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CARDIO GPS Sapienza Università di Roma - Facoltà di Scienze della Comunicazione Cardio GPS Progetto a cura di: Massimiliano Fusco Andrea Riccio Cattedra di Tecnologie della Comunicazione applicate all’impresa Prof. Carlo Maria Medaglia

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CARDIO GPS

Sapienza Università di Roma - Facoltà di Scienze della Comunicazione

Cardio GPSProgetto a cura di:

Massimiliano Fusco

Andrea Riccio

Cattedra di Tecnologie della Comunicazione applicate all’impresaProf. Carlo Maria Medaglia

CARDIO GPS

Sapienza Università di Roma - Facoltà di Scienze della Comunicazione

• Il Cardio GPS nasce per garantire la sicurezza delle persone infartuate, soprattutto nei casi in cui non è possibile permettersi una forma di assistenza domiciliare.

• L’obiettivo è consentire al sistema sanitario di intervenire in caso di emergenza, attraverso la segnalazione di un dispositivo automatico, che funzioni tramite un sistema di posizionamento GPS e tecnologie GSM/UMTS.

A chi si rivolge e perché

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Teoria di funzionamentoIn caso di aritmìa… Connessione pronto intervento

Verifica stato paziente da remoto

Reale pericolo di aritmia?Invio ambulanza

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Il paziente infartuato, nel momento in cui viene dimesso, riceve un corpetto in microfibra

(le immagini sono un semplice riferimento e non corrispondono a realtà)

Com’è fatto

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Come funziona?

Nel corpetto sono presenti di una serie di tecnologie:• Elettrodi cardiaci;• Scheda Z-SIM (modulo GSM/UMTS e ZIGBEE);• Modulo GPS; • Caricatore ad energia cinetica.

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• Gli elettrodi applicati all’interno del corpetto permettono di evidenziare eventuali aritmie* o segni di cardiopatia ischemica**, non riscontrabili nel breve tempo di un’elettrocardiografia standard;

• Questi elettrodi sono analoghi a quelli di un Holter ECG, uno strumento portatile in grado di monitorare l’attività elettrica del cuore nel lungo periodo.

* Alterazioni della normale sequenza dei battiti cardiaci

** Malattia determinata da un ridotto apporto di sangue al cuore per l'ostruzione o il restringimento dei vasi che nutrono

il muscolo cardiaco

Gli elettrodi cardiaci

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Gli elettrodi misurano le onde cardiache positive P-R-T-U e negative Q-S:• Onde P: attivazione atri;• Onda QRS: complesso ventricolare (stato di eccitamento del miocardio ventricolare)• Onda T e tratto ST: ripolarizzazione delle cellule del miocardio• Onda U: non sempre riscontrabile, rappresenta la ripolarizzazione dei muscoli papillari.

Gli Elettrodi cardiaci 2Questa scheda ha il solo scopo di fornire una completezza di informazioni

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La Z-Sim

È una particolare SIM Card che integra due diverse tecnologie:

•Un tradizionale modulo GSM/UMTS;•Un chip con tecnologia wireless ZIGBEE.

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• Gsm/Umts: sono rispettivamente la II e III generazione della telefonia cellulare. Entrambe le tipologie sono in grado di inviare dati collegandosi con terminali in teleassistenza oppure direttamente al web.

• Cambia la velocità di connessione ed i relativi protocolli di trasmissione

• GSM: Global System for Mobile Communication offre due principali possibilità di connessione, che si inseriscono tra la II° e la III° generazione:

– Gprs: General Packet Radio Service, sistema di trasmissione dati a pacchetto, ha una velocità massima teorica di circa 170 kbit/s (un valore più realistico si attesta intorno a 30-70 kbit/s)

– Edge: Enhanced Data Rates for Global Evolution, è l’evoluzione del sistema Gprs, con una velocità teorica di circa 380 kbp/s

• UMTS (o 3g): Universal Mobile Telecommunication System, è un sistema di trasmissione a pacchetti, ha una velocità massima teorica di circa 2Mbp/s

Dentro la Z-Sim: il modulo Gsm/Umts

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•Qualora i sensori cardiaci registrino delle aritmìe, il modulo Gsm/Umts*, in totale autonomia, invia i dati dell’ECG al servizio di emergenza cardiologica;

•L’invio di questi dati permette al cardiologo di visualizzare in tempo reale l’elettrocardiogramma del paziente, i suoi dati personali e la sua cartella clinica; inoltre, grazie al modulo Gps, vengono inviati i dati per la localizzazione della persona;

•Una volta stabilita la gravità delle aritmìe, si predispone l’eventuale invio di un’ambulanza presso il paziente

*In caso di assenza del segnale telefonico, i dati viaggiano sulle frequenze riservate del 112 europeo.

Dentro la Z-Sim: la funzione del Gsm/Umts

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Dentro la Z-Sim: la funzione del Gsm/Umts

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• Lo ZigBee è un protocollo wireless per reti PAN. Utilizza piccole radio digitali a bassa potenza ed è basato sullo standard IEEE 802.15.4 per reti wireless. Opera in tutto il mondo alle seguenti frequenze: 2.400-2.484 GHz, 902-928 MHz (in Usa) e 868.0-868.6 MHz (in Europa). Tale protocollo è stato progettato dalla ZigBee Alliance;

• Il protocollo ZigBee fornisce strumenti per garantire affidabilità e sicurezza delle reti, quindi potrebbe essere usato anche per i pagamenti monetari.

