derivează vectorul S pentru a se obţine un vector al diferenţelor succesive ce descoperă primul nivel al locaţiei zgomotelor rămase în semnal: '1 sd

Etapa 3. Se urmăreşte definirea zgomotului digital din semnal în vederea identificării acestuia:

Figura 30. Semnal filtrat.

A. După schimbarea de semn: orice schimbare de semn din vectorul ‗derivata a doua‘, a eşantioanelor succesive:

0))1)(d1(i&0)(d1(i)

sau

0)1)(d1(i&0)((d1(i)

Figura 31. Vectorul diferenţelor succesive


Pag.

58

B. După amplitudine: Se defineşte următorul interval:

Amax_eşantionare < Amplit_zgomot < Amin_unda unde:

Amax_eşantionare: amplitudinea maximă de eşantionare a semnalului (35mV) original; reprezintă diferenţa maximă în amplitudine între două eşantioane succesive.

Amplit_zgomot: amplitudinea zgomotului căutat.

Amin_unda: Amplitudinea minimă a unei unde din semnalul ECG, unda P=100mV

100))s(i))-1)(s(i(35

sau

100)1))s(i-((s(i)(35

Etapa 4. Se realizează un ciclu iterativ, pentru a determina cantitativ zgomotu l semnalului ECG.

Dacă A sau B se îndeplinesc în acelaşi timp atunci semnalul este definit ca zgomot:

Etapa 5. Se obţine vectorul b - vectorul zgomot.

Figura 32. Semnalul original filtrat şi vectorul zgomot suprapus.

Pentru a observa rezultatul aplicării algoritmului se poate studia în figura. 33

modalitatea prin care programul detectează zgomotele reale, ocolind informaţia de semnal

care este reprezentată de undele R, T şi P.


Pag.

59

Figura 33. Detaliu - Semnalul original filtrat şi vectorul zgomot suprapus.

Se observă cum zgomotul este detectat, iar undele semnalului ECG sunt ocolite –

Fig.2.17. Zgomotul este evaluat ca poziţie şi amplitudine.

Analiza comparativă a nivelului de zgomot din semnalul ECG Se prezintă o analiză a distribuţiei zgomotelor rămase în semnalul ECG după

aplicarea asupra sa a mai multor tipuri de filtre. Fiecare filtru este supus la una, doua sau

trei condiţionări simultane.

a) Variaţia ordinului filtrului Butterworth.

În acest caz, semnalul a fost analizat, pentru o frecvenţă de tăiere Hz30tf .

Zgomotele datorate influenţelor frecvenţei reţelei nu mai sunt prezente în acest caz, în

schimb rămân zgomotele datorate spasmului muscular.

Figura 34. Analiza comparativă cantitativă funcţie de variaţia ordinului.


Pag.

60

Nivelul zgomotelor este mai mare în jurul undelor R, deoarece rezoluţia de

eşantionare este mică raportată la panta undei R. Altfel spus, zgomotele unui semnal digital

sunt cu atât mai mari cu cât panta dreptei este mai mare, deoarece diferenţa în amplitudine

între două puncte succesive afectate de zgomot devin foarte mari, datorită rezoluţie

scăzute. Din analiza acestei distribuţii se observă un optim în jurul ordinelor 14-18. Nivelul

de zgomote al unui semnal ECG este definit, în acest caz, ca o sumă a zgomotelor pe

fiecare vector corespunzător unui ordin al filtrului.

Figura 35. Variaţia nivelului de zgomot funcţie de ordinul filtrului pentru semnalul ECG.

b) Variaţia filtrelor

Filtrul Butterworth digital, Filtrului Chebyshev 1 şi 2, şi filtrul Eliptic se vor aplica în

acelaşi timp semnalului pentru a se evalua cea mai eficientă filtrare. Ordinul filtrului este 20,

iar 40tf (figura 36). După ce s-a observat distribuţia zgomotelor, se doreşte o cumulare

pe fiecare vector al celor 4 tipuri de filtre folosite, a zgomotelor apărute. Cumularea se face

prin însumarea în modul. Se obţine astfel o evaluare cantitativă funcţie de tipul filtrului.


Pag.

61

Figura 36. Variaţia nivelului de zgomot funcţie de 4 tipuri de filtre, aplicate semnal ECG.

Se observă şi acest caz că Butterworth digital este filtrul care lasă în urma sa cel mai

mic nivel de zgomot.

Figura 37. Variaţia nivelului de zgomot funcţie de 4 tipuri de filtre, aplicate semnalului ECG.

c) Variaţia filtrelor şi a ordinului de filtrare

Distribuţia zgomotului în semnal, în acest caz, are un optim de minim în cazul filtrului

Butterworth după ordinul 13. Planul este inclinat dinspre zona filtrului Eliptic spre filtrul

Butterworth (Figura 38).


Pag.

62

Figura 38. Variaţia sumei cumulate a zgomotelor funcţie de tipul de filtrare (filtrul

Butterworth digital, filtrul Chebyshev 1 şi 2 şi filtrul Eliptic) şi ordinul filtrului.

S-au mai studiat: Variaţia filtrelor şi a frecvenţei de tăiere, Variaţia ordinului filtrului şi a

frecvenţei de tăiere, Variaţia sumei cumulate a zgomotelor funcţie de ordinul filtrului şi

frecvenţa de tăiere ft.

d) Analiza în 4 dimensiuni prin variaţia ordinului filtrului, a frecvenţei de tăiere şi a tipului de filtru

Pentru o perspectivă completă privind alegerea optimă a tipului de filtru cât şi a

caracteristicilor sale, se poate utiliza o afişare 4 D, în care axele vor fi următoarele:

→ Axa OX - axa frecvenţei de tăiere; → Axa OY - axa ordinului filtrului; → Axa OZ – axa tipului de filtru; → Axa de culoare – axa sumei cumulate a zgomotelor. Planurile iniţiale conţinând informaţia utilă sunt paralele cu planul [XOY].

Pentru a obţine informaţii privind evoluţia unui anumit plan, se realizează secţiuni în

planurile ZOY sau ZOX, astfel:

- Planurile ZOX intersectează la ordinul 10 şi 14; - Planurile XOY intersectează la tipul de filtru 2 şi 4; - Planurile ZOX intersectează la frecvenţa de tăiere 43 Hz şi 50 Hz.


Pag.

63

Figura 39. Variaţia sumei cumulate a zgomotelor funcţie de ordinul filtrului, frecvenţa de

tăiere şi tipul filtrului.

In exemplu dat se observă ca minimul optim în aplicarea funcţie de zgomot este în

zona ordinului 16 pentru frecvenţe de tăiere cât mai apropiate de 40 Hz. Sub 40 Hz

semnalul nu mai este analizabil din punct de vedere al undelor semnalului ECG.

Fiecare semnal ECG, funcţie de protocolul de achiziţie, conţine particularităţi de

zgomot care se pot filtra în mod optim, folosind în prealabil o astfel de analiză.

Pentru îmbunătăţirea calităţii semnalului se pot aplica ferestre de ponderare asupra

filtrelor studiate. Studiul nu a insistat asupra acestui aspect el urmărind o denaturare cât mai

mică a semnalului util.

B1.2.3. Elaborare structura software medical detectie artefacte

Reamintim ca detectia artefactelor reprezinta unul dintre punctele critice ale

proiectului ERISC. In acest context, tratarea acestora s-a facut intr-un mod foarte atent.

Exista doua modalitati prin care sistemul E-RISC realizeza detectia artefactelor:

- detectia software din semnalul ECG si care poate fi corectata prin procedee

specifice, asa cum s-a vazut la analiza in frecventa in cazul filtrarii semnalului;


Pag.

64

- detectia hardware provenita din elemente obtinute dinspre subsistemul purtabil,

astfel de la:

o accelerometru pe 3 axe

o detectie amplitudine respiratie

Optional se are in vedere introducerea unui senzor suplimentar care sa transmita

tremurul somatic muscular, ajutand astfel programul software de detectie artefacte.

Specificam ca tremurul muscular nu putea fi rejectat prin metode traditionale de filtrare

deoarece patternul care sta la baza declansarii acestuia nu se descompune in functii

variabile repetabile in sin si cos, cu alte cuvinte nu este analizabil fourier. Daca

programul prezentat la sectiunea artefacte nu va da rezultatul scontat in urma testelor

reale vom putea sa integram acest ajutor hardware.

Artefacte ale înregistrărilor ECG si moduri de rejectie ale acestora:

A. Pierderea liniei izoelectrice

Mişcarea de alunecare a electrodului faţă de epidermă produce salturi de deplasare a

liniei de referinţă. Din punct de vedere metrologic, dacă linia de referinţă pentru un anumit

electrod nu revine la traseul normal, în mai puţin de 30s, se va verifica aplicarea corectă a

acestuia pe suprafaţa epidermei şi circuitul de intrare corespunzător derivaţiei ECG.

Figura 39. Înregistrare ECG cu pierderea liniei izoelectrice cu revenire.

Salturile liniei de referinţă, la comutarea electrodului de înregistrat în timpul undei R sau


Pag.

65

T, sunt inevitabile (Fig.3.69). Traseul va reveni la normal în câteva secunde. Colaborarea cu

pacientul şi relaxarea acestuia, înlătură semnificativ aceste artefacte.

B. Influenţa câmpurilor electrice externe

Câmpurile electrice alternative alterează calitatea înregistrării ECG şi produc modificarea

liniei de referinţă către o bandă. Amplitudinea depinde de puterea sursei de curent alternativ

şi de electrodul înregistrat. În general, amplitudinea este constantă pentru acelaşi electrod.

Frecvenţa semnalului de interferenţă este corespunzătoare sursei de curent alternativ.

Prescripţiile metrologice recomandă anularea, sau minimizarea, efectelor surselor de

curent alternativ, prin următoarele verificări anteriore înregistrării ECG:

în vecinătatea pacientului să nu fie cabluri de alimentare;

verificarea conexiunilor la masă a carcaselor aparatelor şi a ecranelor cablurilor

corespunzătoare;

conductoarele cablului de pacient să fie dispuse cât mai apropiate şi vor urmări

conturul corpului pacientului;

se evită apariţia buclelor datorită excesului de lungime ale conductoarelor. În acest

sens, conductoarele de pacient sunt de diferite lungimi corespunzător poziţiei

electrozilor.

echipamentele electromedicale de raze X din încăperile vecine nu vor fi în funcţiune.

În anumite situaţii, se impune utilizarea de ecrane legate la pământ între pacient şi

sursele de interferenţă;

conductoarele electrice din încăperea unde se înregistrează ECG pot reprezenta

posibile surse de interferenţă. Frecvent, simpla deplasare a poziţiei pacientului

rezolvă această problemă.

C. Mişcările pacientului

Mişcările pacientului pot cauza deflexiuni anormale:

Contracţiile musculare introduc oscilaţii în traseul ECG. Minimizarea acestor

artefacte se realizează prin optimizarea procesului de achiziţie. În figura 40 este

prezentată o înregistrare experimentală cu tremur somatic;

altă mişcare a pacientului este cauzată de modificarea volumului toracic în cazul

respiraţiei. Variaţia unghiului vectorului cardiac produce o modulare respiratorie în


Pag.

66

amplitudine (figura 41);

mişcări bruste.

Figura 40. Înregistrare experimentală cu tremur somatic

Figura 41. Înregistrare experimentală cu modularea respiratorie în amplitudine

Soluţii pentru ameliorarea artefactelor:

A. Variante hardware prin ajutorul accelerometrului 3D si a senzorului de detectie

variatie toracica (eventual prin introducerea senzorului de detectie tremur somatic

muscular). Aceste variante vor fi integrate in serverele specifice: detectie artefacte prin

comparatiile realizate in Serverul de Analiza si Prelucrare asa cum s-a vazut la realizarea

software-ului de management.


Pag.

67

B1.2.4. Optimizarea procesului de achiziţie, prin prelucrare în timp real

Optimizarea achizitiei se face cu ajutorul informatiilor provenite de la sursele hardware de

detectie artefacte:

Accelerometre: sursa accelerometre 3 D

Variatie volum toracic; sursa: senzor variatie volum toracic la respiratie.

Se pot analiza si variante software de găsire a unui optim:

în domeniul timp, prin alegerea unui complex Q, R, S, T cât mai adecvat;

în domeniul frecvenţă–prin analiza magnitudinii prin corelaţie cu faza; corelaţia fazei

cu magnitudinea valideaza realitatea semnalului util;

în domeniul timp-frecvenţă, prin alegerea unor imagini cu interacţiuni minime între

benzi. Intervenţia corectă în cursul achiziţiei înlătură aşa zisele evenimente unice, cât şi

nestaţionarităţile forţate. În figura 42, se poate observa un eveniment unic filtrat din

Transformata Wavelet. Aceasta aruncă frecvenţe pe toate benzile, la un anumit moment

dat. Momentul apariţie acestor artefacte putea fi evitate printr-un feed-back de reglare a

poziţiei senzorilor:

Figura. 42. Ruperea benzilor de frecvenţă - Eveniment unic.

