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Come utilizzare dispositivi RF della Freescale per la nostra salute

dispositivi wireless Freescale

Dispositivi RF della Freescale per la nostra salute. Secondo la World Health Organization, l’ambiente è responsabile del 24% dei casi di malattie evitabili. Questo significa che migliaia di persone al mondo muoiono prematuramente a causa di condizioni ambientali malsane, come l’inquinamento acquifero e dell’aria.

Secondo il Dipartimento della salute e dei servizi umanitari (HHS), azioni personali, come il fumare e la mancanza di esercizio fisico, insieme alla bassa qualità del cibo possono condurre ugualmente a condizioni malsane.

Ogni anno si spendono milioni di dollari per curare malattie che sono direttamente collegate a questi fattori di rischio. Grazie al monitoraggio dei fattori di rischio su una base regolare, il governo potrebbe essere in grado di prevenire determinate malattie e curarne altre prima che degenerino in forme più gravi con conseguente aumento di spese mediche. L'HHS indica, inoltre, che i più comuni fattori di rischio delle malattie umane sono strettamente collegate alla frequenza con cui si pranza in ristoranti, dove si è esposti maggiormente al fumo. I cibi consumati fuori casa contengono più grassi e calorie e sono somministrati in grandi porzioni.

Tali eccessi possono portare a serie condizioni di salute come l’obesità, e due tipi di diabete, che , a loro volta possono sfociare in seri problemi di cuore.
Solo negli Stati Uniti ogni 34 secondi muore una persona per attacco di cuore.
Poiché non esiste ancora un modo affidabile per monitorare questi differenti fattori di rischio e gli effetti che essi hanno sul corpo umano.

E’ risaputo che il fumo delle sigarette contribuisce in maniera marcata al verificarsi di serie condizioni di salute, come malattie cardiache, respiratorie e diversi tipi di cancro, ma ci sono molte altre contaminanti dell’aria che possono avere effetti negativi sulla salute dell’uomo.

Le persone sono spesso esposte inconsapevolmente a questi agenti inquinanti e le tossine da essi derivanti si accumulano all’interno del corpo umano. Se si potessero monitorare i fattori di rischio e raccogliere i relativi dati, molte malattie potrebbero essere prevenute o addirittura sconfitte. Uno dei maggiori problemi relativi allo sviluppo di soluzioni sta nella complessità del monitoraggio di questi fattori di rischio nel contesto del singolo individuo e nell’elaborazione delle informazioni in maniera efficace.

Se si potesse fare ciò, malattie potenzialmente mortali potrebbero essere diagnosticate prima che possano raggiungere uno stadio critico, e si potrebbero prendere misure di precauzione ed evitare trattamenti clinici invasivi e costosi.
I principali fattori di rischio per la salute umana sono ben noti, ma attualmente i programmi locali che raccolgono informazioni sono molto costosi e non accessibili a tutti.

Ogni anno i Governi investono grandi somme di denaro nel campo della salute, per la ricerca, il trattamento e la prevenzione delle malattie causate da questi fattori di rischio, ma poiché i fattori di rischio non sono efficacemente monitorati, i miglioramenti sono molto lenti. L’intera salvaguardia della Salute potrebbe essere migliorata se fattori umani e di rischio si unissero su una base quotidiana e si potessero monitorare accuratamente ed a costi bassi.

Wireless sensing e Soluzione di monitoraggio

Monitorando il numero di volte che una persona mangia al ristorante e l’esercizio fisico svolto, utilizzando gas sensori e sensori di agenti contaminanti dell’aria per individuare tracce d’inquinamento, è possibile approssimativamente prevenire lo sviluppo di determinate malattie. Possono essere somministrati trattamenti di prevenzione prima che le malattie possano degenerare in forme patologiche più serie.

MC13224V_Platform-in-Package_Block_Diagram
Figura 1 - MC13224V Platform-in-Package Block Diagram

Grazie agli odierni miglioramenti della moderna tecnologia low-power si possono usare dispositivi wireless come Freescale MC13224V Platform-in-Package (PIP) con un microcontrollore integrato(MCU), ARM7 per sviluppare ed implementare l’efficacia di costo e le soluzioni di monitoraggio wireless.

La soluzione di monitoraggio si basa sul fatto che l’ambiente di una persona possa essere misurato e catalogato in qualsiasi momento. Ciò si può ottenere se i sensori low-power vengono posizionati strategicamente per monitorare i soggetti, per quanto possibile, nella loro vita quotidiana. A tale fine si possono utilizzare due tipi di sensori wireless: mobile e statico.

