ÚJ MOBILTECHNOLÓGIA RHS EGÉSZSÉGÜGYI TÁVFELÜGYELETI RENDSZER Rendszeráttekintés Mire szolgál az RHS egészségügyi távfelügyeleti (Remote Health Supervisor) rendszer? Az otthoni, vagy intézeti gondozásra szoruló, krónikus beteg hozzátartozója nyilván szívesen látna betege mellett folyamatosan egészségügyi személyzetet ám ezt csak kevesen engedhetik meg maguknak. Nagyon sok betegségnél azonban fölösleges is, hogy akár otthon, akár egy egészségügyi intézményhez tartozó beteghotelben vagy magában a kórházban állandóan orvos tartózkodjon a páciens mellett: elegendő lenne, hogy néhány egyszerű műszer nyomon kövesse a beteget, a legfontosabb életfunkciók változását, és probléma esetén haladéktalanul tájékoztassa, ha kell, riadóztassa az illetékes nővért, / gondozót / orvost és/vagy a családtagokat. Egyes betegségtípusoknál (pl. Alzheimer kór) az is fontos lehet, hogy tudjuk, hogy a beteg merre kóborolt el. Lényeges biztonságérzetet ad a betegnek, hogy tudja, hogy vigyáznak rá, bármikor segítséget hívhat, sőt beszélhet is a gondozóval. A RHS beteg-távfelügyeleti / monitorozó rendszer ezekre a feladatokra készült, alkalmazásával a gondozott személyek életminősége, biztonságérzete, és ezzel gyógyulási esélye is jelentősen javulhat. A rendszer a korábbi hasonló célú rendszereknél lényegesen bővebb szolgáltatásokat nyújt, kisebb, könnyebb, és újszerű mérnöki, konstrukciós, és informatikai megoldásokat tartalmaz. A projekt a GOP-2008-1.1.1 pályázat keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósul meg. Az Európai Unió és a Magyar Állam által nyújtott támogatás összege 185.442.166 Ft. Az RHS egészségügyi távfelügyeleti rendszer elemei Az RHS rendszer két fő részből tevődik össze. Az egyik részét a viselhető vezeték nélküli távfelügyeleti-, és életfunkciós mérő eszközök alkotják, míg a másik részét az adatok fogadására, továbbítására, feldolgozására, megjelenítésére alkalmas hardver és szoftver elemek alkotják. A rendszer skálázható: elemeiből az egyszerű segélyhívástól a komplex személykövető életfunkciós monitorozó rendszerekig többféle szolgáltatási szintű rendszer összeállítható..
Vezeték nélküli technológián alapuló távfelügyeleti eszközök (karkötő vagy kitűző kártya) Jellemzők, szolgáltatások vezeték nélküli technológián alapul (GSM és ZigBee rendszerű) hatósugara nem korlátozott 24 órás távfelügyeletet tesz lehetővé rendelkezik hangszóróval és mikrofonnal, így kétirányú hangkapcsolatot tesz lehetővé egy nagyméretű nyomógombbal (pánikgomb) rendelkezik előre programozhatók a nyomógomb mögötti telefonszámok egyszerű használat idősek számára állandó viseletre alkalmas (csuklóra erősíthető karkötő, vagy kitűzőként viselhető, illetve nyakba akasztható kártya kivitel.) lehetővé teszi a felügyelt ügyfelek azonosítását kicsi, könnyű, strapabíró az eszköz működőképes állapotának rendszeres önellenőrzése cseppálló vagy vízálló, sterilizálható opcionális szolgáltatások: helymeghatározás, az életfunkciók 24 órás mérése, az aktivitás folyamatos monitorozása és az adatok továbbítása Vezeték nélküli technológián alapuló életfunkciós mérőeszközök (mellkaspántba építve) Real Time helymeghatározás (lokális RTLS és globális GPS) Testhőmérséklet mérése és folyamatos rögzítése (lázgörbe) Szívritmus mérése, és folyamatos rögzítése (bpm görbe) Szakaszos 5 elektródás EKG felvétel, rögzítés (EKG görbe) Elesés detektálás (Man down funkció) Viselés-ellenőrző funkció Felügyelő szoftver alkalmas a távfelügyeleti eszközből bejövő jelek fogadására, megjelenítésére, feldolgozására lehetővé teszi az ügyfelek azonosítását, az események ügyfélszintű logolását opcionális: alkalmas a távfelügyeleti eszköz által eljuttatott életfunkció/aktivitás adatok feldolgozására, folyamatos monitorozására. Vészhelyzet esetén (kritikus értékű életfunkció/aktivitás) automatikus riasztás küldése előre megadott személyeknek. funkcionalitás (alkalmazása könnyen, gyorsan elsajátítható) Az első csoportba tartoznak a viselhető, vezeték nélküli karkötők, kitűzők, és az orvosi monitorozó övek, míg a második csoport egy szerveralkalmazásból és a hozzá kapcsolódó kliensalkalmazásokból tevődik össze. Ezzel a felépítéssel biztosítható, hogy a jeladók üzeneteit a szerver oldal éjjel-nappal képes legyen rögzíteni, és az információk tetszőleges helyen és időben lekérdezhetőek legyenek a kliensek segítségével (pl. WEB kliens okos-telefonon, tableten)..
