MONITORIZAREA DE LA DISTAN ȚĂ A PARAMETRILOR VITALI FOLOSIND SISTEME ÎNGLOBATE CRISTIAN ROTARIU – REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT – Conducător… [630650]

UNIVERSITATEA TEHNIC Ă “GHEORGHE ASACHI” IA ȘI
FACULTATEA DE AUTOMATIC Ă ȘI CALCULATOARE

MONITORIZAREA DE LA DISTAN ȚĂ A
PARAMETRILOR VITALI FOLOSIND SISTEME
ÎNGLOBATE

CRISTIAN ROTARIU

– REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT –

Conducător științific,
Prof. Dr. Ing. VASILE ION MANTA

– 2010 –

CUPRINS
I. TELEMONITORIZAREA

1.1 Motiva ție
1.2 Sisteme de telemonitorizare
1.3 Structura lucr ării
1.4 Diseminarea rezultatelor

II. ARHITECTURI DE SISTEME ÎNGLOBATE PENTRU
TELEMONITORIZARE
2.1 Parametri vitali și semnale electrofiziologice
2.2 Amplificatoare de instrumenta ție
2.3 Zgomote și artefacte
2.4 Filtre active cu amplificatoare opera ționale
2.5 Sisteme înglobate utiliz ate în telemonitorizare
2.6 Monitorizarea semnalelor ECG
2.6.1 Măsurarea vectorului cardiac
2.6.2 Dispozitiv de monitorizare a ECG
2.7 Monitorizarea satura ției de O
2
2.8 Monitorizarea presiunii arteriale
2.8.1 Măsurarea presiunii arteriale
2.8.2 Dispozitiv de monitorizare a presiunii arteriale
2.9 Monitorizarea temperaturii 2.10 Monitorizarea respira ției

III. REȚELE DE SENZORI CU COMUNICA ȚIE RADIO

3.1 Introducere
3.2 Standarde de comunica ție pentru transmisii radio
3.3 Rețea de senzori bazat ă pe modulul eZ430 – RF2500
3.3.1 Microprocesorul MSP430F2274
3.3.2 Transceiverul RF CC2500 3.3.3 Protocolul SimpliciTI (Texas Instruments) 3.3.4 Monitorizarea temper aturii cu eZ430 – RF2500

IV. PRELUCRAREA ȘI ANALIZA SEMNALELOR ECG

4.1 Achizi ția semnalelor biomedicale
4.2 Morfologia semnalului ECG 4.3 Detec ția complexului QRS din semnalul ECG
4.4 Algoritm de detec ție a complexului QRS și a undelor T și P
4.4.1 Detec ția complexului QRS
4.4.2 Detec ția undei T
4.4.3 Detec ția undei P
4.4.4 Aproximarea liniei de baz ă
4.4.5 Analiza segmentului ST
4.5 Algoritm de detec ție în timp real a complexelor QRS
4.6 Clasificarea semnalelor ECG 1
1
245
9
9
10
1112121213
14141515
161718
19
19
19222323
2526
27
27
28293131313232333435

V. SISTEME INTEGRATE DE TELEMONITORIZARE
CONTRIBU ȚII PROPRII

5.1 Telemed-R – sistem de telemonitorizare ECG folosind unde radio
5.2 MEDCARE – sistem pentru te lemonitorizare cardiologic ă prin Internet
5.3 Sistem de comunicare cu persoane cu handicap neuro-locomotor major –
TELPROT
5.4 TELMES – platform ă multimedia pentru implementarea teleserviciilor
medicale complexe
5.4.1 Arhitectura sistemului TELMES 5.4.2 Componenta tehnic ă a sistemului
5.4.3 Unitatea de telemonitorizare
5.5 TELEMON – Sistem integrat de telem onitorizare în timp real a pacien ților
și persoanelor în vârst ă
5.5.1 Introducere
5.5.2 Arhitectura re țelei personalizate de traductori
5.5.3 Amplificatorul ECG 5.5.4 Traductorul de respira ție
5.5.5 Traductorul de SpO
2 și puls
5.5.6 Traductorul de presiune arterial ă
5.5.7 Traductorul de temperatur ă
5.5.8 Serverul de pacient
5.5.9 Consumul de energie

VI. CONCLUZII

6.1 Sumarul contribu țiilor personale
6.2 Direcții viitoare de cercetare

37
37
39
4144
444546
48
484950
51525253
5455
57
58
59

Capitolul I: Telemonitorizarea

1
CAPITOLUL I

TELEMONITORIZAREA

1.1 Motiva ție

Situată în cadrul mai larg al tele-asisten ței medicale, definit ă ca “totalitatea sistemelor care
ajută îngrijirea s ănătății prin schimbul cât mai eficient de informa ție medical ă”, telemedicina
se constituie ca un sistem integrat de îngrijire a s ănătății (asisten ță medicală și educație) bazat
pe resurse tehnologice, organiza ționale și/sau sistemice [Bennet 1978] .
Având numeroase defini ții formale, telemedicina const ă în esență în utilizarea semnalelor
electronice, a tehnologiei informa ției și a telecomunica țiilor pentru a transfera informa țiile
medicale de la un sistem la altul.
Telemedicina reprezintă furnizarea de servicii medicale, bazat ă pe utilizarea tehnologiei
informației și a telecomunica țiilor, în situa ția în care cadrul medical și pacientul se afl ă în
locații diferite. Aceasta presupune transmiterea în siguran ță a datelor și informa țiilor
medicale, sub form ă de text, sunet, imagine sau alte formate necesare pentru prevenirea,
diagnosticarea, tratarea și urmărirea pacien ților.
Telemedicina cuprinde o mare vari etate de servicii. Cele mai des men ționate sunt
telemonitorizarea, teleradiologia, telepatologia, teledermatologia, teleconsulta ția și
teleoftalmologia, cu excep ția telechirurgiei [COM689] .
Printre alte posibile servicii se num ără centrele de apel/centrele de informare online pentru
pacienți sau consulta țiile la distan ță, respectiv videoconferin țe între medici. Ca aplica ții
principale de telemedicin ă se remarc ă telemonitorizarea, care împreun ă cu teleradiologia
reprezintă la acest moment aproximativ 50% din pia ța de telemedicin ă european ă.
Telemonitorizarea este definit ă ca un serviciu de telemedicin ă ce presupune
monitorizarea de la distan ță a funcțiilor vitale ale unui paci ent prin intermediul unor
dispozitive și tehnici corespunz ătoare [COM689] .
Monitorizarea clasic ă presupune prelevarea de la pacient a unor semnale biomedicale sau
parametri fiziologici, pe un interval de timp de ordinul zilelor, desc ărcarea și analiza acestora
pe un sistem de calcul f ăcându-se la sfâr șitul perioadei de monitorizare (off-line). Sistemele
de telemonitorizare preleveaz ă, stocheaz ă și transmit la distan ță (prin intermediul unei re țele
de comunica ții) semnalele biomedicale sau parametrii fi ziologici la un interval de timp mult
mai scurt, realizeaz ă automat analiza acestora (on-line), și pot transmite alarme c ătre un
centru de telemonitorizare, în cazul în care valorile parametrilor monitoriza ți depășesc
anumite limite.
Parametri fiziologici pot fi preleva ți fie în mod automat, prin intermediul dispozitivelor
personale de monitorizare, fie pe baza colabor ării active a pacien ților (de exemplu, prin
utilizarea unui instrument on-line pentru completarea zilnic ă a valorilor presiunii arteriale sau
glicemiei). Aceste dispozitive sunt de regul ă portabile și utilizate de obicei în monitorizarea
parametrilor fiziologici vitali de tipul: presiune arterial ă, frecven ță cardiacă, frecven ță
respiratorie, satura ție de oxigen din sânge etc. Dup ă ce au fost prelucrate și transmise cadrelor
medicale, datele pot fi utilizate pentru optimizarea procedur ilor de monitorizare și tratament
ale pacien ților.