E’ logico asserire che molte persone trascorrono la maggior parte del loro tempo a casa, a lavoro in alcuni casi, su mezzi di trasporto. Pertanto si potrebbe posizionare un sensore sul posto di lavoro, uno a casa e uno sul mezzo di trasporto per raccogliere informazioni sulla qualità dell’ambiente, come sulla concentrazione di fumo di sigarette, gas da combustione ed agenti chimici di rischio. Si potrebbe utilizzare un sensore statico per avvisare il sensore mobile che il soggetto ha mangiato in un ristorante.

Hardware Diagram for Wireless Sensing and Monitoring
Figura 2 - Hardware Diagram per Wireless Sensing e Monitoring

Questo sistema non è in grado di registrare la quantità di calorie prese o misurare la qualità del cibo, ma a detta dell’HHS si hanno informazioni sufficienti per farsi un’idea generale delle abitudini alimentari di una persona, il che è ciò di cui l’applicazione ha bisogno.

Ci sono vari modi in cui questo tipo di soluzione può monitorare l’individuo.
Per esempio si potrebbe sapere quanto tempo una persona trascorre in un ristorante, o un segnale potrebbe essere inviato ad un sensore mobile quando si è pagato un pasto.

Le comunicazioni di protocollo IEEE 802.15.4 wireless sono adatte per questo tipo di implementazione. Questo protocollo supporta una rete a basso consumo con moderata velocità di trasferimento dati (circa 250 Kbps) e con una propria implementazione, può ricavare anni di carica di batteria da una cella di batteria al litio usata in un sistema di comunicazioni ultra-low duty cycle. Il layer IEEE 802.15.4 MAC del protocollo non è di per sé sufficiente, ma un livello di rete come ZigBee wireless può fornire tutti i servizi necessari di networking. Il pacchetto proposto è mostrato in Figura 3.

Proposed_Health_Network_Stack
Figure 3 - Proposed Health Network Stack

Nel livello Zigbee ci sono differenti tipi di dispositivi. A causa delle sue limitazioni di consumo energetico il sensore statico può essere usato come coordinatore Zigbee, il cui ruolo è quello di inizializzare ed amministrare la rete. Lo Zigbee layer del pacchetto è responsabile della gestione dei dati relative alla salute ed esegue vari compiti come scandire il tempo, immagazzinare dati, generare una struttura layer ed elaborare i dati acquisiti.

Grazie all’orientamento dell’applicazione i trasferimenti possono essere effettuati in tempi inferiori ai dieci secondi. Un frame generico da sensore statico potrebbe contenere informazioni come il numero ID del soggetto monitorato, informazioni riguardo alla qualità dell’ambiente e se una persona ha messaggi particolari come l’allerta salute.

Posizionare sensori nei luoghi più frequentati non potrebbe essere sufficiente per ottenere un quadro completo ed accurato per ogni individuo. Un sensore mobile personale potrebbe essere necessario per registrare dati relativi all’esercizio. Tale sensore mobile potrebbe essere dotato di un accelerometro come il sensore di accelerazione a 3 assi MMA7361L Low-g della Freescale, capace di misurare il livello di attività fisica dell’utente.

Il sensore mobile potrebbe essere in grado di riconoscere caratteristiche che indicano uno stato medico critico. Potrebbe avvisare l’individuo di un serio stato di salute e richiedere immediata assistenza medica. Sia i sensori statici che quelli dinamici potrebbero essere parte integrante della rete wireless. Potrebbero utilizzare gli stessi software e l'hardware per il trasferimento dei dati, incluso il protocollo wireless IEEE 802.15.4 ed un'MCU.

Ancora una volta il controller ideale potrebbe essere l’ MC13224V PiP perché si serve di un controller ARM7 ad alta prestazione e l’hardware radio IEEE 802.15.4. Il progetto di questo sensore mobile include una porta sensore flessibile capace di supportare tre o più sensori in aggiunta all’accelerometro per adattarsi a componenti destinate a pazienti speciali. In questo caso il nodo mobile potrebbe essere costituito da un dispositivo Zigbee end. Dal momento che si tratta di un dispositivo mobile ed alimentato a batteria, il consumo energetico è un punto importante. L’MCU ha difficoltà nel gestire il consumo energetico e se si usa un lo 0,1 percento di un ciclo TX/RX il consumo medio potrebbe essere inferiore ai 40 uA.