Analiza în timp real este esenţială în domeniul medical, unde feed-back-ul este prioritar

în prelevarea datelor potrivite. De aici, rezultă o mare flexibilitate în găsirea semnalului

potrivit pentru analiză, nu numai în domeniul timp, aşa cum se făcea până acum, prin

găsirea undelor T, Q, R, S, cât mai favorabil, ci şi în domeniul frecvenţă şi timp-frecvenţă,

fapt ce deschide noi perspective de diagnosticare.

Reuşita prelucrării în aceste domenii se face şi funcţie de staţionaritatea semnalului.

Intervenţia corectă în cursul achiziţiei, prin relaxarea poziţiei pacientului înlătură aşa zisele


Pag.

68

―evenimente unice‖ cât şi nestaţionarităţile forţate. În fig. 42, se poate observa un eveniment

unic filtrat din Transformata Wavelet. Aceasta ―aruncă‖ frecvenţe pe toate benzile la un

anumit moment dat. Momentul apariţiei acestor artefacte poate fi evitat printr-un feed-back

de reglare a poziţiei pacientului

Undele perioadei cardiace trebuie să aibă o abatere cunoscută de la un standard

definibil, pentru a putea fi detectate cu succes de programul de prelucrare. Optimizarea

poziţiei se face funcţie de calitatea undelor din perioada cardiacă. Procesul este unul de

autoreglare (feed-back) a vectorului cardiac, funcţie de semnal, foarte important, deoarece

este esenţial ca semnalul să fie ―adaptat‖ cât mai bine pentru prelucrarea ce urmează;

B1.2.5. Detectia artefactelor in ceea ce priveste dinamica pacientului

Sistemul E-RISC presupunand un pacient in miscare - este realizata in continuare o

evaluare a functionarii software-ului prezentat in situatia culcat–intins si ortostatica.

Comparaţii în ceea ce priveşte subiectul

În figurile care urmează se vor compara două câte două situaţiile în care semnalul a fost

achiziţionat: ―întins‖ şi ―ortostatism‖. În cazul comparării în banda LF (banda raspunzatoare

de reactia vasomotorie cardiaca), se observă o bună stabilitate vasomotorie cu Ip 14,6

%. (variatia cantitativa de magnitudine intre ortostatism si intins);

Se definesc:

Ip – indice de putere spectrala

Ip – variatia indicelui de putere spectrala intre pozitia culcat si ortostatica

Acestia s-au calculat pe baza programului de evaluare cantitativa a puterii spectrale in

benzi (anexa).


Pag.

69

Figura. 43. Subiectul culcat, LF, Ip=8814

Figura. 44. Subiectul ortostatism, LF, Ip=10104

Concluzii:

1. Descrierea functionalitatii sofware-ului de management sa in conditiile „rularii‖ a

catorva scenarii de functionare E-RISC demonstreza astfel ca automatizarea monitorizarii

este un deziderat realizabil.


Pag.

70

2. Realizarea software-ului biomedical este special conceputa pentru solutii purtabile

datorita particularitatilor semnalelor induse de mobilitatea pacientilor.la sistemul E-RISC

tinand cont de toate aspectele de lucru privind purtabilitatea.

B1.3. Elaborare model culegere, cu senzori, a informatiei

Se are in vedere determinarea modelului de amplasare a senzorilor necesari pentru

proiect astfel incat sa se poata dezvolta o validare a pozitiei acestora la distanta.

A. ANALIZA MORFOLOGICĂ A ECG

Urmăreşte descrierea caracteristicilor elementelor corespunzătoare unei revoluţii

cardiace, considerate în mod izolat. Din acest punct de vedere, pe traseul ECG se disting

unde, segmente şi intervale.

Modelul normal. Morfologia traseului ECG este descrisă folosind cuvintele: deflexiuni

(sau unde), segmente, intervale. Undele care se analizează pe traseul ECG sunt unda P,

complexul QRS, unda T şi unda U. Segmentele sunt porţiuni de traseu cuprinse între două

unde. Acestora li se descriu durata şi poziţia faţă de linia izoelectrică; dacă segmentul este

decalat faţă de linia 0, se precizează sensul (sub- sau supradenivelare), amplitudinea (în

mm) şi forma decalării. Segmentele care se analizează pe traseul ECG sunt segmentul ST,

segmentul PQ şi segmentul TP. Intervalele definesc durata de timp între două repere de pe

traseu (începutul sau sfârşitul unor unde).

Intervalele care se analizează pe traseul ECG sunt intervalul PQ, intervalul QT şi

intervalul RR. Terminologia deflexiunilor are la bază notaţia introdusă de Einthoven şi a mai

fost prezentata in acest proiect.

Structura temporală în ECG normală este dată în figura 45. Pentru adultul normal, cea

mai mare parte din valabilitatea duratelor din figură este dată de variaţia frecvenţei cardiace.

Figura 45. Structura temporală normală ECG.


Pag.

71

Unda P este rotunjită, lentă, are amplitudinea de 0,1—0,25 mV. Axa vectorului P

frontal se situează la cca. 60° (0—90° normal). În derivaţiile esofagiene P este difazică,

endocavitar poate fi pozitivă, difazică sau negativă pe masură ce electrodul coboară în atriul

drept, furnizând astfel un indicator de poziţie valorificat la stimularea (pacing) atrială.

Complexul QRS reflectă procese electrice rapide, cu o topologie complexă, în mase

musculare mari şi asociază deflexiuni ample şi vârfuri ascuţite.

Cifrele şi indicii legali de amplitudinea normată şi patologică a deflexiunilor QRS şi

discuţiile privind interpretarea lor pot alcătui o întreagă literatură. Pentru orientarea practică

rapidă trebuie reţinute:

în frontal domeniul normal de amplitudine (deviaţia maximă de la izoelectrică) este

de 0,5-1,5 mV;

în transversal amplitudinea normală poate atinge 2 mV.

Unda T este rotunjită, asimetrică (frontul anterior mai lent), cu mărimea normală

0.2-0.6mV (pană la 1 mV în precordialele drepte). Axa frontală este orientată apropiat de

QRS.

B. Pasi pentru validarea amplasarii corecte a senzorilor:

se selectează dintr-un ciclu ECG complet zona P-QRS-T;

se determină lungimea intervalului: TP-QRS-T;

se determină amplitudinea vârf la vârf a selecţiei (dată în special de complexul

QRS): UECG-vv;

se calculează media relativă a ―suprafeţei‖ ECG selectate la momentul iniţial,

cand pacientului i se pune prima dată sistemul (valoare adimensională):

se calculează media relativă a ―suprafeţei‖ ECG selectate la momentul k, Sk, cu

acceaşi relaţie (3) :

se calculează un ―inidice relativ de diferenţiere‖ (scoring) între înregistrarea

curentă (la momentul k) şi cea iniţială (la momentul 0):

(3)


Pag.

72

acest indice va reprezenta o diferenţă estimativă, în procente, dintre

înregistrările corespunzătoare momentelor ―0‖ şi ―k‖ (ideal trebuie să tintă către

zero).

Observatie. Indicele propus este valabil pentru o morfologie ―normală‖ a unei

înregistrări ECG, dar poate fi adapat în cazul anumitor patologii care presupun deformarea

accentuată a formei ―normale‖ a ECG.

(4)


Pag.

73

B2. Elaborare solutie de localizare nonGPS/GPS

Detalii tehnice specifice: circuitul informaţiilor

În cele ce urmează, se vor prezenta succesiv principalele module ale sistemului de

determinare a locatiei nonGPS, pentru o identificare mai facilă a punctelor cheie de design

şi concepţie a arhitecturii de realizare:

Identificarea locaţiei: Schema logică:

Figura 46. Schema logica – Identificarea locaţiei

Descrierea etapelor de funcţionare:

1) Aflarea codului antenei: aplicaţia client (care rulează pe device-ul de comunicatie) va

prelua codul antenei GSM, în raza căreia se află telefonul. Codul antenei este format din

LAC (Local Area Code) şi CID (Cell ID).

2) Trimiterea codului către server: O dată aflat codul antenei, aplicaţia client va trimite

codul, folosind protocolul HTTP, cu o comandă de tip POST pe serverul HTTP.

Comunicarea se va face folosind conexiunea internet GPRS sau wap. Pe lângă codul

antenei, pe server mai sunt trimise şi numele de utilizator al telefonului cât şi parola

acestuia.

3) Procesarea comenzii POST de către server: În cazul în care există mai multe cereri


Pag.

74

simultane, serverul le va gestiona pe toate acestea, utilizând tehnologia multi-threading

(folosirea mai multor fire de execuţie). Mai întâi, se verifică dacă utilizatorul are dreptul de a

folosi serviciul de localizare geografică–se va face identificarea acestuia în baza username-

ului şi a parolei trimise. Dacă identificarea este validată, serverul va căuta în baza de date

codul antenei. Dacă acesta din urmă este găsit, serverul va afişa ca răspuns la comanda

POST numele locaţiei. Dacă respectivul cod nu este găsit, atunci serverul va oferi

utilizatorului posibilitatea de a adăuga o locaţie nouă, în baza de date.

4) Trimiterea locaţiei către client: aceasta etapă se realizează automat, întrucât

informaţia este afişată de server, ca răspuns al comenzii POST efectuate de client la

interogare.

5) Afişarea locaţiei geografice: Aplicaţia client va afişa locaţia geografică. Este important

de reţinut următoarele aspecte:

LBS nonGPS, la nivel de terminal, este un serviciu cu o precizie maximă de ordinul

zecilor de metri, în cazuri favorabile (vizare directă, mai multe staţii de bază în zonă

), în lumea reală fiind acceptată o precizie de ordinul sutelor de metri;

LBS nonGPS funcţionează şi acolo unde GPS-ul nu ajunge (metrou, clădiri, mijloace

de transport în comun);

este ieftin, nu presupune investiţii suplimentare hardware.

Zonele cu multe componente metalice pot induce distorsiuni majore, care poate implica

multiple refexii de semnal; acest lucru va afecta atât funcţiile LBS, cât şi calitatea serviciilor

de voce şi date oferite. În momentul în care mai multe semnale ajung la un mobil, pe mai

multe căi, este important să determinăm dacă cel mai puternic semnal este reflectat, sau

este un semnal direct.

În cazul subiecţilor care se deplaseză cu viteză mare (în autoturism), serviciile LBS sunt

importante, pentru că permit localizarea cu mai multa precizie, dar apar distorsiuni

importante, vizând întârzierea inerentă între poziţia reală şi cea plotată de serverul LBS.

Este important de înţeles că precizia LBS este mult mai mică decât localizarea prin

clasica soluţie GPS, că există avantaje certe–ieftine, consum energetic mai redus şi, cel mai

important, funcţionează în clădiri, acolo unde GPS tradiţional nu poate funcţiona.

Combinaţia GPS/GPRS permite cumularea a mai multor avanteje, cele două tipuri de

soluţii tehnice, astfel :


Pag.

75

Localizarea GSM/GPRS este avantajată în aglomerările urbane, unde funcţionează în

clădiri, în metrou şi în mijloacele de transport în comun şi, în plus, datorită existenţei a mai

multor staţii de baza(BS), precizia este relativ bună;

Localizarea GPS este avantajată în spaţiile deschise (pe teren), unde, de obicei, există

staţii de bază puţine, sau chiar unice pentru un perimetru dat.

Astfel, folosirea reţelelor de telecomunicaţii pentru localizare este fezabilă pentru aplicaţii

de marketing, social-networking sau servicii cu valoare adaugată (meteo, local news,

managementul traficului auto), implementarea acestei soluţii asigurând poziţionarea certă

într-o zona specificată.

Definirea specificaţiilor pe care trebuie să le îndeplinească soluţia de localizare, rămâne

în sarcina beneficiarului aplicaţiei. Pentru activităţi de social netwoking, unde nu este

necesară o precizie crescută–LBS GSM/GPRS este o soluţie ideală, fiind ieftină, aplicabilă

la un procent important de terminale GSM şi suficient de imprecisă să nu afecteze

intimitatea utilizatorului persoană fizică

Administrarea mobilităţii

O staţie mobilă în starea aşteptare, realizează permanent măsuratori pe purtatoarele

BCCH, pentru a găsi o celula prin care să intre în legatură cu o reţea GSM. Se spune că

staţia mobilă selectează o reţea, respectiv o celulă în care campează. După ce a campat

într-o celulă, staţia mobilă va analiza mesajele transmise pe canalul de difuzare de

informaţii (BCCH), pentru a se informa despre evoluţia sistemului şi, pe canalul de căutare

(PCH), pentru a verifica dacă nu este apelată. De câte ori este necesar, ea va informa

reţeaua cu privire la poziţia actuală, astfel încat această să poată ruta, în mod corect,

mesajele de căutare (actualizarea localizării).

