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O artigo apresenta oprojeto, execução eavaliação de umsistema deidentificação defrequência de rádioUHF passiva instaladorecentemente em umhospital no Chipre. Ostrês principaisobjetivos do projetopiloto foram aidentificação depaciente, o serviço delocalização em temporeal de materiaismédicos e o controle emonitoração deinventário demedicamentos.

Sistema RFIDem hospitais

Anastasis C. Polycarpou, George Gregoriou e Loizos Papaloizou,da Universidade de Nicósia (Chipre); Panayiotis Polycarpou, da

Universidade de Chipre; Antonis Dimitriou e John N. Sahalos, daUniversidade Aristóteles de Thessaloniki (Grécia);

e Aggelos Bletsas, da Universidade Técnica de Creta (Grécia)

A RFID - Identificação porRadiofrequência é uma

tecnologia em rápido crescimento,que encontra diversas aplicações emmuitos setores da sociedade atual.Este artigo enfatiza o projeto,execução e avaliação de um sistemaRFID instalado recentemente noBococ - Banco do Centro deOncologia de Chipre. Trata-se deum projeto piloto que combina atecnologia RFID passiva na faixaUHF (865-868 MHz) com novosdispositivos de TI (por exemplo,PCs tablets médicos de baixo peso,pontos de acesso sem fio, bancos dedados, etc.). O sistema foicuidadosamente projetado eotimizado usando simulações emcomputador e médicos emlaboratório e agora está sobrigorosos testes e avaliação pelaequipe de pesquisa técnica e pelopessoal médico do hospital.

O objetivo principal do projeto étriplo:• identificação automática e livrede erros de pacientes internados,por meio do uso de etiquetasRFID, na forma de pulseiras oucartões plásticos;• controle e monitoração em temporeal do inventário de medicamentosda farmácia;• RTLS - Serviço de Localização emTempo Real dos dispositivos emateriais equipados com etiquetas

(cadeiras de roda, andadores, bombas deinfusão, arquivos de pacientes, etc.).

O sistema RFID passiva propostotem como meta melhorar aspráticas tradicionais de umambiente hospitalar. Por exemplo,as tarefas rotineiras de médicos,como prescrição ou administraçãode remédios, baseiam-se emprocessos ligados a papel, passíveisde erros humanos, devido à máinterpretação de anotaçõesmanuscritas, ou mesmoidentificação errônea de pacientes.O Instituto de Medicina dos EUAestima que mais de 44 mil mortesocorram a cada ano, somente nosEUA, devido a trocas demedicamentos em hospitais [1]. OFDA – Food and DrugAdministration dos EUA estima queos erros médicos chegam a 40% emambientes com uso de papel. Ahistória mostra que práticastradicionais ligadas a papel podemresultar em erro de troca depacientes, que frequentemente criasérios problemas de saúde para aspessoas hospitalizadas. Com olançamento do sistema RFIDpassiva proposto, os pacientesinternados recebem um códigoúnico de identificação, na forma deuma pulseira RFID ou cartão RFID,que é automaticamente identificadopor um leitor portátil UHF RFIDanexado a um PC tablet médico de

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baixo peso nas mãos de um médicoou enfermeiro. Uma vez que opaciente seja identificado, o tablettem autorização para carregar, dobanco de dados central, o perfilmédico do paciente e outrasinformações. Essa é a primeira parteimportante do projeto.

A segunda parte do projeto é amonitoração em tempo real da salade inventário de remédios, localizadana enfermaria do hospital. Osmedicamentos armazenados na salade inventário são difíceis demonitorar diariamente. Éaltamente provável que osprodutos sejam removidosda sala de inventário sema autorização adequada.Estima-se que 10% dasdrogas em ambientehospitalar desapareçam acada ano devido apossíveis furtos [2].Também é possível que oprazo de validade expiresem que se note, o quepode colocar vida dospacientes em risco. Ficarsem uma droga emparticular durante umachamada de emergênciatambém é altamenteprovável com o uso depráticas tradicionais. Pode-se

evitar uma situação desagradávelcomo essa se houver um sistema demonitoração em tempo real, dentro dasala de inventário. Saber exatamenteo estoque disponível – em termos dequantidade, tipo de droga e data devalidade – pode certamente melhorara qualidade dos cuidados com asaúde e da segurança do paciente.

