PROTOTYPING PROPOSAL FOR AUTOMATION IN HOSPITALS WITH A FOCUS ON NEWBORN SUPPORT.
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.8011904
MORATO, A.C.L; PIERI, F.L; BELIZARIO, W; NORIEGA, C.L.
RESUMO
Em uma perspectiva geral, a taxa de nascimentos de recém-nascidos prematuros tem aumentado nos últimos 20 anos, resultando em um importante problema de saúde pública em todo o mundo. Embora a mortalidade neonatal tenha diminuído, ainda é uma preocupação significativa.
A falta de monitoramento adequado devido à escassez de funcionários ou ao excesso de recém-nascidos também contribui para essas mortes.
Estudos mostram que o desenvolvimento tecnológico pode aumentar a eficiência do tratamento hospitalar, introduzindo tecnologias avançadas para preservar e manter a vida por meio de terapias e controles mais eficazes.
Pesquisadores desenvolveram um software para detectar expressões faciais relacionadas à sensação de dor em prematuros e recém-nascidos, o que pode auxiliar no cuidado e permitir intervenções mais rápidas e precisas.
Diante desses problemas e tentativas de solução, surge a possibilidade de desenvolver tecnologias para auxiliar os profissionais de saúde no monitoramento de recém-nascidos.
Palavras-chave: Natalidade, Mortalidade, recém-nascido, monitoramento, software.
PROTOTYPING PROPOSAL FOR AUTOMATION IN HOSPITALS WITH A FOCUS ON NEWBORN SUPPORT.
From a general perspective, the rate of premature newborn births has increased over the past 20 years, resulting in a major public health problem worldwide. Although neonatal mortality has decreased, it is still a significant concern.
Lack of adequate monitoring due to staff shortages or too many newborns also contributes to these deaths.
Studies show that technological development can increase the efficiency of hospital care by introducing advanced technologies to preserve and maintain life through more effective therapies and monitoring.
Researchers have developed software to detect facial expressions related to pain sensation in premature and newborn babies, which can assist in care and allow faster and more accurate interventions.
Faced with these problems and attempts at solutions, the possibility of developing technologies to assist health professionals in monitoring newborns is emerging.
Keywords: Birth, Mortality, newborn, monitoring, software.
INTRODUÇÃO
Em uma perspectiva geral, nascem uma média de 15 milhões de recém-nascidos prematuros por ano, taxa que sofre um aumento crescente nos últimos 20 anos em quase todos os países que dispõem de dados confiáveis. Apesar de a mortalidade neonatal ter diminuído nestes últimos anos, ainda se mantém como um importante problema de saúde pública mundial. (Bacelar e Duarte, 2016).
Segundo Bacelar e Duarte (2016), comparados com os recém-nascidos, os prematuros têm mais probabilidade de ter: instabilidade térmica, desconforto respiratório, infecções, apneia, hipoglicemia, icterícia, convulsões, dificuldade de iniciar dieta, e enterocolite necrotizante.
Uma das principais causas de morte em recém-nascidos e até os primeiros 12 meses de vida é a asfixia que pode ser causada por sufocação ou engasgo. Segundo a Sociedade Brasileira de Pediatria (SBP), o Brasil ocupa o terceiro lugar em mortes de acidentes por essas causas. Todos os dias cerca de 15 bebês menores de um ano morrem com esses diagnósticos. (ESTADO DE MINAS, 2023)
De acordo com Claudino (2023), outro grande motivo é a carência de monitoramento devido à escassez de funcionários ou excesso de recém-nascidos.
Estudos feitos por Florence e Calil (2005), sugerem que o desenvolvimento tecnológico permite o aumento da eficiência do tratamento hospitalar, levando à introdução de tecnologias de ponta por meio de dispositivos de preservação e manutenção da vida por meio de terapias e controles mais eficazes.
