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Body Sensor Network a través de
Internet/Backhaul de Comunicaciones para
enfermos de riesgo
Yago Emmanuel Suarez y Matías Gastón Cabona, Universidad de Palermo – Argentina
Tutor: Lic. Pablo Alejandro Lena (MBA)
Abstract – Actualmente existe una estrecha relación entre
médico y paciente la cual se encuentra limitada a las visitas
realizadas en los ámbitos médicos. En la actualidad contamos
con medios tecnológicos para romper esta relación estática y
liberar al paciente de estas engorrosas visitas permitiendo al
médico abocarse a otras tareas. Con la implementación de las
Body Sensor Networks (BSN) es posible realizar la lectura de
los signos vitales del enfermo y poder realizar un seguimiento
más exhaustivo del mismo, a través de la utilización de
sensores corporales no invasivos integrados a una plataforma
de telemedicina. La información relevada será analizada por
un Médico, sin necesidad de estar enfrente del enfermo.
Index Terms – Wireless Body Sensor Networks, Body Area
Network,
Medicina,
Sensores,
Salud,
Telemedicina,
Plataforma, Canales de comunicación.
I. DEFINICIONES
Enfermo de alto riesgo: Es aquel que por su situación
clínica/hemodinámica puede presentar incremento en la
posibilidad de complicaciones y/o fracaso terapéutico.
Que presenta uno o más factores de riesgo para presentar
complicaciones.
Wireless Body Area Network (WBAN): Red de área
corporal, es una red de comunicación inalámbrica entre
dispositivos de baja potencia utilizados en el cuerpo.
Consiste en un conjunto móvil y compacto de comunicación
entre medios, por ejemplo sensores, dispositivos móviles,
etc.
Industrial, Scientific and Medical (ISM): son bandas
reservadas internacionalmente para uso no comercial de
radiofrecuencia electromagnética en áreas industrial,
científica y médica. En la actualidad estas bandas han sido
popularizadas por su uso en comunicaciones WLAN (Wi-Fi)
o WPAN (Bluetooth).
II. INTRODUCCIÓN
istóricamente la relación paciente/medico se limitó al
ámbito hospitalario, es decir, que ante cualquier
consulta, un paciente debía dirigirse a un centro de
atención. En los casos, en los cuales padecen afecciones
crónicas o graves, que requieren de monitoreo, chequeos o
controles continuos, deben permanecer durante largos
periodos de internación para ser correctamente asistidos.
Estas visitas conllevan riesgos de contagios de infecciones
intrahospitalarias, enfermedades oportunistas y de lesiones
durante los traslados.
Las crecientes necesidades de atención médica están
ejerciendo una enorme presión sobre el sistema sanitario.
Por otra parte, la escasez de personal cualificado, así como
la reducción de los presupuestos se perfilan hacia una
H
inminente crisis sanitaria. Estas tendencias económicas y
sociales ponen al descubierto la necesidad de aprovechar los
avances tecnológicos para lograr soluciones viables y
eficaces que mejoren la calidad de vida de los pacientes.
Dentro de este marco, se busca plantear un nuevo paradigma
donde el paciente no deba permanecer en forma periódica en
la institución médica; exponiéndose a los riesgos antes
mencionados.
El “Paciente ambulatorio” puede ser
monitoreado de forma permanente, en un ambiente amigable
para el mismo; liberando al personal médico de un control
dedicado y permitiendo además un mejor aprovechamiento
de los recursos, tales como camas y dispositivos de
monitoreo, entre otros. Lo que se espera lograr es la
transformación del denominado paciente de alto riesgo en
un enfermo de alto riesgo domiciliario.
Este cambio de paradigma viene de la mano de innovaciones
en tecnologías inalámbricas y las denominadas Red de
Sensores Corporales Inalámbricos (WBSN). Este tipo de
redes aplicadas al campo de la asistencia médica, brindan la
posibilidad de una vigilancia continua de parámetros vitales
de personas que sufren de enfermedades crónicas como la
diabetes, asma y ataques cardíacos, entre otras patologías.
Al mismo tiempo los sensores contribuyen a la prevención y
el diagnóstico precoz de enfermedades. A su vez, mejora la
movilidad del paciente con respecto a otros sistemas de
monitorización actuales, más invasivos y de mucho mayor
tamaño.
WBSN consiste en la utilización de tecnologías de
comunicación estándar tales como 3G, GPRS, Bluetooth,
WIFI, las cuales trabajando conjuntamente, pueden ofrecer
soporte de alta disponibilidad para el seguimiento continuo
de los signos vitales de un enfermo.
A continuación se detallan en el capítulo IV los sensores a
utilizar para el monitoreo de signos vitales. Seguidamente la
plataforma a utilizar para integrar y coordinar los distintos
sensores. En el capítulo VI se comienza a definir la
arquitectura de la red.