A terceira parte do projeto élocalizar e rastrear materiais médicos,arquivos de pacientes e equipamentosmédicos de valor alto na enfermariado hospital.

É muito frequente o caso deequipamentos médicos, cadeiras deroda, bombas de infusão e atémesmo arquivos de pacientes seremesquecidos em salas diferentes e,quando surge a necessidade deencontrá-los, a equipe deenfermagem/médica tem deprocurá-los por toda parte,perdendo um tempo valioso. Quaseum terço do tempo de trabalho dosempregados é gasto, diariamente, nabusca de equipamentos e materiaispor todo o hospital [2]. Isso se traduzem diminuição da produtividade e daeficiência no local de trabalho, comimplicações financeiras no custoadministrativo do hospital.

Pode-se resolver esse problemacolocando etiquetas de RFIDpassiva em equipamentos e arquivosde pacientes, que podem serrastreados com eficiência por toda aala do hospital, com o uso de antenase leitores RFID estacionários.Projetou-se cuidadosamente essa redede antenas, que cobre uma grandeparte da ala do hospital, paraproporcionar uma cobertura adequadae uma legibilidade de grande alcance.Conseguiu-se a otimização da posiçãoprecisa das antenas na ala do hospital –de forma a promover coberturamáxima na presença de paredes,camas de paciente e outrosobstáculos – com o uso de modelos

eficazes de traçado deraios [3] e mediçõesreais. É claro que houvemuitos outros problemasenvolvidos nesse projeto,como o tamanho físicodas antenas usadas, ainterferênciaeletromagnética comoutros dispositivoseletrônicos médicos, atopologia da ala dohospital e recomendações erestrições estabelecidaspelo pessoal médico dohospital. Todos essesfatores/problemas foramcuidadosamenteconsiderados pela equipe depesquisa, durante a fasede projeto e execução.

Fig. 1 - Diagrama em bloco do projeto do sistema RFID

Fig. 2 – Distribuição de campo total de um corte zconstante usando uma configuração otimizada deduas antenas

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Desenvolveu-se uma plataforma desoftware que roda em tablets médicosde baixo peso e oferece uma interfacegráfica de fácil utilização para ohardware RFID. Desenvolveu-secuidadosamente a plataforma desoftware para que proporcionasse afuncionalidade necessária requisitadapela equipe de enfermagem e médicado hospital, num ambiente de fácilutilização para o usuário.

Projeto do hardwaredo sistema

A figura 1 ilustra um diagrama dosistema RFID instalado naenfermaria do hospital do Bococ.Armazenam-se com segurançainformações valiosas relativas apacientes internado, medicamentos emateriais médicos em um servidorconectado à LAN. As informaçõesarmazenadas no banco de dadospodem ser acessadas com segurançapelos tablets médicos, com o uso decomunicação e troca de dadoscriptografadas, por meio de pontos deacesso. Devido à sensibilidade dasinformações armazenadas no bancode dados, aplicaram-se princípios desegurança, uma vez que asinformações se comunicam por rede

ligadas às portas RF correspondentesatravés de cabos coaxiais. Duasantenas de 7 dBi, circularmentepolarizadas, com largura de feixesuficientemente grande, tanto noplano de elevação quanto no planoazimute, conectam-se através decabos com perda extremamente baixa

sem fio. De outro lado, devem-segarantir a acessibilidade dos dados ea funcionalidade do sistema, aqualquer momento.

Com o uso de tablet médico,pode-se ativar um grupo de leitoresRFID estacionários em rede, quealimentam várias antenas diretivas

Fig. 3 - Percentual de cobertura da configuração de uma única antena com ouso de diversas etiquetas

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(< 1,3 dB/10 m), a cada uma dasquatro portas monoestáticas do leitor.Usa-se, para esse propósito, umdivisor de potência bidirecional debaixa perda de inserção. Duas antenasforam instaladas em cada um dosquartos de pacientes. Realizou-se aotimização do posicionamento dasantenas e do ângulo de inclinação napresença de elementos de perda,como paredes, chão e teto e camas depacientes, usando-se um código detraçado de raio desenvolvidointernamente [4], o qual leva emconta o padrão e a polarização da

um divisor de potência, a entrada depotência em cada uma das duasantenas divide-se pela metade, ainteração das duas antenas – desdeque sua posição, altura e ângulos deinclinação sejam cuidadosamenteotimizadas – proporciona um melhorpercentual de cobertura. A figura 2mostra a distribuição total do campodentro de um típico quarto depaciente, quando se usa um par deantenas, cuja posição foi otimizadapara trazer uma cobertura EMmáxima. Como se vê na figura, asantenas foram posicionadas em