Modul în care procedează staţia mobilă, pentru a selecta o reţea şi, în final, o celulă cu

care să lucreze, depinde, în primul rând, de serviciile pe care reţeaua le poate oferi.

Acceptarea faptului că o staţie trebuie să beneficieze de servicii de comunicaţii, în pofida

mişcării, cu alte cuvinte, acceptarea mobilităţii abonaţilor, are un impact deosebit, atât

asupra serviciilor oferite, cât şi asupra activităţii infrastructurii, care trebuie să gestioneze

informaţiile cu privire la poziţia curentă a fiecărui abonat. Calitatea şi structura serviciilor se


Pag.

76

schimbă în timp, având în vedere că, în cursul mişcării, se schimbă condiţiile de propagare

radio, se pot depăşi limitele geografice ale abonamentului, se poate schimba reţeaua, iar

diverse reţele pot oferi servicii diferite etc. În tratarea aspectelor legate de mobilitate, sunt

folosite o serie de funcţii specifice:

selecţia reţelei;

selecţia şi reselecţia celulei;

actualizarea localizării etc.

În cele ce urmează, vom analiza selecţia celulei şi, respectiv, actualizarea localizarii.

Selecţia celulei

Procedura de selecţie a celulei asigură camparea staţiei mobile într-o celulă, prin

intermediul căreia poate recepţiona, în conditii, bune datele difuzate de reţea şi poate

stabili, cu o mare probabilitate, legături de comunicaţie. În aceste condiţii, staţia mobilă are

acces la serviciile oferite de reţeaua de care aparţine celula selectată.

Selecţia celulei se poate realiza în două variante: selecţie normală sau selecţie folosind

lista purtătoarelor alocate canalelor BCCH, numită lista BA (BCCH Allocation List).

Principala deosebire între cele două variante, constă în aceea că, în prima variantă se

explorează toate cele 124 purtatoare, iar în cea de a doua, numai purtătoarele care sunt pe

listă, deci acţiunea are loc mai repede. Evident, dacă dintr-un motiv oarecare, selecţia

bazată pe lista BA nu dă rezultatele scontate, se trece la selecţia normală.

Algoritmul folosit pentru selecţia celulei ţine cont de calitatea propagării undelor radio, de

aceea criteriul asociat este denumit criteriul radio sau, pe scurt, criteriul C1. Acest criteriu va

fi folosit şi în algoritmii de reselecţie. Având în vedere importanţa sa în economia

algoritmului de selecţie a celulei, prezentarea acestui criteriu precede analiza algoritmului

propriu-zis.

Prin aplicarea criteriului radio, se urmăreşte garantarea calităţii comunicaţiei, atât pe

traiectul ascendent, cât şi pe cel descendent. Având în vedere că, în această fază, staţia

mobilă dispune de puţine date cu privire la propagarea pe traiectul ascendent, criteriul are la

bază principiul reciprocităţii, aplicat la propagarea undelor radio. Calculele sunt realizate pe

baza măsurătorilor realizate de staţia mobilă pe BCCH. Pentru fiecare canal analizat, se

realizează o medie alunecătoare, pe baza a cel puţin cinci observaţii cu privire la nivelul


Pag.

77

semnalului recepţionat, împrăştiate pe 3 până la 5 secunde. Cu această valoare, notata

RLA (Received Level Average), valoarea medie a nivelului recepţionat, se calculează

parametrul C1:

C1:= A – Max(B,0) [Db]

A:= RLA – RXLEV_ACCESS_MIN [Db]

B:= MS_TXPWR_MAX_CCH – PMS [Db]

Se observă ca alături de RLA, mai intervin următorii parametrii:

RXLEV_ACCESS_MIN care poate lua valori cuprinse între -110 dBm şi -48dBm şi

care reprezintă nivelul minim al semnalului recepţionat pe canalul ascendent, pe

care operatorul îl consideră acceptabil, atunci când reţeaua este accesată pentru

prima dată de către staţia mobilă;

MS_TXPWR_MAX_CCH care, teoretic, poate lua valori între 13dBm şi 43dBm şi

care reprezintă nivelul cu care staţia mobilă are voie să emită într-o celulă, atunci

când începe o legătură de comunicaţie;

PMS este puterea maxima de emisie a staţiei mobile (mărimea dependentă de clasa

acesteia).

Parametrii RXLEV_ACCESS_MIN şi MS_TXPWR_MAX_CCH sunt difuzaţi periodic de

către BTS, ca informaţii de sistem. Trebuie amintit că parametrul MS_TXPWR_MAX_CCH

are şi o aplicaţie independentă de criteriul în discuţie. El reprezintă puterea maximă pe care

staţia mobilă o poate folosi pentru acces (RACH). Ţinând cont de clasele staţiilor mobile,

pentru calculul criteriului C1, această mărime poate lua valori de la 29 la 43 dBm.

În algoritmul de selecţie a celulei, se testează dacă C1>0. În cazul aplicării parametrului

C1 în procedura de reselecţie a celulei, se compară valorile acestui parametru, calculate

pentru două celule vecine şi, evident, se preferă celula pentru care parametrul C1 are

valoarea cea mai mare. Interpretând aceste aspecte, se constată că, pe baza sa, se pot

determina următoarele:

limitele de acoperire pentru o celula izolată (C1>0)

limitele între cele două celule adiacente ( BA CC 11 )

Aceste limite trebuie să se afle în interiorul celor determinate prin C1>0.

În fine, este important de menţionat faptul că, în criteriul radio, intervine puterea maximă

a staţiei mobile, cu alte cuvinte, limitele menţionate variază de la o staţie mobilă la alta.


Pag.

78

Cu aceste elemente, se poate descrie algoritmul folosit în vederea selecţiei normale a

celulei. Acest algoritm prevede analiza tuturor purtătoarelor radio, constituite în banda

alocată serviciului, testând îndeplinirea următoarelor condiţii:

1. Este o purtătoare BCCH?

2. Aparţine reţelei selectate?

3. Este o celulă la care nu s-a aplicat opţiunea barata pentru acces?

4. Este o celulă care nu aparţine vreunei arii de localizare, trecută pe lista de arii

de localizare interzise pentru circulaţie liberă la nivel, national?

5. Este parametrul C1>0?

Dacă toate testele conduc la răspunsuri afirmative, staţia mobilă campează în celula care

gestionează purtatoarea analizată. Dacă oricare dintre cele 5 condiţii nu este satisfacută,

staţia mobilă se acordează pe următoarea frecvenţă şi reia testele.

Dacă s-au epuizat toate frecvenţele, fără a gasi o celula într-o reţea care poate să

asigure serviciul normal, se intră în regim de serviciu limitat, alegând o celulă, indiferent de

reţeaua din care face parte. Face excepţie situaţia când, printre reţelele care pot asigura

serviciu limitat, se află şi reţeaua de apartenenţă, când aceasta va fi preferată.

Urmărind testele menţionate, se constată că analiza unei purtătoare constă în acordul pe

aceasta şi, în cazul în care nivelul este satisfăcător, în sincronizarea planului TDMA şi

interpretarea datelor transmise pe BCCH. Având în vedere necesitatea controlului duratei

acestor acţiuni, specificaţiile prevăd limite de timp, pentru fiecare în parte. De exemplu,

timpul utilizat pentru sincronizare este limitat la 0,5 secunde, iar cel pentru citirea şi

interpretarea datelor, la 1.9 secunde.

Actualizarea localizării:

Informarea sistemului cu privire la datele de localizare existente la staţia mobilă, se

realizează prin procedurile de actualizare a localizării, iar rezultatele acestor proceduri sunt

stocate în baza de date pentru vizitatori (VLR), bază de date de apartenenţă (HLR) şi în

SIM. Se disting trei variante, prin care staţia mobilă transmite către reţea date de localizare:

actualizarea normală este o procedură invocată atunci când staţia mobilă costată că

este necesar;

actualizarea periodică;


Pag.

79

transmiterea mesajelor ataşare/ detaşare IMSI

Transmiterea eficientă a apelurilor de căutare (paging) pe canalele de paging (PCH), are

la bază dirijarea lor către un număr cât mai mic de celule. În acest scop, celulele sunt

grupate în arii de localizare, iar căutarea are loc, în mod normal, într-o singură arie de

localizare.

În acelaşi timp, staţia mobilă va reactualiza datele de localizare, numai atunci când

detectează schimbarea ariei de localizare. Fiecare operaţie de actualizare a localizării

consumă resurse, atât la interfaţa radio, cât şi la interfeţele existente între celelalte

echipamente din infrastructură. În consecinţă, trebuie realizat un compromis între cele două

cerinţe: eficienţa procedurii de căutare şi eficienţa procedurii de actualizare a localizării.

În specificaţiile tehnice ale sistemului GSM, se impune ca o arie de localizare să fie o

submulţime a celulelor unei singure PLMN. Mai mult, datorită modului în care sunt rutate

apelurile către abonaţii mobili din reţea, o arie de localizare trebuie să conţină celulele ce

sunt gestionate de un singur tandem MSC/ VLR. În limitele impuse de aceste reguli,

operatorul are deplină libertate în alocarea celulelor către ariile de localizare.

Actualizarea normală a localizării

Pentru ca o staţie mobilă să campeze într-o celulă, prin care abonatul să beneficieze de

serviciile de comunicaţie oferite de reţea, ea trebuie să verifice dacă abonatul, reprezentat

în acest caz prin SIM, este înregistrat în aria de localizare, care include celula respectivă.

Cu alte cuvinte, ea verifică dacă o staţie mobilă cu SIM-ul abonatului a realizat cel puţin o

operaţiune de actualizare a localizării validă în aria de localizare de care aparţine celula

analizată. Starea de înregistrare a unui abonat, exceptând cazurile de defectare a reţelei,

sau după lungi perioade de inactivitate, nu poate fi schimbată decat la iniţiativa staţiei

mobile.

Rezultatul ultimei tentative de înregistrare este memorat la nivelul SIM, împreună cu

identitatea ariei de localizare, LAI. Verificarea înregistrării se face prin compararea datelor

memorate pe SIM cu cele recepţionate. Dacă acestea sunt identice, abonatul a fost

înregistrat în aria de localizare curentă şi se poate intra în regimul de lucru serviciu normal.

Dacă procedura de actualizare a localizării s-a efectuat corect, reţeaua indicând că sunt

îndeplinite condiţiile pentru regim de lucru servciu normal, abonatul este înregistrat, iar


Pag.

80

staţia mobilă campează în celula analizată, trecând la analiza datelor difuzate de reţea, la

analiza necesităţii unei reselecţii şi la urmărirea solicitărilor utilizatorului.

Dacă înregistrarea nu a fost finalizată corect, pot fi identificate mai multe situaţii, funcţie

de răspunsul primit şi de cauzele care l-au generat. Astfel, dacă procedura s-a desfăşurat

corect, dar se refuză serviciul normal, aceasta poate avea următoarele cauze:

celula selectată aparţine unei arii inadecvate, datorită unui abonament regional, caz

în care staţia poate rămâne în celulă, dar beneficiază de serviciu limitat. Este firesc

să nu fie recomandate alte secţiuni, deoarece, dacă abonamentul este regional,

este puţin probabil să permita accesul la alte reţele;

celula selectată aparţine unei reţele care nu este inclusă în abonament. Reţeaua

respectivă va fi trecută în lista reţelelor interzise şi, cu exceptia unei cereri exprese

din partea abonatului, celulele ei nu vor mai fi contactate. Urmărind obţinerea

statutului de serviciu normal, se va căuta o altă reţea.

În situaţiile în care staţia mobilă nu a primit răspuns, sau nu a primit răspuns valid, ea nu

va testa alte celule. În consecinţă, cele mai probabile acţiuni sunt:

staţia mobilă încearcă de câteva ori să obţină răspuns de la reţea, comportându-se

ca şi cum ar beneficia de acelaşi serviciu, ca în faza premergatoare selecţiei.

- dacă aceste încercări eşuează, staţia mobilă intra într-o stare specială, în care se

consideră neînregistrată în reţea. Periodic, iniţiază o nouă actualizare a localizării.

În concluzie, dacă staţia mobilă primeşte un răspuns negativ la o tentativă de actualizare

a localizării, caută alte reţele. Dacă nu găseşte o reţea, care să-i poată asigura regimul de

lucru serviciu normal, trece în regimul de lucru serviciu limitat.

