medicina ubíqua -...

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Capítulo 1 Medicina Ubíqua Alexandre Renato Rodrigues de Souza Resumo A computação ubíqua tem como objetivo incorporar os dispositivos computacionais no cotidiano das pessoas, de tal forma que a interação entre os mesmos seja feita de ma- neira natural e imperceptível. Para isto estes dispositivos precisam interpretar as formas naturais de comunicação dos humanos e fazer a captura do contexto. Alguns dos grandes benefícios possibilitados pela computação ubíqua para os profissionais de saúde são a redução da carga cognitiva e a menor carga de tarefas, trazendo maior satisfação pelo trabalho e melhor qualidade de vida. Os pacientes ganham com a redução dos erros médicos, melhores resultados no tratamento da saúde e consequentemente a redução do tempo de internação. Este texto irá fazer uma breve introdução à computação ubíqua e medicina ubíqua. Também serão apresentadas algumas das diversas pesquisas que têm sido feitas com o objetivo de desenvolver arquiteturas de software para otimizar a rotina dos profissionais de saúde utilizando os conceitos da computação ubíqua. 1.1. Introdução à Computação Ubíqua O termo Computação Ubíqua foi usado pela primeira vez em 1988 por Mark Weiser (1952-1999), quando o mesmo era o diretor de tecnologia do Centro de Pesquisa da Xerox em Palo Alto (PARC). Mark descreveu a computação ubíqua como sendo uma tecnologia que seria desenvolvida no futuro, onde computadores estariam incorporados no cotidiano das pessoas, de tal forma que a interação entre os mesmos seria feita de maneira natural e imperceptível [Weiser 1991]. A Computação Ubíqua também é chamada de Tecnologia Tranquila (Calm Tec- nhology), Inteligência Ambiente (Inteligence Ambient), Computação Pró-ativa (Proactive Computing), Internet das Coisas (Internet of Things) e Computação Invisível (Invisible Computing) entre outras denominações. No entanto, os termos Computação Pervasiva e Computação Ubíqua são os mais utilizados [Yamin et al. 2008]. Para se conseguir que a interação entre os computadores e os humanos se torne in- visível, é necessário que este dispositivos interpretem as formas naturais de comunicação

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Capítulo

1Medicina Ubíqua

Alexandre Renato Rodrigues de Souza

Resumo

A computação ubíqua tem como objetivo incorporar os dispositivos computacionais nocotidiano das pessoas, de tal forma que a interação entre os mesmos seja feita de ma-neira natural e imperceptível. Para isto estes dispositivos precisam interpretar as formasnaturais de comunicação dos humanos e fazer a captura do contexto. Alguns dos grandesbenefícios possibilitados pela computação ubíqua para os profissionais de saúde são aredução da carga cognitiva e a menor carga de tarefas, trazendo maior satisfação pelotrabalho e melhor qualidade de vida. Os pacientes ganham com a redução dos errosmédicos, melhores resultados no tratamento da saúde e consequentemente a redução dotempo de internação. Este texto irá fazer uma breve introdução à computação ubíqua emedicina ubíqua. Também serão apresentadas algumas das diversas pesquisas que têmsido feitas com o objetivo de desenvolver arquiteturas de software para otimizar a rotinados profissionais de saúde utilizando os conceitos da computação ubíqua.

1.1. Introdução à Computação UbíquaO termo Computação Ubíqua foi usado pela primeira vez em 1988 por Mark Weiser(1952-1999), quando o mesmo era o diretor de tecnologia do Centro de Pesquisa da Xeroxem Palo Alto (PARC). Mark descreveu a computação ubíqua como sendo uma tecnologiaque seria desenvolvida no futuro, onde computadores estariam incorporados no cotidianodas pessoas, de tal forma que a interação entre os mesmos seria feita de maneira natural eimperceptível [Weiser 1991].

A Computação Ubíqua também é chamada de Tecnologia Tranquila (Calm Tec-nhology), Inteligência Ambiente (Inteligence Ambient), Computação Pró-ativa (ProactiveComputing), Internet das Coisas (Internet of Things) e Computação Invisível (InvisibleComputing) entre outras denominações. No entanto, os termos Computação Pervasiva eComputação Ubíqua são os mais utilizados [Yamin et al. 2008].

Para se conseguir que a interação entre os computadores e os humanos se torne in-visível, é necessário que este dispositivos interpretem as formas naturais de comunicação

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dos humanos e façam a captura do contexto. Para isto os computadores deverão inter-pretar a fala, movimentos corporais (dedos, cabeça, braços, entre outros), gestos, olhar eexpressões faciais. A captura do contexto se refere a possibilidade dos computadores te-rem seu comportamento adaptado de acordo com o ambiente, tendo portanto consciênciada localização e situação a que estiverem inseridos [Yamin et al. 2008].

Os termos computação móvel, computação pervasiva e computação ubíqua pos-suem conceitos diferentes, embora sejam muitas vezes usados como sinônimos [Araujo2003].

A computação móvel se refere a capacidade de acesso aos serviços computacio-nais de qualquer lugar através da disponibilidade permanente de rede sem fio, aumentandoa mobilidade das pessoas. Nesta definição existe a necessidade de que os usuários con-figurem manualmente a aplicação, adaptando a mesma a medida que se movem para seajustar a mudança de ambiente.

O termo computação pervasiva se refere ao fato de que inúmeros serviços com-putacionais estão inseridos no ambiente de forma invisível aos usuários. Neste conceitoos computadores se adaptam dinamicamente ao ambiente (adaptação consciente do con-texto) para melhor atender às necessidades do usuário. Deste modo é necessário que oscomputadores detectem os outros dispositivos e serviços computacionais que também es-tiverem presentes no ambiente em que estão inseridos. O termo ‘pervasivo’ não existeainda na Língua Portuguesa, mas pode ser interpretado como espalhado, integrado, uni-versal [Yamin et al. 2008].

A computação ubíqua é a integração entre os dois conceitos anteriores, aliandoos inúmeros dispositivos computacionais inseridos no ambiente da computação pervasivacom o alto grau de mobilidade da computação móvel. As aplicações se ajustam ao am-biente a medida que os usuários se movem, adaptando seus serviços de forma inteligenteconforme a necessidade. No ambiente estão inseridos de forma invisível ao usuário inú-meros dispositivos computacionais móveis e fixos, conectados entre si. O termo ‘ubíquo’existe na Língua Portuguesa e significa onipresente [Yamin et al. 2008].