Fig. 5 (a) - Visualização de identificação do paciente;(b) Visualização de controle de inventário

antena, a potência irradiada, osmúltiplos reflexos, a difração deborda, etc. A partir de simulações,verificadas depois por uma série demedições laboratoriais, mostrou-seque, por se ter judiciosamenteescolhido a posição lateral do par deantenas em cada um dos quartos depacientes, assim como a altura daantena e os ângulos de inclinaçãorelativos, a cobertura eletromagnética(EM) é maior nas configurações deduas antenas, com o uso de umdivisor, do que nas configurações deuma única antena. Mesmo usando

Fig. 4 - (a) Tela de acesso (login) da interface gráfica dousuário; (b) visão do RTLS com a vista de cima daenfermaria do hospital

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estreita proximidade entre si, comcerta elevação/inclinação azimute.Com o uso dessa configuração esupondo-se uma sensibilidade dasetiquetas de -14 dBm e redução depotência de 3 dB, devido ao divisor/combinador bidirecional de potência,pode-se alcançar uma cobertura EMde 93% dentro do quarto. Isso pode

melhorar ainda mais com o uso dechips RFID de maior sensibilidade. Jáestão disponíveis no mercado chipscom sensibilidade de -18 dBm [5].Além de usar etiquetas de maiorsensibilidade, pode-se melhorar alegibilidade e identificação demateriais usando-se etiquetas diversas.Isso se traduz no uso de mais de uma

etiqueta por objeto, orientadas emdireções ortogonais e espaçadas entresi. Garante-se a legibilidade se houveridentificação de uma etiqueta. Afigura 3 ilustra o percentual decobertura EM ao usar três etiquetasortogonalmente posicionadas emcada localização no quarto. Por umaquestão de simplicidade, usou-se aconfiguração de uma única antena,enquanto as etiquetas usadas tinhamuma sensibilidade de -14 dBm.Como mostra a figura, a identificaçãode itens melhorou em até 89% com ouso de diversas etiquetas, porexemplo, três etiquetas ortogonais porobjeto. A legibilidade para uma etiquetacom direcionamento z corresponde a79%, o que significa uma cobertura10% menor, em comparação ao casode uso de diversas etiquetas. Busca-seum desempenho ainda melhor com ouso de etiquetas de maior sensibilidade.Note-se que, na simulação acima,posicionou-se a antena 2 m acima dochão do quarto, com um ângulo deinclinação de 20° do zênite. O quartotinha 4 x 3 metros e a antena foiinstalada na parede de menor dimensão.

Também se usou no projeto umaimpressora RFID em rede, paraler/identificar etiquetas não atribuídasna bobina e associar o código EPC

Fig. 6 - Cobertura eletromagnética no quarto do paciente para etiquetas comorientação vertical e horizontal

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específico a um novo medicamento,material ou paciente. A impressoraRFID localiza-se na farmácia dohospital, onde as etiquetas recebemdesignação para drogas que sãoencaminhadas para pacientesinternados. O farmacêutico tambémé responsável pela atribuição dasetiquetas para materiais médicosmonitorados pelo sistema RTLS emtempo real.

Plataforma de software

A figura 4(a) ilustra a tela deacesso (login) da aplicação dosoftware. Há três tipos de contas deusuários: administrador, médico eenfermeiro. Cada um deles temdiferentes privilégios efuncionalidades. Há também a contade controle e monitoração deinventário, à qual apenas o

farmacêutico do hospital tem acesso.Toda a equipe médica pode acessar aconta RTLS. Há também o ícone‘Imprimir Etiqueta RFID’ paraatribuir uma etiqueta aos materiaismédicos e o ícone ‘Imprimir Rótulode Droga’ para designar uma etiquetapara as drogas. O administrador e ofarmacêutico podem ativar esses doisícones. A figura 4(b) apresenta a telaRTLS com a visão de cima daenfermaria do hospital. Como mostrado,o sistema identificou uma cadeira derodas no quarto 33 e duas cadeirasde roda no quarto 35. Outros tiposde objeto podem ser identificados.