III. BODY SENSOR NETWORK
Es una red de comunicación inalámbrica formada por
dispositivos sensores de baja potencia implantados en el
cuerpo, estos dispositivos controlan los parámetros vitales
del cuerpo y movimientos. Estos dispositivos se comunican
a través de las tecnologías inalámbricas, transmiten datos
desde el cuerpo a un nodo central, desde donde los datos
pueden ser remitidos a un hospital, Clínica o a otro lugar, en
tiempo real.
Se espera que las aplicaciones que utilicen esta tecnología
aparezcan principalmente en el campo de la asistencia
médica, sobre todo para la vigilancia continua de parámetros
2
vitales de los pacientes que sufren de enfermedades crónicas
como la diabetes, el asma y los ataques cardíacos.
Otras aplicaciones de esta tipo de redes incluyen deportes,
electrónica, aplicaciones militares, o de seguridad.
IV. DISPOSITIVOS SENSORES
Los Dispositivos Sensores son utilizados para monitorear
signos vitales especialmente en enfermos de alto riesgo. Los
Dispositivos de mayor uso corresponden a:
a. Sensor de respuesta galvánica de la piel (GSR)
Actualmente existen muchas formas de medir las respuestas
fisiológicas de un sujeto. Una de ellas es la GSR que
permite determinar cuál es el nivel de estrés, ira o miedo de
un individuo, entre otras emociones.
El GSR es un método de medición de la conductividad
eléctrica de la piel, que varía con su nivel de humedad. Se
relaciona con el sistema nervioso simpático debido a que es
el encargado de controlar las glándulas sudoríparas, por lo
que en momentos de emoción fuerte - debido al exceso de
sudoración - cambia la resistencia eléctrica de la piel. GSR
se utiliza como un indicador de excitación psicológica o
fisiológica.
Figura N° 2 - Tensiometro
Es importante el monitoreo de la presión arterial en el hogar,
especialmente si se tiene presión arterial alta. La misma no
se mantiene constante. Cambia para satisfacer las
necesidades del cuerpo. Esta se ve afectada por varios
factores, incluyendo la posición del cuerpo, la respiración, el
estado emocional, entre otros. Se recomienda medir la
presión arterial cuando se está relajado y en una posición
cómoda.
La hipotensión
Deseado
La prehipertensión
Hipertensión fase 1
Hipertensión fase 2
Crisis hipertensiva
Sistólica (mm Hg)
<90
90-119
120-139
140-159
160-179
>=180
Diastólica (mm Hg)
<60
60-79
80-89
90-99
100-109
>=110
Tabla N° 1 - Tabla de Presión Sanguínea
Figura N° 1- Sensor de Respuesta Galvánica
El sensor de GSR mide la conductividad eléctrica entre 2
puntos (dedos de la mano), y es esencialmente un tipo de
ohmímetro.
El principio o la teoría de funcionamiento del sensor GSR se
sostiene en el cálculo de la resistencia eléctrica de la piel
basada en el sudor producido por el cuerpo. Cuando el nivel
de sudoración es alto, la resistencia eléctrica de la piel cae.
Una piel seca registra resistencia mucho mayor.
Emociones tales como la excitación, estrés, shock, etc.
puede dar lugar a la fluctuación de la conductividad de la
piel.
[Anexo 1 - Medicina]
b. Sensor de presión arterial
La presión arterial es la presión de la sangre en las arterias
cuando el corazón bombea la misma a través del cuerpo.
Cuando el corazón late, se contrae y empuja la sangre. Esta
fuerza crea la presión en las arterias. La presión arterial se
registra con dos valores, la presión sistólica (cuando late el
corazón) y la presión diastólica (cuando el corazón se relaja
entre latidos).
La presión arterial baja (hipotensión) puede producir fallos
en órganos como los riñones, el hígado, los pulmones o el
cerebro. [Anexo 1 - Medicina]
La presión arterial alta (hipertensión) puede llevar a
problemas graves como el infarto de miocardio, ACV o
enfermedades renales. [Anexo 1 - Medicina]
c. Sensor de oxígeno en sangre (Oxímetro)
El Oxímetro de pulso consta de un sensor en forma de pinza,
que emite un haz de luz que se refleja en la piel del pulpejo
del dedo, midiendo la cantidad de luz absorbida por la
oxihemoglobina (hemoglobina oxigenada, HbO2) circulante
del paciente.
Los oxímetros miden, en un intervalo de tiempo, la relación
entre las diferencias de absorción de las luces rojas e
infrarrojas. Esta relación se vincula directamente con la
saturación de la oxihemoglobina. La absorción en la sangre
arterial aumenta ligeramente con cada latido, lo que
significa que es necesaria la presencia del pulso arterial para
que el aparato reconozca alguna señal.
3
la temperatura corporal fluctúa alrededor de 0,5 º C (0,9 º F)
durante todo el día, con temperaturas más bajas en la
mañana y temperaturas más altas en la tarde y por la noche,
según las necesidades del cuerpo y los cambios de actividad.
Figura N° 3 - Oxímetro
El fundamento de estos sensores se basa en el hecho de que
el color de la sangre varía dependiendo del grado de
saturación de oxígeno de la hemoglobina.