A diferenciação entre os termos computação pervasiva e ubíqua é fundamentadano fato de que um dispositivo que está inserido em um ambiente não possui obrigatória-mente mobilidade, conforme mostra a Figura 1.1 [Araujo 2003].

Figura 1.1. Relação entre Computação Ubíqua, Pervasiva e Móvel

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A seguir serão definidos alguns dos termos utilizados na computação ubíqua, taiscomo sensibilidade ao contexto, semântica siga-me e framework. Também serão apresen-tadas as principais tecnologias para conectividade em ambientes ubíquos.

1.1.1. Sensibilidade ao Contexto

Segundo Anind K. Dey [Dey 2000], “Contexto é qualquer informação que pode ser usadapara caracterizar uma situação de uma entidade. Uma entidade é uma pessoa, um lugar, ouum objeto que é considerado relevante para a interação entre um usuário e uma aplicação,incluindo o próprio usuário e a própria aplicação”.

A Sensibilidade ao Contexto ou Ciência de Contexto (context-aware) é uma tecno-logia baseada em informações contextuais com o objetivo de apresentar dados relevantesaos usuários de sistemas computacionais. Alguns exemplos de informações contextu-ais são: localização e identificação do usuário, tipo de dispositivo computacional que estásendo usado, pessoas próximas, horário, entre outros. A sensibilidade ao contexto permiteque as aplicações se adaptem conforme a situação que está inserida, personalizando-se au-tomaticamente para obter o melhor resultado possível. Este recurso reduz a sobrecarga deinformações, mostrando ao usuário somente o que é relevante [Moraes et al. 2009].

Através da sensibilidade ao contexto a aplicação fornece informações relevantesa cada situação ou atividade a qual o usuário se encontra, reduzindo sua carga cognitivapela redução da necessidade constante de atenção e intervenções.

Alguns dos desafios para desenvolvimento de uma aplicação com suporte à sensi-bilidade ao contexto são [Venecian 2010]:

• caracterização dos elementos de contexto para uso na aplicação;

• aquisição do contexto a partir de fontes heterogêneas, tais como sensores físicos,base de dados, agentes e aplicações;

• representação de um modelo semântico formal de contexto;

• processamento e interpretação das informações de contexto adquiridas;

• disseminação do contexto a entidades interessadas de forma distribuída e no mo-mento oportuno;

• tratamento da qualidade da informação contextual.

1.1.2. Semântica siga-me

As aplicações pervasivas consideram a mobilidade física (dispositivos e usuários) e lógica(componentes da aplicação e serviços). Devido a estas características, as aplicações deve-rão possuir suporte a conexões de rede que podem ocorrer de qualquer posição geográfica(usuários nômades). Deve-se também levar em consideração que estas conexões possuemcomunicação intermitente, já que, devido as condições operacionais do ambiente móvel,é comum que ocorram desconexões frequentes [Yamin 2004].

A semântica siga-me (follow me applications) permite que o usuário acesse seuambiente computacional de qualquer localização, momento ou meio de acesso, de forma

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transparente [Augustin and Yamin 2005]. Portanto, independente onde o usuário estiver emesmo em movimento, poderá executar suas aplicações através de um ambiente virtual.O código destas aplicações são enviados sob demanda e acessados independentemente dodispositivo computacional que o usuário estiver usando [Yamin 2004].

1.1.3. Framework

Existem diversos projetos de frameworks para aplicações em computação ubíqua. Nesteseção será definido o conceito de framework, suas características, benefícios e principaisdesafios de desenvolvimento.

Frameworks são códigos reutilizáveis de uma parte ou de todo um sistema de soft-ware. Estes códigos são descritos por um conjunto de classes abstratas. O projeto de soft-ware é normalmente composto de componentes e conexões para que as instâncias destasclasses colaborem entre si [Johnson and Foote 1988]. O framework é portanto uma apli-cação praticamente completa, onde o programador irá desenvolver os códigos específicospara a sua aplicação. As classes são abstratas porque não possuem implementação, poisserão completadas para cada aplicação específica que será desenvolvida [Erich Gamma2003].

O uso de frameworks pode reduzir significativamente o custo de desenvolvimentode um software, já que grande parte do código já foi desenvolvido e será reutilizado parao desenvolvimento da nova aplicação. O esforço para o desenvolvimento de novas apli-cações é reduzido, já que somente serão criados códigos para atender as particularidadesdestes novos softwares.

Os frameworks usam programação orientada a objetos e reunem códigos e bi-bliotecas de diversas linguagens em um ambiente único. Isto torna possível o uso dalinguagem de programação mais adequada para a funcionalidade desejada. A arquiteturacriada é flexível e expansível, com o objetivo de criar soluções para problemas comuns.

Os frameworks trazem diversas vantagens no processo de desenvolvimento de có-digos de software, tais como maior produtividade, padronização, redução no custo dedesenvolvimento de novas aplicações, redução do tempo para lançamento de novas apli-cações (time-to-market), menos erros de software devido ao uso em várias aplicações (osbugs foram descobertos e corrigidos anteriormente), maior compatibilidade e consistênciaentre aplicações, entre outros.

Entre os grandes desafios do desenvolvimento de frameworks está a maior com-plexidade em seu projeto e codificação, a reusabilidade do código deve ser muito bemplanejada e os benefícios de sua criação vem a longo prazo. Para o seu desenvolvimentoé necessário vasta experiência no uso de boas práticas de codificação e documentação desoftware, sendo requisito básico uma equipe altamente qualificada.

Devido ao contínuo desenvolvimento de dispositivos móveis, atualmente podemosencontrar uma grande variedade de modelos deste tipo de equipamentos. Como a maiorparte dos recursos disponíveis nestes dispositivos são semelhantes, a maior parte dos có-digos criados para um modelo pode ser usado em diversos outros. O uso de frameworksno desenvolvimento das aplicações reduz significativamente o trabalho necessário paraa criação destes softwares, pois grande parte dos códigos podem ser reaproveitados de

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outros projetos.