No mapa do Brasil, a taxa de mortalidade infantil nas regiões Norte e Nordeste é de 13,3%, superior à média nacional (12,2%). Na cartografia da atenção neonatal, que acompanha recém-nascidos até a 28º dia de vida, os estados de Minas Gerais, Bahia, Sergipe, Santa Catarina e Rio Grande do Sul aparecem com expressivos percentuais de óbitos infantis por municípios. Analisando os dados coletados, no Brasil entre 2018 e 2022, 66,0% do total de óbitos infantis ocorrem por causas “evitáveis”, fundamento que, na análise da Dra. Lana de Lourdes Aguiar Lima, diretora do Departamento de Saúde Materno Infantil da Secretaria de Atenção Primária à Saúde do Ministério da Saúde, sinaliza para um “horizonte amplo de atuação” pela redução desses óbitos. (Heiderich, 2023)
Segundo Heiderich (2023), foi desenvolvido por pesquisadores da Escola Paulista de Medicina da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) um software que faz a detectação de expressões faciais relacionadas à sensação de dor em prematuros e recém-nascidos, que poderá auxiliar no cuidado com os bebês, possibilitando intervenções mais rápidas e precisas. O programa de computador foi criado no campo da pesquisa Desenvolvimento de software para assim identificar a expressão facial de dor, pesquisa e desenvolvimento conduzidas por Ruth Guinsburg com apoio da FAPESP.
De acordo com Guinsburg, a ação de desenvolver esse software surgiu da dificuldade enfrentada por profissionais responsáveis pelos cuidados de recém-nascidos em unidades de terapia intensiva (UTI) no reconhecimento e na avaliação dos sinais de dor. (Heiderich, 2023)
“Essa subjetividade acaba dificultando eventuais intervenções, já que há uma série de fatores que podem levar o recém-nascido a demonstrar certos incômodos nem sempre relacionados a dor. A pesquisa viabiliza um instrumento útil para monitorar a dor do bebê na rotina das unidades neonatais”, disse à Agência FAPESP. (Heiderich, 2023)
Em crianças que ainda não são capazes de verbalizar, o reconhecimento da dor é feito com base em indicadores comportamentais e fisiológicos, como respostas motoras simples, expressões faciais e choro. O software foi desenvolvido com base na escala Neonatal Facial Coding System (NFCS), amplamente utilizada no reconhecimento dos movimentos faciais de dor, convertida pelos pesquisadores em linguagem de computador com a colaboração do Departamento de Informática em Saúde (DIS) da EPM e de profissionais da Universidade de Mogi das Cruzes. (Heiderich, 2023)
Observando os problemas e as tentativas de solução, se visualiza a possibilidade de desenvolver algumas tecnologias que permitam auxiliar os profissionais da área da saúde com a supervisão de recém nascidos, o presente trabalho propõe o desenvolvimento mediante sensoriamento de identificar algumas características que permitam trazer dados para um dispositivo onde a medição de temperatura corporal, frequência cardíaca e níveis de ruídos serão equiparados com um banco de dados com valores considerados normais para essa fase da criança.
JUSTIFICATIVA
Diante de todos os dados levantados pode-se constatar que a mortalidade de recém-nascidos é preocupante e vêm aumentando com o passar dos anos, porém, unindo o problema como uso de novos estudos e tecnologias, pode-se criar e implantar sistemas que não tenham intervenção humana, assim, pretende-se desenvolver neste estudo uma solução que por meio de sensores consiga identificar fatores que não precisem de supervisão humana, apenas a leitura em uma tela.
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Desenvolver uma solução que controle e receba dados de sensoriamento para identificar o som, a temperatura e a frequência cardíaca em tempo real a ser utilizado nos hospitais, para auxiliar os profissionais de saúde a monitorar recém-nascidos e evitar óbitos.