Capitolul I: Telemonitorizarea

2
1.2 Sisteme de telemonitorizare

La nivel internațional , telemonitorizarea reprezint ă o metodă viabilă, a cărui eficacitate a
fost probat ă de numeroase studii din care unele înc ă mai sunt în desf ășurare.
În prezent exist ă numeroase sisteme de telemonito rizare, cu diferite complexit ăți. Astfel
de sisteme sunt implementate cu prec ădere în țările avansate economic și tehnologic deoarece
acestea dispun de poten țialul economic și tehnologic necesar și, poate mai important, au
nevoie de asemenea sisteme având un procent din popula ție din ce în ce mai mare în situa ția
de a necesita astfel de îngrijiri.
În continuare se prezint ă câteva asemenea sisteme, cu titlu de exemplu .
Sistemul EPI-MEDICS (Enhanced Personal, Intelligent and Mobile System for Early
Detection and Interpretation of Ca rdiological Syndromes), realizat în colaborare de cercetatori
din Franța, Italia și Suedia între anii 2001 – 2004, a avut ca scop dezvoltarea unui dispozitiv
pentru telemonitorizare a semnalului EC G numit PEM (Personal ECG Monitor) pentru
detecția diferitelor afec țiuni cardiologice (de tipul aritmiilor cardiace) [Rubel 2004] .
Dispozitivul PEM achizi ționează 3 canale ECG timp de 10 secunde, reconstruie ște cele 12
derivații standard ale ECG folosi nd un algoritm bazat pe re țele neuronale artificiale și
memoreaz ă valorile numerice ale semnalului ECG împreuna cu datele personale ale
pacientului pe un card personal (de ti p SmartCard) în dispozitivul PEM [Rubel 2005] .
Semnalul ECG este apoi prelucrat și funcție de rezultate se activeaz ă (sau nu) alarmele.
Dacă alarma are nivel ridicat de importan ță ea este transmis ă automat c ătre cel mai apropiat
centru de urgen ță, în caz contrar aceasta fiind transmis ă către un server web. Este anun țat
medicul curant printr-un SMS și un email, trimise automat de server [Gouaux 2002] .
Datele și alarmele de la pacient sunt transmise sp re serverele de telemonitorizare/centrele
de urgență prin intermediul Bluetooth (c ătre telefonul mobil) și de acolo mai departe prin
GSM/GPRS.
Cel mai cunoscut sistem de telemonitorizare, CodeBlue este un sistem bazat pe re țele de
senzori wireless, cu capabilitate de comunicare radio. Senzorii permit transmisia de date pe
distanțe care pot ajunge la 100m și pot transmite aceste informa ții diferitelor dispozitive:
PDA-uri, laptop-uri, terminalelor ambulan țelor etc. Ace ști senzori pot fi programa ți să
proceseze semnele vitale, de exemplu s ă alarmeze atunci când parametrii vitali nu sunt în
limitele de normalitate [CodeBlue] .
În cadrul proiectului au fost realizate o seri e de dispozitive pentru prelevarea parametrilor
pacientului cum ar fi: satura ția oxigenului din sânge, semnalului ECG pe dou ă canale, EMG
etc. Aceste dispozitive sunt realizate cu microprocesoare din familiile Atmel (Atmega128L)
sau Texas Instruments (seria MSP430) și circuite de radiofrecven ță de tipul Chipcon
(CC2420), au o memorie intern ă de dimensiuni reduse (4 – 10Kb) și sunt capabile s ă
transmită datele cu maximum 80Kbit/s.
În cadrul proiectului AMON (Advanced Care and Alert Portable Telemedical MONitor)
realizat în Israel între an ii 2001 – 2002 s-a pus la punct o br ățară (wrist-mounted monitoring
device) cu biosenzori pentru monitorizarea parametrilor vitali de tipul ritmului cardiac,
semnalului ECG pe dou ă canale, presiunii arteriale, satura ției oxigenului din sânge,
temperaturii corpului, cu posibilitatea transmiterii datelor prin GSM/GPRS c ătre centrul de
telemedicin ă [Anliker 2004] .
Proiectul MobiHealth , dezvoltat în Germania, în cadrul programului FP5 între anii
2002 – 2003, a avut ca scop dezvoltarea unui si stem de telemonitorizare bazat pe re țele de
senzori (BAN – Body Area Network) ata șați pacientului care achizi ționează și transmit date
continuu c ătre un PDA. Senzorii ce formeaz ă rețeaua achizi ționează un canal ECG sau
saturația oxigenului din sânge, transmit datele PDA-ului folosind protocolul wireless

Capitolul I: Telemonitorizarea

3
Bluetooth, și de la acesta mai departe c ătre centrul de telemonitorizare prin GPRS/UMTS
[M-Health 2006] .
La nivel național telemonitorizarea reprezint ă o tehnologie de inte res medical pentru
toate centrele din România capabile s ă ofere suportul tehnic necesar.
Un proiect na țional, CardioNET (Sistem Integrat pentru Supraveghere Continu ă în Rețea
Inteligent ă e-Health a Pacien ților cu Afec țiuni Cardiologice) este centrat pe telemonitorizarea
pacienților cu afec țiuni cardiace (cardiopatie ischemic ă, tulburări de ritm), dorind s ă realizeze
o optimizare a schimbului de informa ții între pacient, medic de familie, policlinic ă, spital,
casa de asigur ări de sănătate și o cunoaștere exact ă a antecedentelor medi cale, a tratamentelor
și a evoluției acestor patologii.
Arhitectura sistemului CardioNET es te una de tip distribuit, compus ă din mai multe
servere de baze de date, terminale de acces și echipamente medicale mobile interconectate
prin Internet. Între serverele de baze de date exista un protocol de comunica ție pentru
schimbul de informa ții administrative (nume, vârsta, CNMP, adresa, etc.) și medicale
(tratamente anterioare) referitoare la pacien ți. Datele despre un pacien t sunt replicate pe mai
multe servere, m ărind astfel fiabilitatea sistemului [Cardionet] .
Structura multinivel a sistemului CardioNET este implementat ă pe patru nivele:
infrastructura de comunica ție (Internet și Intranet), serverele de baze de date, procedurile de
prelucrare, interogare și acces securizat la date, interfe țele de achizi ție de date, generare de
documente medicale și de acces interactiv la informa ții medicale.
Interfețele de achizi ție a datelor de la pacient sunt de dou ă tipuri: interfe țe pentru operator
uman și interfețe pentru dispozitive de analiz ă. În primul caz, operatorul (pacient, asistent ă
sau medic), introduce date medicale despre pacient folosind formulare (pagini web)
predefinite. În cel de al doilea caz, datele sun preluate direct de la dispozitive prin intermediul
conexiunilor seriale (RS232/USB) sau wire less (802.11/Bluetooth). Transmiterea datelor
poate fi activat ă fie la o solicitare expres ă a operatorului fie în mod automat atunci când
echipamentul detecteaz ă o anumit ă situație critică.
Proiectul TELEASIS (Sistem complex, pe suport NGN pentru teleasisten ță la domiciliu a
persoanelor în vârst ă) vizează atât aspectul medical al telemonitoriz ării cât și cel social, având
drept scop ob ținerea unor servicii persona lizate pentru îngrijirea vârstnicului, reducerea
cheltuielilor spitalice ști și o creștere a preponderen ței îngrijirii la domiciliu [TELEASIS] .
Componenta hardware a sistemului const ă din realizarea unui modul individualizat de
teleasisten ță, ca interfa ță pentru dispozitive medicale sau senzori de mediu utiliza ți pentru
telemonitorizare, interfa ță cu suportul de comunica ții, Internet, re țele fixe sau mobile,
interfață pentru livrarea informa ției către beneficiar pe suport PC sau PDA sau TV.
Sistemul MEDCARE este un sistem de monitorizare a activit ății cardiace, ce permite
achiziția și transmiterea prin Internet a semnalelor ECG (12 deriva ții) și analiza acestora în
timp real. Semnale bioelectrice de la inim ă sunt achizi ționate, comprimate, împachetate și
transmise c ătre un server situat la centrul de telemonitorizare [Rotariu 2009] .
Serverul asigur ă memorarea informa țiilor despre pacient în b aza de date MySQL, precum
și stocarea semnalelor electrocardiografice; de asemenea, retransmite semnalele recep ționate
on-line de la unit ățile de achizi ție sau pe cele anterior memorate.
Aplicația client ce ruleaz ă pe calculatorul medicului specialist (bazat ă pe Java Swing),
afișează într-o formul ă grafică semnalele ECG primite de la server. De asemenea, aplica ția
conține instrumente de m ăsurare a amplitudinilor și duratelor ce permit medicului s ă
efectueze analiza morfologic ă a semnalelor ECG.
Sistemul a fost realizat de firma Romsoft SRL din Ia și și realizat în 2002, prin finan țare în
PC5 al U.E.