Possible Hardware Configuration Block Diagram
Figura 4 - Possible Hardware Configuration Block Diagram

Usando regolari comuni batterie ricaricabili AA ciò potrebbe significare molto tempo tra una ricarica e l’altra. Poiché i sensori mobile potrebbero essere low power non potrebbero trasmettere informazioni a lungo raggio. Dovrebbe comunicare col nodo statico attraverso il protocollo wireless IEEE 802.15.4 ed il nodo statico potrebbe trasmettere informazioni ad un centro di diagnostica attraverso la rete Internet o di cellulari come servizio radio general packet (GPRS).

Se la rete Internet non è disponibile il GPRS potrebbe inviare informazioni attraverso il servizio di short message (SMS), fornendo un’infrastruttura flessibile addizionale e presentandosi come una soluzione con efficacia di costo per trasferimenti extra Internet. Il centro di diagnostica potrebbe essere programmato per riconoscere elementi di fattori di rischio ed indicare le scoperte ad uno specialista nel caso di rilevamento di potenziali fattori di rischio.

Lo specialista potrebbe ricevere i dati in tempi sufficienti per facilitare l’emissione notturna di dati verso un’altra località ed evitare cambiamenti notturni. Dal momento che ogni persona ha un proprio ID, uno specialista potrebbe accedere velocemente ai dati e determinare se ci sono potenziali fattori di rischio. Nel caso di fattore di rischio, il centro di diagnostica potrebbe comunicare con il nodo statico che potrebbe inviare un indicatore al sensore mobile dell’individuo via tecnologia wireless. La Figura 5 mostra il percorso di comunicazione tra sensori nodi ed il centro di diagnostica.

Static Node, Mobile Node and Diagnostic Communications
Figura 5 - Static Node, Mobile Node and Diagnostic Communications

Il processo di generazione di una rete di Salute Fisica sarebbe molto semplice. Un nodo statico potrebbe formare una rete autonoma senza bisogno di altri dispositivi. Quindi, altri nodi statici potrebbero essere aggiunti per creare una rete wireless più grande. Una volta fatto ciò, ogni nuovo nodo mobile potrebbe collegarsi alla rete inviando una richiesta di segnalazione, permettendo al nodo mobile di individuare la rete.

Ogni nodo mobile potrebbe decidere a quale nodo statico collegarsi a seconda della qualità del segnale. Una volta presa la decisione, si invierà una richiesta di associazione per collegarsi ad un nodo specifico. Dal momento che ogni componente della rete condivide le stesse condizioni ambientali, i dati potrebbero essere inviati a tutti i membri della rete di distribuzione. Il nodo statico potrebbe anche controllare inviando messaggi a nodi mobili specifici, ma solo quando il centro di diagnostica determina che esiste un potenziale fattore di rischio per un particolare nodo mobile.

Teoricamente una massimo di 65,536 nodi mobili potrebbero essere connessi ad un singolo nodo statico. Dal momento che diversi nodi statici possono essere messi in rete, non ci sono reali questioni topologiche. Usando dispositivi low-cost ed a basso consumo per monitorare i più comuni fattori di rischio si potrebbe generare una agenzia di assistenza sanitari (health care agency) con una reale piattaforma tecnologica e ad efficacia di costo per reperire dati critici per la prevenzione ed il trattamento per individui particolarmente ad alto rischio. L’ MC13224V PIP e la relativa implementazione del protocollo IEEE 802.15.4 potrebbe essere l’applicazione ideale, garantendo un ritorno economico sugli investimenti sul budget totale della salvaguardia della salute. E grazie al numero minimo di componenti aggiuntivi richiesti, potrebbe ancora fornire una vasta gamma di prodotti capaci di adattarsi alle differenti variazioni di applicazioni.

Conclusione
Questo tipo di sistema wireless sensing e monitoraggio, potrebbe aiutare a ridurre le spese per la salvaguardia della salute ed aumentare l’aspettativa di vita dell’uomo. In aggiunta l’intero sistema potrebbe essere un investimento one-time ed i dispositivi, una volta installati, richiederebbero poca manutenzione, ricariche e rifornimento sensori periodici distanti nel tempo. Nella totalità, la rete health care potrebbe fornire controlli di salute preventivi che ridurrebbero il tempo e le risorse economiche investite, migliorando l’intera qualità della vita.

RICHIESTA DI CONTATTO
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