Segélyhívó, személykövető A karon viselhető eszközök közül a legkisebb változat (RHS10A) egy egyszerű kisméretű karóra formájú jeladó. amely egy hívó-gombbal rendelkezik. A hívó gombot megnyomva felhívja a nővért, gondozót, hozzátartozót (vagy akár a testőrt). Ez a karkötő képes továbbá a lokálisan kiépített valós idejű RTLS helymeghatározó rendszerrel kapcsolatot létesíteni, így a lefedett területen belül meghatározható a viselőjének pozíciója is. A készülék formatervezett, hermetikusan zárt, ütésálló ABS házba van építve, mosható, sterilizálható. Elemcsere, és töltés nélkül 3 évig működik. 2,4 GHz-es rádióval működő mikrokontrolleres kommunikációs rendszere önálló jelfogadóhoz, vagy ZigBee infrastruktúrához illeszkedik. Komplex távfelügyelet beszélgetéssel, korlátok nélkül A mindent tudó karóra, az RHS10B, rendelkezik a kisebb RHS10A testvér által megvalósított, hívó, jelző funkciókkal, ám nemcsak lokális, hanem globális helymeghatározásra, és kommunikációra is képes a beépített GPS lokalizáció és GPRS modem segítségével. Ezen felül a készülékben helyet kapott egy mikrofon és egy hangszóró, így a segélyhíváson, és az adattovábbításon felül hangos GSM telefonként is használható. A készülék vezeték nélküli kapcsolatot tart az életfunkciós szenzorokkal, azok adatait kezeli és továbbítja. A karórába beépített infravörös hőmérő önmagában is képes viselőjének bőrhőmérsékletét monitorozni. Személyi monitor Az egészségügyi / orvosi távfelügyeleti rendszer életfunkciók felügyeletére kifejlesztett eleme az orvosi monitorozó mellpánt. Ez a mosható, rugalmas, könnyen hordható eszköz a ruha alatt viselve képes a pontos testhőmérséklet meghatározására, lázgörbe felvételére, a szívritmus mérésére, rögzítésére, EKG görbék rögzítésére, az elesés, zuhanás detektálására, és riasztásra. A mellkaspánt két tépőzárral oldható, egyszerűen felvehető és levethető. Infrastruktúra Az RHS rendszer készülékei a közcélú GSM hálózatra, vezetékes telefonhálózatra, Internetre, és / vagy saját Mesh RF hálózatra kapcsolódhatnak. Mindegyik hálózathoz rendelkezésre állnak RHS interfész rendszerelemek. Távfelügyeleti szoftver Az RHS szoftver szerveralkalmazás kezeli az adatbázist és a vezeték nélküli adatgyűjtő rendszert, akár helyi akár globális kommunikációról van szó. A kliensek asztali PC munkaállomáson, vagy mobil eszközökön, mint tableten, ill. okostelefonon valósítják meg az ember-gép kapcsolatot szemléletes interaktív grafikus felületen..