1.1.4. Tecnologias para conectividade

Como visto anteriormente, a computação ubíqua exige a comunicação o tempo todo eem qualquer lugar, tornando a conectividade um aspecto chave deste conceito. O rápidoavanço nas tecnologias de comunicação sem fio, também conhecidas pelo anglicismowireless, tem trazido diversas oportunidades para ampliar a conectividade e colocar aubiquidade em prática.

Pode-se classificar as tecnologias de rede sem fios em três grandes classes: curta,média e longa distância. Os sistemas de computação ubíqua são estruturados atravésdestas classes de rede, possibilitando assim a conectividade a qualquer distância [Araujo2003].

As redes de longa distância são utilizadas pelos serviços de comunicação pessoal.As redes dos sistemas celulares que operam em bandas de alta frequência fazem partedesta classe.

As redes de curta e média distância (tais como o Bluetooth, ZigBee e Wi-Fi) fo-ram desenvolvidas para permitir a conectividade entre dispositivos de forma invisível aousuário. Este tipo de classe é usado por exemplo para a comunicação sem fio entre umcomputador e seus periféricos (impressora, mouse, teclado, entre outros), reduzindo assimo grande número de cabos.

A seguir estão descritas algumas das principais tecnologias de redes usadas atual-mente que suportam a conectividade entre dispositivos:

• Wi-Fi (802.11) - A tecnologia Wi-Fi (Wireless Fidelity), desenvolvida pela IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers), foi rapidamente aceita comosolução para redes corporativas sem fio. A Wi-Fi utiliza a faixa de frequência ISMde 2,45GHz, possui alcance de até 300 metros (pode ser maior em áreas abertas) epossui taxas de transmissão de dados superiores a 11 Mbps.

• Bluetooth - A tecnologia Bluetooth foi desenvolvida a partir do ano de 1998 atra-vés da parceria entre a Ericsson, Intel, Toshiba, Nokia e IBM com o objetivo deespecificar um padrão mundial aberto para a conexão sem fio entre dispositivos detelecomunicações e de computação. A comunicação pode ser feita com dois oumais dispositivos através da faixa de frequência ISM 1. A comunicação é onidireci-onal, suporta transmissões síncronas e assíncronas, aceita taxas de transferência dedados de até 1 Mbps e possui um alcance de 10 m [Araujo 2003].

• IrDA (Infravermelho) - A tecnologia IrDA (Infrared Data Association) suportaapenas conexões ponto-a-ponto a distâncias menores que 1 m, com velocidades deaté 16 Mbps. O ângulo de visão entre o transmissor e o receptor é de 30 graus). Acomunicação deve ser feita através de uma linha direta de visão, sem obstáculos,

1ISM (Industrial, Scientific and Medical) é a banda de radiofrequência situada na faixa entre 2,4000 GHza 2,4835 GHz). Os equipamentos que funcionam na banda ISM não dependem de licenças para operação,mas compartilham seu uso com outros dispositivos de comunicação não compatíveis com a tecnologiaBluetooth, tais como portões automáticos, babás eletrônicas, telefones sem fio.

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pois os raios infravermelhos não atravessam objetos [Araujo 2003]. Foram desen-volvidos vários tipos de IrDA, tais como: SIR (Serial Infrared): padrão original,velocidade de 115 Kbps; MIR (Medium Infrared): velocidade de 1.152 Mbps, nãofoi implementado amplamente; FIR (Fast Infrared): velocidades de até 4 Mbps, uti-lizado na maioria dos novos computadores; VFIR (Very Fast Infrared): velocidadesde até 16 Mbps, ainda não implementado amplamente.

1.2. Medicina UbíquaA qualidade dos serviços prestados na área da saúde no Brasil, principalmente em institui-ções públicas, é precária. As instituições de saúde no país têm dificuldade de comportara crescente demanda por este tipo de serviço. Os resultados são hospitais lotados, profis-sionais sobrecarregados e frequentes erros médicos. Estima-se que no país cerca de 5%da população seja vítima de erros médicos, gerando gastos na ordem de US$ 500 milhõespara a Previdência Social [Macri et al. 2004].

O uso adequado das novas tecnologias de computação e eletrônica poderão tra-zer mais eficiência ao uso dos equipamentos eletromédicos. Esta eficiência resulta emmais segurança ao paciente e torna a rotina dos profissionais de saúde mais dinâmica eotimizada. Como benefícios diretos, teremos maior qualidade nos serviços prestados aopaciente, reduzindo o tempo de internação e tornando os médicos e enfermeiros maissatisfeitos [Cassiani et al. 2009].

Estamos em uma época de rápido avanço tecnológico da comunicação móvel, dacomputação embarcada e miniaturização dos dispositivos e sensores eletrônicos. A apli-cação destas tecnologias na área médica poderá trazer diversos benefícios aos pacientese otimizar a prestação de serviços dos profissionais da saúde. Ao mesmo tempo, os re-quisitos para atendimento às normas de certificação para comercialização de produtoseletrônicos na área médica estão cada vez mais rigorosos.

Um grande desafio dos desenvolvedores de firmware 2 é criar softwares que aten-dam a um grau de segurança que não coloque os pacientes em risco. Apesar dos riscosde falhas serem inerentes a qualquer equipamento que utilize hardware e software, a mi-tigação dos mesmos deve fazer parte de todo o plano de projeto. O atendimento aosrequisitos destas normas objetivam tornar os riscos resultantes aceitáveis no uso normale nos erros de uso de eletromédicos. Portanto, é essencial que os projetistas invistam emum bom design de interface com o usuário, tornando-a o mais intuitiva possível e redu-zindo ao máximo problemas de interpretação que podem ocasionar erros de operação dosequipamentos.

O uso adequado dos avanços tecnológicos nos cuidados ao paciente é fundamen-tal para a mitigação de erros médicos, trazendo mais segurança e qualidade aos serviçosprestados aos pacientes [Cassiani et al. 2009]. A análise de custo-benefício para implan-tação destas tecnologias deve também levar em consideração os ganhos com a reduçãodos erros médicos. Segundo o Instituto de Medicina da Academia Nacional de Ciênciasdos Estados Unidos, o custo financeiro anual oriundo dos erros médicos neste país fica em

2Firmware é o conjunto de instruções operacionais programadas diretamente no hardware de um equi-pamento eletrônico.