Un sensor de oxímetro de pulso es útil en cualquier entorno
en el que la oxigenación de un paciente es inestable,
incluyendo cuidados intensivos, operativo, recuperación de
emergencia; también los pilotos en aeronaves no
presurizadas, para la evaluación de la oxigenación de
cualquier paciente, y la determinación de la eficacia o la
necesidad de oxígeno suplementario. [Anexo 1 - Medicina]
d. Sensor de flujo aire
Una anormal tasa respiratoria y cambios en la frecuencia
respiratoria son indicadores generales de una inestabilidad
fisiológica, y en muchos casos, el ritmo respiratorio es uno
de los primeros indicadores de inestabilidad. Por lo tanto, es
crítico controlar la frecuencia respiratoria como un indicador
del estado del paciente. El sensor de flujo de aire puede
proporcionar una alerta temprana de la hipoxemia y la
apnea.
El sensor de flujo de aire, nasal y oral, es un dispositivo
utilizado para medir la frecuencia respiratoria de una
persona que requiere asistencia respiratoria. Este dispositivo
consta de un hilo flexible que se ajusta detrás de las orejas, y
dos extremos que se colocan en las fosas nasales, con un
tercero que se encuentra en frente a la boca que mide a
través de los dientes.
Figura N° 5 - Sensor de Temperatura
Es muy importante para un médico medir la temperatura
corporal. La razón se debe a que cierto número de
enfermedades
están
acompañadas
por
cambios
característicos en la temperatura corporal. Asimismo, el
curso de ciertas enfermedades puede controlarse midiendo la
misma, y la eficiencia de un tratamiento iniciado, puede ser
evaluada por el médico.
Denominación
Hipotermia
Normal
Fiebre o hipertermia
Hiperpirexia
Temperatura
< 35,0 ºC
36.5 ºC - 37.5 ºC
> 37.5 ºC - 38.3 ºC
> 40.0 ºC - 41.5 ºC
Tabla Nº 2 - Parámetros de temperatura corporal
f. Sensor de movimiento (Acelerómetro)
El sensor de posición corporal (Acelerómetro) supervisa
cinco posiciones diferentes (de pie/sentado, en decúbito
supino, en decúbito prono, decúbito izquierdo y decúbito
derecho).En muchos casos, es necesario supervisar las
posiciones del cuerpo y movimientos realizados a causa de
su relación con enfermedades particulares, entre ellas, apnea
del sueño y el síndrome de las piernas inquietas. El análisis
de los movimientos durante el sueño también ayuda a la
hora de determinar la calidad del sueño y los patrones de
sueño irregulares. El sensor de posición del cuerpo también
puede ayudar a detectar desmayos o caídas de personas
mayores o personas con discapacidad.
Figura Nº 4 - Colocación del sensor de flujo de aire
La cánula tiene un diseño especifico, cuyo soporte permite
colocar el sensor en una posición óptima para detectar de
forma precisa los cambios térmicos orales / nasales de flujo
de aire.
e. Sensor de temperatura corporal
La temperatura corporal varía dependiendo de distintos
factores, entre ellos, el lugar del cuerpo en el que se realiza
la medición, la hora del día y el nivel de actividad de la
persona. Distintas partes del cuerpo indican temperaturas
diferentes.
La temperatura corporal promedio aceptada (tomada
internamente) es de 37,0 º C (98,6 º F). En los adultos sanos,
Figura Nº 6 - Posiciones corporales
g. Sensor de glucemia (Glucómetro)
Los medidores de glucemia o glucómetros son dispositivos
electrónicos diseñados para analizar los niveles de glucosa
extraídos de la sangre capilar, que les permite a los
pacientes, sobre todo a los diabéticos, llevar un control de
sus niveles de azúcar.
4
La mayoría de los glucómetros vienen acompañados de una
pluma a la que se le coloca una aguja diminuta, llamada
lanceta, que servirá para extraer la muestra de sangre.
La acción de la lanceta es prácticamente indolora e
imperceptible. Sin embargo, a pesar de que la herida que
provoca la toma de la muestra es muy pequeña, se
recomienda lavarse las manos para evitar posibles
infecciones.
La gota de sangre obtenida es aplicada en las tiras reactivas
del glucómetro. Tanto las agujas como las tiras reactivas son
desechables y sólo podrán utilizarse una vez.
Figura N° 7 – Glucómetro
Una recomendación es intercalar los diferentes dedos de las
manos para las muestras, con el fin de evitar molestias y la
dureza de los mismos.
Las medidas correctas en un diabético deberán oscilar entre
los 70 y los 100 mg/dl. Hay doctores que aceptan incluso los
120 mg/dl en la muestra postprandial (la que se realiza
después de comer).
5.
Comprobar el funcionamiento de los dispositivos
reguladores de la actividad cardíaca, tanto anatómico
como artificial.
El ECG se utiliza para detectar posibles alteraciones
cardíacas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Muestra la frecuencia cardíaca.