Capitolul I: Telemonitorizarea

4
Sistemul TELMES reprezintă o platform ă multimedia pentru teleservicii medicale
complexe. S-a urm ărit dezvoltarea unui sistem securizat, destinat implement ării teleserviciilor
de consulta ție medical ă și telemonitorizare [Puscoci 2006] .
Proiectul a fost finalizat cu un model pilot pentru o re țea de centre region ale, la care sunt
conectate telecentre locale, având ca suport o platform ă multimedia, care permite
implementarea de teleservicii medicale complexe, în scopul cre șterii posibilit ăților de
acordare a asisten ței medicale pentru o categorie larg ă de pacien ți, mai ales a celor din zone
rurale sau izolate.
În concluzie, din analiza sistemelor de telemonitorizare prezentate, se pot trage
următoarele concluzii:
• majoritatea sistemelor monitorizeaz ă parametrii vitali de tipul: ritm cardiac, satura ție
de oxigen din sânge și presiune arterial ă, puține își propun monitorizarea ritmului
respirator sau a temperaturii corpului;
• unele din sistemele de telemonitorizare fo losesc pentru prelev area parametrilor
fiziologici o re țea de senzori și traductori, altele folosesc doar un singur dispozitiv;
• unele din sistemele de telemonitorizare prezenta te folosesc doar pent ru alarmare, altele
au intergra ți algoritmi evolua ți de procesare a semnalel or în vederea clasific ării
acestora;
• majoritatea sistemelor prezentate folosesc pentru transmisia parametrilor monitoriza ți
de la dispozitivele de prelevare la centr ul de telemonitorizare Internet-ul (prin
Ethernet, WiFi sau GSM/GPRS);
• nici unul din sistemele prezentate nu î și propune elaborarea unui diagnostic pentru
pacientul monitorizat.

1.3 Structura lucr ării

Lucrarea este structurat ă pe șase capitole, dup ă cum urmeaz ă:
În Capitolul I, intitulat „Telemonitorizarea”, sunt prezentate no țiuni generale de
telemonitorizare a parametrilor vitali, realizându-se și o analiză documentat ă a stadiului actual
al domeniului. De asemenea, se prezint ă soluții tehnice de sisteme integrate de
telemonitorizare pe plan interna țional și național.
Capitolul II, intitulat „Arhitecturi de sisteme îngl obate utilizate în telemonitorizare”,
descrie suportul hardware necesar realiz ării aplica țiilor de monitorizare. Sunt prezentate
structurile de baz ă folosite la achizi ția semnalelor biomedicale și calculul parametrilor vitali,
sunt descrise pe scurt câteva clase de sisteme înglobate și, în final, sunt prezentate o serie de
dispozitive cu care se realizeaz ă monitorizarea parametrilor vitali.
Capitolul III, intitulat „Re țele de senzori cu comunica ție radio”, prezint ă modalități de
realizare a comunica ției wireless și transmisie a semnalelor bi omedicale. Sunt descrise
standardele care stau la baza transm isiei radio, sunt prezentate solu ții tehnice pentru realizarea
comunica ției radio, și, în final, este prezentat un exemplu de re țea de senzori wireless pentru
telemonitorizarea temperaturii.
Capitolul IV, intitulat „Prelucrarea și analiza semnalelor ECG”, prezint ă metode
numerice de prelucrare a semnalelor ECG și extragerea parametrilor morfologici. Sunt
descrise metode de achizi ție și filtrare digital ă a semnalelor ECG, me tode de prelucrare a
semnalelor ECG în scopul detec ției complexelor QRS (depolarizare ventricular ă) și a undelor
T (repolarizare ventricular ă) și P (depolarizare atrial ă). Este prezentat ă o analiză comparativ ă
a algoritmilor de detec ție a complexelor QRS din punct de vedere a performan țelor acestora.
Sunt descri și în detaliu doi algoritmi de detec ție a complexelor QRS, din care unul opereaz ă
în timp real. În final sunt descrise dou ă metode de clasificare automat ă a semnalelor ECG din
literatură.

Capitolul I: Telemonitorizarea

5
Capitolul V, intitulat „Sisteme integrate de telemonitorizare“, prezint ă contribu ția
autorului la proiectarea și implementarea sistemelor integr ate de telemonitorizare. Sunt
prezentate dou ă sisteme de telemonitorizare a semn alului ECG, pentru care transmisia
acestuia se realizeaz ă prin intermediul undelor radio sau Internet, un si stem de comunicare cu
persoane cu handicap neuro-locomotor și un sistem de telemonitorizare a parametrilor vitali
(ECG, SpO2, presiune arterial ă, temperatur ă) bazat pe un sistem înglobat. În final, autorul a
propus, implementat și testat o arhitectur ă de sistem de telemonitorizare a parametrilor vitali
(ECG, SpO2, ritm respir ator, presiune arterial ă și temperatur ă) bazat pe senzori cu
comunica ție wireless.
Ultimul capitol al lucr ării, Capitolul VI , prezintă concluziile ce rezult ă în urma
cercetărilor efectuate, precum și direcțiile de cercetare viitoare.

1.4 Diseminarea rezultatelor

Diseminarea rezultatelor cercet ării se regăsesc în mare parte în cele 2 c ărți de specialitate
și 36 de lucr ări științifice astfel:
• 2 cărți de specialitate tip ărite la editura “Gr. T. Popa” Ia și (recunoscut ă CNCSIS);
• 2 lucrări cotate ISI (factor de impact 0.373) din care una este în curs de apari ție;
• 5 lucrări publicate în volumele unor conferin țe internaționale indexate ISI;
• 4 lucrări publicate în reviste de specialit ate categoria B+ (indexate BDI);
• 3 lucrări publicate în reviste de specialitate de circula ție națională;
• 16 lucrări publicate în volumele unor manifest ări științifice interna ționale recunoscute
din țară și străinătate;
• 4 lucrări publicate în volumele unor manifest ări științifice naționale;
• 2 lucrări prezentate la seminarii/expozi ții.
Cercetările efectuate ce au condus la elaborarea acestei lucr ări au fost finan țate din 4
contracte de cercetare, unul interna țional în PC5 (Program Cadru 5 al UE), unul na țional de
tip CEEX (Modulul I), unul na țional de tip CEEX (Modulul II) și unul na țional de tip
PNCDI II.
Lista detaliat ă a acestora este prezentat ă în secțiunea urm ătoare.

I. Cărți de specialitate publicate în edituri recunoscute
[Cb1] H. Costin, C. Rotariu , Electronica medical ă – o abordare practic ă – Vol. I, Editura
“Gr. T Popa” UMF Ia și, 2009 , ISBN 978-606-544-010-4
[Cb2] C. Rotariu , Sisteme de telemonitoriza re a parametrilor vitali , Editura “Gr. T Popa”
UMF Iași, 2009 , ISBN 978-606-544-011-1

II. Articole/studii publicate în rev iste de specialitate de circula ție interna țională
recunoscute
[Ri1] C. Rotariu , V. Manta and H. Costin , Patient Monitoring Usi ng a Low Power Wireless
Personal Area Network of Sensors , Buletinul Institutului Politehnic din Ia și, Tomul LVI
(LX), Fasc. 1, 2010, AUTOMATIC CONTRO L and COMPUTER SCIENCE Section,
pp. 73-87, 2010 , ISSN: 1220 – 2169 (cat. B+ indexare BDI)
[Ri2] C. Rotariu , H. Costin, D. Arot ăriței and B. Dionisie, A Wireless ECG Module for
Personal Area Network , Buletinul Institutului Politehnic din Ia și, Tome LIV (LVIII),
Fasc. 1, AUTOMATIC CONTROL and CO MPUTER SCIENCE Section, pp. 45-54,
2008 , ISSN 1220 – 2169 (cat. B+ indexare BDI)

