سیستم‌های پایش سلامت در خانه‌های هوشمند با تمرکز بر سلامت

سیستم‌های پایش سلامت در خانه‌های هوشمند با تمرکز بر سلامت

 

پدیدة پیری جمعیت با سرعت بی‌سابقه‏ای درحال وقوع است. براساس گزارش جمعیت سازمان ملل متحد، تعداد افراد شصت‏ ساله و بالاتر در سطح جهان، تا سال 2050 به دومیلیارد نفر خواهد رسید. علاوه ‏بر این، گزارشی که سازمان بهداشت جهانی منتشر کرده است، نشان می‌دهد در سال 2013، کمبودی درحدود 2/7 میلیون نفر نیروی کار در بخش مراقبت‌های بهداشتی وجود داشته است و تخمین زده می‌شود این رقم تا سال 2035، به 9/12 میلیون نفر برسد.

به گزارش مدرن مد به نقل از ماهنامه توسعه فناوری‌های نوین پزشکی، در حال‏ حاضر، بخش چشمگیری از جمعیت سالمند از مشکلات بهداشتی مرتبط با سن، مانند بیماری آلزایمر، زوال عقل، دیابت، بیماری‌های قلبی و عروقی، آرتروز یا دیگر بیماری‌های مزمن رنج می‌برند. این بیماری‌های شایع، همراه با زوال تدریجی طبیعی در مهارت‌های جسمی و شناختی افراد مسن، مانع زندگی مستقل بسیاری از آن‏ها در خانه‌های خود می‌شوند.

پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های ارتباطات و محاسبات، همراه با پیشرفت در فناوری‌های هوشمند محیطی، به ظهور سریع محیط‌های هوشمند منجر شده است. یکی از این نمونه‌ها، خانة هوشمند سلامت (HSH) است. HSHها محیط‌های هوشمندی هستند که در آن‏ها، نوعی سیستم پایش سلامت راه‌اندازی شده است. این خانه‌ها در سال‌های اخیر، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. HSH به‏عنوان راه‏حلی امیدوارکننده برای چالش افزایش جمعیت سالمند ظهور کرده است. آن‏ها این ظرفیت را دارند که خدمات سلامت الکترونیکی را برای رفع نیازهای این جمعیت روبه‏رشد ارائه دهند.

به‏ طور خاص، سیستم‌های HSH هرگونه وضعیت سلامتی را که ممکن است فرد سالمند داشته باشد، نظارت و ارزیابی و نحوة انجام فعالیت‌های روزانة آن‏ها را رصد می‌کنند. این سیستم‌ها نه‏ تنها به افراد مسن اجازه می‌دهند تا مدت طولانی‌تری مستقل زندگی کنند، بلکه این قابلیت را نیز دارند که با کاهش فشار وارد بر سیستم کلی سلامت توسط افراد مسن و وابسته، خدمات بهداشتی را پایدارتر کنند.

برای دستیابی به خانة هوشمند سلامت واقعی، هنوز چالش‌های متعددی در جنبه‌های مختلف فرایند توسعه وجود دارد. این چالش‌ها شامل پایش از راه دور محیط (به‏ دست ‏آوردن داده‌ها دربارة فرد، محیط او و غیره)، فناوری ارتباطی مورد نیاز برای محیط (قابلیت اطمینان انتقال داده‌ها در زمان واقعی)، وجود سیستم‌های پردازش هوشمند (تحلیل، تصمیم‌گیری‌های مرتبط و غیره) و ارائة خدمات آگاه به زمینه می‏شود. در نتیجه، برای رفع این چالش‌ها، به تحقیقات بیشتری در زمینة بهبود طراحی سیستم‌های پایش سلامت کارآمد برای HSH مورد نیاز است.

