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

(1)http://www.abiis.org.br/pdf-saude-4.0.html

(2)http://www.ans.gov.br/temas-de-interesse/dispositivos-medicos-implantavei

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(3)https://www.correiobraziliense.com.br/app/noticia/tecnologia/2011/09/19/int

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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

(6)Alwathiqbellah Ibrahim, Manav Jain, Emre Salman, Ryan Willing, Shahrzad

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Materials and Structures, 2019; 28 (2): 025040 DOI: 10.1088/1361-665X/aaf3f1

(7) Zhou, Z., Xie, S., & Chen, D. (2012). Fundamentals of Digital

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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