Capitolul I: Telemonitorizarea

6
[Ri3] C. Rotariu , H. Costin, S. Puscoci, G. Andruseac and C. Costin, An Embedded Wireless
Module for Telemonitoring , Acta Electrotehnica, Vol. 48, Nr. 4, pp. 103-106, Technical
University of Cluj-Napoca, 2007 (cat. B+ indexare BDI)
[Ri4] H. Costin, C. Rotariu , et al., MEDCARE – sistem pentru telemonitorizare cardiologic ă
prin Internet , Revista Medico-Chirurgical ă, Iași, Vol. 107, No. 3, Supl. 1, pp. 528-533,
2003 (cat. B+ indexare BDI)

III. Articole/studii publicate în volumele unor manifest ări științifice
internaționale recunoscute din țară și străinătate
[Vi1] C. Rotariu , H. Costin, Ioana Alexa, Gladiola Andruseac, V. Manta, B. Mustata, E-
health System for Medical Tele surveillance of Chronic Patients , Proc. of Int.
Conference on Computers, Communicati ons & Control, ICCCC 2010, May 12-16,
2010 , Oradea, va aparea în Suppl. Issue – ICCCC 2010 (cotată ISI 0.373)
[Vi2] C. Rotariu , H. Costin, R. Ciobotariu, F. Adoc hiei, I. Amariutei, and Gladiola
Andruseac, TELEMON – An Embedded Wireless Monitoring and Alert System for
Homecare , MEDICON 2010, IFMBE Proceedings 29, pp. 875–878, 2010 , Porto Carras,
Greece, ISBN: 978-3-642-13038-0
[Vi3] H. Costin, C. Rotariu , et al., Real Time Telemonitoring of Medical Vital Signs , Recent
Advances in Biomedical Electronics and Biomedical Informatics, Proc. of the 2nd
WSEAS Int. Conf. on Biomed ical Electronics and Biomedical Informatics-BEBI'09,
Moscow, Russia August 20-22, pp. 127-135, 2009 ISBN: 978-960-474-110-6 (indexată
ISI)
[Vi4] H. Costin, C. Rotariu , et al., TELEMON – Complex System for Real Time Medical
Telemonitoring of Vital Signs , Advancements of Medi cal Bioengineering and
Informatics, Proc. of the International Conference on e-Health and Bioengineering –
EHB 2009, pp.17-23, 2009 , ISSN 2066-7590
[Vi5] I. Amariutei, C. Rotariu , H. Costin, et al., A Reliable Fall De tection Module for
Telemonitoring of Elderly People , Advancements of Medical Bioengineering and
Informatics, Proc. of the International Conference on e-Health and Bioengineering –
EHB 2009, pp.132-136, 2009 , ISSN 2066-7590
[Vi6] R. Ciubotaru, F. Adochiei, C. Rotariu , et al., A Low Power Wireless Breathing Module
for Personal Area Network , Advancements of Medical Bi oengineering and Informatics,
Proc. of the International Conference on e-Health and Bioengineering – EHB 2009,
pp.190-193, 2009 , ISSN 2066-7590
[Vi7] C. Rotariu , H. Costin, D. Arotarit ei, Gina. Constantinescu, A Low Power Wireless
Personal Area Network for Telemedicine , Proc. of the European Congress on
Biomedical Engineering, MBEC 2008, Antwerpen, Nov. 2008 , Vol. 22, pp. 982-985,
ISBN 978-3-540-89207-6
[Vi8] H. Costin, V. Cehan, C. Rotariu , et. al., Telemon – A Complex System for Real Time
Telemonitoring of Chronic Patients and Elderly People , Proc. of the European Congress
on Biomedical Engineering, MBEC 2008, Antwerpen, Nov. 2008 , Vol. 22, pp. 1002-
1005, ISBN 978-3-540-89207-6
[Vi9] H. Costin, C. Rotariu , et al., Complex Telemonitoring of Patients and Elderly People
for Telemedical and Homecare Services , in New Aspects of Biom edical Electronics and
Biomedical Informatics, Proc. of the Int. Conf. Biomedical Electr onics and Biomedical
Informatics-BEBI'08, Rodos Island, Greece, August 2008 , pp. 183-187, ISBN: 978-960-
6766-93-0 (indexată ISI)
[Vi10] C. Rotariu , H. Costin, V. Cehan and O. Morancea, A Communication System With
Severe Neuro – Locomotor Handicapped Persons , New Aspects of Biomedical
Electronics and Biomedical Informatics, Proc . of the Int. Conf. Biomedical Electronics

Capitolul I: Telemonitorizarea

7
and Biomedical Informatics-BE BI'08, Rodos Island, Greece, August 2008 , pp. 145-149,
ISBN: 978-960-6766-93-0 (indexată ISI)
[Vi11] H. Costin, V. Cehan, V. Felea, C. Rotariu , et al., Complex Telemonitoring of Patients
and Elderly People using Inte rnet and Mobile Technology , Proc. of CONTI’2008, the
8th International Conference on Technical Informatics, Vol.1, Editura Politehnica,
Timisoara, Romania, pp. 153-156, June 2008
[Vi12] C. Rotariu , H. Costin, Octavia Morancea, C. Costin, Real Time ECG Signal Analysis
Using Digital Filters and Domain Knowledge , Proceedings of ECIT2008 – 5th
European Conference on Intelligent System s and Technologies, Iasi, Romania, July
2008 , on CD
[Vi13] H. Costin, Octavia Morancea, V. Cehan, C. Rotariu , et al ., Telemon – Romanian
Experience for Real Time Telemonitori ng of Chronic Patients and Elderly People , Proc.
of p-Health 2008 – International Workshop on Wearab le, Micro and Nano Technologies
for the Personalised Health, Valencia, Spain, May 2008 , on CD
[Vi14] H. Costin, V. Cehan, V. Felea, Florina Ungureanu, C. Rotariu , et al., Telemon –
Integrated System for Real Time Tele monitoring of Patients and Elderly People , the
Ukrainean Journal of Telemedicine and Medical Telematics, vol. 6, No.1, pp. 71-75,
2008
[Vi15] C. Rotariu , R. Lupu, H. Costin, B. Dionisie, An Ultra Low Power Monitoring Device
for Telemedicine , Revista Medico-Chirurgicala, vol. 111, No. 2, Supplement 2 – Proc. of
EHB 2007 – Symposium on E-Hea lth and Bioengineering, Ia și, 2007, pp. 168-172
[Vi16] H. Costin H., V. Cehan, C. Rotariu et al, TELPROT – Communication System with
Persons Having a Major Neuro-Locomotor Handicap , Proc of. EHB 2007, –
Symposium on E-Health and Bi oengineering, pp. 67-70, Iasi, 2007
[Vi17] C. Rotariu , H. Costin, S. Puscoci, G. Andruseac, and C. Costin, An Internet
Embedded Monitoring Unit for Telemedicine Services , Proc. of EMMIT2007, Euro-
Mediterranean Medical Informatics and Telemedicine 3rd International Conference, pp.
176-180, 3-5 May, Mangalia, 2007
[Vi18] S. Puscoci, H. Costin, C. Rotariu , B. Dionisie, and F. Serbanescu, TELMES –
Regional Medical Telecentres , Proc. of XVII Int. C onference on Computer and
Information Science and Engineer ing, ENFORMATIKA 2006, pp. 243-246, Dec. 2006 ,
Cairo, Egipt, ISSN 1305-5313 (indexată ISI)
[Vi19] H. Costin, S. Puscoci, C. Rotariu , B. Dionisie, Roxana Ciofea, Telemonitoring System
for Telemedicine Services , in Integrating Biomedical In formation: from e-Cell to e-
Patient, IOS Press, Amsterdam, pp. 161-164, 2006
[Vi20] H. Costin, S. Puscoci, C. Rotariu , B. Dionisie, and M. Cimpoesu, A Multimedia
Telemonitoring Network for Healthcare , Proc. of XVII Int. Conference on Computer
and Information Science and Engin eering, ENFORMATIKA 2006, pp. 113-118, Dec.
2006 , Cairo, Egipt, ISSN 1305-5313 (indexată ISI)
[Vi21] H. Costin, C. Rotariu , B. Dionisie, R. Ciofea, S. Puscoci, Telemonitoring System for
Complex Telemedicine Services , Proc. of Int. Conference on Computers,
Communications & Control, ICCCC 2006, Suppl. Issue – ICCCC 2006, pp. 150-155,
June 1-3, 2006 , Oradea, ISSN 1841-9836 (cotată ISI 0.373)
[Vi22] H. Costin, C. Rotariu , Anca Lazar, MEDCARE – A telemedicine system for heart
monitoring using embedded t echnologies and Internet , Proc. of EMBEC´02, 2nd
European Medical & Biological E ngineering Conf., Vienna, pp. 1364-1365, 2002
[Vi23] H. Costin, C. Rotariu , Anca M. Laz ăr, Real-time ECG telemonitoring using Internet
connectivity , Proc. of INGIMED-2001 (The 2nd Int. Conf. on Biomedical Engineering),
Bucharest, pp. 71-77, 2001