Objetivos específicos ou etapas para atingir o objetivo geral
Identificar parâmetros biológicos como: mensuração da temperatura corporal, frequência cardíaca e níveis de ruídos medidos por decibéis, mediante sensoriamento do leito do bebê;
Monitorar o estado de saúde e os parâmetros de ambiente do recém-nascido para o controle de segurança;
Criar um banco de dados que armazene as informações dos recém-nascidos, com a temperatura, a frequência cardíaca e o som;
Desenvolver um aplicativo para capturar, processar, analisar e classificar os dados do recém-nascido, enquanto está em seu leito.
METODOLOGIA
Foi realizado um estudo da taxa de mortalidade de recém-nascidos do país, a partir do grande índice de óbitos de recém nascidos e bebes prematuros, será desenvolvida uma solução, conforme já foi falado, que por meio de sensores serão feitos monitoramentos às principais alterações no quadro clinico, como mensuração temperatura corporal, frequência cardíaca e ruídos emitidos pelo mesmo.
Com isso nossa solução será desenvolvida para capturar, processar e analisar as alterações emitidas pelos sensores localizados no leito, sem contato com a criança, exceto o sensor de frequência cardíaca, que necessita pelo menos do toque do dedo.
Os sensores utilizados serão os de: Som/ruido, que utilizam ondas sonoras para entender o que ocorre ao redor e quando um recém-nascido engasgar, chorar, entre outros, a solução identificará e notificará o profissional, outro sensor de temperatura, que utilizará um sensor infravermelho e fará a medição da temperatura a partir do calor que emana da superfície corporal e o sensor de frequência cardíaca, onde seu batimento cardíaco é medido por luzes que medem alterações em seu fluxo sanguíneo. Esses sensores irão auxiliar o profissional da saúde na tomada de decisões ágeis.
TABELAS DE SENSORES E ESPECIFICAÇÕES
- Sensor de som/ruido
Tabela 1 – Tabela de especificações Sensor de som/ruído
| Tipo De Placa | Integrada |
| Tensão | 5v |
| Display | LCD |
| Marca Display | Winstar Wg1602a |
| Pinagem | 3 Pinos (Vcc, GND e S) |
Fonte 1 – Site alldatasheet (2023)
O sensor de Som possui uma placa com microfone integrado, com a qual é possível detectar o som ambiente e visualizar o sinal gerado por esse módulo. Além do microfone, também possui um pequeno amplificador embutido (o circuito integrado LM386), pois o microfone sozinho não seria capaz de enviar dados para o Arduino. O esquema de conexão é básico e consiste em 3 pinos: Vcc, GND e S (sinal). No meio da placa, existe um potenciômetro para ajuste que a sensibilidade possa ser ajustada. A placa trabalha com tensão de 5v, e o pino de sinal deve ser preferencialmente conectado a à uma porta analógica do Arduino, pois o sinal gerado é variável, e assim podemos observar os diferentes níveis de ruído que o microfone capta.
O circuito de teste consistirá em um módulo sensor de som e um display LCD Winstar WH1602A.
A metade superior do display mostrará o nível de volume (baixo, médio, alto), enquanto o gráfico de barras na metade inferior mostrará o volume detectado pelo microfone em tempo real, para conectar um sensor de som a uma placa Arduino Uno juntamente com um display LCD, esquema de conexão a seguir:
Figura 1 – Um sensor de som em uma placa Arduino Uno juntamente com um display LCD
Fonte: Site Arduino e Cia
Este programa não utiliza nenhuma biblioteca do módulo sensor de som, pois o intuito é apenas ler o sinal variável recebido pelo Arduino na porta analógica. Para telas LCD, o conhecido LiquidCrystal é usado.
Para aumentar a precisão do programa, em teste feito optou-se por ler o sinal 128 vezes usando a variável NUM_LEITURA. Depois, calcula-se a média e com esse valor gera-se uma indicação de nível de som no LCD. O gráfico na parte inferior da tela usa informações de sinal em tempo real. Se você optar por não usar um display, os dados também serão exibidos no monitor serial.