Permite diagnosticar lesiones del miocardio.
Distinguir un pequeño infarto.
Detectar arritmias.
Alteraciones de la actividad eléctrica del corazón.
Valorar causas de insuficiencia cardíaca.
Triaje: cuando en urgencias médicas hay sospecha de
problemas cardíacos la práctica del ECG sugiere
normalidad o la necesidad de seguir estudiando al
paciente. Un ECG diferente a la normalidad no implica
que haya una enfermedad cardíaca.
Los sensores analizados, se integran a la plataforma que será
desarrollada en el siguiente capítulo.
V. PLATAFORMA DE TELEMEDICINA
En este capítulo se amplía la propuesta sobre una plataforma
de telemedicina que logre integrar los sensores descriptos
anteriormente, y que facilitara además, llevar a cabo
acciones médicas en las que es necesario monitorear los
signos vitales de un enfermo y transferir la información
obtenida en forma remota.
h. Electrocardiograma (ECG)
El electrocardiograma es una prueba que mide la actividad
eléctrica del corazón.
Con cada latido, un impulso eléctrico u onda se desplaza a
través del corazón. Esta onda causa la contracción del
músculo y el bombeo de la sangre desde el corazón.
El sensor de electrocardiograma mide las ondas de potencial
eléctrico en el corazón (el voltaje producido durante su
contracción).
Figura N° 8 – Sensor de ECG
Esta prueba diagnóstica además es útil para:
1.
2.
3.
4.
Estudiar la regularidad de los latidos.
Conocer el efecto que ciertos medicamentos tienen
sobre la velocidad de transmisión del impulso o sobre la
contracción.
Saber el tamaño de las cámaras o la variación en el
grosor de las paredes.
Detectar posible daño al corazón (angina de pecho,
infarto).
Figura Nº 9 – Sensores Corporales
La información recopilada puede ser utilizada para controlar
en tiempo real el estado del enfermo o servir para la
elaboración de un diagnóstico preventivo. Los datos
recogidos se pueden enviar de forma inalámbrica a través de
cualquiera de estas opciones de conectividad: Wi-Fi, 3G,
GPRS, Bluetooth y ZigBee dependiendo de la aplicación
utilizada.
Además, esta información puede almacenarse en la nube
para que un especialista realice un seguimiento permanente
o reciba alertas sobre el estado fisiológico del censado.
5
También será posible visualizar, tanto por el especialista
como por el enfermo, estas mediciones de signos vitales en
tiempo real por medio de un dispositivo móvil. Esto, abre la
puerta al diseño de aplicaciones para Smartphones que
puedan agilizar la visualización de los datos.
Figura N° 10 - Ejemplo de WBSN
En base a estos datos será posible analizar la efectividad de
un tratamiento y/o la evolución de una patología. Esto
permitirá maximizar la detección temprana de síntomas que
podrían derivar en afecciones de riesgo para el enfermo,
tales como shock glucémico, ACV, infartos, entre otros
padecimientos.
VI. CANALES DE COMUNICACIÓN DE LA PLATAFORMA DE
TELEMEDICINA
En este apartado se tratan los distintos medios de
comunicación de los que se sirve la plataforma de
telemedicina, para enviar o publicar la información
recopilada por los sensores.
En el contexto de este trabajo de investigación,
continuamente se hace referencia a la importancia de una
inmediata asistencia médica ante la detección de síntomas
que podrían preceder a una patología de gravedad.
Para poder brindar un flujo fluido de información entre el
enfermo y el médico, las WBSN se adaptan a los protocolos
estándar de comunicación existentes. Con esto, hacemos
referencia a que en caso de no encontrarse disponible un
canal de comunicación, por ejemplo WIFI, la plataforma de
telemedicina podrá optar por el siguiente medio de
comunicación disponible, como 3G o GPRS entre otros
protocolos posibles.
Esta plataforma se sustenta, como se menciona
anteriormente, utilizando estándares basados en la norma
IEEE 802.15, la cual permite configurar una WBAN.
Explícitamente la IEEE, en noviembre de 2007, conformó el
grupo de trabajo IEEE 802.15 Working Group TG6: Body
Área Networks, con el objetivo de desarrollar un estándar de
comunicaciones óptimo para equipos que transmiten dentro,
desde y alrededor del cuerpo humano.
Las WBAN dan la posibilidad de compartir la información
que circula mediante el uso de dispositivos personales tales
como, Smartphones, Tablets, Laptops, entre otros, y así
poder establecer una conexión inalámbrica con el mundo
externo.
Dentro de esta norma podemos destacar las siguientes
tecnologías estándar:
a. Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Es un protocolo de comunicaciones diseñado especialmente
para dispositivos de bajo consumo, que requieren corto
alcance de emisión y están basados en transceptores de bajo
costo. Opera en la banda no licenciada ISM de 2.4GHz;
emplea la técnica de salto de frecuencia de espectro
ensanchado (Frequency Hopping Spread Spectrum), con un
máximo de 1600 saltos por segundo. Los saltos de
frecuencia se dan entre un total de 79 frecuencias con
intervalos de 1 MHz; esto permite dar seguridad y robustez.
