Laurea magistrale in

Teoria e Tecnologia della Comunicazione

Corso di Ubiquitous Computinganno accademico 2010-2011

Studenti:Andrea BeneDeianira VitaliMatteo Ostuni Prof.ssa A. Agostini

Di che cosa parleremo Definizione di Contesto

Introduzione al Wearable Computing

Stato dell’arte

Esempio 1 (Monitoraggio personalizzato)

Esempio 2 (WC per malattie coronariche)

Esempio 3 (Monitoraggio delle aritmie)

Sviluppi futuri

Context vs. Wearable

Il contesto è ogni informazione che può essere utilizzata per caratterizzare lo stato di un’entità.

Un’entità è una persona, posto, oggetto considerato rilevante per l’interazione tra un utente e un’applicazione, inclusi l’utente e l’applicazione stessi.

Anind K. Dey

Context vs. Wearable (2)I recenti sviluppi in questi campi si basano su l’assunto

che il contesto può essere considerato come la capacità della tecnologia di rispondere ai cambiamenti dell’ambiente.

Utente

Attività Localizzazione

Context vs. Wearable (3)1. Raccogliere informazioni sullo stato fisico ed emozionale

dell’utente

2. Analizzare le informazioni sia che si tratti di variabili indipendenti o combinate con altre informazioni raccolte nel presente o nel passato

3. Eseguire una determinata azione sulla base dell’analisi

4. Ripeti dallo step uno, tenendo conto dei cicli precedenti

Focus

Focus (2)

ECG

Pressione Sanguigna

Livello di zuccheri

Temperatura esterna

Peso corrente

Localizzazione:

indoor(gps), outdoor(ID cella gsm,

localizzazione punto d’accesso Wi-Fi)

Parametri vitali Informazioni di contesto

Profilo Profilo Medico

Paziente

Stato dell’arte

Monitoraggio personalizzato

Monitoraggio personalizzatoSoggetti coinvolti: disturbi cardiovascolari

• Diabetici

• Ipertesi

• Dislipidemici/dismetabolici (Es. Colesterolemia)

• Obesi

Monitoraggio personalizzatoStrumenti tradizionali

• Holter (24/48h)

• In caso di malessere il sistema non è in grado di intervenire

• Il paziente deve fisicamente portare il dispositivo dallo specialista

• Holter monitoring built-in mobile telephones

• Rimangono gli stessi problemi

Monitoraggio personalizzatoStrumenti innovativi

SMART-PHONES/PDA BUILDING PLATFORMS

•Alive technology;

•Vitaphone;

•Ventracor pocketview;

•Welch Allyn Micropaq

•Mobihealth;

•Telemedicare;

•OSIRIS-SE

•Ph-Mon

•Myheart (progetto europeo indirizzato

alla realizzazione di vestiti intelligenti)

Monitoraggio personalizzatoBuilding platforms (2)MYHeart:

http://www.hitechprojects.com/euprojects/myheart/en/objectives.html

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA

A Wearable ECG-recording System for Continuous

Arrhytmia Monitoring in a Wireless Tele-Home-

Care Situation. Norway

Personal Heart Monitoring System Using Smart

Phones To Detect Life Threatening Arrhythmias.

Australia

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA

IL SENSORE

2 contatti elettrici applicati sulla schiena del paziente

usando dei cerotti (“conducting hydrogel”) con dei

trasmettitori RF-radio

Facilmente sostituibile dal

paziente

ECG e sistema d’allarma

(built-in)

Il paziente può lavarsi e fare

attività fisica

Il paziente non è più

“paziente” e può

condure la sua vita

regolarmente

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA IL PDA

Fujitsu_Siemens Pocket LOOX 700 using Microsoft Windows

Mobile Software 2003 for Pocket PC.

http://uk.ts.fujitsu.com/rl/servicesupport/techsupport/pda/LOOX-

700-Series/Docs/ds_pocket_loox_700.pdf

RS232 connector

RF-radio receiver,

converte il segnale

ECG in un segnale

digitale.

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA

ALGORITMO DI ARITMIA

Y. Sun, S. Suppappola, and T.A. Wrublewski, “Microcontroller-Based-

Real-Time QRS Detection”, Biomedical Instrumentation & Technology,

pp. 477 – 484, 1992.

