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Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo
Trabalho Semestral de Fábrica Digital
Saúde na indústria 4.0 - Equipamentos implantáveis
Grupo 11
Ana Claudia Macedo Vianna Miachon
Edan David Galvez
Guilherme Dello Russo
Natália Thoma Ricardo
São Paulo
2019
1. Apresentação do tema
Definição de Saúde 4.0(1): O termo “Saúde 4.0” é uma derivação do conceito Indústria 4.0, que vem se
difundindo nos últimos anos e que propõe uma forma de produção, em que, geralmente, o bem manufaturado deixa de ser objeto passivo, passando ele mesmo a decidir onde, como e quando deve ser fabricado.
Na indústria 4.0, isso é possível porque o produto final e as máquinas que o fabricam “conversam” entre si, tendo como base as tecnologias ancoradas na internet das coisas (sistemas que se comunicam e cooperam uns com os outros e com os seres humanos em tempo real), e na internet dos serviços (sistemas de comunicação via redes sem fios).
Com a Saúde 4.0, a cadeia de suprimentos – que antes era vista como centro de custos – passa a ser uma oportunidade para a inovação, uma vez que poderá “compreender”, de forma mais ágil, às demandas do usuário final, além das especificidades regionais, aspectos de crucial importância num país da dimensão do Brasil. Definição de Dispositivos Médicos Implantáveis(2):
Qualquer instrumento, aparelho, equipamento, software, material ou artigo, utilizado isoladamente ou em combinação, introduzido no corpo humano para fins de diagnóstico, prevenção, controle, tratamento, atenuação ou compensação de uma doença, lesão ou deficiência.
A Agência Nacional de Vigilância Sanitária propõe este conceito para o termo DMI: “Qualquer produto médico projetado para ser totalmente introduzido no corpo humano ou para substituir uma superfície epitelial ou ocular, por meio de intervenção cirúrgica, e destinado a permanecer no local após a intervenção. Também é considerado um produto médico implantável, qualquer produto médico destinado a ser parcialmente introduzido no corpo humano por meio de intervenção cirúrgica e permanecer após esta intervenção por longo prazo”. Fonte: RDC nº 185, de 22 de outubro de 2001 (norma geral para registro na Anvisa).
Palavras-chave: saúde, indústria 4.0, dispositivo médico implantável,
equipamento implantável.
1
Evolução Histórica
Como exemplo da evolução histórica dos equipamentos médicos implantáveis
podemos citar o marca-passo, um dos dispositivos médicos implantáveis mais
conhecidos do mundo(3).
Na verdade a história do marcapasso começou no século 19, quando foi
realizada a primeira tentativa de reanimar o coração em 1775. Neste ano, o físico
dinamarquês Nickolev Abildgaard realizou os primeiros estudos sobre os efeitos da
energia elétrica quando aplicado ao corpo. Ele colocou eletrodos nas laterais da
cabeça de uma galinha e aplicou uma descarga elétrica que fez com que ela caísse
morta. Aplicação de eletrodos sobre várias partes do corpo da galinha não
conseguiu reanimar o pássaro, até que eles foram colocados no peito. Nesta
posição, eles presumivelmente desfibrilavam o coração, depois do qual a galinha
cambaleou sobre seus pés e se afastou.
2
Figura 1: Dispositivo estimulador (1788).
Já em 1800 Marie Francois Xavier Bichat e Nysten relataram experimentos com humanos decapitados nos quais eles foram capazes de fazer o coração bater novamente usando corrente elétrica. Eles não tiveram escassez de material experimental durante a Revolução Francesa
Quatro anos depois, Aldini, descreveu o alívio da síncope cardíaca através de "energia galvânica" utilizando estudos em animais e cadáveres.
3
Figura 2: Aldini working on a dead animal body.
Em 1872, Duchenne de Boulogne ressuscitou com sucesso uma criança que se afogou, ligando um eletrodo a uma perna enquanto tocava ritmicamente o precórdio com outro eletrodo.
Dez anos uma paciente de 46 anos chegou à clínica de Hugo Von Ziemssen, que estimulou seu coração usando corrente elétrica e pôde mudar sua frequência cardíaca à vontade. As gravações mostram claramente que a atividade ventricular estava sendo produzida por impulsos elétricos aplicados à superfície cardíaca: investigações extremamente interessantes, mas potencialmente fatais.