Actualizarea periodica a localizării:

Dacă o statie mobilă a ieşit din zona de acoperire a reţelei, sau dacă ea nu mai este

activă, nu este raţional să se consume resurse, atunci când ea este apelată. Pentru a evita

astfel de situaţii, au fost incluse proceduri care să intervină atunci când există perioade lungi

de inactivitate. Acestea sunt procedura de actualizare periodică a localizării şi procedurile

de ataşare/ detaşare IMSI. Procedura de actualizare periodică este utilă şi pentru a rezolva

situaţiile care apar la defectarea uneia dintre bazele de date.

Strategia folosită pentru a evita impactul negativ al unei defecţiuni la o bază de date,


Pag.

81

pleacă de la observaţia că singurul echipament care deţine o informaţie corectă este staţia

mobilă, mai exact SIM-ul şi că singura cale sigură pentru a recupera/ verifica informaţiile

incerte, constă într-un contact radio cu aceasta. Ca atare, echipamentul la care a survenit

defecţiunea marchează informaţia nesigură. Apoi, avertizează celelalte entităţi, care

folosesc date incerte, în legătură cu statutul acestora. Entităţile avertizate vor marca, la

rândul lor, informaţiile respective, pentru a fi verificate. Pentru a se evita supraîncărcarea

sistemului de semnalizare, nu se încearcă recuperarea imediată a datelor pierdute, o astfel

de tentativă putând conduce la congestia reţelei. În consecinţă, înregistrările despre un

anumit abonat vor fi corectate, atunci când are loc un eveniment în legatură cu acesta, cum

ar fi un apel iniţiat de el sau unul care este căutat. Dacă, după un anumit interval de timp,

nu se întamplă nimic, înregistrarea abonatului respectiv este anulată (dezînregistrare).

În incheierea acestui paragraf, se vor evidenţia, pe scurt, unele aspecte mai interesante,

întâlnite atunci când se defectează una sau alta dintre bazele de date.

1) Defectarea MSC/ VLR. Dupa o defecţiune, MSC/ VLR recuperează, de pe mediile de

salvare, date ceva mai vechi. În consecinţă, toate datele sunt nesigure, deci le va marca

pentru verificare. Ea va avertiza, cu privire la defecţiunea care a avut loc, toate HLR de la

care are abonaţi înregistraţi, prin trimiterea unui mesaj MAP/D RESET.

În ceea ce priveşte starea unui abonat, pot să apară două cazuri: VLR nu mai dispune de

datele unor abonaţi înregistraţi dupa ultimă salvare, sau există date ale unor abonaţi care

au plecat în acelaşi interval.

Faptul că un abonat lipseşte din înregistrări, va fi observat atunci când trebuie să i se

ofere un serviciu oarecare. Dacă MSC/ VLR primeşte o cerere de la o staţie mobilă, care nu

este înregistrată, solicită o actualizare a localizării, care va declanşa un contact cu HLR (se

respinge cererea de apel, prin clauza IMSI necunoscut la VLR). În acest fel, datele din cele

trei entităţi devin compatibile. Dacă diferă numai aria de localizare, VLR face corectura fără

alte acţiuni.

Dacă primeşte o cerere de apel de la HLR pentru o staţie mobilă, pe care nu o are

înregistrată, introduce abonatul în tabele şi solicită parametrii de la HLR. Apoi, cum nu

dispune de date de localizare, realizează căutarea în toata aria MSC.

2) Defectarea HLR. În acest caz, refacerea datelor este ceva mai dificilă, deoarece

actualizarea datelor din această bază de date are loc mai rar. Pentru a forţa comunicările


Pag.

82

corespunzătoare, se transmite un mesaj MAP/D RESET la toate echipamentele MSC/VLR

la care, în conformitate cu datele salvate, se ştie că poate fi înregistrat vreun abonat. MSC/

VLR va marca datele corespunzătoare spre verificare. Următorul contact radio iniţiază o

actualizare corespunzătoare. Dacă se solicită un apel către o staţie mobilă cu date

nesigure, aceasta va fi marcată pentru ca MSC/ VLR să nu contacteze datele după cele

primite de la HLR.

În continuare, se va analiza funcţionalitatea componentei de LBS – realizarea şi

implementarea sistemului de mesagerie, localizare duala etc

Serviciul de localizare dezvoltat in cadrul unui proiect de cercetare (Sistem Inteligent de

Management si Tracking) presupune posibilitatea de a localiza o persoană (utilizator al

soluţiei), prin simpla introducere a username-ului acestuia în meniul aplicatiei. Orice

utilizator care a instalat aplicaţia pe dispozitivul său mobil, beneficiază de localizare GSM

(utilizând baza de date de cell ID-uri existentă pe serverul sistemului LBS). Este un fapt

cunoscut acela că localizarea GSM nu este de mare precizie. În oraşele mari, precum

Bucureşti, abaterile ajung în medie la aproximativ 200 de metri, în timp ce în afara oraşului,

abaterile ajung, în medie, la aproximativ 5 km (în anumite situaţii, izolate, poate ajunge chiar

la 30 de km). În orice caz, pentru o soluţie de social networking, este suficientă o informare

aproximativă şi nu neapărat de mare precizie.

Pe lângă posibilitatea de a determina locaţia curentă a unui utilizator, pot vizualiza şi un

raport text complet cu ultimele 500 de locaţii pe care le-a parcurs acesta.

Protectia intimităţii este garantată în structura de funcţionare a sistemului LBS: dacă un

utilizator nu doreşte sa fie localizat, atunci debifează pur şi simplu opţiunea ―Allow Tracking‖

din meniul aplicatiei. Oricărui membru al comunităţii ce rezultă din acest proiect, care va

încerca să localizeze utilizatorul în cauză, i se va returna un mesaj de tipul: Information

restricted.

Un alt criteriu de protecţie a intimităţii îl constituie utilizarea username-ului în procesul de

localizare. Astfel, cine nu cunoaşte username-ul unui utilizator din sistem, nu poate efectua

operaţiunea de localizare a celui din urmă.

Suport GPS – pentru acei utilizatori, care doresc o localizare mult mai precisă, pe harta,

este prevazută introducerea în funcţiile Sistemului LBS a suportului GPS. Astfel, utilizatorii

pot opta să-şi conecteze la telefonul mobil un GPS receiver, prin bluetooth, astfel încât să


Pag.

83

poată fi localizaţi dual: atat prin GSM (cell ID) sau/ şi prin GPS, utilizand Google Maps (atât

versiunea pentru PC-uri, cât şi pentru smartphone-urile ce ruleaza sub Windows Mobile)

sau Google Earth (versiune PC).

Prin introducerea unui astfel de pachet de servicii, s-a urmărit îmbunătăţirea experienţei

utilizatorilor, pe de o parte, cât şi îmbunătăţirea funcţiei de localizare, pe de altă parte.

Astfel, utilizatorii care au asupra lor GPS receivere populează baza de date cu cell ID-uri, cu

acele coordonate geografice aferente locaţiilor în cauză. Astfel, localizarea unui utilizator din

sistem, care va trece prin zona respectivă, având asupra sa doar telefonul mobil, va fi mult

optimizată, întrucât întrepătrunde capacităţile oferite de infrastructura GSM (antenele) şi

acoperirea GPS, realizată de alţi utilizatori din sistem.

Componenta LBS a acestui proiect în întregul său, se prezintă într-o arhitectură

modulară. Scopul acestei arhitecturi este de a permite introducerea cu uşurinţă, de noi

funcţii şi servicii, în noile versiuni ale aplicaţiei client. Astfel, structura logică de funcţionare a

acestei soluţii, prezintă patru module principale, al căror nivel de specializare este specific

operaţiilor pe care trebuie să le îndeplinească:

modulul ce preia informaţiile GSM de la reţea;

modulul care asigură comunicarea cu serverul;

modulul care gestionează baza de date;

modulul care gestionează componenta de comunicare şi notificare;

Datorită nivelului sporit de complexitate, s-a utilizat în proiectare şi implementare, o suită

de tehnologii şi protocoale: HTTP, SMTP, XML, TCP, multithreading, dataset-uri, fişiere INI,

HTML) precum şi limbaje de programare (Borland Delphi, Microsoft Visual Basic .NET,

Microsoft Visual C++, PHP, Python).

Revenind la modul de obtinere a codului antenei GSM, trebuie spus ca acest cod este

de fapt un sir de caractere format din doua numere despartite de o cratima. Primul numar

reprezinta LAC-ul (Local Area Code), iar al doilea reprezinta CID-ul (Cell ID). O retea

nationala GSM este impartita in multe LAC-uri care contin fiecare un anumit numar de

celule. Fiecare celula dintr-un LAC are un anumit ID. Unind aceste doua subdiviziuni

obtinem un numar (de fapt sir de caractere) unic pentru fiecare celula in parte. Acesta este

rationamentul care sta la baza proiectului. Exista doua metode de a obtine aceste informatii:


Pag.

84

1) prin comenzi AT ;

2) citind direct din memoria telefonului;

In cele ce urmeaza voi descrie cele doua metode de obtinere a cell ID-ului amintite

mai sus:

1) Utilizarea comenzilor AT – fiecare telefon GSM prezinta in un modem integrat. Ca orice

alt tip de modem, acesta este controlat prin comenzi AT numite si comenzi Hayes. Acest tip

de control al modemurilor a fost introdus de compania Hayes Communications. Ultimele

versiuni ale setului de comenzi AT Hayes expun comenzi speciale pentru afisarea LAC-ului

si CID-ului in format hexa. Prin urmare tot ce trebuie facut este deschiderea portului pe care

este prezent modemul incorporat in telefonul GSM, trimiterea comenzilor AT, citirea

informatiilor returnate si convertirea acestora din hexa in dec. Aceasta modalitate de aflare

a codului antenei este implementata in solutia LBS ce face parte din acest proiect. Cu toate

acestea exista telefoane mobile care nu expun intregul set de comenzi, iar aceasta metoda

nu se poate folosi.

2) Citirea directa din memoria telefonului – in faza de inceput a proiectului am dispus de un

telefon Orange SPV C600 cu sistem de operare Windows Mobile 5 smartphone edition.

Intrucat acesta nu suporta metoda descrisa mai sus (comenzi AT) am recurs la o abordare

inedita: am utilizat un alt telefon care suporta comenzi AT (Nokia Ngage QD) iar in fereastra

HyperTerminal au fost trimise comenzile necesare. Apoi, valorile obtinute au fost convertite

din hexa in dec, astfel obtinindu-se codul locatiei curente. Folosind o aplicatie speciala am

cautat in adresele de memorie acest cod folosind primul telefon. La o anumita adresa am

gasit structura care contine datele GSM. Aceasta structura contine LAC-ul si CID-ul

ultimelor 8 celule GSM prin raza carora a trecut telefonul, precum si alte informatii cum ar fi

puterea semnalului, canalul pe care se face comunicarea si alte informatii de acest gen.

Aceasta metoda a functionat in cazul de fata intrucat acest model de telefon are o structura

interna mai aparte – memoria este impartita intre procesorul GSM si procesorul ARM al

telefonului.

Problema care se ridica in acest caz o constituie faptul ca aceasta metoda implica citirea

directa a memoriei telefonului, iar un limbaj de programare Visual Basic .NET nu ofera


Pag.

85

suport pentru astfel de operatii. Intrucat aplicatia client era terminata in mare parte folosind

metoda 1, am recurs la scrierea unui DLL in C++ care sa aduca aceste informatii aplicatiei

VB astfel integrand ambele metode si oferind utilizatorului posibilitatea de a alege aplicatia

client aferenta modelului de telefon/ Pocket PC de care dispune acesta.

Folosind functii native C++ de citire a memoriei (ZeroMemory, CopyMemory),

bineinteles precedate de SetProcPermissions(0xFFFFFFFF), am reusit obtinerea a cateva

functii care sa aduca informatiile necesare. Am expus aceste functii si am compilat DLL-ul.

Pentru a suporta cat mai multe dispozitive am crezut ca este absolut necesar integrarea

ambelor metode in proiect. Prin urmare metoda 1 este integrata direct in aplicatia VB, iar

metoda 2 este folosita de aplicatia VB prin chemarea functiilor native scrise in DLL-ul C++.

Aceasta este justificarea tehnica a faptului ca Sistemul LBS suporta atat telefoane

mobile care ruleaza Windows Mobile 2003 sau 5, editia Smartphone cat si pocket pc-uri

care ruleaza Windows CE 2003 sau 5, editia Pocket PC, Symbian, Java.

Avand in vedere gradul ridicat de complexitate pe care il prezinta proiectul Sistemul

LBS am optat pentru o solutie server dedicata in detrimentul unor servere deja existente

precum Apache sau IIS.