A figura 5(a) mostra uma tela deidentificação de paciente com todos os

ícones de tarefas possíveis. Na parteinferior da tela, o membro da equipede enfermagem pode encontrar todasas tarefas agendadas para o dia; porexemplo, administração de drogas,radioterapia, etc. Nessa tela, pode-setambém ver o perfil do paciente e omédico encarregado. A figura 5(b)ilustra a tela de controle e monitoraçãodo inventário de drogas. Com aativação do ícone ‘scan’, a aplicaçãomostra a lista de todas as drogas que seencontram na sala de inventário e dáao usuário a possibilidade declassificá-las de acordo com o tipo,data de validade, nome, etc. Clicandoduas vezes sobre uma droga específica,podem-se ver informações detalhadasadicionais relativas às drogas.

Avaliação do sistema

Instalou-se o sistema RFID emconformidade com os trêsprincipais pilares do projeto:identificação de paciente,controle de inventário e RTLSno Banco do Centro deOncologia de Chipre, que ficaem Nicósia. Por se tratar de umprojeto piloto, instalou-se osistema em apenas três quartosde pacientes, cada qual comdimensões de 6 x 3 metros.Foram instaladas duas antenas(figura 6) em cada um dosquartos por meio de umdivisor bidirecionalalimentado por uma das

quatro portas RF monoestáticas doscanner UHF/RFID. O grupo deantenas irradia por um período detempo muito curto (~5 segundos),uma vez que se ative o botão ‘scan’da aplicação do software RTLS, dessaforma pedindo ao sistema parabuscar o espaço para possíveismateriais médicos etiquetados, porexemplo, cadeiras de rodas, bombasde infusão, etc. Foram realizadasmedições para determinar opercentual de cobertura EM nos trêsquartos de pacientes. Em cada umdesses quartos, havia duas camas depacientes (figura 7 mostra asdimensões), cadeiras e equipamentosmédicos (por exemplo, monitores de

Fig. 7 - Armário de inventário de drogascom garrafas IV

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computadores). As medições foramrealizadas na presença de doispacientes internados, dois parentespróximos e dois membros da equipede pesquisa que realizavam asmedições. Também é importanteenfatizar que a posição e odirecionamento das duas antenas nosquartos não estavam de acordo como projeto original proposto pelaequipe de pesquisa, principalmentedevido às restrições impostas pelaadministração do hospital durante ainstalação do sistema. No entanto,prosseguimos com a instalação e ostestes, apesar das modificações. Degrande importância foi ter realizadoos testes de cobertura EM em umambiente hospitalar real.

A figura 6 mostra as medições emum dos três quartos de paciente, com20 etiquetas RFID colocadas numacaixa de papelão posicionadashorizontal ou verticalmente. Em outraspalavras, as etiquetas estão co-alinhadasvertical ou horizontalmente. Devido aoposicionamento e direcionamento dasantenas, não esperávamos obterlegibilidade quando as etiquetas foramposicionadas próximas à entrada doquarto, o que realmente aconteceu. Amelhor escolha teria sido montar asantenas na parede oposta; entretanto,isso não foi possível. Como se vê nafigura 6, a legibilidade máximaobservada corresponde à leitura de20 etiquetas (100%) e a menorcorresponde à leitura de apenas 11etiquetas (55%). O número de etiquetaslidas aparece em vermelho, enquanto aaltura da caixa de papelão em relaçãoao chão aparece em preto. Em média,a legibilidade para etiquetasverticalmente orientadas foi medidacomo sendo de 85%, e para as etiquetascom orientação horizontal foi medidacomo sendo de 79%. A sensibilidadedo chip era de -17 dBm. Como antesmencionado, pode-se melhorar alegibilidade de um objeto com o usode diversas etiquetas ou de etiquetasde maior sensibilidade.

Além da cobertura EM, foramrealizadas medições para avaliar alegibilidade do sistema em relaçãoa vários medicamentos armazenadosno armário de inventário (figura 8).

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O par de antenas apontavapara dentro do armário,presas ao teto. Com relaçãoaos medicamentos em pó,como mostra a figura 8(a),não houve qualquerproblema de legibilidade eidentificação, quandocolocada em qualquer localdentro do inventário dedrogas, embora o armárioestivesse cheio de garrafascheias de líquido. Testou-sea mesma droga quanto àlegibilidade quandocolocada dentro de umquarto de paciente, a certadistância do par de antenas.A legibilidade foi possível, mesmo auma distância de 3 metros. Nessestestes, as etiquetas tinham umaorientação que permitisse oorçamento máximo do enlace.