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torno de US$ 17 a 29 bilhões [Corrigan et al. 2009]. Não há pesquisas específicas sobre oassunto no Brasil, mas alguns estudos apontam que as denúncias de erros médicos estãocrescendo nos últimos anos [Bitencourt et al. 2007].

O uso seguro e adequado de equipamentos médicos pode ser dramaticamente me-lhorado quando se leva em consideração desde o início do projeto os conceitos de fatoreshumanos. Os custos incrementais para fazer isso são muitas vezes insignificantes, mas oretorno pode ser enorme. Desta forma se obtém resultados como a melhoria da satisfaçãodo usuário, redução dos erros de operação e a mitigação de efeitos adversos ao paciente.O desenvolvimento contínuo de novas e poderosas tecnologias em soluções de softwaree hardware podem ajudar a tornar o ambiente hospitalar mais seguro, inteligente e otimi-zado. O uso de tecnologia com uma abordagem dos fatores humanos no desenvolvimentode produtos médicos resulta em equipamentos mais confiáveis e intuitivos [Fennigkohand Haro 2009].

Os equipamentos médico-hospitalares devem ser seguros em relação a choqueselétricos, imunidade a descargas eletrostáticas, aquecimento excessivo que podem causarqueimaduras nos pacientes ou operadores, erros de operação causados por interferên-cias elétricas oriundas de meios conduzidos ou radiados, erros de interpretação devidoa interfaces complicadas ou confusas, dentre outros diversos problemas. Para comercia-lizar equipamentos eletromédicos no Brasil é obrigatório obter um registro na ANVISA(Agência Nacional de Vigilância Sanitária). Para isto, a ANVISA exige que o fabricantedo produto obtenha um certificado de conformidade técnica emitido por um organismoacreditado pelo INMETRO (OCP – Organismo de Certificação de Produtos). A certifi-cação irá comprovar, através de diversos tipos de ensaios em laboratórios credenciados,que o equipamento eletromédico atende a requisitos técnicos normativos de segurançaelétrica, operação, documentação, produção e funcionalidade. É importante que, tantoos fabricantes quanto os profissionais da saúde, compreendam que o compromisso com aqualidade técnica dos equipamentos utilizados no cuidado com vidas humanas também éuma forma de promover a saúde. Além de realizar um planejamento importante para osinvestimentos em tecnologias, todo profissional médico precisa ter em mente que exigir aqualidade técnica certificada dos produtos adquiridos é assegurar a qualidade do própriotrabalho.

O aprimoramento da comunicação sem fio (wireless) expandiu as possibilidadesde monitoramento e controle remotos dos dispositivos eletromédicos. O uso desta tecno-logia cria oportunidades de desenvolvimento de novas soluções para ampliar a mobilidadedos profissionais de saúde, permitindo que os mesmos se mantenham informados sobreo status dos equipamentos eletromédicos que estão sob sua responsabilidade. A comuni-cação sem fio tem trazido diversas melhorias nos equipamentos eletromédicos. Atravésdela estes dispositivos podem se comunicar com outros equipamentos médicos, computa-dores, centrais de monitoramento ou diretamente com os profissionais de saúde através dedispositivos móveis (celulares, PDAs - Personal Digital Assistant, tablets, entre outros).Paralelamente a isto, a miniaturização de dispositivos eletrônicos móveis, a maior efici-ência de baterias e a redução de consumo de energia dos semicondutores potencializaramo desenvolvimento de inúmeras soluções inovadoras através da computação ubíqua.

Os profissionais de saúde que trabalham no ambiente hospitalar possuem uma

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rotina onde é essencial a mobilidade. Um dos grandes desafios na melhoria dos serviçosprestados neste ambiente está em disponibilizar as informações geradas pelos equipamen-tos médicos sem prejudicar esta mobilidade, permitindo também seu controle à distância.

O uso da computação ubíqua no ambiente hospitalar pode tornar a interação en-tre os profissionais de saúde e os equipamentos médicos mais dinâmica e eficiente. Esteavanço é possível através da interpretação pelos sistemas eletromédicos das formas na-turais de comunicação dos humanos: fala, movimentos de membros do corpo humano,gestos e contexto. Quanto mais natural for a interface entre a máquina e o homem, maisotimizados se tornarão os serviços prestados pelos estabelecimentos de saúde, trazendodiversos benefícios para os profissionais e para os pacientes.

Alguns dos grandes benefícios possibilitados pela computação ubíqua para estesprofissionais são a redução da carga cognitiva e a menor carga de tarefas, trazendo maiorsatisfação pelo trabalho e melhor qualidade de vida. Os pacientes ganham com a reduçãodos erros médicos, melhores resultados no tratamento da saúde e consequentemente aredução do tempo de internação.

Para preservar a mobilidade dos profissionais de saúde estão sendo desenvolvi-das aplicações utilizando a abordagem siga-me (follow me), onde as informações geradaspelos equipamentos médicos seguem os operadores, acompanhando o seu deslocamentoatravés de dispositivos móveis. Conforme a localização destes dispositivos se altera, énecessária a adaptação automática de suas configurações de acordo com as alterações darede de acesso às informações. Estas aplicações também consideraram os perfis, prefe-rências e as alterações de contexto oriundas do deslocamento dos profissionais de saúde.

1.2.1. Erros médicos

Os hospitais têm se tornado ambientes cada vez mais complexos, onde é uma rotina diáriao uso de equipamentos e procedimentos de alto risco à vida dos pacientes. Devido as estascaracterísticas são comuns os efeitos adversos ao paciente causados por erros médicos.

O erro médico pode ser definido como a falha ao não concluir como previsto umaação planejada ou o uso de um plano errado para atingir um determinado objetivo. Oserros mais comuns são falhas nos sistemas, processos e condições que permitem que aspessoas errem ou falhem em não prevení-los [Corrigan et al. 2009].

Dois grandes estudos que analisaram as instituições de saúde dos Estados Unidosidentificaram que ao menos 44 mil pessoas morrem nos hospitais a cada ano devido aerros médicos que poderiam ser evitados. Este número ultrapassa as mortes atribuídasa AIDS, câncer de mama e acidentes de trânsito. Além das vidas perdidas, estes errosrepresentam um custo neste país entre 17 e 29 bilhões de dólares, incluindo os gastos emcuidados adicionais devido aos erros e produtividade familiar [Corrigan et al. 2009].

