IEEE 1073 Standard Implementation to Manage and Storage Corporal Variables Using Mobile Devices D. A. Martínez

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1 IEEE 1073 Standard Implementation to Manage and Storage Corporal Variables Using Mobile Devices D. A. Martínez Abstract The IEEE 1073 Standard seeks to regulate the processes of communication between medical devices and external computer systems. Such devices have reduced processing capacity, as is the case of patient care units used in ambulatory state or at home. This paper shows the IEEE 1073 standard concepts application in a medical device that monitors positions and detects abrupt falls of a person. The parameters are applied in all possible extensions within a communication environment between a cell phone that receives posture and falls signals from the medical device and transmits these to a remote web server in which the information is displayed graphically for analysis by multiple users (doctor, nurse, patient). The implementation shows that the rule is easily applied in the communication process for low-capacity devices (Cell phones that support J2ME or Android java applications) that can t support other standards such as DICOM or HL7. However, some of its concepts are too complex to be included in simple items such as a microcontroller. Keywords wireless communications, modeling, simulation, neural networks, software tools. I. INTRODUCCIÓN L CRECIMIENTO del uso de dispositivos médicos E basados en tecnologías inalámbricas y de tamaño reducido utilizados en aplicaciones para cuidado en el hogar o monitoreo ambulatorio de pacientes, ha generado la necesidad de normalizar los procesos de comunicación entre estos dispositivos con sistemas similares o sistemas computacionales externos. Por otra parte, cada señal médica puede requerir un tipo de tecnología diferente dependiendo de las tasas de transmisión, frecuencias de muestreo, potencia de emisión y recepción, entre otros parámetros, para ser capturada desde el paciente y emitida a un destino correctamente. Estos y otros aspectos son la razón que ha generado la necesidad de un estándar para implementaciones en dispositivos con limitaciones de procesamiento o transmisión de señales por medios inalámbricos. Es así como surge el estándar denominado IEEE 1073, el cual busca lograr metas, tales como interoperabilidad plug and play entre dispositivos médicos y facilitar intercambio eficiente de información entre éstos. El presente documento describe el proceso de implementación de un dispositivo para la medición de posturas de la espalda y la detección de caídas de una persona como un ejemplo de la utilización del estándar IEEE El dispositivo es capaz de generar alarmas locales para el paciente que indican que la espalda está en una mala postura, generar alarmas que se emiten a un receptor remoto cuando D. A. Martínez, Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia, sucede una caída y enviar datos promedio sobre los estados de la espalda a un servidor WEB. Este prototipo aplica algunos de los conceptos de la norma en la implementación hardware, la arquitectura de red a utilizar y principalmente en lo que se refiere al envío de mensajes sobre eventos hasta el servidor. II. CONCEPTOS GENERALES DE LA NORMA IEEE La norma está definida en varios documentos, de los cuales, los cuatro que se describen a continuación son relevantes dentro del proyecto. 1) Sección : Modelo del Dominio de la Información (DIM): El DIM define abstracciones de entidades del mundo real relacionadas con información de signos vitales. Cada una de estas entidades es representada como un Objeto compuesto por Atributos y Métodos, tal como se definen en un modelo Orientado a Objetos. El Modelo está descrito con UML y es subdividido en paquetes que contienen a los Objetos para permitir una mejor organización de los conceptos. La Fig. 1 muestra un diagrama general de paquetes para un sistema médico, según se define en el DIM [1]. Figura 1. Diagrama de paquetes de un sistema médico según el DIM. Algunos de estos paquetes se describen a continuación. 1) Paquete del sistema: Representa a todo el sistema médico, es decir, los dispositivos, los eventos de alarma, las mediciones, los medios de almacenamiento de información y los actores del proceso de comunicación. En la Fig. 1 se puede apreciar que contiene al objeto MDS (Medical Device System) al cual están asociados todos los objetos definidos en los demás paquetes. 2) Paquete Médico: Contiene a los objetos relacionados con el dispositivo, las medidas y los eventos de alarmas que se generan dentro de él. Sus objetos se describen a continuación: a. Objeto VMD. Representa a un subsistema médico que puede ser de tipo Hardware o Software.