Capitolul I: Telemonitorizarea

8
IV. Articole/studii publicate în reviste de specialitate de circula ție națională
recunoscute
[Rn1] C. Rotariu , H. Costin, Al. Bârleanu, Telemed-R: a real time ECG telemonitoring
system using radio waves , Craiova Medical ă Journal, Vol. 5, Suppl. 3, Craiova,
Romania, pp. 485 – 488, 2003 , ISSN:1454-6876
[Rn2] H. Costin, C. Rotariu , Al. Bârleanu, An embedded telemetry system for the web-
based ECG transmission , Craiova Medicala Journal, Vol. 5, Suppl. 3, Craiova,
Romania, pp. 489-492, 2003
[Rn3] H. Costin, Al. Bârleanu, C. Rotariu , Anca Laz ăr, MEDCARE – Sistem de
telemedicin ă bazat pe conectivitate Internet , RAM-Medica, Anul V, Nr. 4, pp. 5-6,
2003

V. Articole/studii publicate în volumele unor manifest ări științifice naționale
[Vn1] H. Costin, S. Puscoci, C. Rotariu , B. Dionisie, R. Ciofea, A Multimedia Network for
Complex Telemedicine Services , University of P itesti – Scientific Bulletin, pp. 6 – 12,
2006 , ISSN 1453-1119
[Vn2] C. Rotariu , H. Costin, Morphological Analysis of ECG Signal using Di gital Filters ,
University of Pitesti – Sc ientific Bulletin, pp. 6 – 12, 2006 , ISSN 1453-1119
[Vn3] H. Costin, C. Rotariu , Al. Bârleanu, Telemedicina în România – de la discu ții la
practică: MEDCARE – sistem de tele monitorizare cardiologic ă prin Internet , volumul
Conferinței Naționale “Managementul informa ției și informatizarea sistemului de
sănătate”, CJAS Ia și, Iași, pp. 202-207, 2004
[Vn4] C. Rotariu , H. Costin, Telemed-R, sistem de telem onitorizare ECG folosind unde
radio , volumul Conferin ței Naționale “Managementul informa ției și informatizarea
sistemului de s ănătate”, CJAS Ia și, Iași, pp. 208-212, sept. 2004

VI. Lucrări prezentate la diferite seminarii/expozi ții, inovații
[E1] H. Costin, C. Rotariu , Al. Bârleanu, MEDCARE – Sistem de Telemonitorizare
Cardiologic ă prin Internet , conferință invitată la Atelierul “MedIT – Progrese ale
Tehnologiei Informa ției și Comunica ției în Educa ția Medical ă”, U.M.F. Cluj-Napoca,
oct. 2004
[E2] H. Costin, S. Puscoci, C. Rotariu et al., TELMES – a Multimedia Network for Complex
Telemedicine Services in Romania , Proc. of TeleMed & eH ealth ’07/Journal of
Telemedicine and Telecare (JTT), The Roya l Society of Medicine of the United
Kingdom, London, Nov. 2007

VII. Proiecte de cercetare-dezvoltare pe baz ă de contract/grant (membru în
echipa de cercetare)
[P1] “MEDCARE – Internet for e-Health ”, sistem de telemedicin ă pentru achizi ția, transmisia
și analiza electrocardiogramei prin Internet (proiect finan țat în Programul Cadru 5 al
U.E., (www.euroines.com), INES 2001-32316, 2002-2003
[P2] “Sistem de comunicare cu persoane cu handicap neuro-locomotor major TELPROT ” ,
Grant Nr. 69 CEEX II-03/28.07.2006, subcontract 8758/03.08.2006, 2006-2008
[P3] “TELMES- Platforma multimedia pentru im plementarea teleserviciilor medicale
complexe ”, Grant Nr. 26/10.10.2005 tip CEEX I, subcontract 604/645/21.10.2005 cu
UMF Iasi, 2005-2007
[P4] “TELEMON – Sistem integrat de telemonitorizare în timp real a pacien ților și
persoanelor în vârst ă”, Contract tip PNCDI II, Nr. 11-067/18.09.2007 cu M.Ed.C.T. –
CNMP, 2007-2010

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

9
CAPITOLUL II

ARHITECTURI DE SISTEME ÎNGLOBATE PENTRU
TELEMONITORIZARE

2.1 Parametri vitali și semnale electrofiziologice

Literatura de specialitate [Stewart 2003] [Roberts 2004] [Boros 2007] [Varshney 2009 ]
propune spre monitorizare o serie de parametri fiziologici, alegere ce difer ă în funcție de
patologii, posibilit ăți tehnice și financiare. Dintre ace știa, vor fi men ționați cei considera ți
relevanți pentru afec țiunile frecvent telemonitorizate.

Termenul “ parametri vitali ” se refer ă la măsurarea ritmului cardiac, a frecven ței
respiratorii, a presiunii arteri ale, a temperaturii corpului și a satura ției oxigenului din sânge,
deoarece aceste m ărimi sunt vitale organismului uman [Yang 2008] . În afară de aceștia mai
sunt monitoriza ți și alții, care nu sunt considera ți vitali (de ex. concentra ția de glucoz ă din
sânge).
Ritmul cardiac (pulsul ) este un parametru fiziologic frecvent utilizat în telemonitorizare
deoarece permite o evaluare a st ării generale a pacientului, tulbur ările de ritm cardiac fiind
înregistrate prompt, iar varia țiile putând fi u șor diferen țiate între anormale/normale.
Parametrul a fost utilizat în studii și proiecte de cercet are, oferind indica ții asupra func ției
cardiovasculare.
Prelevarea pulsului se realizeaz ă automat cu dispozitive ce utilizeaz ă frecvent ca metod ă
de măsurare pletismografia fotoelectric ă la nivelul unei artere periferice.
Frecvența respiratorie este un alt parametru utilizat mai rar datorit ă dificultăților tehnice
de înregistrare.
Utilitatea m ăsurării frecven ței respiratorii este reprezentat ă de posibilitatea detect ării unor
disfuncții respiratorii sau a unor insuficien țe primare sau secunda re unei alte afec țiuni
(afecțiuni cardiace congenitale).
Presiunea arterial ă reprezint ă un parametru evaluat frecvent (pe cale non-invaziv ă)
deoarece se face cu u șurință și oferă date relevante asupra activit ății cardiace. Este un
parametru utilizat în multe sisteme de telemonitorizare, existând pe pia ță variate modele de
aparate utilizabile la domiciliu pent ru prelevarea presiunii arteriale.
O monitorizare continu ă a valorilor presiu nii arteriale ofer ă o acurate țe diagnostic ă net
superioară înregistr ărilor realizate ocazional, o dat ă cu internarea/controlul medical al
pacientului. Mai mult, aceast ă înregistrare permite diagnosticarea exact ă a tipului de
hipertensiune, titrarea medica ției antihipertensive și controlul hipotensiunii cu medica ție.
Temperatura corpului este frecvent m ăsurată de pacien ți la domiciliu, în special în cazul
unor stări febrile sau a unor st ări hipotermice. Cu toate acestea, ea este m ăsurată sporadic, iar
pacienții nu știu întotdeauna când este momentul ideal de a evalua acest parametru.
Monitorizarea temperaturii corelat ă cu simptomele asociate ajut ă medicul în stabilirea
corectă a diagnosticului.
Saturația oxigenului din sânge (SpO 2) reprezint ă un indicator global de oxigenare a
sângelui (cantitatea de oxigen legat ă de hemoglobin ă în sângele arterial), fiind utilizat în
monitorizarea cardiovascular ă și respiratorie, în timpul anesteziei și terapiei intensive, sau în
resuscitare.
Numeroase aparate comercializate realizeaz ă concomitent prelevarea SpO 2 și a pulsului.