Componenta server a sistemului este scrisa preponderent in Borland Delphi 2005

care se poate configura sa ruleze ca proces sub Windows NT/200x/XP si este in primul

rand un server HTTP. Acest server HTTP beneficiaza de tehnologia multithreading.

Tehnologia multithreading permite tratarea simultana a solicitarilor serverului venite dinspre

doi sau mai multi utilizatori. Totusi, exista cazuri in care, datorita unui numar mare de cereri,

fisierul care contine baza de date este accesat simultan de prea multe ori. Pentru a preveni

erori sau pierderea datelor, am conceput un sistem special pe care l-am numit ―asteptare la

stop‖. In momentul in care fisierul bazei de date este accesat, alte cereri stau in ―asteptare‖

pana cand fisierul este disponibil pentru citire sau scriere.

Asadar:

- serverul va verifica daca versiunea protocolului este corespunzatoare. In cazul uzual se

citesc primele trei caractere.

- se va identifica codul comenzii citind urmatoarele trei caratere – 002. In cazul de fata

comanda este de localizare intrucat codul retelei intra direct (002 – RO Orange).


Pag.

86

- utilizatorul se va autentifica in baza username-ului si a parolei. Dupa autentificare se

verifica daca utilizatorul are dreptul de a folosi serviciul.

- codul 130 – 21991 va fi cautat in baza de date pentru operatorul 002 (RO – Orange). Baza

de date este alcatuita din mai multe fisiere xml salvate in foldere diferite avand ca nume,

codul operatorului de telefonie. In cazul de fata se va deschide fisierul \002\002.xml.

Folosind un dataset fisierul se incarca. Locatia este identificata si in cazul in care exista

poza atribuita locatiei, acest fapt fiind memorat.

- data, ora si codul antenei vor fi salvate atat in tabela cu utilizatori (users.xml) cat si in

fisierul de raportare. In cazul in care ultima locatie din fisierul de raportare este aceeasi,

aceasta nu se salveaza pentru a nu congestiona raportul. Limita fisierului .txt este de 500

linii, nivel selectat avand in vedere considerente tehnice (spatiu si banda de internet).

- se verifica daca exista mesaje noi pentru acest utilizator dupa care se genereaza

raspunsul.

Utilizand aceleasi principii si implementari tehnice (autentificare utilizator, raspuns pe

mai multe fire de executie, interogare baza de date formata din diferite fisiere) serverul mai

suporta si urmatoarele functii: afisarea unui raport detaliat, afisarea ultimei locatii raportate

de utilizator, afisarea tuturor operatorilor suportati, trimiterea/ primirea de mesaje text sau

e-mail.

Programele de administrare

Pentru gestionarea utilizatorilor exista o aplicatie interna numita sistem admin.

Aceasta are sarcina de a administra utilizatorii din sistem (adaugare, editare, stergere,

limitare drepturi etc). Tot aceasta aplicatie este folosita cand se modifica structura bazei de

date pentru a porta continutul actual in noua structura.

O alta aplicatie ce are un rol deosebit in ceea ce priveste administrarea si

mentenanta serviciului LBS, este un server auxiliar de control. Acest server de control a fost

deosebit de util in special in fazele incipiente de dezvoltare. Astfel s-a impus implementarea

unei metode de repornire a serverului pentru a preveni aparitia unor perioade lungi de

inoperabilitate a serviciului avand in vedere inexistenta unui operator uman care sa asigure

mentenanta permanenta a serverului.


Pag.

87

In consecinta, am scris un server de control care reporneste serverul HTTP in momentul in

care accesez un link. Linkul poate fi accesat utilizand atat un telefon mobil cat si un

calculator. In momentul in care serverul auxiliar detecteaza o cerere de restart, acesta cauta

in lista de procese a sistemului de operare (Windows) serverul HTTP si il inchide. Dupa 30

de secunde, serverul HTTP este pornit automat.

In ceea ce priveste localizarea GPS s-a hotarat folosirea versiunii AMI-5m care l-a data

redactarii raportului era cel mai mic GPS si consuma maximum 65mW/ora si dimensiuni de:

[8x6,5x1,2] mm. (Anexa). In viitorul raport se va detalia elaborarea solutie GPS.

Figura 47. Micro GPS

Sinteza asupra solutiei propuse Concluzii si perspective

Pe baza solutiei descrise de localizare nonGPS si alaturand solutia GPS deja

existenta pe device-ul de localizare, consideram ca in 2011 vom putea integra solutia de

localizare duala. Problema care se va pune in urmatoarea activitate va fi implementarea

functionalitatii in tandem impreuna cu solutia GPS, astfel: se va prioritiza functionarea GPS,

iar in lipsa semnalului de la sateliti necesar realizarii localizarii se va trece automat pe

triangulatia obtinuta pe baza GSM. Din cooperarea in functionare a acestor doua sisteme

localizarea pacientului va deveni posibila in majoritatea situatiilor.

Dupa implemetarea solutiei de localizare duala sistemul va trebui sa raspunda cu

succes in urmatoarele conditii de testare:

In functie de geolocatie: mediu suprateran, subteran, indoor, outdoor;

In functie de gradul de poluare electromagnetica: zone cu risc scazut, mediu si ridicat;

In functie de tipul dispozitivului/ dispozitivelor utilizat(e): GSM, GPS sau GSM&GPS.

Indicatori dupa care sistemul nonGPS va fi evaluat in etapele urmatoare, ca urmare a

experimentarilor facute:


Pag.

88

- disponibilitatea: este direct proportionala cu disponibilitatea furnizorului GSM;

astfel: 99,5 % pt marile orase, sub 96 % pt celelalte zone;

- precizii de localizare

o de pana la 250m in marile orase, datorita suprapunerii puternice a celulelor

invencinate, realizandu-se astfel triangulatii cu un numar mare de celule si

deci precizie obtinuta foarte buna.

o in zone rurale sau orase mici precizia va de cca. 1-3 km; acest fapt nu va

pune insa in pericol gasirea rapida a pacientului deoarece o populatie mica

implica un ―grad de familiaritate‖ mai mare in randul populatiei.

De precizat ca ―Serverul Stocare Patternuri Deplasare‖ introdus in aceasta etapa are

rolul de a ajuta Serverul de Localizare in cazul in care nu se poate localiza pacientul pe

baza acestuia.


Pag.

89

B3. Elaborare solutie comunicatii cu fibra optica - partial

Solutia de comunicatie prin fibra optica a fost aleasa din cauza securitatii sporite pe

care aceasta o ofera in raport cu perturbatiile electromagnetice si eventaulale tentative de

brese in securitatea sistemului. De asemena, latenta mica oferita de aceasta modalitate de

comunicare a fost un factor decisiv in alegerea facuta.

In subsistemul de prelucrare la distanta conexiunea la furnizorul de servicii GSM se

face prin fibra optica prin 2 legaturi:

- legatura principala

- legatura back-up

Cele doua fibre optice vor fi legate printr-o conexiune BGP care va realiza

trecerea in mod automat, in caz de avarie, pe una din legaturile existente.

Figura 48. Locul fibrei optice in cadrul SPD

Peeringul BGP se va realiza utilizand numere AS private, deoarece nu este necesar

sa fie vizibil in internet. De asemenea, legaturile acestea vor fi monitorizate si orice

eveniment va fi logat. Se va utiliza suita de programe Quagga, versiunea de Linux, pentru a

asigura conectivitatea BGP. Deoarece nu va fi nevoie de load balancing nu se va solicita

decat ruta default de la la partenerul de trafic.

Subsistem

prelucrare

evenimente

Server

Comunicatii si

autentificare

Fibra

optica

X 2

Factorul

decizional:

Personal medical

specializat

Switch

management

1Gb - FO


Pag.

90

Solutia de comunicatii prin FO este structurata in trei segmente:

1. segmentul aferent operatorului GSM care asigura legatura cu echipamentele distante

si cuprinde urmatoarele echipamente:

a. miniRack 19‖

b. router GB

c. UPS

d. sistem de conexiuni optice

2. segmentul de FO aferenta traseului public (traseul acesteia se va proiecta in functie

de solutia Netcity)

3. segmentul de FO locatie Erisc

a. miniRack19‖

b. router GB

c. UPS

d. sistem de conexiuni optice

Software-ul specific pentru monitorizarea acestei legaturi este produsul Netdog FO

dezvoltat de compania Lighting Net din Romania. Acesta solutie permite balansarea

traficului pe mai multe rute daca unul din sistemele FO au probleme care afecteaza

calitatea comunicatiilor.


Pag.

91

B4 - Elaborare solutie comunicatii date cu un consum redus de energie –

partial

In iunie 2010 au aparut specificatiile formale pentru Bluetooth core ver. 4.0 si odata

cu aceasta si sisteme comerciale de o mai mare eficienta energetica, acest lucru a permis

sa regandim datele privind sistemele de comunicatii intre SP-ST.

In anul 2009 campionul eficientei energetice era Zigbee in anul 2010 a aparut in

discutie Bluetooth ver. 4 Low Energy care dispune de sisteme de management si

modularitate care creste spectaculos eficienta cu

care se pot transmite datele de inalta densitate la

mica distanta.

Bluetooth core 4.0 Low energy este special

proiectat pentru monitorizarea medicala si in acest

conditii a fost puternic sustinut de Continua Health

Alliance – o asociatie de peste 200 companii si

organizatii cu interese in asigurarea asistentei

medicale personale in afara spitatelor.

Acest lucru favorizeaza in mod clar eforturile

consortiului nostru de a dezvolta o solutie purtabila

cu aplicabilitate imediata in sistemul sanitar

autohton.

Noutatiile pentru acesta versiune sunt:

Transfer de date in sesiuni ultrascurte (pachete de date intre 8bytes minim -32 byts

maxim)

Tehnologie cu salt in frecventa – asigurand imunitate la interferentele din banda

2.4Ghz

Gestiune amplificata a clientilor – acest lucru permite scaderea necesarul de putere

cerut de managementul local prin concentrarea functiilor in nodul central care poate

dispune de resurse energetice mai importante.


Pag.

92

Latenta minima este de 3ms

Scalarea puterii RF si modularea speciala permite o raza de actiune de pana la

100m

Integrarea CRC pe 24bits pentru toate pachetele.

Criptarea AES 128bits asigura necesarul de securitate cerut de referintele americane

si europene privind manipularea datelor personale in retele wireless.

Topologia cu adresarea fiecarui slave pe 32bits asigura flexibilitatea necesara

schimbarilor rapide de structura a retelei locale.

Figura 49. Bluetooth core 4.0 Low energy

Faptul ca in principal tinta acestei tehnologii este asistenta medicala personala la

distanta, asigura uniformizarea solutiilor si implicit scaderea drastica a costurilor – la data

redactarii raportului (nov 2010) deja costurile unui set de dezvoltare Bluetooth core 4 este

mai mic decat al tehnologiei Zigbee care ramne astfel utilizabila doar in domeniul senzorilor

wireless cu aplicatii industriale si militare.

Introducerea acestei noi tehnologii a implicat achizitia unui kit SDK pe care s-au

testat efectiv cerintele exprese ale proiectului nostru, constatand eficenta solutiei la

problemele puse de transferul sustinut de date prin canalul Bluetooth ver.4.


Pag.

93

Softul implica folosirea SmartRF Studio 7 pentru programarea, comanda si

debugging a legaturilor RF intre PS-PT (vezi imaginea de mai jos).

Figura 50. SmartRF Studio 7

O parte din facilitatile acestei tehnologii includ in mod trasparent acum procese

implementate imperativ de consortiu acestea fiind urmatoarele:

CRC pe 24bits pentru pachetele de date

Criptare AES

Intrarea in standby la doar 15ms de la terminarea emisiei

In cursul realizarii proiectului se vor dezvolta in cadrul membrilor consortiului

competentele necesare pentru introducerea agresiva a acestor facilitati prin inlocuirea

solutiilor deja avute in vedere in etapa a doua a proiectului.

BLE (Bluetooth Low Energy) este in acest moment tehnologia cu cel mai mare

impact pentru democratizarea telemedicinei si este clar solutia ideala pentru proiectul

nostru. Aplicarea tehnologiei va permite cresterea disponibilitatilor energetice cu 11,2% si


Pag.

94

in plus scaderea complexitatii produsului soft final de gestiune a comunicatiilor SP-ST prin

folosirea noilor facilitati constructive a BLE.

Concluzie:

Finalizarea studiului, prin optarea pentru BLE, permite realizarea tuturor obiectivelor

legate de gasirea unei solutii optime de comunicatii pentru aplicatia noastra.