2 b. Objeto Métricas. Representa las medidas cualitativas, cuantitativas, directas o derivadas tomadas por medio del dispositivo médico. c. Objeto Canal. Agrupa objetos de tipo Métricas que se relacionan entre sí. 3) Paquete de Alarmas: Contiene objetos que representan alarmas que ocurren dentro de un objeto VMD o dispositivo y es causado por razones fisiológicas o de tipo técnico y alarmas pertenecientes a un MDS, es decir, en varios objetos VMD s o dispositivos. 4) Paquete de Servicios Extendidos: Contiene los objetos denominados Escáner. Estos son los encargados de identificar cuando se presentan sucesos anormales en otros objetos (niveles anormales, desconexión inesperada del dispositivo, entre otras). Estos objetos generan notificaciones que son emitidas a un elemento de gestión que reacciona ante el evento. 5) Paquete de Archivo: Representa el medio de almacenamiento en el cual se guarda información relacionada con un paciente o las mediciones hechas sobre él. 6) Paquete de Comunicaciones: Involucra a todos los objetos que representan entidades participantes en un proceso de comunicación en el cual se intercambia información sobre señales médicas. 2) Sección : Nomenclatura: La nomenclatura de la norma IEEE 1073 es un diccionario que asigna un código único a cada objeto perteneciente al DIM o a los componentes que participan en un proceso de comunicación. El código de cada elemento está compuesto por dos valores enteros, el primero de ellos identifica un bloque o partición del diccionario o nomenclatura y el segundo es un valor que va de 0 a (entero de 16 bits) que identifica a un elemento dentro de cada partición del diccionario. El propósito de utilizar valores enteros como identificadores es minimizar la longitud de los mensajes en un proceso de comunicación teniendo en cuenta que ésta se realiza entre dispositivos pequeños y de bajas capacidades de procesamiento [2]. 3) Sección : Perfiles de Aplicación: Esta parte de la norma define un modelo de comunicaciones que se aplica para la transmisión de información de signos vitales y se basa en el concepto Manager-Agente definido por ISO [3]. 1) Agente. Es el organismo en donde se encuentran los objetos del DIM en los cuales se almacena información referente a las señales médicas capturadas de un paciente. 2) Manager. Accede a los objetos del DIM definidos dentro del Agente para extraer o modificar información relacionada con las señales médicas provenientes del paciente. 3) Sistema Híbrido. Actúa tanto como Agente y Manager. 4) Comunicación entre Manager y Agente. Un Agente o Manager accede a la información de signos vitales sólo a través de un conjunto de servicios de gestión de información denominado CMDISE y los protocolos CMDIP y ROSE que se describen a continuación: a) CMDISE (Common Medical Device Information Service Element). Es el elemento que proporciona los servicios necesarios para acceder remotamente a la información de signos vitales presente dentro de un Agente. Algunos de éstos servicios son: Event Report: Utilizado para reportar un evento ocurrido dentro de un objeto; por ejemplo, una notificación de un evento de caída de una persona generado por un objeto Escáner. Get: Utilizado para recuperar el valor de un atributo perteneciente a un objeto; por ejemplo, una petición de estado de la batería de un dispositivo. Set: Utilizado para fijar el valor de un atributo perteneciente a un objeto; por ejemplo, un mensaje que indique a un dispositivo médico que entre en un estado de bajo consumo de potencia. b) Protocolos CMDIP y ROSE. El protocolo CMDIP (Common Medical Device Information Protocol) es utilizado para estructurar los mensajes correspondientes a los servicios CMDISE (mensajes Event Report, Set, etc), mientras que el protocolo ROSE (Remote Operation Service Element) contiene a los mensajes CMDIP y les asigna un identificador de invocación (InvokeID) y un identificador de operación (operation-value). El primero de estos parámetros es un identificador de mensaje, y sirve para saber cuál es la respuesta a un mensaje enviado, mientras el segundo, indica que tipo de mensaje se envía (Event Report, Set, Get, etc). La Fig. 2 muestra como se arma un mensaje CMDISE a partir de los protocolos CMDIP y ROSE. Figura 2. Empaquetamiento de mensaje CMDISE. Observe en la Fig. 2 como la estructura CMDIP es contenida dentro de una estructura ROSE lla-mada ROIVapdu. c) Proceso de generación de mensaje Event Report. Para ilustrar el modo en el que se crea un mensaje se toma el caso de Event Report. Este mensaje se gesta cuando un objeto tipo Escáner genera una notificación debida a un suceso importante dentro del sistema (como una alarma, o un evento de actualización de datos de paciente, etc). Tal notificación tiene una estructura cuyos componentes son: ObservationScan: Contiene los valores de los atributos relacionados con un suceso y un identificador local dentro del contexto o sistema médico (MDS) para el objeto o entidad que produjo el evento. SingleCtxtScan: Contiene al objeto Observation-Scan y un identificador del contexto en el que se toma la medida. El contexto se refiere al sistema médico (MDS) en el cual se está trabajando; algunos ejemplos de contextos son: el de mediciones de electrocardiografía, actividad corporal, encefalografía, flujo sanguíneo, etc. ScanReportInfo: Contiene al objeto SingleCtxt-Scan y un identificador de reporte que no es más que un valor entero contador de eventos utilizado para saber que eventos se han perdido.