Los dispositivos que incorporan este protocolo pueden
comunicarse entre ellos cuando se encuentran dentro de su
alcance. La principal desventaja de esta tecnología es su
alcance corto, el rango óptimo es de 10 a 100 m
dependiendo la clase del dispositivo (a, b, c etc.). Otra
desventaja es el limitado número de dispositivos conectados
al mismo tiempo.
b. Wi-Fi (IEEE 802.15.2, coexistencia)
Es un sistema de comunicación inalámbrico flexible, muy
utilizado como alternativa a las redes de área local
cableadas. Utilizan tecnologías de radiofrecuencia que
permiten una mayor movilidad a los usuarios al evitar que
los mismos utilicen conexiones cableadas.
Uno de los problemas a los cuales se enfrenta actualmente la
tecnología Wi-Fi es la progresiva saturación del espectro
radioeléctrico, debido a la masificación de usuarios, esto
afecta especialmente en las conexiones de larga distancia
(mayor de 100 metros). Cualquier uso de mayor alcance está
expuesto a un excesivo riesgo de interferencias.
Muchas redes son instaladas sin considerar el aspecto de
seguridad, convirtiendo las mismas en redes abiertas (o
completamente vulnerables ante una intrusión), sin proteger
la información que por ellas circulan. De hecho, la
configuración por defecto de muchos dispositivos Wi-Fi es
muy insegura (por ejemplo, routers) dado que a partir del
identificador del dispositivo se puede conocer la clave de
éste; y vulnerarlo en cuestión de segundos para tomar
control del mismo.
Las redes Wi-Fi poseen una serie de ventajas, entre las
cuales podemos destacar:
1. Ofrecen una comodidad superior a las redes
cableadas porque cualquiera que tenga acceso a la red
puede conectarse desde distintos puntos dentro de
cierto rango de espacio limitado.
2. Una vez configuradas, permiten el acceso de
múltiples dispositivos sin ningún problema ni gasto
en infraestructura, distinto a la tecnología por cable.
3. La Wi-Fi Alliance asegura que la compatibilidad
entre dispositivos Wi-Fi es total, con lo que en
cualquier parte del mundo se podrá utilizar la
tecnología con un 100 % de compatibilidad.
Pero como red inalámbrica, la tecnología Wi-Fi presenta los
problemas intrínsecos de cualquier tecnología inalámbrica.
Entre ellos:
1. Una de las desventajas que tiene el sistema Wi-Fi es
una menor velocidad en comparación a una conexión
cableada, debido a las interferencias y pérdidas de
señal que el ambiente puede acarrear.
2. La desventaja fundamental de estas redes existe en el
campo de la seguridad. Existen algunos programas
capaces de capturar paquetes, cuando la placa Wi-Fi
trabaja en modo promiscuo, de forma que puedan
calcular la contraseña de la red y de esta forma
acceder a ella. Las claves de tipo WEP son
relativamente fáciles de conseguir con este sistema.
La Wi-Fi Alliance arregló estos problemas lanzando
el estándar WPA y posteriormente WPA2, basados
6
3.
en el grupo de trabajo 802.11i. Las redes protegidas
con WPA2 se consideran robustas dado que
proporcionan muy buena seguridad. De todos modos
muchas empresas no permiten a sus empleados tener
una red inalámbrica. Esto se debe a que no se puede
controlar el área de cobertura de una conexión, de
manera que cualquier dispositivo con capacidad
inalámbrica se puede conectar desde fuera de la zona
de recepción prevista.
Cabe señalar que esta tecnología no es compatible
con otros tipos de conexiones sin cables como
Bluetooth, ZigBee, GPRS, etc.
c. Zigbee (IEEE 802.15.4)
Este estándar ha sido desarrollado para satisfacer la
creciente demanda de capacidad de red inalámbrica entre
varios dispositivos de baja potencia, con pequeños
transmisores en cada dispositivo
Su objetivo son las aplicaciones que requieren
comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y
maximización de la vida útil de sus baterías.
Entre sus principales características podemos destacar que
es una tecnología inalámbrica, con velocidades
comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s. Su rango de alcance
es de 10 m hasta 75 m. Opera en las bandas libres ISM de
2,4 GHz (Mundial), 868 MHz (Europa) y 915 MHz
(EEUU). La red ZigBee puede estar formada por hasta 255
nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el
transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir menos
que otras tecnologías inalámbricas.
Un sensor equipado con un transcribes ZigBee puede ser
alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y
hasta 2 años.