Foram criado o primeiro marcapasso externo em dois lugares diferentes do
mundo, por Hyman e Lidwell. O dispositivo de Lidwell funcionava com corrente
alternada e exigia que uma agulha fosse inserida no ventrículo do paciente. Em
1928, ele usou estimulação elétrica intermitente do coração para salvar a vida de
uma criança nascida em parada cardíaca. A criança aparentemente se recuperou
completamente e sobreviveu, mas não se sabe muito mais sobre os esforços de
Lidwell. Ele relatou seu trabalho para o Terceiro Congresso da Sociedade Médica
Australiana em 1929.
E também por Hyman, na revista americana "Popular Mechanics", de março
de 1933, relatou o artigo, "a agulha é inserida na aurícula direita. Impulsos elétricos
de baixa potência são aplicados com um gerador. Esses impulsos podem ser
4
regulados para quarenta, oito ou 120 batimentos por minuto, dependendo da idade
do paciente e da freqüência cardíaca normal. Onde a operação é bem sucedida, os
estímulos elétricos restauram o coração inerte ao seu batimento natural ”. O
dispositivo ainda era mais um desfribilador do que realmente um marcapasso.
Figura 3: "Marcapasso artificial" criado por Albert Hyman, na primeira imagem
for da sua caixa e na segunda dentro da sua caixa.
5
Figura 4: Dispositivo e sua propaganda.
6
Figura 5: Diagrama de fluxo do dispositivo.
O trabalho de Hyman foi frustrado e acabou sendo prejudicado por problemas
técnicos e pela atitude dos tempos. Ele enfrentou considerável oposição, incluindo a
do Journal of American Medical Association e não relatou seus experimentos. Em 1930 é criado o primeiro marcapasso, alimentado por um sistema
magnético movido a manivela. O dispositivo foi criado por A.S. Hyman, que
reanimou um coração com impulsos elétricos conduzidos para dentro da caixa
torácica por meio de uma agulha. O primeiro equipamento pesava seis quilos, tinha
aproximadamente o tamanho de uma televisão, era movido por um relógio que
precisava de corda a cada 6 minutos e os dispositivos davam choque nos pacientes.
E também Os marca-passos movidos a redes foram desenvolvidos no início dos
anos 50 e eram grandes caixas volumosas cheias de tubos de vácuo que
obviamente não poderiam ser implantados. Eles tinham que ser girados em
7
carrinhos e conectados a tomadas de parede para obter sua energia de corrente
alternada. Eles eram portáteis apenas no nome, uma vez que só podiam ir tão longe
quanto a tomada elétrica mais próxima. Ou seja, não estavam nem perto de serem
ideais mas já eram um bom começo para chegar no marcapasso atual.
● 1958: Arne H.W. Larsson recebe o primeiro marca-passo totalmente
implantável do mundo. A cirurgia aconteceu em Estocolmo, Suécia
● 1962: Produção dos primeiros eletrodos de marca-passo endocárdicos
permanentes — que passam através de uma veia do paciente até o coração.
Isso reduziu o risco do procedimento de implantação do marca-passo
● 1973: Lançamento do primeiro marca-passo recarregável comercial. Com a
capacidade de recarregar a bateria, a vida útil do marca-passo passou de um
ano e meio para 20 anos
● 1978: Lançamento do primeiro marcapasso de chip único. Este avanço
reduziu bastante o tamanho do aparelho e melhorou sua confiabilidade
● 1979: Surge o primeiro marca-passo a usar telemetria bidirecional — que
transmite dados do aparelho implantado para o computador do médico e
vice-versa. Essa tecnologia permitiu que os médicos reprogramassem o
aparelho de maneira não invasiva
● 1981: É lançado o primeiro marca-passo baseado em microprocessador. O
uso de microprocessadores melhorou a capacidade de um médico de ajustar
as configurações do marca-passo e obter informação diagnóstica
● 1989: Lançamento, nos Estados Unidos, do primeiro marcapasso de câmara
dupla com modulação de frequência. Esse aparelho permite estimular tanto o
átrio do coração quanto o ventrículo, imitando de maneira mais semelhante o
ritmo natural do coração. No caso da modulação de frequência, essa
tecnologia permitiu que o marca-passo notasse mudanças na atividade de
uma pessoa através do movimento corporal, freqüência de respiração ou
temperatura e então ajustasse a freqüência cardíaca de acordo com estes
parâmetros
● 1993: A Administração norte-americana de Alimentos e Medicamentos (FDA,
na sigla em inglês), aprova o cardioversor desfibrilador implantável (CDI)
8
Cadence com marca-passo associado. Antes, os pacientes que precisavam
do CDI e do marca-passo precisavam usar os dois aparelhos separadamente.