3 La Fig. 3 muestra la estructura de una notificación generada junto con sus principales campos, los cuales provienen de los objetos descritos anteriormente. dispositivo médico en un ambiente inalámbrico. En el prototipo implementado se utiliza una WWAN en la etapa 2 y una WPAN - Bluetooth para conectar las etapas 1 y 2. Figura 3. Esquema de una notificación generada por un objeto Escáner. Una vez creada la notificación, esta pasa a ser una parte del contenido del objeto EventReportArgument. Este objeto posee los siguientes elementos: managedobject: Es un identificador global del objeto que produce el evento. Está compuesto por el identificador local y el identificador de contexto vistos anteriormente más un identificador de tipo entero (16 bits) establecido por la nomenclatura de la norma. eventtime: Es el tiempo que ocurre entre un evento y el siguiente. Está representado como un entero de 32 bits. eventtype: Es el identificador para cada tipo de evento asignado por la nomenclatura. Como ejemplo, consideremos un evento de Apnea, generado porque un paciente conectado a un respirador artificial ha sobrepasado un límite de tiempo pre configurado sin respirar. El código para este evento según la nomenclatura es 3072 y su ID de referencia es MDC EVT APNEA (pertenece al bloque E de la nomenclatura). eventinfo: Este parámetro contiene la notificación creada anteriormente, Fig. 3. La Fig. 4 muestra la estructura del objeto EventReportArgument. Esta estructura es la establecida por el protocolo CMDIP y es la que se inserta en la estructura ROSE para finalmente obtener el mensaje CMDISE mostrado en la Fig. 2. Figura 4. Estructura del objeto EventReportArgument (Es de tipo CMDIP). 4) Sección : Guía para el uso en tecnología RF Wireless: Esta sección de la norma es una guía sobre los aspectos a tener en cuenta cuando se transportan datos de señales médicas en redes inalámbricas, permanentemente, mediante un sistema portátil o desde el mismo hospital en forma ambulatoria o estática. Desde el punto de vista tecnológico se hace una comparación entre las redes inalámbricas de área personal (WPAN), las de área local (WLAN), las de área metropolitana (WMAN) y las de área extensa (WWAN). Esta comparación permite seleccionar la mejor opción para el transporte de datos que permita que la señal manejada no sea alterada de forma relevante. [4]. La Fig. 5 muestra la arquitectura de un sistema que utiliza una red WWAN (enlace entre celular y estación base) o WLAN (router inalámbrico usado en una red casera) para transmitir datos recibidos desde un dispositivo médico portátil hasta un centro remoto de diagnóstico. El diagrama muestra cuatro etapas en las que la norma divide el concepto de Figura 5. Estructura del dispositivo médico en un ambiente inalámbrico 5) Atributos: Los atributos están contenidos dentro de los objetos definidos en el DIM. La mayoría de éstos son útiles en los procesos de comunicación ya que contienen los datos que son trasladados de un punto a otro. Su representación se hace mediante la notación ASN.1. Para ilustrar como utilizar la definición de atributo veamos el ejemplo del tipo atributo TYPE que identifica a un objeto perteneciente al DIM. Este puede ser de tipo Alarma, el cual identifica una alarma causada por la caída de una persona. La notación ASN.1 de TYPE se muestra en la Fig. 6 [1].. Figura 6. Estructura ASN.1 del tipo de dato TYPE. El parámetro partition, es un entero que identifica el bloque o partición de la nomenclatura a la cual pertenece el objeto, en este caso por tratarse de un objeto tipo Alarma, este valor es 3 (3 identifica a la partición de Alarmas). En cuanto al parámetro llamado code del tipo OID-Type, este es el código definido dentro de la nomenclatura para este objeto. Sin embargo, no hay un código aún asignado para una alerta de caída por lo que se selecciona uno de los 4095 disponibles dentro de la partición de Alarmas. III. METODOLOGÍA El prototipo descrito en las siguientes dos secciones (III -A y III-B) fue desarrollado para estudiar la aplicabilidad de la norma IEEE 1073 en todos los niveles de implementación de un dispositivo médico con bajas capacidades de procesamiento, teniendo en cuenta los aspectos relacionados con el hardware y el software. A. Implementación Hardware. Esta sección describe los elementos que componen el hardware del prototipo y su relación con los conceptos definidos en el estándar IEEE La Fig. 7 muestra el diagrama de bloques para éste caso.