1. Solutia descrisa asigura o legatura de date permanenta de minim 24h, conform

specificatiilor initiale

2. Am obtinut scaderea costurilor de elaborare si de implementare a solutiei prin

folosirea facilitatiilor integrate de securitate si rezilienta in locul celor scrise in

mod special pentru acest proiect. (poate singurul lucru bun generat de

translatarea proiectului cu un an)

3. Sunt indeplinite toate cerintele din documentatia contractuala la semnarea

contractului de cercetare.


Pag.

95

B5 – Elaborare solutie achizitie date multicanal; elaborare solutie de

comunicatie

B5.1. Elaborare solutie achizitie date multicanal

Conform specificatiilor stabilite la inceputul proiectului, sistemul de achizitii de date

trebuia sa asigure minim 3 canale ECG si un canal pentru accelerometer; dupa elaborarea

studiilor specifice a rezultat adaugarea a inca 2 canale de date – sensor respiratie (variatie

de volum thoracic) si un sensor optional de miograma (tremur somatic) util in rejectarea

artefactelor complexe.

Figura 51. Schema bloc conversie A/D

Astfel schema de convertorului A/D de tip Sigma/Delta arata ca in figura de mai sus.

MSP430 dispune de 8 canale A/D cude 12bits, suficiente pentru nevoile curente ale

unui sistem purtabil. In plus cele cinci canale disponibile sunt impartite in blocul auxiliar


Pag.

96

astfel: canalul 3D, nivel baterie, senzor optional miograma, senzor respiratie si temperatura

corp; acestea sunt utile in exploatarea sistemului, oferind informatii suplimentare catre

sistemul de monitorizare aflat in centru E-RISC.

Flexibilitatea modulelor de conversie A/D permite dezvoltarea unor strategii de

folosire asimetrica a canalelor de conversie, putand obtine o echilibrare mai buna a

consumului fata de rata de conversie. In mod normal sistemul are nevoie de rate de

esantionare de 1khz/canal, deci rata totala de esantionare este in mod normal de 7khz.

Aceasta valoare poate fi modificata de comenzile primite de la subsistemul ST sau serverul

tehnic ERISC.

Fluxul de date digitizat intr-un AD16 se prezinta astfel:

Figura 52. Fluxul de date digitizat intr-un AD16

Schema de digitizare prezentata alaturat permite controlul software al modului cum

sunt apelate canalele fiind posibila programarea dinamica a felului in care se face

esantionarea si multiplexarea canalelor auxiliare.

Sistemul va folosi un software cu prioritizarea transferului de la senzorii ECG pe

baza unui raport 1/3/7, astfel incat se asigura un flux continuu de date catre unitatea de

procesare RR. In cazul simulat, acest artificiu asigura transfer ECG pentru fiecare unitate de

procesare, informatii 3D de la accelerometre la fiecare 3 unitati si date interne si de

respiratie la fiecare 7unitati de procesare. Unitatea de procesare este numarul de ―clock‖


Pag.

97

necesar pentru conversia A/D a unui canalECG. In functie de rezervele energetice (nivelul

acumulatorului) sistemul poate scala rata de multiplexare si eventual rata de esantionare a

sistemului.

Figura 53. Sistem de multiplexare multicanal

Pentru reducerea zgomotului de fond din cauza ca rapoartele semnal-zgomot sunt

foarte mici si nivele de semnal extrem de reduse, proiectarea traseelor de semnal redus si

de masa este critica. Pad-urile senzorilor ECG, senzorului optional precum si cablurile

acestora vor fi ecranate pentru reducerea semnalelor parazite induse in traseele de

semnal analogic.


Pag.

98

Optional la sistem se poate adauga si functia de ceas de timp real. In plus daca

sacrificam un nivel de putere se poate introduce in locul software-ul scris special pentru

aceasta aplicatie un sistem de operare de tip tinyOS accesibil in regim de ―remote control‖

prin intermediul Bluetooth+GPRS din dispeceratul ERISC. In aceste conditii se poate face

inclusiv update de firmware la pacienti, fara sa fie nevoie sa se prezinte la cabinetul

medical. Sistemul va putea rula o functie de autocalibrare la variatii mai mari de 2 grade a

temperaturii din incinta microcontroller, se asigura astfel o deriva minima a preciziei fata de

temperatura.

B5.2. Elaborare solutie comunicatii

Asigurarea comunicatiilor are in vedere urmatoarele aspecte:

Legatura SP-ST

1. Standard – Bluetooth core ver. 4.0

2. Distanta minima 10m

3. Securizare – criptare AES 128

Prin proiectare, segmentul SP-ST este securizat prin setarea functei de criptare AES

128, implementata de standardul Bluetooth core 4 Low Energy. In plus se foloseste o

lista de MAC-uri certificate la care se poate conecta echipamentul Bluetooth, razolvand

astfel posibilitatea de a intercepta comunicatiile prin intermediul strategiei ―Man in the

Midlle‖. Folosirea CRC pe 24de biti asigura transferul corect al datelor pe lantul de

comunicatii intre SP-ST.

Terminalul SP este fixat pe banda elastica cu prindere in trei puncte si trebuie

sa aiba o autonomie minima de 24h.

Terminalul ST – este smartphone dotat cu processor de tip SnapDragon 1Ghz

si 512 RAM care poate rula Android ver.2.2 Froyo sau WinMe 6.1 sau 6.5.

La data redactarii acestui material nu se considera necesar sa se dezvolte o

solutie pentru WM 7.


Pag.

99

In cazul folosirii terminalul MICS –pentru ST este necesardezvoltarea unei

platform bazate pe procesoarele ARM 400Mhz, 64MbRam care vor rula WindowsCE.

Legatura ST-Baza GSM- Baza ERISC

Standard GPRS/HSPDA +FO

Acoperire 99.1 din populatia Romaniei

Securizare – optional –criptare AES 256biti

Securizarea segmentelor de comunicatii radio este un element important in

obtinerea calificarii solutiei fata de normele europene de manipulare a datelor medicale si

de procesare a datelor personale.

Problemele pe acest segment pot veni de la lipsa de disponibilitate a semnalului

GPRS sau 3G in anumite locatii, avand in vedere ca sistemul nostru nu poate functiona in

mod CSD deoarece rata de transfer este prea mica (9600bps) fata de necesarul cerut de

catre serverele medicale.

Pentru cazul in care nu se pot transmite date medicale, optional ST poate fi dotat cu

o memorie flash de cel putin 4GB, memorie care sa asigure backup-ul datelor pâna la

rezolvarea situatiei. Datele medicale salvate in memorie include si informatii privind

localizarea pacientului precum si toate datele interne ale sistemului.

In zonele fara acoperire GPRS sistemul ST poate totusi trimite SMS-uri cu statusul

actualizat. Informatiile de status sunt urmatoare:

1. Nivelul bateriei ST

2. Nivelul baterieiSP

3. RSSI GSM

4. RSSI Bluetooth

5. Locatie GSM

6. Informatii localizare GSM (LAC CID)

7. Puls (calculat din R-R)


Pag.

100

8. Pozitie (conform accelerometere)

9. Temperatura

Deoarece comunicatiile reprezinta cea mai slaba veriga in lantul de tehnologii ale

acestui proiect este important sa asiguram un nivel calitativ peste medie a echipamentelor

si personalului care asigura, foloseste si intretine aceste echipamente.

In conditiile in care utilizatorii acestui sistem pot lucra la distante considerabile fata de

echipele de support tehnic este imperios necesar sa fie implementata o politca de control

riguros a calitatii produselor si serviciilor.


Pag.

101

V. ANEXE


Pag.

102

ANEXA 1

Articole, carti si teze de doctorat publicate

in cadrul Proiectului ERSIC 2009-2010

Carte:

PARASCHIV, A.M., CEPISCA,C., BANICA, C.K.

Sistem de achiziţie şi prelucrare la distanţă cu aplicaţii în medicină

Editura Electra, Bucuresti, 2010, ISBN: 978-606-507-051-6

Teza doctorat:

BOEV,A.

Cercetari privind analiza variabilitatii ritmului cardiac prin tehnici de procesare numerica a

semnalului electrocardiografic

Teza de doctorat Boev Anatol – Universitatea Politehnica Bucuresti – Facultatea de

Inginerie Electrica – Bucuresti 2009

ARTICOLE:

1. Vatasescu, R., A. Berruezo, et al. (2009).

"Midterm 'super-response' to cardiac resynchronization therapy by biventricular pacing with

fusion: insights from electro-anatomical mapping."

Europace 11(12): 1675-1682. (ISI – impact 2,2)

AIMS: Some authors recommend avoiding fusion with left ventricular (LV) intrinsic

depolarization during cardiac resynchronization therapy (CRT). If fusion is still present

during optimized biventricular (Biv) pacing and its long-term effects on the response to CRT

are currently unknown. The aim of the study was to analyse the endocardial LV activation

pattern induced by echocardiographically optimized Biv pacing and its influence on LV

reverse remodelling.

2. ENACHE,A.C.

Evaluation of Implicit Contextual Memory with EEG Methods

In: Proceedings of the 3rd WSEAS International Conference on Sensors and Signals, pp.

145-149, Faro, Portugal, 3-5 November 2010, WSEAS Press, ISSN: 1792-6211, ISSN:

1792-6238, ISBN: 978-960-474-248-6 (ISI)

3. Berruezo, A., R. Vatasescu, et al. (2010).


Pag.

103

"Biventricular pacing in hypertrophic obstructive cardiomyopathy: A pilot study." Heart

Rhythm. (ISI – impact 2)

OBJECTIVE: The purpose of this study was to assess the feasibility and effectiveness of

biventricular pacing in HOCM.

4. Apetrei, Dan; Chicco, Gianfranco; Neurohr, Ralf; Albu, Mihaela; Postolache, Petru,

Silvas, Ioan; 2010,

Voltage and Frequency time series analysis. Improvements in transforming data from

quality survey into information,

Proc. of 9th Int. Conf. on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), Praga, 16-19

may 2010, ISBN: 978-1-4244-5370-2

5. R-G. VATASESCU, C. IORGULESCU, sa, Clinic Emergency Hospital,

Sinrom de QT lung si sindrom WPW – o asociere rara de cause de moarte subita la un

pacient tanar,

Congresul national de cardiologie Sinaia 2010.

6. R-G. VATASESCU, D. Dobreanu2, C. IORGULESCU1 sa,

Terapie de resincronizare cardiaca la un pacient cu forma avansata de displazie

aritmogenica de ventricul drept si afectare a ventriculului stang,

Congresul national de cardiologie Sinaia 2010

7. R-G. VATASESCU, A. Vasile, C. IORGULESCU, C. CALDARARU, S. BOGDAN, D.

CONSTANTINESCU, M. DOROBANTU - Clinic Emergency Hospital, Bucharest, Romania,

Resincronizarea cardiaca cu fuziune produce o resincronizare si o functie sistolica a VS mai

buna comparativ cu stimularea atrio-biventriculara – un studiu acut,

Congresul national de cardiologie Sinaia 2010.

8. CLEMINTE, O, CEPISCA,C, BANICA,C, CEPISCA,C,I

Influenta operatiei de ferestruire în prelucrarea semnalelor

Proceedings of 5h International Conference Metrology&Measurement Systems METSIM

2009, nov.2009, Bucharest, Ed. Noua, ISBN 978-606-8082-22-6, pp.115-121


Pag.

104

9. PARASCHIV,A.M.

Sistem de monitorizare la distanta si prelucrarea semnalelor ECG



10. CEPISCA,C, BARDIS, N, MIHALKOV,N

Conditioning circuits for parametric transducers



11. CEPISCA,C.I, CORNELIA CEPISCA, CEPISCA,C, SERITAN,G, BANICA,C,

ARGATU,F, Influence of nonsinusoidal signals in electrical equipment

Proceedings of the Union of Scientists, Fourth Conference Energy Efficiency and Structural

Engineering, Rouse, Bulgaria, 1-3 october 2009, ISSN 1311-9974, pp.485-489

12. ELEONORA DARIE, CEPISCA,C, DARIE,E.

Signal processing in measuring electromagnetic interference

Proceedings of the 8th WSEAS International Conference on Signal Processing, Robotics

and Automation, pp.57-60, Cambridge, 24-26 february, 2009, Recent Advances in Signal

Processing, Robotics and Automation, Mathematics and Computers in Science and

Engineering, , WSEAS Press, ISSN 1790-5117, ISBN 978-960-474-054-3 (ISI)

13. Eleonora Darie, Costin Cepişcă, Emanuel Darie

Discrete Wavelet Transform Used for Detection the Power Signal Disturbances,

Proceedings of the 5 th International Conference „Metrology & Measurement

Systems”(METSIM 2009), Bucharest, Romania, November 5-6, 2009, pp. 70-73, ISBN: 978-

606-8032-22-6.