● 1995: O menor marca-passo do mundo, Microny, é lançado para ser usado
por crianças. Tem o tamanho aproximado de uma moeda de R$1. No mesmo
ano é lançada a tecnologia de auto captura (Autocapture), que permite que os
marca-passos sejam monitorados constantemente e ajustem
automaticamente a quantidade de energia necessária para a estimulação
● 2001: Morre Arne Larsson, o paciente que recebeu o primeiro marcapasso do
mundo
● 2003: A FDA aprova o primeiro sistema de monitoramento remoto de
pacientes para aparelhos cardíacos implantáveis capazes de descarregar e
armazenar dados. A emissão de dados é feita por um transmissor conectado
a uma linha telefônica. Isso permite que o médico monitore as informações do
coração do paciente em tempo real
● 2009: Lançamento do primeiro marca-passo com telemetria por
radiofrequência. Isso permite uma comunicação sem fio segura entre o
dispositivo implantado e o programador utilizado pelo médico ou monitor
residencial.
Em anos mais recentes existem pesquisas em andamento com o
marca-passo, como a de um marca-passo que reaproveita energia dos batimentos
cardíacos. Esse marcapasso totalmente implantável é baseado em um nanogerador
triboelétrico, que consegue reaproveitar e armazenar energia dos batimentos
cardíacos.(4)
9
Figura 6 - Visão geral do sistema de marca-passo simbiótico. a. Ilustração do
sistema simbiótico de marca-passo cardíaco. b. Diagrama da estrutura esquemática
do nanogerador triboelétrico implantável (iTENG). c. Fotografia do iTENG sob flexão.
d. Imagem transversal do microscópio eletrônico de varredura (SEM) do iTENG
(barra de escala: 500 μm). e. Imagens SEM da nanoestrutura em filme de
politetrafluoretileno (PTFE) (barra de escala: 1 μm). f. Imagem SEM de estrutura de
esponja elástica tridimensional (3D) (barra de escala: 500 μm). g, h. Representação
esquemática do mecanismo de transferência de carga. i. O modelo usado para
estimar a quantidade de separação de carga que pode surgir da transferência de
cargas.(4)
A cirurgia de substituição do joelho é o procedimento de substituição da
articulação mais comum, com o número de cirurgias aumentando a cada ano. Muitas
10
dessas cirurgias são feitas para substituir um implante antigo ou desgastado.
Portanto ela pode ser considerado outro exemplo de DMI, o qual podemos observar
sua evolução histórica(5):
● 1860: desenvolvimento da artroplastia total do joelho começou em 1860,
quando o cirurgião alemão Themistocles Gluck implantou cirurgicamente as
primeiras articulações primitivas de marfim
● 1951: introdução da junta articulada Walldius. Inicialmente, este foi fabricado
a partir de acrílico, em seguida, em 1958, foi fabricado a partir de cobalto e
cromo. Infelizmente, essa articulação da dobradiça sofreu uma falha
prematura
● Anos 60: Durante o início dos anos 1960, a artroplastia total de quadril
metal-em-polietileno cimentada de John Charnley inspirou o desenvolvimento
da moderna substituição total do joelho. Frank Gunston, do mesmo hospital
de Charnley, passou a projetar um joelho desequilibrado que substituía os
lados medial e lateral da articulação por componentes condilares separados.