Ofrece mejor soporte para las redes más grandes, con más
opciones de gestión, flexibilidad y desempeño. Otra
característica es la agilidad de frecuencia, las redes cambian
los canales en forma dinámica en caso que ocurran
interferencias.
d. Telefonía móvil
Como soporte adicional a las redes WBAN se utilizan las
redes de telefonía móvil existentes con el fin de brindar un
mayor nivel de conectividad. Los estándares vigentes para la
trasmisión de datos mediante la telefonía móvil en la
actualidad son los siguientes:
 General Packet Radio Service (GPRS): Se la describe
como "2,5 G", debido a que es una tecnología
desarrollada entre la segunda (2G) y la tercera (3G)
generación de tecnología móvil digital. Transmite a
través de redes de telefonía móvil y envía datos a una
velocidad de hasta 114 Kbps. El usuario puede utilizar
el teléfono móvil para navegar por Internet, enviar y
recibir correo, y descargar datos. GPRS es una
modificación de la forma de transmitir datos en una red
GSM, pasando de la conmutación de circuitos en GSM
(donde el circuito está permanentemente reservado
mientras dure la comunicación aunque no se envíe
información en un momento dado) a la conmutación de
paquetes. GPRS es básicamente una comunicación
basada en paquetes de datos. Los timeslots (intervalos
de tiempo) se asignan en GSM generalmente mediante
una conexión conmutada, pero en GPRS los intervalos
de tiempo se asignan a la conexión de paquetes,
mediante un sistema basado en la demanda. Esto
significa que si no se envía ningún dato por el usuario,
las frecuencias quedan libres para ser utilizadas por
otros usuarios.
Presenta las siguientes ventajas:
1.
Standard
Protocolo
IEEE
Frecuencia
Bluetooth
802.15.1
UWB
802.15.3a
Zigbee
802.15.4
Wi-Fi
802.11a/b/g
2.4 GHz
3.1-10.6
GHz
2.4 GHz; 5
GHz
Velocidad
máx.
Alcance
nominal
Potencia
nominal de
transmisión
Canales de
RF
Ancho de
banda
1 Mb/s
110 Mb/s
868/915
MHz; 2.4
GHz
250 Kb/s
10 m
10 m
10-100 m
100 m
0-10 dBm
-41.3
dBm/MHz
(-25) - 0
dBm
15-20 dBm
79
(1-15)
1/10; 16
1 MHz
500 MHz –
7.5 GHz
Salto de
frecuencia
adaptable
Salto de
frecuencia
adaptable
0.3/0.6
MHz; 2
MHz
Selección
dinámica
de
frecuencias
14 (2.4
GHz)
22 MHz
Piconet
Scatternet
Piconet
Peer-toPeer
8
Coexistencia
Tipo de celda
Extensión de
tipo de celda
Cant. máx. de
celdas por
nodo
8
Star
Cluster
tree, Mesh
>65000
2.
54 Mb/s
3.
Algunas de las desventajas son:
1.
Selección
dinámica de
frecuencias,
control de
poder de
transmisión
BSS
ESS
2007
Tabla N° 3 - Comparativa de tecnologías inalámbricas
Alta eficiencia: Aprovecha mejor el ancho de
banda disponible, ya que no es necesario que un
canal
de
comunicación
sea
utilizado
exclusivamente para la transmisión de un punto
a otro.
Cambio de velocidad: Ya que es posible recibir
datos a una velocidad y transmitir a otra
(normalmente más baja).
Manejo de congestión: Puede continuar
aceptando datos aun cuando los recursos estén
ocupados y es capaz de establecer prioridades.
2.
Colas de espera en cada nodo, lo que conlleva
un cierto retardo que es mayor que en la
conmutación de circuitos.
Posibilidad de congestión, ya que la red acepta
paquetes más allá de su capacidad para
procesarlos.
Clases de dispositivos
Existen tres clases de dispositivos móviles teniendo en
cuenta la posibilidad de usar servicios GSM y GPRS
simultáneamente:
7
1.
2.
3.

Clase A: Estos dispositivos pueden utilizar
simultáneamente servicios GPRS y GSM.
Clase B: Sólo pueden estar conectados a uno de
los dos servicios en cada momento. Mientras se
utiliza un servicio GSM (llamadas de voz o
SMS), se suspende el servicio GPRS, que se
reinicia automáticamente cuando finaliza el
servicio GSM. La mayoría de los teléfonos
móviles son de este tipo.
Clase C: Se conectan alternativamente a uno u
otro servicio. El cambio entre GSM y GPRS
debe realizarse de forma manual.
3G: Es la abreviación de tercera generación de
transmisión de voz y datos a través de telefonía móvil
mediante Universal Mobile Telecommunications
System (UMTS).
Los servicios asociados con la tercera generación
proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y
datos (una llamada telefónica o una video llamada) y
datos (como la descarga de aplicaciones, correo
electrónico, y mensajería instantánea).
Aunque esta tecnología estaba orientada a la telefonía
móvil, desde hace unos años las Telcos ofrecen
servicios exclusivos de conexión a Internet mediante
módem USB, sin necesidad de adquirir un teléfono
móvil, por lo que cualquier computadora puede
disponer de acceso a Internet.
Ventajas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
3G se basa en servicios por capas, de manera
que proveen un despliegue de procesos rápidos
y permiten que la capacidad de red sea
dinámica.