14. Boev, A., Stanciu, M., Pantelimon, Brânduşa,

Spectral Analysis of the Intracardiac and Surface ECG in Atrial Fibrillation,



15. Mihaela Albu, Alexandru Nechifor, Doru Creanga, 2010,

Smart Storage for Active Distribution Networks. Estimation and Measurement Solutions,


Pag.

105

Proc. of the I2MTC '10. IEEE Intrumentation and Measurement Technology Conference,

Austin, TX, 3-6 May 2010 , ISBN: 978-1-4244-2833-5.

16. Stanciu, M.; Albu, M.; Boev, A., 2009,

ECG monitoring. A software tool for deriving time and frequency parameters,

Proc. of MeMeA 2009. IEEE International Workshop on Medical Measurements and

Applications, 29-30 May 2009, Page(s):116 – 121, ISBN: 978-1-4244-3598-2.


Pag.

106

ANEXA 2

Program– ANALIZĂ MULTIDIMENSIONALĂ ;TIPURI DE FILTRARE clear all close all clc format long disp(' ') disp(' Introduceti numarul fisierului ekg_"nr"') disp(' ') input(''); ns=ans; ekg_ns=['ekg_' int2str(ns)]; numef=[ekg_ns '.asc']; eval(['load ' numef]); ASN=eval(ekg_ns); xa=ASN(:,1);yu=1000*ASN(:,2); n=length(xa) xaf=1000*xa; N=2^ceil(log(n)/log(2)); Yu=fft(yu,N); Pyyu=Yu.*conj(Yu)/n; Pnu=abs(Yu)*2/n; % pas=xa(2)-xa(1); Fs=1/pas; fN=Fs/2; fx1=fN*(0:N/2)/(N/2); fx=fx1'; % Pyyu((N/2+2):N)=[ ]; Pyyu(2:N/2)=2*Pyyu(2:N/2); % Pnu((N/2+2):N)=[ ]; Pnu(2:N/2)=2*Pnu(2:N/2); ft=30; ord=16; tipf=1; mm=0; for tipf=1:4 nn=0;mm=mm+1; for ft=40:55 ww=0;nn=nn+1; for ord=6:14


Pag.

107

ww=ww+1; if tipf==1 [b,a]=butter(ord,ft*2/Fs); elseif tipf==2 [b,a]=cheby1(ord,0.1,ft*2/Fs); elseif tipf==3 [b,a]=cheby1(ord,0.1,ft*2/Fs); elseif tipf==4 [b,a]=ellip(ord,0.1,40,ft*2/Fs); end [H,w]=freqz(b,a,1024); yfu=filter(b,a,yu); d1=diff(yfu); s=yfu; for i=1:length(d1)-1 if ((d1(i)>0)&(d1(i+1)<0)|(d1(i)<0)&(d1(i+1)>0))&(35<((s(i)-s(i+1))<70)|(35<(s(i+1)-s(i))<70)) b(i)=d1(i); else b(i)=0; end i=i+1; end yfO(1:length(yfu),ww,nn)=yfu; B(1:length(b),ww,nn)=b; S(ww,nn,mm)=sum(abs(b)); end end end [x2,x1,x3] = ndgrid(6:14,40:55,1:4); slice(x1,x2,x3,S,[45,50],14,[2,4]); colorbar %axis tight; % Ylabel('ORDINUL FILTRULUI');Xlabel('Tip filtru');zlabel('SUMA CUMULATA A ZGOMOTELOR');ylabel('4 TIPURI DE FILTRE');grid on;


Pag.

108

2. Program –DETERMINAREA INTERACŢIUNILOR DINTRE BENZILE DE FRECVENŢĂ

ALE MATRICII WAVELET – INTERFAŢĂ VIRTUALĂ

val=get(h33,'value'); if val==2 close;figure; darkgray = [1/3 1/3 1/3]; set(gcf,'color',darkgray','units','normal','position',[.005 .005 .995 .995]) gcfpos = zeros(1,4); n = 165; e = 67; view(n,e); % POTENTIOMETRU LINIAR nc = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .025 .45 .04], ... 'min',0,'max',360,'val',n,'string',num2str(n), ... 'call','n = get(nc,''value''); view(n,e),k2'); nct = uicontrol('style','text','units','normal','pos',[.67 .09 .17 .04], ... 'string','Vertical roundness','fore','white','back',darkgray); ec = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .09 .45 .04], ... 'min',0,'max',360,'val',e, ... 'call','e = get(ec,''value''); view(n,e),k3'); ect = uicontrol('style','text','units','normal','pos',[.67 .025 .17 .04], ... 'string','Horizontal roundness','fore','white','back',darkgray); ec3 = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .145 .14 .04], ... 'min',0,'max',260,'val',ee,'string',num2str(ee), ... 'call','ee = get(ec3,''value''); caxis([ee,270]),k6'); ece = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .3 .14 .04], ... 'min',0,'max',260,'val',eee,'string',num2str(eee), ... 'call','eee = get(ece,''value''); k7,k8'); e9 = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .455 .14 .04], ... 'min',0,'max',260,'val',ez,'string',num2str(ez), ... 'call','ez = get(e9,''value''); j7,kr'); % VALORI STATICE POTENTIOMETRII hh1=uicontrol('style','text','pos',[.48 .025 .17 .04 ],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(n)); hh2=uicontrol('style','text','pos',[.48 .09 .17 .04 ],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',...


Pag.

109

'ForegroundColor','white','String',num2str(e)); hh3=uicontrol('style','text','pos',[.01 .19 .14 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(ee)); hh4=uicontrol('style','text','pos',[.01 .345 .14 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(eee)); hh5=uicontrol('style','text','pos',[.01 .5 .14 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(ez)); %explic hh5=uicontrol('style','text','pos',[.156 .5 .03 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String','P'); hh4=uicontrol('style','text','pos',[.156 .345 .03 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String','S'); hh3=uicontrol('style','text','pos',[.156 .19 .03 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String','C'); % EVENIMENT UNIC. hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .688 .14 .038],... 'string','SYNGLE','callback','k1'); hc2=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .57 .14 .038],... 'string','MAXIMUM','callback','k4'); h3=uicontrol('style','popup',... 'string','INTERP 1|INTERP 2|','units','normal','Position',[.01 .93 .14 .038],... 'callback','k0'); h7=uicontrol('style','popup',... 'string','FOND AXE|FOND FIGURA|','units','normal','Position',[.01 .81 .14 .038],... 'callback','k9'); % INTOARCERE hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .65 .14 .038],... 'string','BACK','callback','sur'); hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .61 .14 .038],... 'string','MAGNIFY','callback','k5');


Pag.

110

hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.85 .025 .14 .106],... 'string','PRINT','callback','prin'); L=1:512;V=10:20; x8=a(V,L); [L V]=meshgrid(L,V); mesh(L,V,x8); [a1,b1]=find(x8>50); jic=length(a1); jics=num2str(jic); text('units','normal','Position',[.8 .92 .7],'fontweight','bold'... ,'horizontalalignment','center','string',jics); h1=set(gca,'Xlabel',text(.5,.5,'TIMP','sc'),'Ylabel',text(1,2,'FRECVENTA','sc'),'Zlabel',... text(1,1,'PUTERE'),'Position',[.3 .26 .65 .69],'view',[n,e]); h=set(gcf,'backingstore','off','color','blue','NumberTitle','off','colormap',map,'Name','INTERACTIUNI LF-HF'); elseif val==3 close;figure; darkgray = [1/3 1/3 1/3]; set(gcf,'color',darkgray','units','normal','position',[.005 .005 .995 .995]) gcfpos = zeros(1,4); n = 165; e = 67; view(n,e); % POTENTIOMETRU LINIAR nc = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .025 .45 .04], ... 'min',0,'max',360,'val',n,'string',num2str(n), ... 'call','n = get(nc,''value''); view(n,e),k2'); nct = uicontrol('style','text','units','normal','pos',[.67 .09 .17 .04], ... 'string','Vertical roundness','fore','white','back',darkgray); ec = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .09 .45 .04], ... 'min',0,'max',360,'val',e, ... 'call','e = get(ec,''value''); view(n,e),k3'); ect = uicontrol('style','text','units','normal','pos',[.67 .025 .17 .04], ... 'string','Horizontal roundness','fore','white','back',darkgray); ec3 = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .145 .14 .04], ... 'min',0,'max',260,'val',ee,'string',num2str(ee), ... 'call','ee = get(ec3,''value''); caxis([ee,270]),k6'); ece = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .3 .14 .04], ... 'min',0,'max',260,'val',eee,'string',num2str(eee), ... 'call','eee = get(ece,''value''); k7,k8');


Pag.

111

e9 = uicontrol('style','slider','units','normal','pos',[.01 .455 .14 .04], ... 'min',0,'max',260,'val',ez,'string',num2str(ez), ... 'call','ez = get(e9,''value''); j7,kr'); % VALORI STATICE POTENTIOMETRII hh1=uicontrol('style','text','pos',[.48 .025 .17 .04 ],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(n)); hh2=uicontrol('style','text','pos',[.48 .09 .17 .04 ],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(e)); hh3=uicontrol('style','text','pos',[.01 .19 .14 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(ee)); hh4=uicontrol('style','text','pos',[.01 .345 .14 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(eee)); hh5=uicontrol('style','text','pos',[.01 .5 .14 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String',num2str(ez)); %explic hh5=uicontrol('style','text','pos',[.156 .5 .03 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String','P'); hh4=uicontrol('style','text','pos',[.156 .345 .03 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String','S'); hh3=uicontrol('style','text','pos',[.156 .19 .03 .04],... 'Units','normalized','BackgroundColor','red',... 'ForegroundColor','white','String','C'); % EVENIMENT UNIC. hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .688 .14 .038],... 'string','SYNGLE','callback','k1'); hc2=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .57 .14 .038],... 'string','MAXIMUM','callback','k4'); h3=uicontrol('style','popup',... 'string','INTERP 1|INTERP 2|','units','normal','Position',[.01 .93 .14 .038],... 'callback','k0'); h7=uicontrol('style','popup',...


Pag.

112

'string','FOND AXE|FOND FIGURA|','units','normal','Position',[.01 .81 .14 .038],... 'callback','k9'); % INTOARCERE hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .65 .14 .038],... 'string','BACK','callback','sur'); hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.01 .61 .14 .038],... 'string','MAGNIFY','callback','k5'); hcl=uicontrol(gcf,'units','normal','Position',[.85 .025 .14 .106],... 'string','PRINT','callback','prin'); L=1:512;V=30:40; x8=a(V,L); [L V]=meshgrid(L,V); mesh(L,V,x8); [a1,b1]=find(x8>50); jic=length(a1); jics=num2str(jic); text('units','normal','Position',[.8 .92 .7],'fontweight','bold'... ,'horizontalalignment','center','string',jics); h1=set(gca,'Xlabel',text(.5,.5,'TIMP','sc'),'Ylabel',text(1,2,'FRECVENTA','sc'),'Zlabel',... text(1,1,'PUTERE'),'Position',[.3 .26 .65 .69],'view',[n,e]); h=set(gcf,'backingstore','off','color','blue','NumberTitle','off','colormap',map,'Name','INTERACTIUNI LF-VLF'); end


Pag.

113

ANEXA 3

Fisa tehnica a celui mai mic circuit GPS integrabil din lume care va fi folosit in

realizarea solutiei de localizare

AMY-5M Preliminary - Locate, communicate, accelerate

u-blox 5 ROM-based GPS receivers Product description

AMY-5M is the smallest standalone GPS receiver in the industry. This fully tested ROM-based solution features the high performance u-blox 5 positioning engine and has been specifically developed for easy implementation and high volume production. AMY-5M is fully autonomous and requires no host integration, facilitating a short time-to-market.

AMY-5M offers three different serial interfaces. The receiver features an integrated GPS crystal, providing fast acquisition and excellent tracking performance at a competitive price. In addition, AMY-5M can be assembled on a 2-layer PCB, which saves production costs. AMY-5M is so small that it can be integrated into the smallest portable devices. Advanced interference suppression mechanisms and innovative RF architecture ensure maximum performance even in hostile signal environments. Highlights

• Industry‘s smallest GPS receiver module: 6.5 x 8 x 1.2 mm • No host integration required • 50-channel u-blox 5 engine with 1 million correlators • Operates at 1.8 V and 3.0 V • Variety of interfaces: 1 UART, 1 USB, 1 DDC (I2C compliant) • Supports AssistNow Online and AssistNow Offline A-GPS services; OMA SUPL compliant 8 x 6.5 x 1.2 mm Block Diagram Active or passive antenna with external LNA Mechanical data Receiver performance data

Receiver type 50-channel u-blox 5 engine GPS L1 C/A code


Pag.