A biomecânica melhorada resultou dos ligamentos cruzados e colaterais
intactos preservados, que mantiveram a estabilidade dos componentes
femoral e tibial e o desenho permitiu que o centro de rotação mudasse com a
flexão do joelho
● Anos 70: O design condilar metal-em-polietileno, que substituiu
completamente as superfícies articulares femoral e tibial, foi perseguido
durante todo o início dos anos 70. O resultado foi um implante que dependia
da geometria dos componentes e do balanço dos tecidos moles para
proporcionar estabilidade e uma grande área de superfície de articulação para
distribuir a carga e minimizar o desgaste do polietileno. Melhorias nos
materiais dos componentes, geometria e fixação continuaram ao longo das
décadas de 1970 e 1980
● 2019~: Avanços no dimensionamento mais preciso, a opção de substituição
da patela femoral, melhor instrumentação, bem como componentes que
permitem uma maior amplitude de movimento e uma menor taxa de desgaste
foram desenvolvidos e implementados. Implantes de joelho inteligentes que
podem monitorar mudanças. Os sensores permitem que os médicos avisem
11
os pacientes quando um determinado movimento se tornou excessivo para o
implante, para que os pacientes possam se ajustar rapidamente e evitar mais
danos ao implante. Ela também pode capturar a energia causada pelos
movimentos do usuário, prolongando a vida útil do implante e reduzindo a
necessidade de cirurgias de acompanhamento. Quando um usuário caminha,
as fricções das micro-superfícies que entram em contato umas com as outras
alimentam os sensores, sendo desnecessário o uso de baterias.
Alwathiqbellah Ibrahim, Manav Jain, Emre Salman, Ryan Willing, Shahrzad
Towfighian. A smart knee implant using triboelectric energy harvesters. Smart
Materials and Structures, 2019; 28 (2): 025040 DOI: 10.1088/1361-665X/aaf3f1
2. Relação do tema com assuntos discutidos em aula 2.1. Cloud computing
A definição de cloud computing consiste na disposição de capacidade
de armazenamento de dados, poder computacional e outros recursos de TI
por um terceiro, que pode ser acessada conforme necessidade, sem
necessidade ativa de gerenciamento ou manutenção de ativos. Alguns
benefícios no uso de nuvens estão na redução de custos de gerenciamento e
infraestrutura de datacenters, flexibilidade de espaço e capacidade
computacional, redução de custos provinda da economia de escala.
Na indústria 4.0, o uso de nuvens se faz presente desde a vida
cotidiana, como no uso de redes sociais, ou streaming de vídeos e músicas,
como no uso comercial para expansão da capacidade de processamentos
em datas comemorativas.
A aplicação de nuvens na indústria de saúde é extremamente
correlacionada com o conceito de internet das coisas (IOT). Inúmeros
dispositivos capazes de detectar condições médicas como, pressão
sanguínea, pulsação, saturação de oxigênio no sangue, foram desenvolvidos
ao longo do tempo, tendo como fatores limitantes capacidade de
armazenamento e processamento de dados. Ou seja, a captação dos dados
12
se tornou possível, no entanto, armazenar tais dados e processá-los se
tornou um empecilho, que encontrou sua solução no uso de nuvens.
Diversos casos de negócios relacionando a captação de dados na área
de saúde com uso de nuvens podem ser encontrados na bibliografia. Um dos
casos apresentados em “Charalampos Doukas, 2012”, apresenta um
protótipo, que pode ser descrito como uma meia com sensores inseridos
capaz de se comunicar com um celular através de uma interface bluetooth.
Tal dispositivo é capaz de monitorar sinais vitais, enviá-los ao celular ao qual
está conectado, que os encaminha a um serviço de nuvem responsável por
armazená-los e processá-los.
Apesar das nuvens solucionarem problemas da captação de dados,
novos problemas surgem na sua utilização, como a segurança e a
disponibilização dos bancos de dados.
2.2. Fábrica digital – produto como foco
O termo “fábrica digital” se refere ao uso da tecnologia de modo a
reformar o modelo de manufatura existente, projetando novas ideias de valor
e ambiente digital para clientes e equipes empresariais através de tecnologias
digitais (7).
A seguir são apresentadas algumas tecnologias que são aplicadas à
“fábrica digital”:
● “Computer-aided design (CAD) é uma combinação de computação
gráfica e projeto que utiliza o banco de dados como núcleo, o sistema
gráfico interativo como método e leva a análise e o cálculo do projeto,
apresentando também grande aplicação no domínio da manufatura
digital” (7).
● Computer-aided process processing (CAPP) é um conjunto de medidas
técnicas adotadas com base nas informações de fabricação e regras
de processo gerados com base no CAD e que são utilizadas para
melhorar a eficiência da automação do processo. Essa tecnologia,
13
além de suprir várias deficiências no design de tecnologia tradicional e
se adaptar à demanda de um processo de fabricação moderno que
está se tornando automatizado e inteligente no dia a dia, mas também
fornece a base técnica necessária para a fabricação integrada de
computadores na fabricação digital (7).