4 2) Detector de caídas. Cuando se presenta un evento de caída, las medidas en los 3 ejes tienden al valor correspondiente a 0g [6]. Se hicieron varios cálculos para determinar los rangos dentro de los cuales se considera que ocurre éste evento, lo que llevó a establecer los niveles mostrados en la tabla II como los determinantes para la alarma. Figura 7. Diagrama de bloques del hardware del prototipo. Cada bloque se describe a continuación. 1) Unidad receptora de bioseñales: Monitorea la postura de la espalda y detecta caídas de una persona. Su implementación se basa en un acelerómetro de tres ejes (MMA7260QT de Freescale) cuyas características, tales como bajo consumo de potencia (entre 2.2V y 3.6V), bajo costo y pequeñas dimensiones, lo hacen ideal para el prototipo [5]. Está compuesta por dos elementos: El monitor de posturas y el detector de caídas, cuya implementación se describe a continuación. 1) Monitor de postura. Para entender el principio de diseño del monitor de postura, analizaremos el caso del eje Z (Fig. 8), entendiéndose que el funcionamiento es similar para los otros dos ejes. Figura 8. Movimiento de espalda hacia adelante y atrás dado por el eje Z. El acelerómetro al igual que el resto del circuito está ligado a la espalda del paciente, en el punto más sensible a las variaciones de postura. Cuando la persona inclina su espalda en cualquier dirección se produce una variación de voltaje que es capturada por el conversor Análogo-Digital perteneciente a la unidad de control y transformada en una palabra digital de 16 bits. Estos valores fueron obtenidos de múltiples mediciones en 2 personas diferentes, de los cuales se dedujeron empíricamente los estados mencionados (La validación de los estados mostrados debe hacerse por personal experto en ortopedia para que puedan utilizarse en una aplicación clínica real. Tal validación está fuera del alcance del proyecto.). Por medio de la combinación de las medidas tomadas en los tres ejes se pueden determinar los estados mostrados en la tabla I. Algunos de ellos generan alarmas, mientras que otros simplemente sirven para llevar registros estadísticos (Los estados: acostado boca arriba, acostado boca abajo, acostado a la derecha y acostado a la izquierda se basan únicamente en la posición del tronco de la persona, una medida más precisa requiere que se analice también que ocurre con las extremidades inferiores.), TABLA I. POSTURAS MEDIBLES POR EL DISPOSITIVO. Inclinado hacia adelante Inclinado hacia atrás. Inclinado hacia la derecha Inclinado hacia la izquierda Inclinado hacia adelante y a la derecha Inclinado hacia adelante y a la izquierda Inclinado hacia atrás y a la derecha Inclinado hacia atrás y a la izquierda Acostado hacia la derecha (No alarma) Acostado hacia la izquierda (No alarma) Acostado Boca arriba (No alarma) Acostado Boca abajo (No alarma) Posición correcta (No alarma) Evento de caída TABLA II. RANGO DENTRO DEL CUAL ESTÁN LAS MEDIDAS DE LOS EJES EN UN EVENTO DE CAÍDA. Valor Hexadecimal 8CA0 5DC0 Estado Nivel superior Nivel inferior Cuando los valores para los tres ejes se encuentran al mismo tiempo dentro del rango ubicado entre los niveles superior e inferior, se produce un evento de caída. 2) Unidad de control: La unidad de control es un Microcontrolador del fabricante Freescale (HC9S08QG8), seleccionado por su bajo costo, tamaño reducido y bajo consumo de potencia, (entre 2.6V y 3.6V), características importantes para dispositivos médicos portátiles. Solo posee 16 pines y ofrece funciones tales como un conversor Análogo- Digital que se puede configurar para 8 o 10 bits de resolución, con varios canales de entrada de los cuales se utilizan 3 para cada eje proveniente del acelerómetro y un módulo de transmisión serial SCI que ofrece una interfaz RS-232 utilizada para la conexión con el módulo conversor RS-232 a Bluetooth [7]. La unidad de control hace las veces de Objeto Escáner según la norma IEEE 1073, ya que contiene rutinas que detectan valores anormales en ciertos atributos pertenecientes a las Alarmas. Para el caso de la detección de caída, existe una rutina que se ejecuta continuamente y detecta cuando los niveles de los 3 ejes están en el rango que la determinan. En el caso de las posturas, una rutina se encarga de monitorear si la espalda permanece por más de cierto tiempo en posición incorrecta y genera el evento de alerta. En este módulo también se implementa un monitor de postura que lleva una estadística de permanencia en cada uno de los estados mostrados en la tabla I, lo cual permite que se lleve un registro de que posturas son las más habituales en un paciente. La información de Alertas de posturas incorrectas, Alertas de caídas e información de estadísticas de posturas son emitidas al teléfono celular por medio de un protocolo sencillo llamado xyz. Una vez en el celular, el evento de caída es notificado a otro celular mediante un mensaje SMS, los eventos de postura incorrecta son anunciados de manera local al usuario con alertas sonoras y los reportes estadísticos son enviados a un servidor remoto por medio de mensajes EventReport tal como lo especifica la norma IEEE ) Módulo conversor Serial a Bluetooth: Este módulo se encarga de recibir los datos en formato RS-232 provenientes de la unidad de control y transmitirlos al teléfono celular vía Bluetooth. El dispositivo seleccionado (Parani ESD200), proporciona un alcance de 10 metros y puede ser configurable mediante comandos AT para soportar varias tasas de transmisión y direcciones Bluetooth de dispositivos a los cuales se puede conectar, entre otras funciones [8].