- Sensor de temperatura (MLX90614)
Tabela 2 – Tabela de especificações do Sensor de temperatura
| Tipo De Sensor | Ir Infravermelho |
| Controlador | MLX90614ESF |
| Saida Resolução | 10 Bits PWM |
| Alimentação | 5v |
| Temperatura De Operação | -40°C A 125°C |
| Range De Temperatura De Objeto | -70°C A 380°C |
| Pinagem | 4 Pinos |
| Precisão | ± 0,5°C |
| Output | Smbus Compatível Com Interface Digital |
| Dimensão | 17 X 11,5 X 6mm |
| Tensão | 3VDC |
Fonte 2 – Site alldatasheet
O Sensor de Temperatura IR MLX90614 é um componente de alta precisão que detecta a temperatura de um corpo humano ou de um objeto através de raios infravermelhos sem contato direto com o sensor. Ele vem calibrado de fábrica para detectar temperaturas entre -40 e 125°C com uma precisão de 0,5°C e também apresenta uma variedade de modos de calibração configuráveis pelo usuário.
Figura 2 – Esquema de sensor de temperatura com placa Arduino
Fonte: Site Arduino e Cia
Para fazer a interface do Sensor de Temperatura IR MLX90614 com a placa Arduino Uno, utiliza-se os pinos analógicos A4 (SDA) e A5 (SCL), que são pinos de comunicação I2C.
No mesmo barramento I2C conecta-se um display azul I2C retro iluminado 16×2 onde é mostrado o valor da temperatura ambiente e o valor da temperatura do objeto que é aproximado do sensor.
No barramento I2C, a “separação” dos dados recebidos do sensor de temperatura e dos dados enviados para o display LCD é possível porque cada componente possui um endereço I2C específico.
Figura 3 – Diagrama Funcional MLX90614
Fonte: Site componentes.101
- Sensor De Frequência Cardíaca (Max30100)
Tabela 3 – Tabela de especificações do Sensor de Frequência Cardíaca
| Modelo | MAX30100 |
| Tensão | 3.3V DC |
| Comunicação | I2C |
| Resolução ADC | 14bits |
| Consumo Típico De Corrente Ligado | 600 µa |
| Consumo Típico De Corrente Standby standby | 0,7 µa |
| Tipo De Processador | Analógico |
| Pinagem | 20 Pinos |
| Proteção | ESD |
Fonte 3 – Site alldatasheet
O módulo MAX30100 é ideal para monitoramento cardíaco, pois possui um sensor para medir a frequência cardíaca e um oxímetro para medir os níveis de oxigênio no sangue. O módulo MAX30100 inclui um fotodetector, um LED vermelho e um LED infravermelho. A placa possui dois reguladores de tensão, pois o módulo requer 1,8V para acionar os LEDs e 3,3V para acionar o CI, juntamente com três resistores (4,7KΩ) e capacitores.
Para entender o funcionamento do MAX30100, ou qualquer outro oxímetro, primeiro precisamos de um breve entendimento da anatomia da circulação sanguínea.
Por veias e artérias o nosso corpo é composto, sendo que as veias são representadas visualmente por linhas de cor azul, e as artérias por linhas de cor vermelha. Nas veias, o sangue percorre os tecidos do corpo em sentido ao coração, nas artérias é ao contrário o sangue flui do coração em direção ao restante do corpo.
Biologicamente, as artérias são vasos sanguíneos com paredes resistentes e espessas, sendo que o sangue flui em alta pressão através dessas vias. Contraditoriamente, veias são menos espessas e o sangue flui em menor pressão por essas vias.
Figura 4 – Visualização de artéria e veia
Fonte 4 – Site Curto Circuito
O sangue que percorre a artéria tem grande concentração de oxigênio, chamado de oxiemoglobina, uma vez que na artéria temos uma maior absorção da luz infravermelha e o sangue que percorre a veia tem baixa concentração de oxigênio e é conhecido como desoxihemoglobina, por fim, este tem maior absorção de luz vermelha.