114

SBAS: WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN Max. update rate 4 Hz Accuracy Position 2.5 m CEP SBAS 2.0 m CEP Acquisition Cold starts: 36 s Warm starts: 36 s Aided starts: 4 s Hot starts: 1 s Sensitivity Tracking: –159 dBm Reacquisition: –159 dBm Cold starts: –141 dBm A-GPS Supports AssistNow Online and AssistNow Offline, OMA SUPL compliant Operational limits Velocity: 500 m/s (972 knots) Altitude: 50,000 m Interfaces Serial interfaces 1 UART 1 USB V2.0 full speed 12 Mbit/s 1 DDC (I2C compliant) Digital I/O Configurable time pulse 2 EXTINT interrupt input 2 configuration pins Protocols NMEA, UBX binary Electrical data Supply voltages Single voltage supply: 1.75 – 2.0 V or 2.5 – 3.6 V Dual voltage supply: 1.4 V / 1.8 V Digital I/O 1.65 V – 3.6 V Voltage level Power consumption 75 mW @ 1.8 V (Eco mode) 66 mW @ 1.4 / 1.8 V (Eco mode) Backup supply Voltage range: 1.4 V to 3.6 V Antenna supervision Short and open circuit detection supported with external circuit RF data

RTC input 32.768 kHz (optional) Internal clock 26.0 MHz crystal Housing LGA50 Dimensions 8.0 x 6.5 x 1.2 mm Weight 0.15 g Environmental data Operating temp. –40° C to 85° C


Pag.

115

VI. CONCLUZII

1. Proiectul E-RISC este la aceasta ora un exemplu clasic de tehnologie aflata la limitele

superioare, de multidisciplinaritate si dificultati de alocare pentru resurse financiare si

tehnologice.

Folosirea procesoarelor de ultima generatie din seria Snap Dragon 1Ghz pentru

dizpozitivele portabile, procesoare i7 in configuratie ―quad CPU‖ pentru serverele

scalabile de prelucrare a semnalelor ECG in timp real, sisteme de operare la inceput de

drum – Android 2.2 Froyo, SDK de dezvoltare pentru noi instrumente de monitorizare

medicala, toate acestea sunt elemente clare de interes pentru orice tanar cercetator sau

student. Posibilitatea de a utiliza echipamente si solutii de ultima ora este contrabalansata

de problemele generate de utilizarea unor solutii tehnice imature, de precaritatea

suportului tehnic sau chiar de lipsa acestuia pentru utilizarea unor dispozitive venite direct

din sectiile de microproductie. Pe ansamblu, efortul de a produce o solutie utila si

originala este conditiia necesara, dar nu suficienta, pentru impunerea in societatea

romaneasca a unui produs bun sau a unei tehnologii valoroase.

2. In aceasta etapa, cu ocazia alaturarii solutiilor tehnice de la toti partenerii, au rezultat noi

probleme privind interoperabilitatea subsistemelor, care au generat solutii inovatoare

astfel:

- in sprijinul optimizarii functionarii Serverului de Localizare s-a implementat

―Serverul de Patternuri Deplasare‖;

- s-a determinat o metoda de autocalibrare pentru Serverul de Analiza si Prelucrare

in vederea rejectiei optime a artefactelor, aceasta urmand a fi folosita ca metoda

de calibrare a intregului sistem E-RISC;

3. Definirea tipului de interfete pentru sistemele de emisie-receptie sub forma SoCb

(Sistem on Chip) din seria CC25xx de la Texas Instruments cu MSP340, reprezinta

indeplinirea obiectivelor de etapa. Rezultatele obtinute prin simularea pe aceasta

arhitectura, au confirmat corectitudinea solutiei.

4. Descrierea functionalitatii software-ului de management in conditiile „rularii‖ a catorva

scenarii de functionare E-RISC, demonstreza ca automatizarea monitorizarii este o

solutie fezabila.


Pag.

116

5. Pe baza solutiei descrise de localizare nonGPS si alaturand solutia GPS deja existenta

pe device-ul de localizare, in cadrul Sistemului de Transmisie, consideram ca in 2011

vom putea integra solutia de localizare duala. Prin cooperarea in functionare a acestor

doua sisteme, localizarea pacientului va deveni posibila, in majoritatea situatiilor.

6. Din studiul facut in ceea ce priveste software-ul folosit in achizitiile de date biomedicale

si tinanand cont de faptul ca subsistemul de achizitie E-RISC este unul purtabil, cu multe

restrictii in ceea ce priveste dimensiunile si consumul, am ales o versiune de software

inchisa de tip Sigma–Delta, care are ca avantaj viteza crescuta de conversie in conditiile

consumului redus de energie.

7. Finalizarea studiului prin optarea pentru BLE (bluetooth low energy), tehnologie nou

aparuta, permite realizarea tuturor obiectivelor legate de gasirea unei solutii optime de

comunicatii, pentru aplicatia noastra, asigurand o legatura de date permanenta de minim

24h conform specificatiilor initiale.

8. In aceasta etapa sistemul E-RISC a fost definitivat ca structura hardware si software

ramand ca in urmatoarele etape sa se implementeze solutiile alese. Avem convingerea ca

realizarea proiectului va permite partenerului – in speta Spitalul Clinic de Urgenta

Bucuresti – sa reduca costurile si sa creasca numarul de pacienti care beneficiaza de

asistenta medicala de inalta specialitate. Dupa ce aceasta etapa pilot va fi depasita avem

convingerea ca intr-o colaborare mai larga, prin atragerea de fonduri de dezvoltare

structurale, sa implementam tehnologia dezvoltata pe plan national;

9. In urma derularii proiectului E-RISC exista: 16 articole stiintifice (dintre care 4 cotate ISI:

2 cu impact =>2), o carte care dezbate exact sistemul E-RISC, o teza de doctorat

finalizata in anul 2009 si numerosi doctoranzi care au teme legate de activitati din cadrul

proiectului (Anexa1). Este in pregatire in acest an depunerea unui brevet de inventie pe

baza cercetarilor din aceasta etapa avand ca subiect: tehnici hardware pentru

discriminarea artefactelor din biosemnale.

10. Consideram astfel ca sunt indeplinite toate cerintele din documentatia contractuala la

semnarea contractului de cercetare.


Pag.

117

VII. BIBLIOGRAFIE

1. BĂNICĂ,C.K, SERIAN,G.C., GHIŢĂ, O.M.,Optimal Acquisition for ECG Signal with Real–Time Processing, ATEE 2000, pp. 37-40, Bucharest, 2000;

2. AUGUSTYNIAK, P. (2008). "Detecting patient's emergency--a minimum-computation procedure for pervasive cardiac monitoring." Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2008: 1439-1442.

3. LIU, X., Y. ZHENG, et al. (2010). "Multiple Functional ECG Signal Processing for Wearable Applications of Long-Term Cardiac Monitoring." IEEE Trans Biomed Eng.

4. LIN, C. T., K. C. CHANG, et al. (2010). "An intelligent telecardiology system using a wearable and wireless ECG to detect atrial fibrillation." IEEE Trans Inf Technol Biomed 14(3): 726-733.

5. HUANG, W. T., C. H. CHEN, et al. (2008). "Exquisite textiles sensors and wireless sensor network device for home health care." Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2008: 546-549.

6. ZHENG, J. W., Z. B. ZHANG, et al. (2007). "A wearable mobihealth care system supporting real-time diagnosis and alarm." Med Biol Eng Comput 45(9): 877-885.

7. HONG, S., Y. YANG, et al. (2009). "Performance study of the wearable one-lead wireless electrocardiographic monitoring system." Telemed J E Health 15(2): 166-175.

8. YAZICIOGLU, R. F., T. TORFS, et al. (2009). "Ultra-low-power wearable biopotential sensor nodes." Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2009: 3205-3208.

9. THULASI BAI, V. and S. K. SRIVATSA (2007). "Design of wearable cardiac telemedicine system." Int J Electron Healthc 3(3): 303-316.

10. TADEUSIEWICZ, R. AND P. AUGUSTYNIAK (2005). "Information Flow and Data Reduction in the ECG Interpretation Process." Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 1: 382-385

11. SHIN, K., H. TAE HWANG, ET AL. (2005). "WHAM: A novel, wearable heart activity monitor based on Laplacian potential mapping." Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 7: 7361-7364.

12. SCHEFFLER, M. AND E. HIRT (2005). "Wearable devices for telemedicine applications." J Telemed Telecare 11 Suppl 1: 11-14.

13. PAWAR, T., S. CHAUDHURI, et al. (2007). "Body movement activity recognition for ambulatory cardiac monitoring." IEEE Trans Biomed Eng 54(5): 874-882

14. ORESKO, J. J., H. DUSCHL, et al. (2010). "A wearable smartphone-based platform for real-time cardiovascular disease detection via electrocardiogram processing." IEEE Trans Inf Technol Biomed 14(3): 734-740.

15. CEPIŞCĂ,C, ANDREI, H., BĂNICĂ,C.K, Măsurări în energetică, Editura ICPE, Bucuresti, 2000.

16. NEGOESCU, R., Iniţiere în electronica biomedicală, Editura Tehnică, 1985. 17. CEPIŞCĂ,C., Măsurări electrice şi electronice, Editura ICPE, 1997. 18. CEPIŞCĂ,C., VEYSSIERE,M., Condiţionarea senzorilor şi a semnalelor, Editura

ICPE, 1995.


Pag.

118

19. CEPIŞCĂ,C., NEGOESCU, R., Instrumentaţie pentru biosemnale, Editura ICPE, 1998.

20. POPESCU,M. , Transformata Wavelet, IPB 1994. 21. LĂZĂRESCU, N., Prelucrarea digitală a semnalelor, Editura Amco Press, 1994. 22. ILIESCU, C., PANTELIMON, B., Senzori şi traductoare, Litografia I.P.B.,

Bucuresti, 1993. 23. WINKLER,R, Data acquisition embraces Ethernet, RD Magazine, 1999. 24. MATEESCU, A., DUMITRU,N, STANCIU, L, Semnale şi Sisteme, Editura Teora

2001. 25. POPESCU, D., Prelucrarea digitală a semnalelor, Editura ICPE 2000. 26. KEITHLEY Instruments, SUA, ADwin DSP System, Technical Data, 2004. 27. BĂNICĂ, C.K., Biosemnale – Prelucrari numerice, Editura Electra - ICPE.,

Bucuresti, 2007. 28. BĂNICĂ, C.K., SERIŢA,G.C, - Tehnici de analiză a variabilităţii ritmului cardiac, în

domeniul timp-frecvenţă 29. NEGOESCU, R, Instrumentaţia electronică biomedicală, Editura Tehnica,

Bucuresti, 1985 30. STRUNGARU, R, Electronica medicală, EDP, Bucuresti, 1982 31. CIUPA, R.V., Introducere în Electronica Biomedicală, Inst. Politehnic Cluj-

Napoca, 1992 32. COSTIN, H., Electronica Medicală, Editura Cantes, Iaşi, 2000 33. NAGY, I., Curs de electronică medicală, Editura Eurobit, Timisoara, 1999 34. JOVANOV, T.,M, and RASKIVIC, D., Issues în wearable computing for medical

monitoring applications: A case study of a wearable ecg monitoring device. în Digest of Papers. Fourth International Symposium on Wearable Computers. IEEE Comput. Soc, 2000. în Proc. Eng. în Med. and Bio. Society (EMBS) 1997, Vol. 5, no. 30 Oct.-2 Nov. A.

35. KRAUSE, D.P., SIEWIOREK, et. al.―Unsupervised, dynamic identification of physiological and activity context în wearable computing,” în Proc. 7th Int‘l Symp. on Wearable Computers, (ISWC ) 2003 Oct. 21-23.

36. BAR-OR, HEALEY,J, KONTOTHANASSIS, L,. VAN THONG, J.M, “BioStream: A System Architecture for Real-Time Processing of Physiological Signals” în Proc. Eng.in Med. and Bio. Society (EMBS) 2004 Sept. 1-5, 2004.

37. RANDALL, MULLER, H., ―Context awareness by analysing accelerometer data,‖ în Proc. 4th Int‘l Symp. on Wearable Computers (ISWC) 2000. Oct. 16-17,

38. DONNAY, S., ―Wireless body-area networks (WBAN) for health monitoring applications”, In: ESF Workshop on Wireless Sensor Networks, April 1-2, 2004

39. PAHLM, O., SORNMO, L., Data processing of exercise ECG’s. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol.34, No.2, February 1987, pp.230-236.

1. raportul stiintific si tehnic (rst) in extenso erisc rst etapa 3 2010.pdf · retea optica statie...

Documents