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

10
Semnalele electrofiziologice sunt disponibile fie direct ca varia ție electric ă detectabil ă cu
electrozi (semnale electrofiz iologice), fie sub forma varia ției altei m ărimi neelectrice (semnale
fiziologice de alt ă natură), transformat ă în semnal electric cu ajutor ul unui traductor
(Figura 2.1.1).

Figura 2.1.1 – Sistem de instrumenta ție biomedical ă

Arhitectura general ă a unui sistem de instrumenta ție biomedical ă, ilustrat ă în
Figura 2.1.1, cuprinde: electrozi/tra ductoare, etaje de amplificare și filtrare a semnalelor
analogice, convertoare A/D și sistemul de prelucrare numeric ă (primară) a datelor.
În Tabelul 2.1.1 sunt sintetizate o serie dintre caracteristicile semnalel or electrofiziologice
prelevate des la intrarea sistemului instrumenta ției biomedicale.

Tabelul 2.1.1 – Caracteristici ale semn alelor electrofiziologice [Costin 2009b]

2.2 Amplificatoare de instrumenta ție

Măsurătorile de precizie care necesit ă amplificarea unor semnale de nivel foarte redus, în
prezența unor tensiuni de mod co mun mari, impun utilizarea unor amplificatoare de mare
performan ță.
Amplificatoarele de instrumenta ție sunt amplificatoare diferen țiale cu CMRR (factor de
rejecție a modului comun) de valori foarte mari, impedan ță de intrare mare și amplificarea

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

11
foarte precis ă, eventual reglabil ă în trepte. Configura ția lor este aceea și și poate fi realizat ă cu
componente discrete și AO sau circuite integrate specializate.
Parametrii lor garanteaz ă performan țe deosebite într-o gam ă mare de varia ție a amplific ării
A = 1÷1000, deriva termica de maxim 0.5 μV/˚C, CMRR = 100÷120dB, neliniaritate sub
0.01%.

2.3 Zgomote și artefacte

Orice semnal care afecteaz ă în mod nedorit un semnal util se nume ște zgomot .
Zgomotul este considerat d ăunător numai atunci când se suprapune și se compune
(interferă) cu semnale utile.
Funcție de originea fa ță de sistemul studiat, zgomotele se clasific ă în: zgomot extern și
zgomot intern.

Zgomotul extern are drept cauz ă interacțiunea, de natur ă electrică, magnetic ă sau
electromagnetic ă nedorită dintre un circuit (sau un element de circuit) și mediul exterior. O alt ă
sursă de zgomot extern o constituie etajele de alimentare a circuitelor electronice, precum și
legătura la mas ă. Efectul zgomotului extern poate fi mic șorat prin: ecranare electrostatic ă și
electromagnetic ă, plasarea corect ă în spațiu a diferitelor componente electronice și fire de
legătură, eliminarea buclelor de mas ă, filtrarea, decuplarea, gardarea sau utilizarea surselor de
alimentare cu zgomot redus.
Zgomotul intern este zgomotul produs în interiorul sistemului (circu itului). Poate fi
datorat componentelor interne sistemului (d e ex. zgomot termic, de alice, de lic ărire, de
avalanșă) sau func ționarii dispozitivelor active/circuitelor (de ex. la comuta ția circuitelor
digitale).

Indicatorul pentru calitatea semnalului în prezen ța zgomotului este raportul
semnal – zgomot (S/N) adică raportul dintre puterea semnalului util ( Ps) și puterea
zgomotului ( Pz) calculate sau m ăsurate în acela și moment și în acela și punct, al unui lan ț de
prelucrare de semnal.
Indicatorul S/N este definit conform rela ției:
zs
zs
zs
dB II
UU
PP
NSlg20 lg20 lg10 = == [dB] (2.3.1)
unde sUși sIsunt valorile efective (tensiune și curent) ale semn alului util, iar zUși zI
sunt valorile efective (tensiune și curent) ale zgomotului.
Dintre zgomotele externe pot fi men ționate urm ătoarele [Gligor 1988] [Strungaru 1982] :
• zgomotul de re țea – de frecven ță (50 Hz) și armonicile sale, uzual de amplitudine
aproximativ 50% din amplitudinea vârf la vârf a semnalului;
• semnale biomedicale de altă natură decât cel supus investig ării – de exemplu cum ar
fi în cazul semnalului ECG zgomotele provenite de la mu șchi (zgomot electromiografic, de
frecvență max. 10KHz) sau respira ție (de frecven ță joasă 0.15 – 0.3Hz);
• zgomotul de contact electrozi – țesut apare de obicei la întreruperea contactului dintre
electrozi și țesut. Fluctua țiile rapide ale poten țialului de electrod definesc zgomotul
electrodului , iar cele lente deriva .
• artefactele de mi șcare apar datorit ă modificării impedan ței electrod – țesut odată cu
mișcarea electrodului cauzat ă de mișcarea subiectului.
Dintre zgomotele interne pot fi men ționate urm ătoarele: zgomotul termic zgomotul de
licărire (flicker noise), zgomotul de alice și zgomotul de avalan șă.

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

12
2.4 Filtre active cu amplificatoare opera ționale

Filtrele active sunt circuite proiectate s ă atenueze/rejecteze selectiv anumite componente
spectrale ale unui semnal. Id eal un filtru ar trebui s ă transmită toate frecven țele utile, f ără
atenuare și defazaj, eliminând în acela și timp celelalte componente de frecven ță considerate
zgomote. În realitate îns ă este imposibil de ob ținut un astfel de filtru și se admite pân ă la urmă
compromisul dintre caracteristicile impuse de aplica ția dată și posibilit ățile de realizare.
Imperfecțiunile ce caracterizeaz ă un filtru activ sunt explicate prin faptul c ă atenuarea (în dB)
în banda de trecere nu este de fapt nul ă, iar tranzi ția între banda de trecere și banda de
atenuare nu se face brusc, ci lent [Dragu 1981] .
Realizarea filtrelor active cu amplificatoare opera ționale prezint ă avantajul unei bune
independen țe a caracteristicii de transfer de parametri elementelor active utilizate, respectiv
de variația acestora la modific ări ale mediului ambiant.

2.5 Sisteme înglobate utilizate în telemonitorizare

Un sistem înglobat (Embedded System) este un sistem pe baz ă de
microprocesor/microcontroler pentru a realiza anumite func ții particulare, adesea cu
constrângeri temporale (timp real).
Sistemele înglobate sunt întâlnite în majoritatea echipamentelor electrocasnice, în
echipamentele de telecomunica ție, în echipamente de conducere industriale, în industria auto
și cea medical ă.
Arhitectura tipic ă a unui sistem de telemonitorizare bazat pe un sistem înglobat este
prezentată în Figura 2.5.1.

Figura 2.5.1 – Schema bloc a unui sistem î nglobat pentru telemonitorizare

Aplicația care ruleaz ă pe un astfel de sistem achizi ționează semnalele de la pacient, le
transmite mai departe c ătre centrul de telemonitorizare, calculeaz ă parametrii specifici
monitoriz ării și alarmeaz ă centrul în cazul în care parametrii monitoriza ți depășesc anumite
limite.

2.6 Monitorizarea semnalelor ECG

Monitorizarea ambulatorie (24/48h) a semnalului ECG ofer ă medicului informa ții despre
funcționarea inimii pe durate de timp mai mari decât în cadrul unei consulta ții de rutin ă.
Astfel sunt surprinse toate situa țiile care apar în d ecursul unei zile.
Înregistrarea se face prin intermediul unor electrozi monta ți pe corpul pacientului
conectați la un dispozitiv de înregist rare (denumit Holter) prins la șold.