• Questa tecnologia è più semplice e più economica di altre WPAN come, ad esempio, Bluetooth

Dentro la Z-Sim: il modulo ZigBee

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Dentro la Z-Sim: ZigBee da cosa è composto

• Una rete ZigBee è composta da:

- Coordinator (ZC): Inizializza i vari dispositivi ed il canale di comunicazione, mantiene la configurazione della rete;

- Router (ZR): estende il raggio di copertura della rete, gestendo il routing dei pacchetti ed il protocollo per l’assegnazione degli indirizzi;

- End Device (ZED): ha funzioni limitate di controllo e calcolo, comunica solo con il dispositivo parent (ZC o ZR) al quale è associato.

• Alcune caratteristiche tecniche:

- Lunga durata della batteria (fino a 2 anni)

- Bassa latenza

- Fino a 65.000 nodi su una rete

- Crittografia AES a 128-bit - Fornisce connessioni sicure tra dispositivi

- Bassi costi

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Dentro la Z-Sim: tabella di comparazione

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Dentro la Z-Sim: le applicazioni dello ZigBee

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Lo ZigBee consente al corpetto di dialogare con due reti distinte: Una rete domestica di controllo, composta da un router, il cui compito è stabilire una

connessione remota con il cardiologo curante, che può monitorare a distanza le condizioni del paziente, e da uno smartphone, che funge da interfaccia grafica per la visualizzazione dell’elettrocardiogramma e di altri valori cardiaci;

Dentro la Z-Sim: la funzione dello ZigBee

Casa Ospedale/Medico

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Una rete “sanitaria” di emergenza, costituita da un router all’interno dell’ambulanza e da uno all’interno del pronto soccorso, che consentono una visualizzazione immediata delle curve cardiache del paziente durante il tragitto verso l’ospedale.

Dentro la Z-Sim: la funzione dello ZigBee

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Modulo Gps

Il GPS (Global Positioning System) è un sistema di posizionamento su base satellitare, a copertura globale e continua, realizzato dal dipartimento della Difesa degli Stati Uniti:

• Utilizza 24 satelliti geostazionari, 21 attivi e 3 di scorta, in orbita intorno alla terra a circa 20mila Km di distanza;

• Permettono a chi è dotato di un apparecchio ricevente di rilevare la propria posizione

• La sua accuratezza, in ambito civile, lo porta ad avere un’approssimazione poco inferiore ai 10m

• E’ un sistema in “vista del cielo”, vale a dire che non è in grado di rilevare la posizione all’interno di locali chiusi o sotterranei

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• Il modulo serve a localizzare il paziente fornendo all’operatore le sue coordinate geografiche (longitudine e latitudine).

• Tali coordinate viaggiano sulla rete GSM/UMTS insieme ai dati relativi alla situazione clinica del paziente.

• L’operatore, ricevuto il posizionamento del paziente, può facilmente ottenere la toponomastica del luogo (indirizzo) attraverso un apposito software (es. Google Maps).

• In assenza di copertura GPS (es. ambienti interni), l’operatore può rintracciare il paziente tramite l’ultima posizione rilevata dal modulo.

La Funzione del modulo Gps

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Poiché il target di riferimento è composto soprattutto da persone anziane, si è cercato di rendere il dispositivo il più possibile user-friendly, attraverso una serie di soluzioni che ne semplifichino l’utilizzo:

• Impossibile lasciarlo a casa: tutta la “strumentazione” è su un unico supporto indossabile;

• Ricarica “naturale”: tutti i dispositivi posti all’interno del corpetto si autoalimentano grazie ad un caricatore che, sfruttando la legge di Faraday, produce energia elettrica dalla cinesi del paziente.

Tecnologico ma semplice…

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L’utilizzo di uno SmartPhone permette una serie di funzioni opzionali, la più importante è la memorizzazione dei tracciati ECG.

La creazione di questo storico permette, in prima istanza, la possibilità da parte del paziente di poter visualizzare i propri valori. Ma la funzione più importante è la possibilità da parte del cardiologo curante, attraverso una connessione remota, di avere la situazione clinica del paziente aggiornata in tempo reale.

Il SW di gestione dei dati può, in base al tipo di impostazione, inviare periodicamente sia al cardiologo che al centro di controllo gli ECG registrati.

Lo SmartPhone

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Lo SmartPhone: l’interfaccia grafica

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Lo SmartPhone: l’interfaccia grafica

Alcuni esempi di ECG

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Lo SmartPhone: l’interfaccia grafica

I valori più importanti vengono evidenziati per rendere la lettura più veloce da parte del personale medico, che comunque ha sempre a disposizione l’intero tracciato ECG (come da schermata precedente).

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Lo SmartPhone: un piccolo glossario

Oltre al SW per la gestione dei dati è presente un piccolo glossario, al quale il paziente può avere accesso.

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Lo SmartPhone: alcune info per il paziente

Attraverso lo SmartPhone è possibile aiutare il paziente nella corretta visualizzazione dei medicinali da prendere

A questa funzione ne è associata una di Redeemer, per ricordare al paziente la sequenza dei medicinali e la posologia.

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Lo SmartPhone: alcune info per il paziente2

Inoltre, attraverso una finestra user friendly, il paziente può verificare il suo stato di salute, osservando il graduale cambiamento di colore (nelle immagini sono riportate gli estremi della scala)