5 Por medio de comandos AT fue posible asignar el siguiente nombre a este módulo, el cual identifica a todo el dispositivo médico: MDC DEV MON POS FALL BODY 1 (Monitor de postura y caídas del cuerpo). Tal nombre cumple con los parámetros provistos por la nomenclatura vista en la sección II-2. El número uno adicionado al final de la estructura del nombre permite identificar al dispositivo ante sus similares, es decir, es un identificador interno dado por el fabricante (Desde el punto de vista de la nomenclatura el número uno es el atributo HANDLE, que identifica a un elemento dentro de un contexto). Finalmente, para comunicar al teléfono celular con éste módulo, se utiliza el conjunto de librerías J2ME para programación JAVA en celulares con perfiles CDC y CLDC (CDC y CLDC son perfiles manejados en celulares de fabricación previa al auge del los Smart Phones.), y la librería android.bluetooth [11] para celulares con sistema operativo Android. En el celular se implementan rutinas de búsqueda y conexión hacia el dispositivo monitor de posturas y caídas siguiendo el proceso mostrado en la Fig. 9. B. Implementación Software. 1) Software del microcontrolador: El software de éste dispositivo fue desarrollado en lenguaje C. Sus rutinas de programación capturan las señales provenientes de los tres ejes del acelerómetro por medio de tres canales del conversor Análogo - Digital. Una vez digitalizados los valores entrantes se analizan para determinar los eventos producidos (caída o postura incorrecta) casos en los cuales se emite un mensaje al módulo conversor RS232 - Bluetooth según un protocolo propietario denominado xyz que no está regido por la norma debido a las limitaciones del microcontrolador. Figura 9. Diagrama Proceso de enlace entre monitor de posturas y caídas con teléfono celular por Bluetooth. 2) Software en el teléfono y servidor WEB: El software implementado en el teléfono celular y el servidor WEB aplica los conceptos definidos por la norma IEEE 1073 en lo relacionado al proceso de comunicación entre un dispositivo médico y un sistema computacional externo. Tales conceptos involucran a dos actores denominados Manager y Agente mostrados en la Fig. 10. Figura 10. Diagrama de bloques de la implementación software del teléfono celular y el servidor WEB. A continuación se describe cada uno de estos bloques. 1) Agente. Para el caso de este proyecto, el concepto de Agente es materializado en el teléfono celular, en el cual se reciben los promedios y alarmas de las señales de postura y caídas que provienen del dispositivo de medición. En otras palabras, en el teléfono celular se publica la información sobre las medidas, la cual puede ser accedida remotamente a través de servicios CMDISE por una entidad que opera como Manager. 2) Manager. Este se implementó como un servidor WEB que ofrece servicios CMDISE, tales como el servicio Event Report. El Agente accede a los servicios ofrecidos por el servidor WEB para transmitir la información de alertas o promedios de datos para que éstos sean almacenados en una base de datos. 3) Centro de almacenamiento. El centro de almacenamiento es una base de datos que permite guardar la información sobre posturas y caídas. Los datos son desplegados y visualizados en gráficos estadísticos que pueden ser vistos tanto por los pacientes como por trabajadores de la salud para su respectivo análisis. Para desarrollar la aplicación que permite la comunicación entre el Manager y el Agente se utilizó una estructura Cliente- Servidor basada en una plataforma llamada WEB Services que se describe en la siguiente sección. 3) Estructura de comunicación: Para facilitar la comprensión de los conceptos, se va a utilizar de ahora en adelante el nombre Cliente para hacer referencia al Agente y Servidor para hacer referencia al Manager. La plataforma WEB Services permite que un servidor ofrezca servicios que los clientes utilizan para modificar, extraer o actualizar remotamente la información. En el caso del prototipo, el cliente es un dispositivo móvil con una aplicación JAVA (Android o J2ME), que permite que la comunicación se haga por medio de mensajes estructurados con el lenguaje XML. La comunicación con mensajes XML utiliza un protocolo conocido como SOAP (Simple Object Acces Protocol) que tiene una representación literal fácil de comprender para un desarrollador y está contenida en un archivo llamado WSDL ( WSDL: Web Services Description Language). En el caso del proyecto, el archivo WSDL determina la estructura de la comunicación, la cual cumple con lo establecido por la norma a través de los protocolos CMDIP y ROSE. La comunicación es transparente al usuario ya que se efectúa