● “Computer-aided engineering (CAE) é uma extensão da tecnologia
CAD, que realiza análises, cálculos, verificações e simulações
abrangentes de engenharia para modelos de peças no processo de
fabricação usando o sistema computacional, realizando assim
avaliações efetivas e resultados de julgamento para função,
desempenho e vários índices de design de produto” (7).
● “Computer-aided manufacturing (CAM) é a soma de todas as
atividades diretas e indiretas do produto - do projeto até o produto
acabado -, concluídas no processo de fabricação do produto usando
tecnologia auxiliada por computador” (7).
Essas tecnologias podem ser combinadas de diversas formas de modo
a atender da melhor forma possível às necessidade de projeto. Os artigos
selecionados combinam essas tecnologias de formas diferente e visam
objetivos diversos, como a aplicação em processos de manufatura remota de
peças via web (apresentada no artigo “Uma Metodologia para Integração
CAD/CAPP/CAM Voltada para Manufatura Remota de Peças Rotacionais Via
Web”), o uso dos modelos para simulações (apresentado no artigo “Mass
estimation of transport aircraft wingbox structures with a CAD/CAE-based
multidisciplinary process”. Hürlimann, 2010) ou até mesmo a aplicação de
modelos para soluções médicas como implantes.
As tecnologias CAx tem grande aplicação em áreas ligadas à
implantes, uma vez que por meio de um projeto mais detalhado é possível
fazer um implante que se adapte da melhor maneira possível ao formato do
organismo. Nos artigos "Medical rapid prototyping applications and methods",
Assembly Automation” (2005) e “Medical Reverse Engineering Applications
and Methods” (2010) são apresentados usos de engenharia reversa
associada à tecnologias de modelagem, permitindo a construção de modelos
14
tridimensionais de estruturas anatômicas do corpo humano a partir de
imagens médicas. Segundo os artigos, esses modelos têm diversas
aplicações médicas como a “aplicação do modelo em treinamento cirúrgico,
planejamento pré-operatório, simulação cirúrgica e até em diagnósticos e
tratamentos”.
Além disso, segundo os artigos, é possível também, com base nos
dados do paciente, projetar “dispositivos médicos personalizados e próteses
externas, como órtese de cotovelo e tornozelo”.
2.3. Digital Twin
Digital twin consiste em criar uma réplica digital de uma entidade
física. A representação digital contribui com elementos que identificam a
identidade representada e com a dinâmica de um dispositivo de IOT opera ao
longo de seu ciclo.
O digital twin na indústria 4.0 é amplamente difundido, podendo ser
representado por modelos de previsão estrutural, modelagem de estruturas
fabris e até mesmo representações de históricos médicos.
Então, fica claro que na indústria de saúde, podemos aplicar o conceito
de digital twin, por exemplo, na otimização de equipamentos médicos, uma
vez que a disponibilização de dados é otimizada, ou até mesmo no
desenvolvimento de pacientes virtuais, que possam simular os possíveis
efeitos de um tratamento em um paciente real.
No artigo “A Novel Cloud-based Framework for the Elderly Healthcare
Services Using Digital Twin” apresenta-se o conceito de DTH (Digital Health
Cares), que é criação de digital twin focadas na indústria de saúde,
mostrando um caso de como relacionar big data, analytics e IOT na indústria
de saúde para criação de um modelo de digital twin com supervisão em
tempo real.
15
2.4. CPS (Cyber Physical System)
“Em um Cyber Physical System (CPS), elementos de computação
coordenam-se e comunicam-se com sensores, que monitoram indicadores
virtuais e físicos, e atuadores, que modificam o ambiente virtual e físico em
que são executados. CPSs costumam buscar controlar o ambiente de alguma
maneira. CPSs usam sensores para conectarem toda a inteligência distribuída
no ambiente para obter um conhecimento mais profundo do ambiente, o que
possibilita uma atuação mais precisa” (9).
“Em um contexto físico, atuadores agem e modificam o ambiente em
que os usuários vivem. Em um contexto virtual, CPSs são usados para coletar
dados das atividades virtuais dos usuários, como seu envolvimento em redes
sociais, blogs ou sites de e-commerce. Então, os CPSs reagem de alguma
maneira aos dados para prever as ações ou as necessidades dos usuários
como um todo” (9).
