Dispositivo IoT para Monitoramento Remoto de Sinais Vitais em Pacientes Infectados com Covid-19

Resumo

No último ano, o mundo tem se deparado com uma das maiores pandemias do período moderno, provocado pelo vírus Covid-19 (SARS-CoV-2). A principal consequência dessa pandemia é o elevado número de óbitos, uma vez que muitos pacientes diagnosticados com a virose evoluem rapidamente para Síndrome Respiratória Aguda Grave (SRAG). O óbito pode ser evitado com o uso em tempo hábil de medicamentos, respiradores e Unidades de Terapia Intensiva (UTIs), onde a evolução dos sintomas podem ser melhor monitorados (NAIK et al., 2020). Por outro lado, o acompanhamento contínuo dos sintomas, em um grande número de pacientes, é, muitas vezes, impossível de ser feito pela equipe de saúde disponível, fazendo com que muitas intervenções sejam tardias e outras desnecessárias, dado o desconhecimento do real estado de cada paciente. Hoje em dia, dispositivos de Internet of Things (IoT) (FARAHANI et al., 2017) já são utilizados em diversas aplicações a fim de promover captação remota de dados de sensores ou acionamento de cargas elétricas podendo ser considerados como uma das principais tecnologias da Indústria 4.0 (OKANO, 2017). Dispositivos com esse princípio também têm ganhado espaço em aplicações na área de saúde (SELVARAJ e SUNDARAVARADHAN, 2020). Diante desse problema, o presente trabalho propõe um dispositivo de IoT a fim de promover o monitoramento contínuo dos principais sinais vitais de pacientes infectados pelo Covid-19, possibilitando o acompanhamento, em tempo real, de Frequência Respiratória (FR), Saturação Periférica de Oxigênio (SPO2), Frequência Cardíaca (FC), Temperatura Corporal Periférica (TCP) e Axilar (TCA). Cujo principais requisitos são: baixo custo, confiável, móvel e sem fio. A medição de SPO2 e FR são de fundamental importância para conhecimento do comprometimento do sistema respiratório, enquanto a temperatura axilar é a medida oficial de temperatura corporal utilizada em guias médicos, quando se trata de infecções. A fim de atender os requisitos de projeto, o microcontrolador escolhido foi a ESP32, por ser o dispositivo de mais baixo custo que contém a capacidade de armazenamento suficiente para as rotinas dos sensores e comunicação, além disso já apresenta comunicação sem fio por protocolo Ethernet e Serial (bluetooth) integrada. O sensor selecionado para aferição de TCA foi o LM35, uma vez que apresenta uma precisão garantida de 0,5 °C, o que o torna adequado para medição de temperatura corporal. Para garantir a precisão desse sensor, é utilizado um conversor analógico do tipo ADS1115 com resolução de 16 bits. A aferição de TCA também conta com uma verificação de estabilização, que informa por meio de bipes sonoros caso o sensor esteja devidamente instalado (temperatura superior a 36 °C) e a variação seja inferior a 0,06 °C a cada 15 s, o que indica, empiricamente, que o sensor já atingiu a temperatura corporal. O SPO2 e o FC são medidos pelo módulo MAX30100, o qual realiza a aferição por sinais luminosos de infravermelho que atravessam o dedo humano. A metodologia proposta para a medição de FR consiste no posicionamento de um sensor inercial do tipo MPU6050 sobre a região do diafragma. Esse sensor é capaz de medir aceleração e giro em três eixos. A cada ciclo de medição são coletados 30s de dados de aceleração e giro em uma frequência de 20 Hz; os valores são filtrados por um filtro de Kalman e os ângulos no eixo x e y são multiplicados; após isso é utilizado um filtro passa baixa do tipo Média Móvel Exponencial, com alfa empírico de 0,3. Para contagem da frequência, o sinal filtrado, contendo 3500 amostras, é percorrida a partir de seu ponto central em ambos os sentidos por 200 amostras, a fim de encontrar o valor médio máximo (média entre o maior à esquerda e maior à direita) e a média, entendida como componente DC do sinal. Por fim, são contadas as vezes em que houve ultrapassagem do limiar, estipulado como a soma da média com a metade do valor médio máximo.  A TCP, por sua vez, pode ser medida no dedo com o MAX30100 ou no tórax com o módulo do MPU6050, apresentando ambos precisão de 1 °C. Todos os módulos de sensoriamento se comunicam com a controlador através de protocolo I2C. O dispositivo também conta com um módulo carregador de baterias de lítio TP4056 possibilitando carregamento micro USB e uma bateria do tipo 18650 com capacidade de 2200 mAh. A fim de prover sinalização imediata, o dispositivo contém LEDs indicadores de conectividade (vermelho), ligado/desligado (verde), carregamento (vermelho) e carga completa da bateria (azul). Regras de alarme também foram inseridas a fim de avisar situações extremas, como TCA superior a 39 °C, SPO2 inferior a 89 % ou FR superior a 29 incursões respiratórias por minuto (ipm). Os dados medidos podem ser enviados para um smartphone por meio de bluetooth ou conexão wifi em rede local criado pele próprio dispositivo IoT e sem consumo de dados telefônicos. Caso haja conectividade com a web, a informação do paciente também pode ser enviada, em tempo real, para a nuvem, para que possa ser centralizada em um sistema de supervisão ambulatorial. Orçamento preliminar de materiais foi estimado em R$ 141,00/und, mas que pode ser reduzido em produção em escala. O dispositivo proposto pode ser usado para acompanhamento de pacientes em ambulatório, como um sistema de auxílio e acompanhamento clínico, assim como um dispositivo de telemedicina, por meio do qual pacientes de baixo risco e com sintomas leves podem ser acompanhados de maneira remota sendo avisados automaticamente caso seus sinais vitais comecem a apresentar variações preocupantes. Junto a isso, uma Inteligência Artificial poderia ser treinada para reconhecer padrões de sintomas e realizar previsões, indicando de maneira precoce situações de risco para que as medidas necessárias possam ser tomadas, como deslocamento para hospital, agendamento de respirador e vaga em UTI. No entanto, para que o dispositivo seja utilizado de maneira confiável, ainda é necessária a realização de validação clínica.