Basato su una trasformata non lineare della detezione delle R-

wave con soglia adattabile, con precisione del 99,2%.

Il medico setta la configurazione e definisce limiti, soglie e allarmi.

Inoltre può inviare messaggi incoraggianti o di allerta, prescrizioni

direttamente al PDA del paziente.

Monitoraggio personalizzatoSmart-Phones/PDA

INTERAZIONE

Il target impone una riflessione sull’interazione. Infatti si tratta di persone

solitamente anziane, pertanto l’interazione con il monitor dovrà essere

adattabile e settata sulle condizioni fisiche del paziente (ipovedenti,

ipoudenti).

Un esempio di soluzione potrebbe essere, nel caso di pazienti ipovedenti,

l’implementazione di vibrazioni, luci flash e interazioni vocali.

Corso SITI

WEARABLE COMPUTING PERPAZIENTI CON MALATTIE

CORONARICHE

Il SISTEMA HEARTRONIC

WEARABLE COMPUTING PERPAZIENTI CON MALATTIE CORONARICHE

Maggior causa di morte (4.500.000 di persone all’anno in europa)

Monitoraggio continuo e in tempo reale dei pazienti

Ricovero giornaliero 24h al giorno

Costi elevati

Gravi limitazioni nella qualità della vita

Permettere una vita normale

Aumentare l’aspettativa di vita

Migliorare la qualità della vita

MOTIVAZIONE E CONTESTO Morte cardiaca improvvisa SCD

Più comune ostruzione delle arterie coronarie CAD

La maggior parte dei pazienti ne è minacciata

La tempestività è il modo migliore per prevenire la SCD

Serie di prove per determinare il rischio:

Ecocardiogramma

Elettrocardiogramma

Holter

Registrazione eventi

SISTEMA HEARTRONICConcetti di funzionamento

Sistema di prevenzione

Allarme precoce di eventi cardiovascolari (2/3 ore prima)

Monitoraggio continuo delle condizioni del cuore

Rilevazione di qualsiasi anomalia in tempo reale

Avvertire il medico responsabile

Invio parametri tramite PDA

Diagnosi tempestiva e/o interveto per il paziente

SISTEMA HEARTRONIC (2)Architettura a 3 livelli:

Client

Applicazione

Dati

SISTEMA HEARTRONIC (3)Sistemi di componenti

Heartronic t-shirt

Processing Unit Wearable (WPU)

Unità Remota (RU)

Application Server

Database

Prototipo Heartronic T-shirt

CONCLUSIONIL'obiettivo di questo progetto è di sviluppare un sistema

indossabile in grado di monitorare continuamente e analizzare le condizioni del cuore di pazienti con malattia nota e quindi a rischio cardiovascolare.

Questo sistema dovrebbe consentire ai pazienti di andare avanti con una vita normale, e di conseguenza aumentare la loro aspettativa di vita e di migliorarne la qualità.

LAVORO FUTURO Attualmente la maggior parte dei componenti del

sistema sono stati sviluppati e i primi test integrati sono già in programma.

Gli algoritmi per monitoraggio ECG e analisi sono ancora in fase di collaudo

Sensibilità in cui il riconoscimento dell'aritmia deve essere impostata ed è ancora in fase di studio.

Studi clinici e le ulteriori prove per affrontare la questione.

Aggiunta di comunicazione senza fili

Sistema innovativo eseguito su PDA

per il monitoraggio continuo di persone

Sistema innovativo eseguito su PDA per il monitoraggio continuo di persone

Sistema innovativo eseguito su PDA per il monitoraggio continuo di persone

Obiettivi del PDA:

monitorare l'utente Active Monitoring - sorveglianza attivia, monitoraggio di situazioni anomale senza il diretto

intervento dell’utente.

Universal Assistance - assistenza universale, uso delle comunicazioni wireless e PDA a prescindere da tempo e luogo.