por la misma red por la que transitan los datos convencionales (SMS, voz, etc). Luego de llegar a la estación base, los datos son transferidos por Internet hasta el servidor por medio del protocolo SOAP y la estructura XML. El Cliente se implementa con una aplicación JAVA que se comunica con el Servidor a través de una clase denominada Stub, que hace que los procesos de transmisión de datos sean transparentes al desarrollador; tal aplicación se desarrolla para celulares que manejan perfiles CDC y CLDC, utilizando el conjunto de librerías de programación para dispositivos de baja capacidad de procesamiento denominada J2ME (Java 2 Micro Edition) y para celulares con sistema operativo Android. En el servidor se implementan clases JAVA que contienen

6 métodos que realizan acciones específicas. El Cliente, a través del Stub, puede acceder a tales métodos y ejecutar remotamente las acciones relacionadas con éstos. Desde el punto de vista del prototipo, los métodos implementados en el servidor son servicios CMDISE a los que el Cliente accede especialmente para enviar reportes de eventos, que contienen la información de estadísticas de las posturas del paciente. 4) Codificación JAVA de las estructuras pertenecientes al conjunto de servicios CMDISE: En primer lugar se retomaron las estructuras ROSE y CMDIP definidas en la sección 4b, con base en las cuales se definió un diagrama de clases para diseñar una librería JAVA que pueda ser utilizada cada vez que se desee desarrollar una aplicación en la cual se intercambien mensajes según la norma IEEE Cada clase se incluyó dentro de un paquete dependiendo de protocolo y procedencia, como es el caso de las clases del paquete CMDIP que incluye los objetos relacionados con el protocolo que lleva el mismo nombre. La Fig. 11 muestra el diagrama de paquetes de la librería creada a la cual se denominó ieee1073. Figura 11. Diagrama de paquetes de la librería JAVA ieee1073, creada para este proyecto. 1 WSDL: Web Services Description Language. Observe como las clases mostradas en la Fig. 11 tienen relación con las estructuras definidas en la sección 4b, necesarias para construir un mensaje del servicio Event Report de CMDISE. La siguiente es una descripción de los paquetes de la librería. Paquete MDDL: Incluye las clases que representan atributos contenidos en los objetos de los otros paquetes, entre ellos el atributo AVA TYPE que contiene los valores promedio de posturas medidos en el dispositivo. Paquete Notifications: Contiene a los objetos necesarios para armar una notificación generada por el Escáner. Paquete CMDIP: Contiene a los objetos EventReportArgument y EventReportResult usados para envío y respuesta de reporte de evento respectivamente. Uno de los atributos de EventReportArgument es el objeto ScanReportInfo del paquete Notifications tal como se vio en la sección 4b. Paquete ROSE: Las objetos RORSapdu y ROIVapdu contienen a los objetos EventReportArgument y EventReportResult respectivamente. Representan a la trama CMDISE completa y lista para ser transmitida. 5) Implementación del Servidor: El servidor es un servicio WEB creado con el motor de servicios WEB Axis2. Dentro de este proyecto se incluye la librería de clases ieee1073. Finalmente, se crea una clase con métodos que representan a los servicios CMDISE. La Fig. 12 muestra la implementación en código JAVA del servicio Event Report. Figura 12. Sección de código JAVA en el servidor para el servicio EventReport. Como se puede apreciar en el código, la librería ieee1073 es incluida, lo cual permite utilizar las clases definidas en III- B4. Una de éstas clases, denominada ROIVapdu, del paquete ROSE, se recibe como parámetro en el método eventreport con el nombre evento (mostrado en azul), el cual es desglosado comenzando por el argumento evento.getargument() que es un objeto de la clase EventReportArgument del paquete CMDIP; luego, a partir del argumento se extrae la notificación getargument().geteventinfo().getglbscan().getscaninfo(), que es un objeto de la clase ScanReportInfo del paquete Notifications; finalmente, a partir de la notificación se extraen los valores de los atributos que corresponden a los valores promedios de postura medidos en el dispositivo, que han sido enviados por el Cliente. 6) Implementación del Cliente: La implementación del Cliente se basa en el archivo WSDL generado en el Servidor; por medio de éste se genera el Stub que permite el acceso al servicio eventreport publicado en el Servidor. Después de ésto, las clases pertenecientes a la librería ieee1073 y el Stub están disponibles en el lado del Cliente para iniciar la comunicación. Figura 13. Segmento de código en el Cliente.