O processo de terapia medicamentosa no ambiente hospitalar é altamente com-plexo e muito vulnerável a falhas que podem ocorrer em alguma de suas várias etapas:prescrição, transcrição, dispensação, distribuição, preparo, administração e monitoriza-ção. O uso da tecnologia pode trazer mais segurança através da simplificação e padroni-zação deste processo, evitando assim muito dos erros médicos que podem ocorrer durantetodo o ciclo do tratamento medicamentoso. Deve-se introduzir verificações em diversas

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fases do processo com o objetivo de identificar falhas antes que elas cheguem ao paci-ente [Cassiani et al. 2009].

Estas verificações podem ser feitas para garantir os chamados Seven Rights daterapia medicamentosa:

• droga correta: garantir que o medicamento a ser administrado está correto;

• paciente correto: garantir que o medicamento será administrado ao paciente correto;

• dose correta: garantir que a quantidade de medicamento está correta;

• tempo correto: garantir que o momento de administrar o medicamento está correto;

• via correta: garantir que o medicamento será aplicado no acesso correto correto(intravenoso, subcutâneo, interósseo/medula óssea, inalação, enteral, transdérmico,intramuscular);

• motivo correto: garantir que o medicamento será administrado pelo motivo correto;

• documento correto: garantir que a prescrição está correta;

Dentre as diversas possibilidades de tecnologias que podem ser aplicadas a esteprocesso, podemos citar a prescrição médica eletrônica, código de barras, etiquetas RFIDe bombas de infusão inteligentes.

A prescrição eletrônica é um sistema computadorizado usado pelo médico parareceitar medicamentos aos pacientes. O uso deste recurso evita problemas de interpreta-ção devido a rasuras ou caligrafia ilegível, incompatibilidade entre medicamentos e podeinformar quanto às alergias do paciente a uma determinada droga. O uso de códigos debarras e etiquetas RFID podem ser usados para identificar operadores dos eletromédi-cos, pacientes, medicamentos e prescrições. As bombas de infusão inteligentes (SmartPumps) são equipamentos eletromédicos usados para administração de medicamentos, asquais possuem alertas que informam quando a programação incorreta de doses de medi-camentos [Cassiani et al. 2009].

Com o uso dos princípios de fatores humanos no projeto de equipamentos médi-cos é possível reduzir ou até mesmo eliminar a maioria dos erros médicos relacionadosa operação deste tipo de dispositivos. Esta área científica é altamente interdisciplinar etem como objetivo identificar e resolver as deficiência no uso de dispositivos, levandoem consideração os aspectos humanos e as características inerentes ao ambiente hospita-lar. Os estudos estão fortemente baseados nos princípios oriundos de pesquisas sobre apsicologia cognitiva, os quais tentam entender os processos mentais relacionados com ocomportamento dos seres humanos [Fennigkoh and Haro 2009]. A cognição é a forma decomo o cérebro percebe, aprende, recorda e pensa sobre todas as informações captadasatravés dos sentidos humanos (tato, olfato, audição, paladar e visão).

Alguns dos processos estudados pela psicologia cognitiva são:

• como as pessoas se comunicam;

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• como é feita a percepção e processamento de informações;

• como comentem erros;

• como interagem com equipamentos e suas interfaces;

• como resolvem problemas;

• como interagem com o ambiente;

• como julgam e tomam decisões;

• como formam conceitos.

O correto entendimento e aplicação dos conceitos da psicologia cognitiva podemcriar grandes oportunidades no desenvolvimento de equipamentos médicos mais seguros,intuitivos e eficientes. Como resultado é possível reduzir significativamente os erros mé-dicos oriundos de operação inadequada de dispositivos médicos, aumentando a satisfaçãodos profissionais de saúde e a eficácia no tratamento da saúde do paciente.

Os erros médicos podem ser prevenidos através do projeto do sistema de saúde emtodos os níveis, objetivando torná-lo mais seguro ao dificultar que as pessoas façam algoerrado, possibilitando ser mais fácil fazer da maneira correta [Corrigan et al. 2009]. Atra-vés do desenvolvimento de equipamentos médicos usando este ponto de vista é possíveltrazer mais segurança ao ambiente hospitalar e melhorias nas terapias de saúde.

1.3. Projetos em Medicina UbíquaDiversas pesquisas têm sido feitas com o objetivo de desenvolver arquiteturas de softwarepara otimizar a rotina dos profissionais de saúde utilizando os conceitos de computaçãopervasiva. A seguir estão apresentados alguns dos projetos relacionados com o tema.

1.3.1. ABC (Activity-Based Computing): support for mobility and collaboration in ubi-quitous computing

O ABC (Activity-Based Computing) [Bardram 2005, Bardram et al. 2002, Bardram andChristensen 2007, Bardram 2009] é um projeto de computação ubíqua para apoio à mo-bilidade e colaboração nas atividades de trabalho humano através do desenvolvimento deum framework. O projeto foi iniciado em 2001 pela Universidade de Aarhus em parce-ria com Universidade de TI de Copenhague, contando também com o apoio do HospitalRegional de Horsens.

Os principais objetivos do projeto ABC são:

• dar suporte às atividades humanas através do gerenciamento de tarefas com o auxí-lio da computação;

• dar suporte à mobilidade através da distribuição de atividades em ambientes decomputação heterogêneos (desktop PC, tablet, notebook, PDA, tela ou projeção naparede de uma sala de cirurgia);

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• permitir a colaboração assíncrona possibilitando que várias pessoas participem deuma mesma atividade;

• dar suporte a atividades síncronas para colaboração em tempo real através de com-partilhamento por diversos clientes.

Através do framework desenvolvido é possível que as atividades sejam interrom-pidas e retomadas posteriormente com seu estado anterior totalmente recuperado, mesmoque o local seja diferente ou o dispositivo de computação usado seja outro. O sistemapermite que todas as aplicações e recursos associados com as atividades sejam restaura-dos automaticamente quando uma atividade é retomada, otimizando consideravelmente arotina clínica. Este suporte à persistência atende à necessidade de mobilidade, que é umdos principais requisitos das rotinas clínicas em hospitais.