Ofrece mejor calidad y fiabilidad, y una mayor
velocidad de transmisión de datos (Tabla 4).
Permite el acceso permanente a Internet en casi
cualquier sitio.
Ofrece mayor seguridad al momento de realizar
la conexión.
Permite acceso de información en casi cualquier
parte de la ciudad donde se tenga cobertura.
Permite prestar servicios multimedia y nuevas
aplicaciones de banda ancha, como servicios de
video-telefonía y video-conferencia, tales como
Skype.
Desventajas:
1.
2.
La cobertura de estos servicios es mucho más
limitada
que
la
red
normal
GSM
(GPRS/EDGE).
Por ejemplo, para tener
cobertura 3G/UMTS es necesario estar en un
núcleo urbano, y para tener cobertura
3.5G/HSDPA es necesario estar ubicado en
altura (en un edificio por ejemplo) para tener
mejor conectividad.
Las licencias de servicios 3G son caras, además
de que existen diferencias en las condiciones de
cada licencia.
3.
4.
5.
6.
El costo de infraestructura de la tecnología 3G
es elevado.
Dado que la tecnología crece a pasos
agigantados, esta puede ser sustituida por otra
rápidamente.
La velocidad puede disminuir, si el dispositivo
desde el que nos conectamos está en
movimiento, por ejemplo si estamos en un
automóvil.
En algunos países, el costo de los servicios
móviles 3G no incluye el acceso a Internet el
cual se abona en forma diferida.
Tecnología
Frecuencia de
operación
Licenciado
Factor de
canalización
Velocidad de
transmisión de datos
GPRS
0,8/1,7/1,8 GHz
Hasta 114 kbps
Hasta 473
kbps
Rango de cobertura
5 km o menos
5 km o
menos
Sí
200 KHz
EDGE
0,8/1,7/1,8
GHz
Sí
200 KHz
3G
1,7/2,1
GHz
Sí
5
KHz
Hasta
2
Mbps
5 km o
menos
Tabla N° 4 - Comparación entre tecnologías de
dispositivos móviles
VII. BACKHAUL DE COMUNICACIONES
El Backhaul (red de retorno) es una conexión de baja, media
o
alta velocidad
que conecta
terminales de
telecomunicaciones con distintos medios de transmisión y
topologías. Los Backhaul conectan redes de datos,
multimediales, redes de telefonía celular y constituyen una
estructura fundamental de las redes de comunicación. Un
Backhaul es usado para interconectar redes entre sí
utilizando diferentes tipos de tecnologías cableadas o
inalámbricas.
A su vez, este concepto aporta beneficios como ampliar el
rango de cobertura, otorgar interoperabilidad entre distintas
redes y posibilitar un mayor ancho de banda disponible.
Anteriormente, se hizo mención de las distintas variantes de
conexión entre dispositivos inalámbricos y las redes de
comunicación. Con este conjunto de elementos es posible
determinar los componentes que conforman el esquema
Backhaul, que dará soporte a la plataforma de telemedicina
y permitirá el arribo de la información obtenida del enfermo
por medio de los sensores, al especialista de la salud.
Este esquema de Backhaul, se logra un gran nivel de
versatilidad debido a que podrá optar por enviar información
en el medio disponible y que cuente con mayor ancho de
banda. Es decir, que los enfermos ambulatorios que se
encuentren dentro del alcance de una red WIFI, hogareña o
pública, remitirán información por este canal de
comunicación. En caso de pérdida de señal (por ejemplo por
alejarse del entorno de la red WIFI), como alternativa, la
aplicación de telemedicina conmutará entre las redes
disponibles de telefonía móvil (XG) con el objeto de enviar
la información. Esta opción se realiza mediante la conexión
de la plataforma a un dispositivo móvil utilizando las
tecnologías Bluetooth o ZigBee para la transferencia de
información.
Como medida de contingencia en caso de no existir medio
de conexión disponible, la aplicación de telemedicina,
deberá almacenar la información obtenida por los sensores
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para ser enviada al especialista en cuanto la misma se
reanude.
En forma adicional, el especialista que realice la lectura o
control de los datos enviados por los sensores, podrá
advertir la falta del ingreso de nueva información de un
sujeto en forma particular y podrá comunicarse con este
último para corroborar si existe algún inconveniente en su
estado de salud o en el equipo sensor.
economías más estables. Respecto a la implementación de
la misma a nivel país, será mucho más problemática por la
falta de políticas y financiamiento proveniente de
organismos estatales y sectores privados. Por otro lado, la
carente inversión en infraestructura de comunicaciones, la
inexistencia de una base de datos a nivel nacional de
historias clínicas que dificulta la obtención de información
precisa del estado de salud de los pacientes y, finalmente, el
posible rechazo del personal médico por resistencia al
cambio de paradigma.