Vital Signs Monitoring - sorveglianza attiva di dati sensibili dei segni vitali dell’utente, inviati al sistema di supporto alle decisioni che li analizza e genera un allarme se necessario.

consentire la comunicazione tra la persona e il Centro di Controllo Scenario 1: I dati inviati dai sensori vengono memorizzati in un database locale nel PDA, per

rispondere alle domande formulate attraverso servizi Web. Nel tempo i dati vengono scaricati nel database globale e usati dal centro di controllo.

Scenario 2: I sensori specializzati catturano i segnali ECG e li inviano al PDA nel quale un agente specializzato li interpreta e rende disponibili a altre componenti del sistema.

Scenari: tele-assistenza e monitoraggio delle aritmie

Tecniche: Semantic Web, Mobile Computing e Networking; MedOnt elemento chiave dei componenti di supporto alle decisioni che si occupa di gestire i dati ricevuti; SOAP (Simple Object Access Protocol).Esempi: PDA con comunicazioni senza fili: doc @ HOME e Tele MediCare; Dispositivi per applicazioni specifiche per fornire assistenza, es. Sensatex ; Vital Sign che usa il sistema di scambio messaggi SOAP

Scenari: tele-assistenza e monitoraggio delle aritmie

Tecniche: Beat Classifier (Weka e AnswerTree), Beat Detector (Automaton), Rhythm Classifier con linguaggio informatico, Arrhythmia Identification Service servizio web per monitoraggio offerto ai medici.

Esempi: Classificazione ECG a distanza Vitaphone e MobiHealt; Classificazione locale @ Home e PhMon.

Sistema innovativo eseguito su PDA per il monitoraggio continuo di persone

Dati Rilevati:

Dati fisiologici o di ubicazione L’agente, associato ad un sensore che cattura la percentuale di ossigeno nel sangue,

riceve/elabora le informazioni e le manda al componente di supporto alle decisioni. Battiti e ritmo cardiaco inviati come pacchetti e riconosciuti con diversi livelli di rischio.

GPS NMEA1 (protocollo standard che il GPS usa per dare informazioni sulla posizione dell'utente,

velocità, direzione, altitudine, ecc). I dati inviati dai sensori vengono memorizzati in un database locale nel PDA, per rispondere alle domande formulate attraverso servizi Web

Sistema innovativo eseguito su PDA per il monitoraggio continuo di personeConclusione

1. Il PDA è il nucleo di questo sistema.

2. Caratteristiche: portability e locality.

3. Nello sviluppare il sistema al fine di ottimizzare comunicazioni senza fili tra il PDA ed il centro di controllo si è tenuto conto:

della quantità di dati trasmessi del numero di situazioni che devono essere monitorate presso il Centro di

Controllo

delle problematiche legate all’autonomia della batteria

Sviluppi futuri

Intelligent Shoes ADIDAS

http://video.google.com/videoplay?docid=4122162175522637326#

Sensore MicroNavCross

http://www.youtube.com/watch?v=LD7FDy-QIZg

Conclusione

Bibliografia Valter Rocha, Ricardo Seromenho, Joao Correia, Alessandro Mascioletti, Alfredo Picano,

Gil Goncalves, "Wearable computing for patients with coronary diseases," aqtr, vol. 3, pp.37-42, 2008 IEEE International Conference on Automation, Quality and Testing, Robotics, 2008 leggi on-line

Rune Fensli, Einar Gunnarson, Torstein Gundersen, "A Wearable ECG-Recording System for Continuous Arrhythmia Monitoring in a Wireless Tele-Home-Care Situation," cbms, pp.407-412, 18th IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS'05), 2005 leggi on-line

M.I. Bagues, J. Bermudez, A. Burgos, A. Goni, A. Illarramendi, J. Rodriguez, A. Tablado, "An Innovative System that Runs on a PDA for a Continuous Monitoring of People," cbms, pp.151-156, 19th IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS'06), 2006 leggi on-line

Peter Leijdekkers, Valerie Gay, "Personal Heart Monitoring System Using Smart PhonesTo Detect Life Threatening Arrhythmias," cbms, pp.157-164, 19th IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS'06), 2006 leggi on-line

Intelligent Wearable Interfaces, by Yangsheng Xu, When J. Li, and Ka Keung C. Lee.

Grazie per l’attenzione