برای اینکه سیستم‌های پایش سلامت بتوانند به‏طور فعالانه به افراد در زمینة خدمات مورد نیازشان یاری برسانند، به دسترسی کامل به مجموعه‌ای از اطلاعات زمینه‌ای نیاز دارند. موفقیت این سیستم‌ها در توانایی جمع‌آوری و پردازش داده‌ها برای درک محیط اطراف فرد نهفته است، تا بتوان خدمات زمینه‌ای را به آن‌ها ارائه داد. منظور از خدمات زمینه‌ای در حوزة مراقبت‌های بهداشتی، مجموعه‌ای از فرایندهای پیوسته است که به ‏طور خودکار، اطلاعات فرد را (مانند رفتاری، فیزیولوژیکی و محیطی) به دست می‌آورند و در نتیجة این کسب اطلاعات، قادر به ارائه و تطبیق خدمات براساس آن هستند.

زمینه و محیط اطراف سالمندان را نمی‌توان به‏ سادگی به سطح ابتدایی جمع‌آوری داده‌ها از حسگرها محدود کرد، بلکه باید با داده‌هایی غنی شود که از محیط گرفته شده است تا دانش موجود دربارة فرد غنی‌تر شود. مطالعات عمدتاً بر دیدگاه‌های خانة هوشمند، خانه‌های هوشمند سلامت با اطلاعات محدود دربارة مسائل و چالش‌های طراحی، سیستم‌های مبتنی‏بر حسگرهای پوشیدنی برای پایش سلامت و کاربردهای انفورماتیک سلامت و مراقبت‌های بهداشتی برای سالمندان از دیدگاه‌های مختلف تمرکز داشته‌اند.

 

خانه‌های هوشمند سلامت

خانه‌های هوشمند سلامت و سیستم‌های پایش مراقبت‌های بهداشتی، ادغام فناوری‌های محاسبات فراگیر و ارتباطات هستند. این سیستم‌ها به ‏عنوان راه‏ حل امیدوارکننده برای ارائة خدمات سلامت الکترونیک ظهور کرده‌اند که با زمینه و نیازهای واقعی افراد مطابقت دارد. در این حوزه، مطالعات و راهکارهای متعددی برای پرداختن به جنبه‌های مختلف این سیستم‌ها پیشنهاد شده است. به‏ طور کلی، این راهکارها اهداف و ویژگی‌های مشترکی دارند. هدف اصلی آن‏ها فراهم‏ کردن محیط هوشمندی است که در آن، سیستمْ شرایط سلامتی افراد را کنترل و ارزیابی می‌کند و خدمات سلامت الکترونیکِ به‏ موقع را در اختیار آن‏ها قرار می‌دهد.

این راهکارها شامل سه جزء اصلی هستند: حسگری، ارتباطات و سیستم پردازش. بیشتر سیستم‌های فراگیر سلامت موجود، توانایی تعامل با دسته‌های مختلف افراد (بیماران، سالمندان و معلولان) را با استفاده از یک یا چند نوع حسگر دارند. حسگرها مسئول جمع‌آوری داده‌ها هستند. این حسگرها در محیط‌های خانگی یا حسگرهای پوشیدنی مستقرند و توسط فرد حمل می‌شوند. هر دو دستة این حسگرها اطلاعات زمینه‌ای فرد را به‏صورت ثابت یا دوره‌ای جمع‌آوری می‌کنند.

کاربران سیستم پایش سلامت (بیماران یا ارائه‏ دهندگان خدمات بهداشتی) از نوعی رابط کاربری گرافیکی استفاده می‌کنند. بسته به پیچیدگی سیستم، رابط‌های کاربری گرافیکی می‌توانند برای نظارت و ارزیابی شرایط سلامتی فرد استفاده شوند و بروز ناهنجاری یا وضعیت اضطراری را به مراقبان اطلاع دهند. پارامترهای متنوع و داده‌های ناهمگون جمع‌آوری‏شده از حسگرها، می‌توانند در این فرایند دخیل باشند؛ مانند داده‌های محیطی (دما، رطوبت و تشخیص صدا)، ردیابی حرکت و مکان (فشار) و علائم حیاتی (ضربان قلب، اشباع اکسیژن و فشار خون). این داده‌ها دید سطح پایینی از زمینة وضعیت سلامتی فرد، محیط اطراف و محیط زندگی او ارائه می‌دهند.

