Wearable Computing
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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