7 Los pasos necesarios para crear un mensaje EventReport (reflejados en el código JAVA de la Fig. 13 son los siguientes: Se crea un atributo y se fijan sus identificadores y valores correspondientes a las mediciones de postura (pasos 1 y 2 de la Fig. 13). Se crea una lista de atributos que involucra varios valores medidos (paso 3). Se crean los objetos correspondientes a la notificación (pasos 4,5 y 6). Se fijan los parámetros del objeto de la clase EventReportArgument (pasos 7,8 y 9). Se fijan los parámetros del objeto ROIVapdu que contiene toda la información a transmitir (pasos 10, 11 y 12). Se crea una instancia del Stub (paso 13). Se invoca al servicio eventreport remoto que recibe como parámetro al objeto del tipo ROIVapdu, que es enviado al servidor para ser procesado como se explicó en la sección III-B4 (paso 14). La organización del mensaje creado es similar a la estructura definida por la norma IEEE 1073 (sección 4b) y se aprecia mejor cuando se analiza el contenido del archivo WSDL completo, el cual es muy extenso para ser mostrado en este documento. IV. OPERACIÓN Y DIAGRAMA DEL SISTEMA La Fig. 14 muestra el diagrama total el sistema. Las alarmas sobre malas posturas y caídas y los datos de promedios de posiciones se envían al teléfono celular. Las posturas incorrectas generan alertas locales dentro del mismo celular, las caídas generan una alerta transmitida al celular de otra persona mediante un mensaje SMS y por último, los datos promedio son enviados al Servidor como mensajes Event Report para ser almacenados en una base de datos y publicados gráficamente por medio de una aplicación WEB desarrollada también con el lenguaje JAVA, cuya interfaz gráfica se muestra en la Fig. 15. Figura 14. Diagrama completo del sistema. Figura 15. Despliegue gráfico de promedios de postura. V. RESULTADOS Se logró una implementación funcional del prototipo en la cual el estándar IEEE 1073 es aplicable en mayor medida en el proceso de comunicación entre el teléfono celular y el servidor WEB. Sin embargo, para el caso del hardware, los conceptos de la norma, la mayoría basados en la orientación a objetos, no se pudieron aplicar completamente debido a la limitación de recursos de memoria del microcontrolador y el lenguaje C, usado para programarlo, el cual no soporta orientación a objetos. Esto condujo a que la comunicación con el teléfono celular se hiciera por medio de un protocolo reducido y propietario. A partir del teléfono celular, la información pudo ser manejada desde una estructura orientada a objetos y la comunicación con el servidor WEB cumplió con lo establecido en la norma gracias a la estructura de comunicación WebServices utilizada. La interacción entre el protocolo propietario y la estructura de comunicaciones del estándar se manejó en la aplicación desarrollada en el teléfono celular sin mayores complicaciones gracias a la librería ieee1073 creada. La comunicación entre el monitor de posturas y caídas con el teléfono celular se limitó a las capacidades del módulo Bluetooth de este último, cuya tasa máxima sin distorsión en los datos fue de 9600 bps, lo cual causa que la detección de caídas no sea muy precisa y se noten únicamente aquellos casos en los que éstas son muy abruptas. VI. CONCLUSIONES La norma se puede utilizar en la estructura Cliente- Servidor, especialmente en la comunicación mediante el servicio Event Report de CMDISE. Para el caso del microcontrolador algunos de los conceptos que está define se pueden introducir, como es el caso del objeto Escáner y el objeto Alarma. Sin embargo, no pueden ser vistos como objetos que poseen parámetros o heredan de otros objetos debido a las limitaciones del microcontrolador. La librería ieee1073 creada es flexible y puede ser utilizada en otras implementaciones que necesiten transmitir datos relacionados con otros tipos de señales siguiendo los parámetros de comunicación establecidos por la norma. Esto significa que el Stub generado puede ser utilizado por varios clientes para tener acceso al servicio eventreport implementado en el Servidor.