Contudo, essa grande quantidade de sensores precisa de uma
arquitetura bem definida de modo a garantir a confiabilidade dos dados
obtidos. Segundo o artigo “False Alarm Detection in Cyber-Physical Systems
for Healthcare Applications”, não há uma arquitetura unificada para o CPS,
principalmente devido a variações entre os aplicativos e as incertezas dessa
arquitetura colaboram para um grande número de falsos alarmes.
Um outro problema é a segurança de toda essa informação. Esse
problema é abordado pelo artigo “Security Tradeoffs in Cyber Physical
Systems: A Case Study Survey on Implantable Medical Devices (2016)” que
mostra que, “embora os ataques à comunicação de informação sem fio em
Implantable Medical Devices (IMD) sejam similares àqueles em redes de
sistemas de computador que possuem técnicas de mitigação padrão, a
adaptação das técnicas exatas de proteção para IMDs nem sempre pode ser
viável, uma vez que, os IMDs estão sujeitos a problemas diferentes dos
apresentados por redes convencionais, como o ambiente físico ao qual os
IMDs estão sujeitos e as limitações que esse ambiente oferece”. E, além
16
disso, é preciso que haja um equilíbrio entre “ as medidas de segurança para
o IMD e a segurança do paciente no momento da emergência”.
2.5. IoT (Internet of Things)
IOT, ou internet das coisas, é definido como um sistema de dispositivos
computacionais, digitais ou mecânicos, objetos, animais ou pessoas com
capacidade de transferir dados entre si, sem a necessidade de interações
ativas humano-humano ou humano-máquina.
A conceito de IOT auto explica sua inserção no contexto da indústria
4.0 e as tendência de automação e troca de dados entre os elementos que
compõe um sistema de forma autônoma, como pode ser visto nas tecnologias
de manufatura. Exemplos de tais tecnologias são algoritmos responsáveis por
armazenar dados obtidos por dispositivos que captam sinais vitais e os
enviam à dispositivos responsáveis pelo armazenamento e processamento de
dados com o uso de aprendizado de máquina, E como resultado emitem
recomendações de exames como forma de auxílio à medicina preventiva.
Tais tecnologias, já não dependem mais de uma atuação ativa de um
humano para sua atuação e seus resultados têm grande impacto em
qualidade de vida e em custos da indústria de saúde.
Um exemplo de caso apresentado no artigo IoT Based Low Cost Single
Sensor Node Remote Health Monitoring System, apresenta uma pulseira
capaz de monitorar dados como pressão sanguínea, saturação de oxigênio,
batimento cardíaco, e enviar tais dados a um banco de dados, que fica tanto
disponível para médicos, quanto para processamento por algoritmos contidos
na nuvem. Com isso, torna-se possível usar aprendizado de máquina para
emissão de relatórios de monitoramento de saúde de áreas remotas, nas
quais se torna difícil fazer um monitoramento ativo, tanto por distância, quanto
por escassez de recursos, de forma a maximizar a medicina preventiva, e
assim reduzir o total gasto em tal indústria, com aumento da qualidade de
vida.
17
2.6. SOA (Service Oriented Architecture)
“A Service-oriented architecture (SOA) é um padrão de mercado
vagamente definido que apresenta todos os processos de negócios de uma
maneira voltada para serviço. Dependências entre serviços como serviços da
web, ativos de serviço do Enterprise Information System (EIS), fluxos de
trabalho e bancos de dados são minimizados e a implementação de qualquer
serviço é oculta” (8).
“O objetivo da arquitetura orientada a serviços é separar a lógica de
integração de negócios da implementação para que um desenvolvedor de
integração possa focar na montagem de um aplicativo integrado em vez de
nos detalhes da implementação. Para alcançar esse objetivo, os
componentes de serviço que contêm a implementação de serviços individuais
requeridos pelos processos de negócios são criados. O resultado é uma
arquitetura de três camadas (lógica de integração de negócios, componentes
de serviço e implementação)” (8).
No nível da lógica de negócios os componentes são montados
independente de sua implementação, desse modo a arquitetura orientada a
serviços permite que o usuário se concentre em solucionar seus problemas
de negócios utilizando e reutilizando componentes em vez de desviar sua
atenção para a tecnologia que está implementando os serviços que estão
sendo utilizados (8).