براساس معماری سیستم، قابلیت‌های سخت‌افزاری (حسگرها، اتصالات) و روش‌های مورد استفاده در پردازش داده‌ها، سیستم می‌تواند دید سطح بالایی از زمینة سلامتی به دست آورد. در کاربردهای پیچیده و هوشمند، این دید سطح بالا به ‏دلایل زیادی مانند طبقه‌بندی بیماری‌ها، پیش‌بینی شرایط سلامتی و تشخیص الگو در رفتار انسان استفاده می‌شود.

 

 

خانه‌های هوشمند سلامت براساس مجموعه‌ای مشترک از اجزا ساخته شده‌اند که مسئولیت سنجش، ارتباط و پردازش داده‌ها را برعهده دارند. بااین‏حال، سیستم‌های موجود را می‌توان براساس سه جنبه از یکدیگر متمایز کرد: 1. هدف، 2. قابلیت‌ها، 3. روش‌های به ‏کارگرفته ‏شده. بسته به کاربرد و جمعیت هدف، تفاوت‌های بین پروژه‌های موجود HSH در توجه به نیازها و الزامات افراد نهفته است که می‌تواند به تمرکز بر مجموعه‌ای محدود از ابعاد سیستم منجر شود. بسیاری از پروژه‌ها، سیستم را به یک پارامتر یا هدف واحد کاهش می‌دهند. برای مثال، پروژه‌هایی بر تشخیص سقوط و ردیابی موقعیت تمرکز می‌کنند، یا یک نوع خاص از فعالیت روزانه (خواب)، یک بیماری شناختی خاص (آلزایمر)، یا یک بیماری بیولوژیکی خاص (بیماری قلبی) را نظارت و ارزیابی می‌کنند.

قابلیت خانة هوشمند سلامت با پردازش، ذخیره‌سازی، نحوة ارتباط، پهنای باند و مدیریت انرژی دستگاه‌های مورد استفاده در شبکة حسگر مرتبط است. براساس این قابلیت‌ها، که از سطوح پایین‌تر به سطوح بالاتر افزایش می‌یابند، داده‌ها می‌توانند در سطوح مختلفی پردازش شوند. جمع‌آوری داده‌ها از یک رویکرد پایین به بالا پیروی می‌کند. در چنین ساختاری، داده‌های خام عددی توسط گره‌های حسگر پایانی، که در منطقة مشخصی مستقر شده‌اند، تولید می‌شود. هر گره حسگر، داده‌ها را جمع‌آوری و مستقیماً به دروازه یا ایستگاه پایه‏ای به نام گره سینک منتقل می‌کند که به‏نوبة خود، به دروازه متصل است. در نهایت، درصورت لزوم، داده‌ها برای تبادلات خارجی، به شبکة گسترده می‌رسند.

حسگرها و دستگاه‌ها در سطوح پایین‌تر، مقدار مشخصی از پردازش اولیه را بر روی داده‌های ثبت‏ شده انجام می‌دهند که می‌تواند میزان داده‌های منتقل‏ شده را کاهش دهد و از ازدحام شبکه جلوگیری کند. بااین‏حال، به‏ دلیل محدودیت‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری دستگاه‌ها از نظر پردازش، حافظه و انرژی، اکثریت پردازش داده‌ها در سطوح بالاتر انجام می‌شود. بنابراین، قابلیت‌های سیستمْ جنبه‌‏ای کلیدی برای تعیین هوشمندی سیستم پایش سلامت است.

سیستم‌‏های حسگر

 

جمع‌آوری داده‌ها در ابتدا، در محیط پایش سلامت اتفاق می‌افتد. در این مرحله، از منابع مختلفی برای جمع‌آوری اطلاعات مربوط به وضعیت فیزیکی فرد، رفتار او، محیط او، فعالیت‌هایی که انجام داده است و غیره استفاده می‌شود. سیستم‌های سلامت الکترونیکی آگاه، به دید کاملی از فرد نیاز دارند. این موضوع مستلزم استفاده از تمام منابع موجود برای جمع‌آوری داده‌هاست. منابع داده را می‌توان براساس روش جمع‌آوری (مستقیم و غیرمستقیم)، نوع رویداد (حالت فرکانس)، نوع منبع (فیزیکی یا مجازی) و داده‌های حسگر دسته‌بندی کرد.