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

13
Utilitatea monitoriz ării acestui parametru const ă în diagnosticare, preven ție, evaluarea pe
termen lung (pentru afec țiuni care nu pot fi de pistate pe înregistr ări sporadice) sau în
stabilirea medica ției administrate unor pacien ți cu tulbur ări cardiace.
Din punct de vedere medical monitorizarea semnalelor ECG este recomandat ă:
• pentru diagnosticarea și evaluarea severit ății aritmiilor cardiace și a tulbur ărilor de
conducere care sunt intermitente și nu sunt surprinse în tim pul unei electrocardiograme
obișnuite;
• în cazul în care pacientul prezint ă simptome de palpita ții și pierderi de cuno ștință;
• pentru evaluarea eficien ței tratamentului antiaritmic;
• pentru diagnosticarea ischemiei silen țioase (care produce modific ări
electrocardiografice, dar nu este înso țită de durere).

2.6.1 Măsurarea vectorului cardiac

Electrocardiografia analizeaz ă variațiile în timp ale proiec țiilor vectorului cardiac în trei
plane ortogonale: frontal, transversal și sagital.
În plan frontal în ECG se folosesc culegeri ale semnalului pe trei direc ții care formeaz ă
un triunghi echilateral (t riunghiul lui Einthoven din Figura 2.6.1). Semnalele m ăsurate pot fi
bipolare (amplificatorul preia semnale pe ambele intr ări) sau unipolare .
Derivațiile bipolare (periferice) sunt notate cu DI, DII și III. Amplificatorul ECG
amplifică diferența semnalelor culese între mâna dreapt ă (RA – Right Arm, mâna stâng ă
(LA – Left Arm) și piciorul stâng (LL – Left Leg) astf el: DI = LA – RA, DII = LL – RA,
DIII = LL – LA.
Derivațiile unipolare sunt notate cu VR, VL și VF și reprezint ă variațiile în timp ale
potențialelor mâinilor dreapta, stânga și piciorului stâng fa ță de un poten țial de referin ță.
Electrodul pozitiv (+) este unul din cei trei electrozi periferi ci, iar electrodul de referin ță (–)
rezultă prin însumarea poten țialelor celorlal ți doi (metoda Goldberger).
Măsurările amplificate ( aVR, aVL și aVF) au amplitudini cu 50% mai mari decât cele
normale și consider ă ca referin ță media poten țialelor celorlalte dou ă extremități.
Relațiile între culegerile bipolare și cele unipolare amplificate sunt [Costin 2000] :
2,2,2IIIIIaVFIIIIaVLIIIaVR+=−=+−= (2.6.1)
În plan transversal sunt standardizate deriva țiile precordiale V1 – V6 (Figura 2.6.1.b).
Acestea sunt tot unipolare, electrodul expl orator fiind plasat pe torace, în spa țiile intercostale,
iar potențialul de referin ță (Wilson) este cel mediu al mâinilor dreapta, stânga și al piciorului
stâng.
Proiecțiile în planul sagital nu se folosesc în monito rizare. Ele sunt unipolare și implică
introducerea electrodului cald prin cateterism în esofag, ceea ce constituie o metoda invaziv ă
și neplăcută.

a ) b )
Figura 2.6.1 – a) Triunghiul lui Einthoven b) Deriva ții ECG în plan frontal și transversal

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

14
2.6.2 Dispozitiv de monitorizare a ECG

Dispozitivele de monitorizare a ECG folosesc pentru achizi ție două, trei sau toate
douăsprezece deriva ții ale ECG.

Figura 2.6.2 – Schema bloc a dispozitivul ui de monitorizare a ECG

Dispozitivul de monitorizare prezentat sub forma schemei bloc din Figura 2.6.2 reprezint ă
un dispozitiv de achizi ție și stocare a ECG pentru nou ă derivații (derivațiile bipolare DI, DII
și DIII și derivațiile precordiale V1 – V6). Cele trei deriva ții unipolare amplificate aVR, aVL
și aVF nu sunt achizi ționate, ele putând fi calculate cu rela țiile 2.6.1.
Dispozitivul de monitorizare înregistreaz ă semnalele ECG timp de 24/48 de ore pe un
suport nevolatil de tip Multimedia Card (MMC). Dup ă efectuarea înregistr ării, acesta este
scos, introdus într-un calculator de tip PC, iar datele sunt desc ărcate și prelucrate. Prelucrarea
datelor const ă de obicei în analiza automat ă a ECG pe toate deriva țiile și identificarea unor
tipuri de aritmii cardiace.

2.7 Monitorizarea satura ției de O 2

Monitorul de SpO 2 (pulsoximetru) m ăsoară neinvaziv concentra ția de O2 din sânge ( O2 în
sânge este legat de hemoglobin ă și numai o mic ă parte este dizolvat în plasm ă). Principiul de
funcționare al pulsoximetrului se bazeaz ă pe spectrofotometrie de absorb ție (legea Beer-
Lambert), m ăsurând modific ările de absorb ție a luminii de c ătre două forme de hemoglobin ă
(2 HbO – oxihemoglobina și Hb – hemoglobina redus ă).
Pulsoximetrul utilizează două surse de lumin ă: o sursă în spectrul infraro șu (IR – 910nm)
și o sursă în spectrul vizibil – ro șu (R – 660nm) și un fotoreceptor (diod ă PIN). Sursele de
lumină și fotoreceptorul (senzorul optic) sunt monta ți într-un cuplu ce se ata șează la pulpa
degetului sau lobul urechii. Cum absorb ția de fond a radia ției de către sângele venos, țesutul
subcutanat și piele sunt practic constante, si ngura variabila este cantitatea de Hb (unda
pulsatilă) din patul vascular [Chan 2005] .

Figura 2.7.1 – Absorbția luminii Figura 2.7.2 – Schema bloc a
de către cele dou ă forme de Hb pulsoximetrului cu microcontroler

Repetoare RA LA
LL
V1
V6

Selector
derivații
Amplificator
și filtre

MCU

MMC
Card

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

15
Măsurarea satura ției de oxigen se face în vârful undei pulsatile pe ntru a izola semnalul
arterial [Kästle 1997] .
[]
[] [ ] Hb HbOHbOSpO+=
22
2 [%] (2.7.1)
Pentru eliminarea efectelor produse de sângele venos sau alte țesuturi, sunt m ăsurate
diferențele de absorb ție date de pulsul arterial rapor tate cele doua surse de lumin ă utilizate
după formula:
()
()
IR IRR R
DC ACDC AC
I II IR/ log/ log= , (2.7.2)
unde ACI și DCI reprezint ă componenta alternativ ă, respectiv componenta continu ă (de R și
IR) a intensit ății semnalului m ăsurat la nivelul fotoreceptorului.
În practic ă, relația dintre SpO 2 și R nu este perfect liniar ă. De aceea, pentru determinarea
corectă a SpO 2, pulsoximetrul utilizeaz ă o tabelă de conversie (stocat ă în memoria EEPROM
a microcontrolerului).
Microcontrolerul cu care este realizat pulsoxi metrul (MSP430F1612 – Figura 2.7.2)
prelucreaz ă intensitățile luminoase recep ționate și exprimă saturația de oxigen din sânge în
procente.

2.8 Monitorizarea presiunii arteriale

Presiunea arterial ă (PA) reprezint ă un parametru evaluat frecvent, cu u șurință și care
oferă date relevante asupra activit ății cardiace. O monitorizare continu ă a valorilor presiunii
arteriale ofer ă o acurate țe diagnostic ă net superioar ă înregistrărilor realizate oc azional, o dat ă
cu internarea/controlul medical al pacientului.
Mărimile ce caracterizeaz ă presiunea arterial ă sunt:
• PA sistolic ă (sPA) – reprezint ă valoarea maxim ă a presiunii în cursul unui ciclu
cardiac, corespunzând sistolei ventriculare;
• PA diastolic ă (dPA) – reprezint ă valoarea minim ă în cadrul unui ciclu cardiac,
corespunzând diastolei ventriculare;
• PA efectiv ă (mPA) – reprezint ă presiunea medie pentru care s-ar realiza acela și debit
circulator dac ă curgerea sângelui ar fi continu ă și nu pulsatil ă. Presiunea efectiv ă poate fi
aproximat ă cu relația [Klabunde 2007] :
()d s d m PA PA PA PA −+=31 ( 2 . 8 . 1 )

2.8.1 Măsurarea presiunii arteriale

Aplicația clinică de cel mai mare succes pentru m ăsurarea indirect ă a presiunii sângelui
este tehnica man șetei de obturare. Aceast ă tehnică a fost folosit ă ca metod ă convențională de
ascultare și a fost de asemenea aplicat ă la sisteme de înregistrare automat ă a presiunii
sângelui. Presiunea arterial ă instantanee poate fi și ea măsurată cu o man șetă cu sistem de
acționare cu autocontrol al presiunii.
Metoda oscilometric ă este o metod ă indirectă de măsurare a presiunii arteriale medii
bazată pe principiul conform c ăruia oscila ția presiunii în man șeta obturatoare datorat ă
pulsației volumului arterial are o amplitudine maxim ă atunci când presiunea man șetei este
apropiată de presiunea arterial ă medie. M ăsurarea presiunii sângelui prin metoda
oscilometric ă are unele avantaje notabile: oscila ția poate fi detectat ă prin varia ția presiunii în

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

16
manșetă; amplitudinea maxim ă a oscilației poate fi determinat ă obiectiv și ușor, deoarece de
obicei se detecteaz ă un maxim ascu țit al amplitudinii; metoda detect ării amplitudinii maxime
poate fi automatizat ă, astfel încât metoda oscilometric ă devine mult mai convenabil ă decât
metoda auditiv ă în cazul monitoriz ării presiunii arteriale.