A idéia central deste projeto é o desenvolvimento de aplicações para otimizar arotina dos profissionais de saúde, considerando os aspectos inerentes à profissão. Paraisto foram construídos vários cenários do ambiente hospitalar, baseados nas rotinas dosmédicos e enfermeiros. Esta trabalho foi realizado para identificar modelos de atividades,permitindo assim desenvolver uma aplicação para reconhecimento de contexto.

As principais atividades identificadas se referem aos seguintes cenários:

• busca de medicamentos na farmácia do hospital, administração e controle de medi-camentos (realizadas por enfermeiros);

• prescrições de medicamentos (realizadas por médicos), baseadas em resultados deexames e discussão com outros profissionais de saúde sobre dosagens e tipos dedrogas;

• colaboração;

• videonferências para consultas e diagnósticos;

• conversas com os paciente para explicar diagnósticos e tratamentos;

• cirurgias.

A arquitetura desenvolvida utiliza o conceito de infra-estrutura de computaçãoguiada por atividades (ADCI - Activity-Driven Computing Infrastructure). O monitora-mento das atividades de rotina do ambiente hospitalar e do contexto do usuário permitema descoberta das atividades executadas pelo clínico, o que possibilita que o sistema atuede forma pró-ativa. Isto permite que sejam executadas de forma automática aplicaçõesbaseadas na atividade e contexto do usuário, reduzindo desta forma o tempo gasto casofosse necessário navegar em uma interface (menu) com diversas opções.

Os usuários e recursos são identificados e localizados através de dispositivos deradio-frequência disponíveis no ambiente hospitalar.

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O sistema desenvolvido permite que todos os recursos digitais (resultados de exa-mes laboratoriais, imagens para diagnósticos, registros médicos) necessários para a rea-lização de uma atividade relacionada com um determinado paciente sejam organizados eagrupados logicamente.

A Figura 1.2 apresenta a arquitetura do projeto ABC, o qual foi estruturado nasseguintes camadas:

• Infraestrutura: realiza o gerenciamento das atividades colaborativas e distribuídasatravés da adaptação dos recursos ou serviços disponíveis em um determinado am-biente computacional;

• Cliente: gerencia a atividade em um dispositivo específico;

• Aplicação: possui rotinas e padrões para a utilização dos serviços disponíveis naarquitetura do cliente.

Figura 1.2. Arquitetura do Projeto Activity-based Computing [Bardram 2009,Kroth and Augustin 2010]

1.3.2. ClinicSpace: modelagem de uma ferramenta piloto para definição de tarefasclínicas em um ambiente de computação

O projeto ClinicSpace [Silva 2009, Ferreira et al. 2009] tem como objetivo adaptar ummiddleware para gerenciamento de atividades clínicas através da computação pervasiva.Está sendo desenvolvido na Universidade Federal de Santa Maria pelo Grupo de Sistemasde Computação Móvel (GMob). O ClinicSpace é um Sistema Eletrônico de Saúde (EHS -Electronic Health System) cuja arquitetura foi desenvolvida com o objetivo de atender aosrequisitos dos médicos, diminuindo assim a frequente rejeição na implantação deste tipo

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de sistema no ambiente hospitalar. O sistema disponibiliza um assistente para ajudar osprofissionais de saúde a executar suas atividades, usando para isto a computação orientadaa atividades.

O projeto usa a captura de contexto para reduzir a complexidade do sistema paraos profissionais de saúde. Os elementos de contexto processados são tempo, recursos,perfil, paciente, localização dispositivos e sensores. As informações do ambiente clínicosão capturadas e integradas automaticamente às aplicações do sistema computacional,tornando os serviços prestados aos pacientes mais otimizados e com melhor qualidade[Ferreira et al. 2009].

A arquitetura também permite a personalização no modo como cada usuário exe-cuta as atividades, aumentando assim a aderência do sistema automatizado no ambientehospitalar com o objetivo de aumentar a sua aceitação.

A Figura 1.3 apresenta a arquitetura do projeto ClinicSpace, o qual foi estruturadonos seguintes níveis:

• Nível superior: operador do sistema (profissional de saúde) que gerência suas tare-fas a serem executadas no ambiente pervasivo;

• Nível intermediário: responsável pelo mapeamento e gerenciamento das tarefasdefinidas pelo operador e subtarefas (aplicações pervasivas);

• Nível inferior: responsável pela execução das aplicações e gerenciamento do ambi-ente pervasivo através do middleware EXEHDA [Yamin 2004].

Figura 1.3. Arquitetura do Projeto ClinicSpace [Machado and Augustin 2011]

A seguir estão descritas o significado das abreviações usadas para identificar oscomponentes da arquitetura:

• IETC: Interface de Edição de Tarefas e Contexto

• SGDT: Subsistema de Gerenciamento Distribuído de Tarefas;

• SGT: Serviço de Gerenciamento de Tarefas;

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• SAT: Serviço de Acesso a Tarefas;

• SCT: Serviço de Contexto de Tarefas

• pEHS: pervasive Electronic Health System.

Como diferencial em relação a outros projetos semelhantes, o ClinicSpace é arqui-tetado com foco nos profissionais de saúde que serão os usuários do sistema, permitindoque os mesmos personalizem as suas tarefas. O sistema desenvolvido permite que osusuários façam um balanceamento entre automatizar e controlar a execução das tarefas,disponibilizando recursos como agendamento, execução, interrupção, continuação e can-celamento de atividades. O projeto também implementa a semântica siga-me, permitindoque as tarefas acompanhem o usuário mesmo que ele troque de dispositivo computacional.

1.3.3. Pertmed: Sistema de Telemedicina Móvel (disponibilizando a informação ondeela é necessária)

O projeto Pertmed [Rodrigues 2011] tem como objetivo científico avaliar o uso na área desaúde de algumas das tecnologias desenvolvidas pelas pesquisas em computação ubíqua,atendendo dessa forma à necessidade de mobilidade dos profissionais que atuam no am-biente hospitalar. O sistema a ser desenvolvido fará a conexão entre dispositivos móveise o sistema informatizado de acesso às informações clínicas do hospital, possibilitandoassim que os profissionais de saúde tenham acesso às mesmas de forma pervasiva.