A mellékelt példán egy személyi monitor lap látható a beteg real-time adatai, az épületen belüli pozíciója, a lázgörbe, a szívritmus-görbe, és az EKG diagramok megjelenítésével. A monitor lapon megjelennek a határérték túllépések, és az elesés detektálásakor kiváltott riasztások is Az RHS rendszerről, és a kifejlesztett prototípusokról részletesebb anyag a honlapon található. A MediBelt orvosi mellkaspánt A cikk előző részében megismerkedtünk az RHS orvosi távfelügyeleti rendszerrel és annak elemeivel. A folytatásban a rendszer egyik, és talán a legérdekesebb eleméről, az orvosi mellpántról esik szó. Ez a mellpánt képes testhőmérsékletet mérni, pulzust mérni és EKG mérést végezni. Mi az EKG? Az EKG a szívveréshez generált feszültség grafikus követése. A szív teljesítő képességének elég nagy pontosságú kiértékelését teszi lehetővé. A szív egy elektrokémikus impulzust generál, ami szétterjed a szívben, oly módon, hogy a szívben levő cellák összehúzódását és ellazulását eredményezi, ami a szívnek egy pumpáló karakterisztikát biztosít. Ezt a szekvenciát egy izomköteg a szinusz csomó (SA) indítja el, amely a szív celláinak polarizációját és depolarizációját eredményezi. Mivel ez a folyamat elektromos természetű, és az emberi test vezető a benne levő folyadéknak köszönhetően, ezért ez az elektrokémiai 1. ábra Tipikus EKG jelalak folyamat a test felszínén mérhető. Maximálisan körülbelül 1mV feszültség különbség jelentkezik a test különböző részein. Ez a bőrfelületre csatlakoztatott elektródák segítségével mérhető. A négy végtag és a mellkas vált az elektródák szabványos elhelyezésének helyéül. Az 1. ábra egy tipikus EKG jelalakot mutat. 2. ábra RHS mellkaspánt vezérlő áramkör Hogyan mérhető az EKG? Az EKG méréséhez egy erősítő, szűrő, jelfeldolgozó kapcsolásra van szükség. A bemeneti erősítő fokozatnak mérőerősítőt használ az orvosi mellpánt, mivel sokkal nagyobb a közös modusú zajelnyomásuk, mint a műveleti erősítőknek. Erre azért van szükség, mert az ember, mint antenna rengeteg sugárzást vesz a környezetből, és ezek mindegyik elektródára rákerülnek, ami közös modusú zajként jelentkezik. Mivel a mérendő jel a kisfrekvenciás tartományban található, ezért a jel egy alul áteresztő szűrő segítségével szűrésre kerül, így a jelfeldolgozó egységre már csak a hasznos jelalak jut. A jelfeldolgozás során az EKG jelet digitalizálja az orvosi mellpánt, és alapvető jelfeldolgozási műveleteket végez rajta (pl. pulzus meghatározása). Lehetőség van akár a teljes digitalizált jelet, akár a feldolgozott adatokat továbbítani a központi adatfogadó és feldolgozó rendszer felé, ahol azok megjelenítésre kerülnek. Az áramkör elemeinek részletes ismertetése a cikk későbbi részében kerül tárgyalásra..