No caso de uso da garrafa IV(diâmetro de 7 cm e altura de 12 cm)com uma etiqueta RFID, comomostra a figura 8(b), as observaçõesnão foram as mesmas que asregistradas para as drogas em pó.Colocou-se a garrafa com líquidoetiquetada dentro do armário,começando pela prateleira superioraté a mais baixa. A garrafa ficava de

pé, como mostra a figura 8(b). Alegibilidade e identificação da garrafacom líquido só foi possível nos casosem que a garrafa estava nas duasprateleiras superiores. O líquido afetaa ressonância da antena de etiqueta edaí a sua impedância, deteriorando odesempenho. Quando colocada naprateleira inferior, a etiqueta não eravisível para o sistema, do que seconclui que uma quantidadesignificativa da potência irradiada éabsorvida e dissipada pelo líquidocom perdas. Conseguiu-selegibilidade para todas as prateleiras

somente quando secolocou a etiqueta nogargalo da garrafa, comomostra a figura 9(c). Nessecaso, o líquido não seencontrava exatamenteabaixo da etiqueta. Comoresultado, a ressonância daantena de etiqueta não foimuito afetada. Realizou-seo mesmo teste com umagarrafa IV ainda maior, econseguiu-se legibilidademesmo com a garrafa naprateleira inferior.

Também se avaliou aidentificação de pacientescom o uso de um tablet

médico. O tablet médico tem baixopeso e vem equipado com portas depino (clipon) e USB. Um pen drivehospedando um leitor/escritor UHFRFID é encaixado na porta USB. Aaplicação de software pode ativar o pendrive, uma vez que o médico ouenfermeiro(a) entra na plataforma deidentificação de paciente. Testamos osistema usando várias pulseirasdisponíveis no mercado; porém, alegibilidade era ruim. Então, usamosetiquetas RFID na forma de chipembutido anexado ao cartão plástico deidentificação do paciente e os resultados

Fig. 8 - (a) Medicamento em pó; (b) Medicamento líquido(garrafa IV) com etiqueta na lateral; (c) garrafa IV cometiqueta no gargalo

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foram excelentes. O sistema foi capazde identificar o paciente a umadistância de 80 cm, desde que o pinoestivesse bem encaixado na porta USB.A legibilidade ficou comprometida emcasos em que o pen drive estava frouxona conexão da porta.

Os testes também foram realizadospara testar a interferênciaeletromagnética em outrosdispositivos eletrônicos usados emenfermarias de hospitais, comobombas de infusão e monitores decomputadores. Ativamos o sistemaRFID estacionário (RTLS) váriasvezes na presença desses dispositivos,durante operação normal. Não houvequalquer interferência do sistemaRFID sobre a operação normal dequaisquer desses dispositivos.

Conclusões

Foram realizaram vários outrostestes para a avaliação do sistema

RFID em ambiente hospitalar real.Os resultados gerais não foramideais, mas satisfatórios em altograu, devido ao fato de ser umatecnologia em crescimento, quecresce rapidamente dia após dia. Ofeedback recebido do pessoal médicodo hospital foi extremamentepositivo, com um senso de apoio eencorajamento. O sistema funcionamuito bem no ambiente hospitalar.Entretanto, ainda existem problemasque precisam de uma maior atenção

da comunidade acadêmica, como oaumento da cobertura EM em quartotípico de paciente e melhorlegibilidade de etiquetas em drogasde base líquida.

Agradecimentos

Essa pesquisa teve financiamento daFundação de Promoção à Pesquisa deChipre, THE/OPIZO/0308(BIE)/12.

[1] Institute of Medicine: To Err is Human: Building a Safer Health System,Washington, D.C.: National Academy Press, 1999.[2] Glabman, M.: Room for tracking: RFID technology finds the way. MaterialsManagement in Health Care, Mai./2004.[3] S.R. Saunders: Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems.John Wiley & Sons, 1999.[4] A.G. Dimitriou, A. Bletsas, A.C. Polycarpou e J.N. Sahalos: On efficient UHFRFID coverage inside a room. EuCAP, April 2010.[5] Higgs-3 data sheet. Alien, Morgan Hill, California, USA.

REFERÊNCIAS