O Pertmed está sendo desenvolvido através da parceria entre grupos de pesquisada Universidade Federal de Santa Maria (Grupo de Sistemas de Computação Móvel -GMob), Universidade Católica de Pelotas e Universidade Federal de Pelotas (Grupo deProcessamento Paralelo e Distribuídos - G3PD).

O projeto tem como premissa a colaboração dos profissionais de saúde dos hos-pitais universitários destas instituições, os quais serão responsáveis por determinar osrequisitos do sistema a ser desenvolvido. Estes profissionais também contribuirão paraa identificação de características e funcionalidades, análise e adequação do projeto à ro-tina hospitalar. Além do atendimento às necessidade destes dois hospitais, o sistema temcomo meta a generalização da solução para o atendimento aos requisitos da rede SUS,onde poderá ser utilizado amplamente.

O Pertmed busca viabilizar o atendimento a lugares remotos e carentes, onde háfalta de serviços de saúde especializados devido ao alto custo de transporte. Isto seriaviabilizado através do acesso ao estado de saúde do paciente através de monitoramentoremoto. Simples orientações clínicas poderiam ser enviadas diretamente aos celulares dospacientes. Desta forma o projeto contribuirá com a redução na fragmentação e interrupçãode tratamentos devido a dificuldade de acesso aos serviços de saúde.

O sistema está sendo desenvolvido na plataforma Java, utilizando diagramas UML(Unified Modeling Language) e programação orientada a objetos. O gerenciamento doambiente pervasivo é feito através do middleware EXEHDA [Yamin 2004].

Este projeto pretende disponibilizar informações de saúde (tais como resultadosde exames laboratoriais e registros de pacientes) aos médicos e enfermeiros sempre que

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necessárias, baseadas em contexto, independentemente do local onde se encontram, aqualquer momento e de qualquer dispositivo (acesso pervasivo).

De acordo com a proposta do projeto, para se ter qualidade nos serviços prestadosna área da saúde, é necessário que os profissionais tenham acesso rápido às informaçõesclínicas dos pacientes, permitindo assim que os mesmos tomem decisões rápidas. Estasinformações podem ser acessadas pelos profissionais de saúde através da internet e dis-positivos móveis, tais como smartphones, telefones celulares e PDAs. O sistema tambémdisponibiliza o tráfego de informações entre os profissionais de saúde e os pacientes.

1.3.4. uMed: Um Framework para o Gerenciamento de Aplicações Direcionadas àMedicina Ubíqua

O projeto uMED é uma arquitetura para desenvolvimento de software direcionada a medi-cina ubíqua [Rodrigues 2011, Rodrigues et al. 2011], concebido como parte dos esforçosde pesquisa do projeto PERTMED. O uMED foi desenvolvido no Grupo de Pesquisa emProcessamento Paralelo e Distribuído (G3PD) da Universidade Católica de Pelotas (UC-Pel).

Este projeto permite o monitoramento remoto dos sinais vitais de pacientes in-ternados em um ambiente hospitalar. O sistema pode emitir alertas clínicos através dacaptura de informações contextuais. Os alertas são baseados em regras criadas pelos pro-fissionais de saúde, sendo possível alterá-las a qualquer momento.

O uMED permite aos clínicos monitorar e controlar remotamente dispositivos eequipamentos eletromédicos (tais como ventiladores pulmonar e bombas de infusão) como objetivo de otimizar a rotina clínica dos profissionais de saúde. Os dispositivos podemser para controle ambiental, como por exemplo alarmes, luzes de sinalização, aquecedorese umidificadores. Através deste framework os equipamentos e dispositivos do ambienteubíquo podem ser configurados, acionados ou desligados.

O uMED foi desenvolvido com a premissa de ser integrado ao middleware EXEHDA[Yamin 2004], empregando suas funcionalidades de reconhecimento e adaptação de con-texto. Seu objetivo principal é melhorar a mobilidade dos profissionais de saúde atravésdo fornecimento de serviços de saúde, com acesso independente do tempo e localização.O framework propõe uma infraestrutura para integração de sensores e dispositivos com-putacionais móveis e fixos no meio hospitalar, disponibilizando serviços com consciênciaao contexto através de um ambiente ubíquo.

A Figura 1.4 apresenta a arquitetura do projeto uMED, o qual foi estruturado nosseguintes módulos:

• Gerente de Atuação: permitem controlar (ligar, desligar e configurar) os atuadoresdo ambiente ubíquo de forma manual (através do operador) ou automática (atravésdo servidor de contexto);

• Gerente de Aplicações: fornece ao usuário as aplicações disponibilizadas pelo fra-mework: emissão de alertas aos profissionais de saúde baseados no monitoramentode sinais vitais, acionamento imediato e configuração dos atuadores e elaboraçãode relatórios personalizados;

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• Gerente de Borda: realiza o primeiro processamento dos sinais aquisitados pelossensores e faz o tratamento dos dados para acionamento dos atuadores;

• Gerente de Comunicação: responsável por enviar mensagens de notificação aos clí-nicos, pacientes e familiares através de mensagems SMS (Short Message Service),Google Talk e e-mail;

• Servidor de Contexto: realiza o processamento de informações de contexto atravésdo suporte semântico.

Figura 1.4. Arquitetura do Projeto uMED [Rodrigues et al. 2011]

Como diferencial frente a outros projetos, o uMED possui a possibilidade de gera-ção de relatórios personalizados pelos usuários para estudo de casos clínicos e a criação de

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regras para inclusão e exclusão de atuadores e sensores, de maneira que as característicasdos mesmos possam ser abstraídas.

1.3.5. UbiDoctor: Serviço de Gerenciamento de Sessão para Ambientes de MedicinaUbíqua

O projeto UbiDoctor [Diniz and Trinta 2008] é um middleware, desenvolvido na Uni-versidade Federal de Pernambuco (UFPE), proposto para fornecer serviços de medicinaubíqua com o objetivo de melhorar a produtividade dos profissionais de saúde. Atravésdesta arquitetura estes profissionais podem acessar de forma ubíqua os dados pessoaise casos clínicos de pacientes, visualizar pareceres clínicos anteriores e solicitar segundaopinião a outros médicos.