Um exemplo de SOA que permite acesso a serviços médicos é
apresentado no artigo “A healthcare system as a service in the context of vital
signs: Proposing a framework for realizing a model”.
Um outro exemplo de SOA é apresentado no artigo “Open SOA health
web platform for mobile medical apps: Connecting securely mobile devices
with distributed electronic health records and medical systems” (2014), esse
artigo apresenta uma plataforma Web de saúde baseada em SOA que
hospeda aplicativos médicos móveis. Os aplicativos são ativados por meio do
uso de serviços de fluxo de trabalho. Esses aplicativos dão suporte à saúde
18
móvel e facilitam a documentação legalmente exigida para procedimentos
médicos. “Os serviços de fluxo de trabalho são orquestrados para aplicativos
de assistência coordenada em redes de atores e sistemas distribuídos”. Além
disso o artigo apresenta um aplicativo móvel de gerenciamento de feridas
orientado a serviços.
2.7. Big data & Analytics
Big Data consiste em encontrar métodos de tratamento e extração de
dados que são muito grandes para serem tratados com métodos tradicionais.
Enquanto analytics consiste na análise de dados com foco em tomada de
decisões.
Com o avanço da tecnologia o avanço na capacidade de
armazenamento de dados se tornou cada vez maior, de forma que a
capacidade de entender o significado de tais dados começou a depender da
capacidade de análise para tomada de decisão. Ou seja, novas estratégias
para análise massiva de dados se tornaram necessárias, de forma que as
aplicações de Big Data e Analytics se tornaram imprescindíveis para tomada
de decisão na indústria 4.0.
Na área de saúde, em particular, o acúmulo de dados de pacientes
pode ser atribuído tanto à maior digitalização das empresas, quanto ao maior
número de dispositivos de monitoramento. Com isso, o potencial estatístico
acumulado nos dados se tornou cada vez mais relevante. Sendo importante
para as empresas nas sua decisões estratégicas, e também para os usuários
que podem se beneficiar de medicina preventiva para melhorar sua
qualidade de vida.
Ou seja, para a indústria de saúde o uso de big data e analytics é
intrínseco à otimização de processos e redução de custos, implicando em
melhorias à indústria e à qualidade de vida dos usuários.
19
2.8. Empresas virtuais
Segundo o artigo “Um estudo de usabilidade de sites de empresas
virtuais” (2006) “empresas virtuais consistem de uma cooperação temporária
entre empresas independentes que se unem para satisfazer uma
oportunidade de negócio, geralmente com o apoio de tecnologias de
informação”.
"Empresas virtuais" estão surgindo e se tornando a principal forma de
desenvolvimento cooperativo de Research and Development (R&D). O termo
se refere a um tipo de sindicato de organização em que diferentes empresas
se juntam para aproveitar a valiosa oportunidade de mercado o mais rápido
possível. Por não ter uma sede ou uma organização de forma
hierarquicamente organizada, além de nenhuma proteção visível, são
chamadas de "empresas virtuais". Sua principal característica é que as
vantagens são centralizadas, ou seja, cada membro da empresa unida tem
seu ponto forte no design, fabricação, venda e outros links de um produto.
Portanto, a combinação formará uma enorme vantagem competitiva (7).
Outras formas de organização/cooperação por meio de um ambiente
virtual como o coworking, co-presence, comunidades virtuais de trabalho,
entre outras são muito utilizadas.
As comunidades virtuais são apresentadas no artigo “Criação
Comunidades Médicas Virtuais Baseadas no Uso de Tecnologias Wireless”
como “sistemas que implementam uma estratégia de apoio ao
desenvolvimento e melhora dos relacionamentos através do estímulo às
interações entre os usuários. São muito mais baseadas em competências do
que em relacionamentos históricos, dessa forma, os relacionamentos sociais
acabam formando redes onde os nós (membros) têm uma importância que é
proporcional às competências relativas que cada um possui, ou seja, nem
todos os membros de uma comunidade (ou de uma rede social) são
igualmente importantes em termos de suas contribuições para melhorar a
qualidade da rede”.
20
Apresentando como exemplo o InCor em que soluções baseadas em
dispositivos sem fio permitem o acesso do corpo médico a dados de
pacientes do hospital. ”Estas soluções, fundamentadas em sólidos modelos
de dados e em avançados controles de segurança (baseados em
autenticação por perfis), servem como teste para o desenvolvimento de uma
rede de informações e serviços que fomente a criação futura de uma
comunidade médica virtual móvel”.