Hogyan helyezkednek el az EKG méréshez szükséges elektródák? Az EKG elektródáknak többféle elhelyezési módja ismeretes. Az orvosi mellpánt úgy került kialakításra, hogy standard 5 elektródás mérésre alkalmas legyen. Ehhez 4 végtag elektródára és egy test elektródára van szükség. A 3. ábrán látható az elektródák elhelyezése. Mit tud még az egészségügyi mellkaspánt? Az EKG monitorozáson kívül az orvosi mellpánt fel van készítve testhőmérséklet mérésre. Mivel a mellpánt kialakításából adódóan nem a végtagokon mérjük a hőmérsékletet, jóval pontosabb képet (akár 0,1 C felbontással) kaphatunk a viselő pillanatnyi testhőmérsékletéről és annak időbeli változásáról. A hőmérséklet mérése 3 vezetékes méréssel történik. 3. ábra EKG elektródák elhelyezése A testhőmérséklet mérésen felül az orvosi mellpánt beépített gyorsulás érzékelőjének segítségével képes elesés detektálásra is. Ezeknek a funkcióknak a megvalósításáról is szó lesz a cikk befejező részében. Hogyan jutnak el az adatok az orvoshoz? A MediBelt kétféle módon tudja eljuttatni a mért adatokat a központi adatfeldolgozó és kiértékelő rendszer számára. Egyrészt képes lokálisan kiépített mesh hálózathoz kapcsolódni, amennyiben ez rendelkezésre áll. Másrészt képes az RHS rendszer másik eleméhez a karon viselt segélykérő és monitorozó karkötőhöz kapcsolódni, és annak GPRS kapcsolatán keresztül a világ bármely pontjáról venni, és beküldeni az adatokat. Hogy néz ki az orvosi mellkaspánt? A mellpánt érdemi része a karok alatt, és a jelölt borda magasságában körbefutó két vízszintes elasztikus anyagból készült pánt, amely tartalmazza a hőmérséklet szenzort és az elektródákat az EKG méréshez. A rögzítés érdekében a vállakon átvetett két pánt csatlakozik a mellpánt vízszintes részéhez. Elől a mellkas közepén egy kis tépőzáras zsebben található a rendszer elektronikája, amely a pánt tisztíthatósága érdekében eltávolítható. Az elektronika panel analóg áramköri modulokat, mikrokontrolleres beágyazott rendszert, és rádiófrekvenciás kommunikációs eszközt tartalmaz. A szenzorok vezetékezése a pánton belül fut az erre kialakított részekben. 4. ábra A mellkaspánt felépítése A cikk befejező részében a most ismertetésre került orvosi monitorozó mellkaspánt áramköri felépítéséről és a működéséről lesz szó..
A MediBelt áramköri felépítése A cikksorozat korábbi részeiben megismertük az RHS orvosi távfelügyeleti rendszert általánosságban, és részletesebben foglalkoztunk az orvosi mellpánt funkcióival és felépítésével. A cikk eme befejező részében a mellpánt áramköri felépítésével foglalkozunk sorra véve az egyes modulokat. EKG bemeneti erősítő fokozat Mint már korábban említettük a bemeneti erősítő fokozatnak egy mérőerősítőt használunk, mivel sokkal nagyobb a közös modusú zajelnyomása, mint a műveleti erősítőnek. Mivel a két elektróda közötti feszültség pozitív és negatív irányba is változhat, ezért a mérőerősítő referencia feszültségét célszerű a tápfeszültség felére választani. Az EKG bemenetek ESD védelemmel vannak ellátva az esetlegesen érintéskor keletkező elektrosztatikus kisülések ellen. Az erősítő fokozat kapcsolása az 1. ábrán látható. 1. ábra Bemeneti erősítő fokozat EKG alul áteresztő szűrő Mivel a mérendő jel a kisfrekvenciás tartományban található, ezért a jelet egy aluláteresztő szűrő segítségével érdemes megszűrni, a magasabb frekvenciákon ugyanis csak zaj található. A feladatra egy 200Hz sávszélességű negyedfokú Butterworth szűrő került kialakításra, amelynek kapcsolása a 2. ábrán látható. A szűrő kimenetét egy végerősítőre vezetjük, amelynek feladata, hogy az A/D átalakító mérési tartományába skálázza a jelet. 2. ábra Negyedfokú Butterworth szűrőkapcsolás Testhőmérséklet mérése Az orvosi mellpánt a testhőmérséklet méréséhez egy PT100 platina ellenállást használ háromvezetékes méréssel. A platina ellenállást egy Wheatstone hídkapcsolásban helyezzük el, és a híd kimeneti feszültségét erősítjük, majd digitalizáljuk (lásd 3. ábra). Ez alapján meghatározható a platina ellenállása, amiből származtatható a hőmérséklete. A miniatűr platina ellenállás egy az orvosi mellpántba beépített zárt hőmérő kapszulában került elhelyezésre, amely jó hővezető sapkájának köszönhetően a hónalj bőrfelülettel érintkezve (kontaktus szenzor) képes annak hőmérsékletét a platina ellenállásra vezetni. A platina ellenállása a hőmérséklet változásával arányosan változik..