O UbiDoctor considera a necessidade de atendimento a premissas tais como ainteração entre os profissionais de saúde para troca de informações e opiniões clínicas,suporte à mobilidade dos usuários (característica inerente ao ambiente hospitalar), ne-cessidade de acesso às informações de saúde do paciente através de diversos tipos dedispositivos computacionais, nomadismo e interrupções constantes da execução de ativi-dades.

A Figura 1.5 apresenta a arquitetura do middleware UbiDoctor, o qual foi estrutu-rado nos seguintes serviços:

• Serviço de Gerenciamento de Contexto: encarregado de examinar os dados contex-tuais e enviar aos demais serviços através de variáveis de contexto;

• Serviço de Gerenciamento de Sessões: disponibiliza a manutenção e persistênciadas sessões e a migração de aplicações;

• Serviço de Adaptação de Conteúdo: faz a adequação das informações a serem apre-sentadas ao usuário considerando a abrangência da rede e as características e confi-gurações do dispositivo computacional usado.

Com o objetivo de realização de testes foram implementados os serviços de geren-ciamento de contexto, gerenciamento de sessão e adaptação de conteúdo do middlewareUbiDoctor. Também foi desenvolvida uma aplicação protótipo chamada de UHSys (Ubi-quitous Health System) para uso destes serviços. O UHSys possibilita aos profissionaisclínicos acessarem um sistema de Prontuário Eletrônico do Paciente (PEP), permitindoque o mesmo seja utilizado a qualquer momento (anytime), de qualquer lugar (anywhere)e em qualquer dispositivo computacional (any device). O sistema também permite que osprofissionais de saúde solicitem e atendam a pedidos de segunda opinião médica.

Através da arquitetura desenvolvida, o médico pode fazer a migração de uma ati-vidade em execução para outro tipo de dispositivo computacional, no qual a tarefa conti-nuará a ser executada. Através do serviço de gerenciamento de sessão esta troca é feitacom a persistência do conteúdo assegurada. Dependendo dos tipos de dispositivos usa-dos, o ajuste do conteúdo a ser exibido ao usuário é realizado através dos serviços degerenciamento de contexto e adaptação de conteúdo do middleware.

Na Figura 1.6 pode-se observar a arquitetura doUHSy.

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Figura 1.5. Arquitetura do Projeto UbiDoctor [Diniz and Trinta 2008]

Figura 1.6. Arquitetura do módulo doUHSy [Diniz and Trinta 2008]

Na parte superior da figura estão os servidores de aplicação dos PEPs, enquantona parte inferior estão representados os serviços disponibilizados pelo middleware Ubi-Doctor. Estes componentes formam o back end do sistema, responsáveis pelos serviçosdisponibilizados aos clientes. Os componentes que acessam o ambiente computacionalatravés de computadores pessoais, tablets, PDAs ou telefones celuares são denominadosclientes e formam o front end do cenário.

Os profissionais de saúde podem acessar os dados do paciente através do frontend de qualquer lugar, usando diversos tipos de dispositivos computacionais através de

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diversas possibilidades de rede de acesso. Dependendo do dispositivo de acesso usado,as aplicações terão mais ou menos recursos disponibilizados aos clientes. Por exemplo,a aplicação web usada em computadores pessoais terá mais recursos disponíveis que umtelefone celular, devido as limitações impostas pelos tamanhos de display e teclado desteúltimo.

1.4. ConclusõesExiste uma grande expectativa na aplicação futura da computação ubíqua em home care.Através desta tecnologia será possível o monitoramento de pacientes a distância, possibi-litando que os mesmos recebam o tratamento de saúde em casa.

Um dos principais desafios para a aplicação prática da medicina ubíqua é o de-senvolvimento de dispositivos interativos para os ambientes hospitalares (paredes, tetos,pisos, leitos, aplicações clínicas incorporadas aos equipamentos, superfícies interativas,interface natural de comunicação dos humanos). Atualmente não existe tecnologia sufici-ente para o desenvolvimento de muitos destes recursos.

Diversas pesquisas estão sendo feitas com o objetivo de criar tecnologias para odesenvolvimento de hospitais inteligentes (Smart Hospitals), os quais possuiriam carac-terísticas tais como:

• os sistemas e dispositivos computacionais estariam altamente integrados e seriamcolaborativos;

• os profissionais de saúde usariam interfaces interativas para acesso aos registrosmédicos;

• os dispositivos computacionais possuiriam recursos de sensibilidade e adaptação aocontexto.

A evolução tecnológica trazida pelas constantes inovações nas áreas de compu-tação e eletrônica embarcada trazem inúmeras possibilidades de avanços no desenvol-vimento de equipamentos eletromédicos. Recursos como comunicação sem fio, maiorautonomia das baterias dos equipamentos móveis e displays coloridos nos permitem de-senvolver equipamentos cada vez mais eficientes, seguros e de fácil interação.

O uso destes recursos traz grandes benefícios aos profissionais de saúde, que mo-nitoram e controlam os equipamentos eletromédicos. Através de interfaces mais intuitivase conexão remota, os pacientes se beneficiam com menos erros médicos, melhores cui-dados e mais eficiência em seus tratamentos. Os profissionais de saúde têm sua rotina detrabalho mais otimizada, reduzindo suas tarefas e ganhando melhor qualidade de vida.

1.5. Referências Bibliográficas

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Inteligentes, Dispositivos de Mão, Bateria: Tecnologia Limitante, telas, Teclados Vir-tuais em Telas Sensíveis a Toque, Reconhecimento de escrita a mão, Reconhecimentode Voz. Pag. 27: Sistemas operacionais embarcados (Windows CE, Symbiam, PalmOS, Linux) Pag. 81: Segurança e criptografia Pag. 42: Conectividade: Sistema Celu-lar, Bluetooth, Infravermelho, Tecnologia HomeRF, Tecnologia 802.11 – Wi-Fi, RedesDomésticas <b>Pag. 58: Aspectos de Hardware dos Dispositivos Ubíquos: Bateria:Tecnologia Limitante, Telas, Teclados, Reconhecimento de escrita a mão, Reconheci-mento de Voz Pag. 110: </b>Desafios da Computação Ubíqua.

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