No artigo “A Business Incubator, Accelerator, or Coworking Space?
Case Health Innovation Village at GE” é apresentada uma das novas
comunidades direcionadas para empresas iniciantes e voltadas para o
crescimento. O conceito combina recursos de incubadoras de empresas
tradicionais, aceleradores e espaços de coworking. O design das instalações
é semelhante ao dos espaços de coworking, mas os serviços prestados às
empresas iniciantes são consideravelmente mais versáteis do que os serviços
oferecidos pelos espaços de coworking.
Os espaços de coworking, bem como as demais formas de
organização/cooperação por meio de um ambiente virtual dependem de
comunicações eficientes, nesse sentido o artigo “Co-Presence and
Co-Working in Distributed Collaborative Virtual Environments” explora como o
uso de vídeo/áudio, representações de dispositivos de entrada e outros
fatores de perturbação típicos de ambientes virtuais baseados em projeção
afetam a co-presença, o co-trabalho e o co-conhecimento em CVEs
distribuídos.
21
3. Síntese de soluções
Com base no material pesquisado nos itens 1 e 2 surgimos com diversas
soluções que seriam interessantes integrando diversos temas da Indústria 4.0 com
os DMIs. A solução mais interessante que achamos que deveria ser desenvolvida é
uma combinação de CPS, IoT, Big Data e Cloud Computing.
Focando em um tipo de DMI, como por exemplo, o implante de joelho,
imaginamos um dispositivo parecido com o atual mas que tenha sensores que
coletem os dados de uso do paciente. Ou seja, nosso joelho inteligente seria capaz
de coletar uma grande quantidade de dados da movimentação do seu paciente,
assim conseguindo mandar todos os seus dados para um nuvem, e nela, dado ao
alto número de dados seria necessário o uso de Big Data e Analytics para processar
os dados. Depois de os dados serem processados, nosso sistema ciber-físico
mandaria tais dados para o médico do paciente que poderia ajustar a necessidade
de mudança ou adaptações no aparelho, ou até mesmo uma melhor orientação ao
paciente para que seu DMI dure mais.
Nosso implante de joelho inteligente também usaria uma tecnologia que já foi
pesquisada e implementada pelos médicos, que é o uso de transdutores
piezoelétricos para coletar a energia do atrito. Ou seja, nosso dispositivo seria capaz
de capturar a energia causada pelos movimentos do usuário. Quando um usuário
caminha, as fricções das micro-superfícies que entram em contato umas com as
outras alimentam os sensores, sendo desnecessário o uso de baterias.
Com a coleta de todos esses dados também poderíamos ter um Digital Twin
do implante de joelho. Fazendo assim estaríamos otimizando os equipamentos
médicos, uma vez que a disponibilização de dados é otimizada, ou até mesmo no
desenvolvimento de pacientes virtuais, que possam simular os possíveis efeitos de
um tratamento em um paciente real, ou seja, poderíamos facilmente fazer variações
no "joelho virtual", que corresponde a um certo paciente, antes mesmo de ter contato
com ele. Atingindo assim também em soluções customizadas, e por sua vez
melhores para cada paciente.
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Depois de tratados os dados, assim como explicamos acima, estaríamos
fornecendo ao médico e ao paciente mais do que informações necessárias mas
também dados já analisados com "soluções prontas" para ambos lados. Assim esse
implante, combinado com as orientações médicas, seria capaz de prolongar a vida
útil do implante e reduzir a necessidade de cirurgias de acompanhamento.
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Referências bibliográficas
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(2)http://www.ans.gov.br/temas-de-interesse/dispositivos-medicos-implantavei
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html
(4)https://www.nature.com/articles/s41467-019-09851-1
(5)http://www.almuderis.com.au/knee-surgery/knee-arthroplasty/information/hi
story-of-knee-arthroplasty
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Manufacturing Science. London: Springer-Verlang.
(8)https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/pt-br/SSV2LR/com.ibm.wbp
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(9)https://www.ibm.com/developerworks/br/library/ba-cyber-physical-systems-
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(10)Beating of heart is revived by electrified needle. In: Popular Mechanics,
1933:360. https://goo.gl/FDW37f . Acesso em 01 de Junho de 2019.
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