Tabela 4 – Quadro comparativo de informações de Veias versus Artérias
Fonte 5 – Site Curto Circuito
Como mencionado, o sangue que percorre as artérias tem grande concentração de oxigênio, quanto maior for a oxigenação no sangue, maior é a hemoglobina, deste modo o sangue apresenta um tom mais avermelhado e consequentemente maior é a absorção de luz infravermelha.
Em resumo, quanto mais oxigenado for o sangue, maior será a absorção de luz infravermelha. Com o bombeamento do coração, a luz refletida, ou seja, a que não é absorvida, é alterada, gerando assim uma leitura em onda no fotodetector e então a frequência de batimentos cardíacos.
Figura 5 – Exemplo de análise de oximetria sem infravermelho
Fonte 6 – Site Curto Circuito
Figura 6 – Exemplo de análise de oximetria sem com infravermelho
Fonte 7 – Site Curto Circuito
O mesmo princípio é utilizado para a análise da oximetria, uma vez que a luz vermelha refletida no fotodetector é analisada. Resumindo, a luzes vermelhas e infravermelhas utilizadas em conjunto refletidas para o fotodetector, permite que sejam gerados dados sobre a frequência cardíaca, que é o que buscamos e oxigenação.
Figura 7 – Esquema de sensor de frequência cardíaca com Arduino
Fonte 8 – Site Arduino e Cia, 2023
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Testes realizados com o sensor de som e ruído são simples, assim que o ruído/som é emitido seu resultado aparece na tela do osciloscópio da figura abaixo:
Figura 8 – Equipamento Tektronix DPO 20128 Digital Phosphor Osciloscope
Fonte 9 – WR kits em parceria com a Raisa (2022)
Objetos simples são usados de teste como o barulho de um alicate batendo em um metal, um estalar de dedos. Atentando-se que os resultados no osciloscópio são dados por pulsos (Volts). E outa opção é a usada na sessão deste artigo que fala sobre sensores e tabelas, onde um display aparece na figura (1) com resultados que podem ser configurados. O display, na sua parte superior, vai mostrar o nível do som (Baixo, Médio e Alto), e na parte inferior, será mostrada uma barra que vai acompanhar em tempo real o nível do som detectado pelo microfone. O programa não utiliza nenhuma biblioteca própria para o módulo sensor de som, por isso o objetivo é criar uma para que quando o display nos mostre um resultado diferente do desejado, ou seja, diferente do som normal, ele informe.
Para melhorar a precisão do programa, o teste optou por fazer a leitura do sinal 128 vezes, utilizando a variável NUM_LEITURA. Depois, foi feito o cálculo do valor médio e este valor foi usado para gerar no LCD a indicação de nível de som. O gráfico na linha inferior do display utiliza as informações do sinal em tempo real. Caso seja feita a opção por não utilizar o display, os dados também são mostrados no Serial Monitor.
Enfatizando que os valores utilizados como comparação podem ser ajustados de acordo com o nível de sensibilidade definido pelo potenciômetro.
Durante a realização dos testes no sensor de temperatura MLX90614, o sensor executou a medição da temperatura ambiente e do objeto que era aproximado do sensor, durante o processo foi configurado um delay de 1,5s necessário para atualização. A visualização dos resultados, ou seja, dos dados é na tela do computador, porém também é possível em um display LCD ou LEDs de 7 segmentos.
Na tabela abaixo pode-se ver o resultado dos testes quando um objeto frio ou quente era aproximado ou retirado, sempre retornando a temperatura ambiente ao final. Para potencializar a medição para um alcance maior também é possível adicionar um laser na ponta do sensor, então o objeto pode ser medido com uma maior distância.