8 En relación con otros estándares de comunicación tales como DICOM o HL7, la norma IEEE 1073 no pretende reemplazarlos, por el contrario, busca generar una alternativa de estandarización en puntos en los cuales la captura y transmisión de señales biomédicas deben hacerse en condiciones de almacenamiento y procesamiento restringidos, como es el caso del dispositivo propuesto en éste trabajo, en el cual no se dispone de suficientes recursos para hacer una transferencia de imágenes o archivos robustos tal como se maneja en los dispositivos sobre los cuales operan los protocolos de DICOM o HL7. Sin embargo, esto no significa que no haya interoperabilidad del estándar 1073 con DICOM o HL7, ya que los trabajos de desarrollo de todos éstos se hacen conjuntamente. En términos de costo beneficio, se puede decir que una implementación con el estándar 1073 no requiere una elevada inversión económica ni de desarrollo a nivel de hardware y software, sin embargo, el beneficio es alto si se tiene en cuenta que se logra una estandarización que es compatible con los estándares convencionales. En cuanto a la implementación del estándar sobre el dispositivo móvil celular, se concluye que las facilidades aumentan gradualmente con las mejoras que en éste campo la tecnología ofrece cada día, tal es el caso del incremento en velocidades presentes en los módulos Bluetooth (versión 3.0), de la cual no se dispone en los dispositivos pequeños sobre los que se maneja J2ME, mayor capacidad de procesamiento en aplicaciones complejas (Java Android) versus dispositivos con aplicaciones J2ME, la posibilidad de acceder y visualizar más fácilmente la información relacionada con variables corporales del usuario gracias a las mejoras en tamaño y resolución de pantalla de un celular con plataforma Android. Medical Device Communication-Technical Report-Guidelines for the Use of RF Wireless Technology. IEEE 1073 Standard Committee, [5] Freescale Semiconductor: Documento de especificaciones MMA7260QT. Marzo de doc/data sheet/mma7260qt.pdf?pspll=1. [6] Michelle Clifford: Detecting Freefall with Low-G Accelerometers. Freescale Semiconductor. Rev 3, Noviembre de freescale.com/files/sensors/doc/app note/an3151.pdf. [7] Freescale Semiconductor: MC9S08QG8 Data Sheet. Rev 5, Noviembre de sheet/mc9s08qg8.pdf. [8] Sena Technologies: Parani-ESD100/110/200/210 User Guide. Diciembre 26 de parani esd-v1.1.7.pdf. [9] Enrique Ortíz: Introduction to J2ME Web Services. Java Community Process, Marzo de webservices html. [10] Create java web service in Eclipse using Axis2. Diciembre de [11] Developer Android: Bluetooth, Noviembre de android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth.html. David Alejandro Martínez received the Engineering degree in Electronic and Telecommunications from Universidad del Cauca - Popayán, Colombia, in 2005, and the Master degree in Electronic Engineering and Computers from Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia in His current research interest is Biomedical Engineering and applications of MEMS devices in telemedicine and medical home care, Telecommunications and Smart Grids. VII. TRABAJOS FUTUROS Una aplicación que puede valerse de los conceptos expuestos en este documento es el monitoreo de actividad física de una persona, que estaría basado en la relación que tiene la aceleración con el gasto de energía. El proyecto es muy aplicable para monitorear el ritmo de vida de las personas, especialmente el de aquellas que se encuentran en observación médica. Implementaciones para otros tipos de variables fisiológicas, que se desarrollen de manera similar a la expuesta, tales como transmisiones de eventos sobre niveles de azúcar de un paciente o señales de alerta o comportamiento de estados generados en un electrocardiógrafo. Análisis de interacción del estándar IEEE 1073 con estándares como HL7 y DICOM. REFERENCIAS [1] IEEE1073 Committee of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society: ISO/IEEE :2004(E), Domain Information Model. IEEE 1073 Standard Committee, Junio 24 de [2] IEEE1073 Committee of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society: ISO/IEEE :2004(E), Nomenclature. IEEE 1073 Standard Committee, Junio 24 de [3] IEEE 1073 Committee of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society: ISO/IEEE :2004(E), Application profiles- Base Standard. IEEE 1073 Standard Committee, Junio 24 de [4] IEEE 1073 Committee of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society: P /D03, Health Informatics-Point-of-Care

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