جمع‌آوری داده‌ها را می‌توان براساس نحوة جمع‌آوری داده‌ها توسط سیستم، به دو دسته تقسیم کرد: مستقیم یا غیرمستقیم. روش‌های مستقیم، داده‌ها را از سخت‌افزار و حسگرهایی که به‏صورت محلی و بدون واسطه متصل شده‌اند، به دست می‌آورند. این حسگرها به‏طور مداوم اطلاعات را ثبت می‌کنند و در بیشتر موارد، داده‌ها را به‏صورت بی‌سیم با استفاده از پروتکل‌های ارتباطی مختلف، به یک سرور خانگی یا هماهنگ‌کننده ارسال می‌کنند.

روش‌های غیرمستقیم به جمع‌آوری داده‌ها با استفاده از زیرساخت مبتنی‏بر میان‌افزار اشاره دارد که در آن، سیستمْ داده‌های حسگر را از منابع نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری اضافی جمع‌آوری می‌کند. در این دسته، داده‌ها ممکن است از سرورهای ذخیره‌سازی، پایگاه‌های داده و غیره به دست آیند. داده‌ها می‌توانند براساس سه نوع رویداد تولید شوند: پیوسته، فاصله‌ای یا لحظه‌ای. رویدادهای پیوسته اطمینان می‌دهند که داده‌ها به‏طور مداوم ارسال می‌شوند؛ برای مثال، استفاده از دوربین IP که جریان ویدئویی پیوسته‌ای ارسال می‌کند.

در رویدادهای لحظه‌ای، داده‌های به‌دست‌آمده به‏ محض وقوع رویدادی خاص، فوراً ارسال می‌شوند. رویدادهای فاصله‌ای به این معنی هستند که داده‌ها به‏ صورت دوره‌ای و با فواصل زمانی یکسان ارسال می‌شوند؛ برای مثال، سنجش و ارسال عملکرد قلب هر بیست ثانیه با کمک حسگرECG . در سیستم‌های پایش سلامت، حسگرهای فیزیکی رایج‌ترین نوع حسگرهای مورد استفاده برای تولید و بازیابی داده‌های خام حسگر، از جمله داده‌های مربوط به فرد و محیط او، هستند. داده‌های حسگر می‌توانند فرمت‌های مختلفی داشته باشند. براساس پروژه‌های تحقیقاتی بررسی‌شده، سه دسته‌بندی اصلی از شبکه‌های به‌هم‌پیوسته وجود دارد که اغلب در این حوزه استفاده می‌شوند: شبکه‌های حسگر شخصی (PSN) ، شبکه‌های حسگر بدن (BSN) و دستگاه‌های چندرسانه‌ای (MD) .

شبکه‌های PSN برای تشخیص فعالیت‌های روزانة انسان و اندازه‌گیری شرایط محیط فرد، شبکه‌های BSN برای نظارت بر علائم حیاتی و شرایط سلامتی با اندازه‌گیری پارامترهای فیزیولوژیکی و تشخیص فعالیت‌های سرپایی استفاده می‌شوند.

بحث و نتیجه‏‌گیری

سیستم‌های پایش سلامت در خانه‌های هوشمند با هدف ارتقای کیفیت زندگی و بهبود سلامت فردی طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها معمولاً به فناوری‌های اینترنت اشیا متکی‏اند و می‌توانند در زمینه‌های مختلفی فعالیت کنند. به‏طور کلی، رویکردهای مختلف سیستم‏های پایش سلامت شامل پایش وضعیت سلامت افراد از قبیل اندازه‌گیری علائم حیاتی مانند فشار خون، ضربان قلب، دما و سطح اکسیژن خون، تشخیص زودهنگام با استفاده از الگوریتم‌های تحلیل داده و یادگیری ماشین، مدیریت سلامتی شخصی و ارتباط با پزشکان می‏شوند. در شماره‌های آینده، توضیحات مفصل‏تری دربارة سیستم‏های سلامت هوشمند خواهیم داد.

References
1. Mshali, H. and Lemlouma, T. (2018), “A Survey on Health Monitoring Systems for Health Smart Homes”, International Journal of Industrial Ergonomics, February 6.

 

تهیه‏وتنظیم: دکتر ندا کفاش