Tabela 5 – Tabela de testes do sensor de temperatura com dados em ºC
| Objeto | Temperatura ambiente (°C) | Temperatura Objeto (°C) |
| Nenhum | 24.13 | 24.23 |
| Mão | 24.13 | 31.35 |
| Solda | 24.23 | 66.19 |
| Caneca com liquido gelado | 24.41 | 14.85 |
| Fosforo aceso | 24.41 | 73.29 |
Abaixo temos a configuração com o esquema de ligação na placa de Arduino, após isso pode-se ver nas figuras (9,10,11,12 e 13) diversos testes feitos com os resultados da tabela (5) acima, teste realizado sem objeto ou com objeto em que o liquido estava abaixo da temperatura ambiente, também testes realizados com objetos como fósforo aceso e apagado, equipamento de solda ligado, aproximação da mão e também ao esfregar uma mão na outra.
Tabela 6 – Esquema de ligação do sensor de temperatura MLX90614 com o Arduino Uno
| MLX90614 | ARDUINO | – |
| VDD | 3.3V | – |
| VSS | GND | – |
| SDA | SDA | A4 on older boards |
| SCL | SCL | A4 on older boards |
Fonte 11 – Elaboração própria dos autores (2023)
Figura 9 – Terceiro teste realizado com um equipamento de soldar ligado
Fonte 12 – WR Kits parceria com Usina Info (2016)
E por fim os testes realizados no sensor de frequência cardíaca mostram que com o simples toque tem se o resultado esperado, neste explicamos que devido a leitura de raios infravermelhos esse sensor é o único que é obrigatório ao menos um toque, hoje formas mais modernas fazem essa medição, como relógios de pulsos, aparelhos de pressão e oxigenação digital, sendo possível o envio dos dados a um display via Bluetooth, e ressaltando que esse envio é possível em todos os sensores aqui citados.
Figura 10 – Visualização de teste de sensor de batimentos cardíacos no serial monitor
Fonte 13 – WR Kits em parceria com a Felipe Flop
Demonstrando outros exemplos podemos ver esse tipo de sensor utilizado com “brincos”, onde a medição é realizada pelo lóbulo da orelha que é chamado de ponto auricular reflexo que pode mudar de temperatura e resistência elétrica quando a parte equivalente está afetada. Ou seja, o ponto poderá ficar sensível e doloroso ao toque quando há mudanças de coloração da pele.
Figura 11 – Teste de sensor de frequência cardíaca em lóbulo da orelha
Fonte 14 – WR Kits parceria com Filipe Flop (2017)
Aqui em outro exemplo na figura (18) podemos ver no display o valor do batimento e em nosso serial monitor as ondas da frequência cardíaca.
Figura 12 – Teste de visualização em display e monitor serial com ondas cardíacas
Fonte 15 – Ricardo Alcantara – Sensor de batimentos cardíacos| Projeto (2016)
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Portanto, para elucidar as considerações finais desse trabalho, objetivo final é encontrar uma solução para a falta de monitoramento de recém-nascidos no período de atenção, assim evitando óbitos desnecessário.
O estudo realizado nos leva a conclusão que podemos resolver isso com o uso de tecnologias, resolver o problema ao zero seria muita presunção, porém com o uso de sensores para ajudar os profissionais de saúde e com uma ajuda para a fácil operação dos mesmos, podemos otimizar o número de perda dos recém-nascidos e com isso minimizar o sofrimento dos familiares.
Neste artigo além de dados passamos por estudos onde testes são realizados referente aos sensores para facilitar a sinalização de alguma anormalidade no recém-nascido, enviando ao profissional os dados mais importantes como: sons fora do normal, como engasgamento, temperatura corporal e frequência cardíaca, sendo que desses o único com o toque no recém-nascido é o de frequência cardíaca. Assim também inserimos um novo modo de não ser invasivo com o recém-nascido nas unidades de tratamento intensivo.
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