IX. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Figura Nº 11 - Backhaul de comunicaciones
VIII. CONCLUSIONES
Las plataformas de telemedicina presuponen un gran avance
en el área de medicina preventiva, ya que permiten realizar
el seguimiento y control de los signos vitales de un
individuo en tiempo real. Este monitoreo se hace posible
mediante la utilización de sensores no invasivos,
interconectados utilizando los estándares de comunicación
vigentes.
Las plataformas de telemedicina no solo posibilitan realizar
análisis en tiempo real, además podrían colaborar con la
generación de diagnósticos por medio de la minería de los
datos recolectados.
Otro de los beneficios que deviene de la implementación de
esta tecnología, es la reducción de costos y recursos médicos
(o sanitarios) ya que, hay situaciones, en las que el enfermo
puede ser monitoreado en su domicilio sin tener que pasar
largas estadías en instituciones médicas.
Como contrapartida la medicina preventiva no genera
resultados a corto plazo, con lo cual, no es posible visualizar
sus beneficios en forma temprana, lo que generara
inconvenientes a la hora de buscar sponsors o de su
implementación por medio de organismos oficiales ya que
requieren políticas de sanidad a largo plazo.
Si se considerara realizar una implementación en Argentina,
otro inconveniente que se deriva de este cambio de
paradigma, viene de la mano de la infraestructura de
comunicaciones con la que cuenta el país, ya que,
actualmente la banda 3G se encuentra saturada y aún existen
muchos puntos de la región, incluida la CABA y GBA, que
no cuentan con un servicio de banda ancha disponible o
estable por falta de inversión de las Telcos.
Como punto en contra adicional, cabe considerar la
posibilidad del rechazo de la utilización de nuevas
tecnologías, por parte del personal médico o especializado.
Este rechazo puede deberse a una cuestión cultural propia de
la carrera, el miedo a estar aún más sobrecargados de trabajo
por la aparición de esta tecnología.
Con lo cual se puede determinar que la plataforma puede
implementarse en forma gradual en países con un mayor
grado de desarrollo, con cultura en medicina preventiva y
 Necesidad de un Telemetrista Especializado:
Existen casos en los cuales no es necesario retener a un
paciente en la institución médica. Utilizando la plataforma
de telemedicina, el paciente puede ser monitoreado en forma
remota por un especialista, liberando los recursos de la
institución para la atención de emergencias o casos en los
cuales se encuentre comprometida la vida de un individuo.
El objetivo de esta línea de investigación es lograr formar a
un Técnico denominado Telemestrista para realizar la
lectura o análisis de las mediciones recibidas. De esta forma
se liberaría a los médicos, los cuales cuentan con mayores
competencias para la realización de tareas más complejas.
 Aplicaciones para dispositivos móviles orientadas al
cuidado de la salud:
Desarrollo de aplicaciones estándar que fomenten el cuidado
y/o control de la salud aprovechando la potencia y
prestaciones que ofrecen los nuevos dispositivos portátiles.
 Refuerzo en la seguridad de las transmisiones de datos:
Reforzar la seguridad en la transmisión de datos realizados
entre los dispositivos sensores y la plataforma de
telemedicina. Es vital que las mismas cuenten con un alto
nivel de seguridad, ya que cualquier interferencia o hackeo
en el envío de datos puede generar inconsistencias las cuales
podrían llegar a costar la pérdida de una vida.
 Desarrollo de herramientas de heurística para el
diagnostico en tiempo real:
Será de suma importancia contar con este tipo de
herramientas, ya que, con el continuo análisis en tiempo real
de los signos vitales de un enfermo, permitirán generar una
alerta temprana ante cualquier variación no convencional de
las mediciones recibidas.
 Desarrollo de dispositivos y software de geolocalización:
El desarrollo de este tipo de tecnologías es vital para la
seguridad. Resultarían muy útiles para rescatistas,
deportistas de alto riesgo, como alpinistas o buzos. También
podrían aplicarse para localizar turistas perdidos en parques
o reservas.
X. AGRADECIMIENTOS
Agradecemos la colaboración y asistencia permanente en
temas referentes a la salud y los cuidados de los enfermos al
Médico Especialista en Medicina interna/Clínica y Terapia
Intensiva/Medicina Crítica, Rodolfo López Luppo MN
114248.
También agradecemos a nuestro profesor Lic. Pablo
Alejandro Lena (MBA) por su continua guía y asistencia en
la confección de la tesis.
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BIOGRAFÍAS
Matías Gastón Cabona. Argentino.
Graduado en Universidad Nacional de
Lujan con el título de Analista de Sistemas.
Se desempeña como Analista Programador
en la consultora Software América S.A.,
brindando soporte al proyecto ArcorSoft.
Actualmente se encuentra cursando la
Licenciatura en Informática de Universidad
de Palermo.
Yago Emmanuel Suarez. Argentino.
Profesional del área de sistemas.
Actualmente se encuentra cursando la
Licenciatura en Informática en la
Universidad de Palermo. Se desempeña
como desarrollador en Recursiva SRL,
Software Factory ubicada en la Ciudad
Autónoma de Bs. As.