2.8.2 Dispozitiv de monito rizare a presiunii arteriale

În Figura 2.8.1 se prezint ă schema bloc a unui dispozitiv pentru monitorizarea presiunii
arteriale .

Figura 2.8.1 – Schema bloc a dispozit ivului pentru monitorizarea presiunii arteriale
Acesta este construit folo sind un microcontroler de 8 bi ți (PIC 16F876) care comand ă
componentele externe (pompa electric ă de aer, electrovalva și afișorul cu cristale lichide). De
asemenea, microcontrolerul prime ște informa ții despre presiunea din man șetă de la senzorul
de presiune prin intermediul convertor ului A/D integrat în microcontroler.

Figura 2.8.2 Diagrama de st ări a dispozitivului de monitorizare a presiunii arteriale

Diagrama de st ări după care func ționează dispozitivul de monitorizare a presiunii
arteriale con ține 7 stări (Figura 2.8.2).

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

17
2.9 Monitorizarea temperaturii

Instrumentul folosit la m ăsurarea temperaturii este termometrul . Uzual se folosesc
termometre cu mercur, îns ă acestea sunt înlocuite treptat cu termometrele electronice.
Termometrele electronice prezint ă avantajul unei m ăsurări mai rapide a temperaturii și un risc
redus pentru pacient (fa ță de cele cu mercur care se pot sparge).
Pentru un termometru electroni c, traductorul de temperatur ă poate o termorezisten ță
metalică, un dispozitiv semiconductor, un termocuplu sau termistor. Se pot utiliza și
traductoare integrate pentru m ăsurarea temperaturii, deoarece sunt u șor de interfa țat cu
circuitele din sistemul de m ăsură, au un nivel mare al semnalului de ie șire și garanteaz ă
precizia m ăsurătorii pentru toat ă gama de temperatur ă specificat ă în foaia de catalog.
Termistorul este un dispozitiv semiconductor realizat din amestecuri si nterizate de oxizi
ai metalelor de tranzi ție ca manganul, cobaltul, nichelul, fierul, cuprul. Spre deosebire de
metale la care rezisten ța electric ă crește cu temperatura, la termistori rezisten ța scade cu
creșterea temperaturii lor dup ă formula:
⎟⎟
⎠⎞
⎜⎜
⎝⎛− =
0011expTTB R RT , ( 2 . 9 . 1 )
undeTRreprezintă rezistența termistorului la temperatura absolut ă T,0Rreprezintă rezistența
termistorului la temperatura absolut ă de referin ță 0Tiar B este o constant ă caracteristic ă
termistorului.
Schema electric ă a unui traductor temperatur ă/tensiune este prezentat ă în Figura 2.9.1.
Elementul sensibil la temperatur ă este o diod ă cu siliciu de tip 1N4148, pentru care
dependen ța curentului I de tensiunea de polarizare U a diodei este de forma [Popa 2006] :
⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛≅⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛− =KTqUIKTqUII exp 1 exp0 0 , (2.9.2)
unde 0Ireprezintă curentul rezidual la satura ție,q reprezint ă sarcina electronului, K reprezint ă
constanta lui Boltzmann, iar T reprezint ă temperatura absolut ă.
Dacă se menține constant curentul I, rezultă că tensiunea U depinde de temperatur ă după
relația:
⎟⎟
⎠⎞
⎜⎜
⎝⎛=
0lnII
qKTU ( 2 . 9 . 3 )
Sensibilitatea diodei utilizate la m ăsurarea temperaturii este de aproximativ –2mV/°C.

Figura 2.9.1 – Schema electric ă a traductorului de temperatur ă

Traductoarele integrate au un interval de m ăsurare a temperaturii cuprins de obicei între –
50°C…+150°C. Exist ă traductoare integrate de temperatur ă cu ieșire în curent sau tensiune.
Circuitul AD590 (Analog Devices) face parte din prima categorie, este un circuit integrat
monolitic cu 2 terminale ce furnizeaz ă la ieșire un curent continuu propor țional cu
temperatura absolut ă de 1μA/K și funcționează în intervalul de temperatur ă –55°C…+150°C.

Capitolul II: Arhitecturi de sistem e înglobate pentru telemonitorizare

18
Pentru acest interval de temperatur ă eroarea de liniaritate este de maxim ±0.3 °C, eroarea
maximă la capetele intervalului este de ±2 °C putând fi mic șorată prin circuite de corec ție
externe.
Un alt traductor integrat, cu ie șire digital ă, este circuitul TMP100 (Texas Instruments).
Circuitul TMP100 permite m ăsurarea temperaturii cu o precizie de ±2°C pentru intervalul
−25…+85°C. Rezolu ția de măsurare a temperaturii este de 0.0625°C folosind convertorul
A/D integrat de 12 bi ți. Poate fi alimentat cu o tensiune cuprins ă între 2.7V și 5.5V și
consumă un curent de 45 μA. Circuitul poate fi direct interfa țat cu un sistem cu microcontroler
prin intermediul ie șirii digitale, compatibile cu standardul I2C.

2.10 Monitorizarea respira ției

Aparatul respirator realizeaz ă schimbul de gaze între organism și mediu, asigurând aportul
de oxigen și evacuarea CO 2 toxic. De și respirația nu este generatoare de semnal bioelectric,
măsurarea, monitorizarea și terapia sistemului respirator cu mijloace electronice au o
importanță deosebită pentru asistarea acestui sistem func țional vital.
Monitorizarea pe termen lung a respira ției este foarte important ă pentru un num ăr de mare
de situații care necesit ă analiza ritmului circadian, incluzând tulbur ările respiratorii din timpul
somnului, hipertensiune , cardiopatie ischemic ă, maladii ale inimii, insuficien ță cardiacă sau în
activități sportive.
Clasic, traductorii de respira ție includ senzori ata șați corpului uman. De exemplu, o
metodă des întâlnit ă folosește două benzi elastice cu senzori ata șați, care se plaseaz ă în jurul
toracelui și abdomenului pentru a monitoriza mi șcarea acestora. Mi șcările diferite ale
toracelui și abdomenului ofer ă informații asupra efortului depus în respira ție. Deși această
metodă este acceptat ă pentru perioade scurte de tim p, nu se poate pune problema utiliz ării
acesteia pe termen lung asupra pacien ților în timpul somnului. Alternativele acestei metode ar
putea fi microundele, impedan ța electric ă, senzori de presiune sau m ărci sensibile
electrostatic.
Ca traductoare pentru m ăsurarea frecven ței respiratorii pot fi folosite m ărci tensometrice.
Acestea produc un semnal de tensiune variabil ă care ofer ă informații privitoare la existenta și
ritmul respirator [Costin 2000] .
Un condensator plan cu o armatur ă mobilă poate constitui, de asemenea un traductor de
respirație. Capacitatea sa este data de formula: C = 0,089 εrA/d [pF]. Cum deplas ările
armaturii mobile, Δx, sunt foarte mici, formula de mai sus devine: C = C 0 + (C 0/d) Δx, ceea ce
reprezintă o relație aproximativ liniar ă între C și deplasare.
În ultimii ani se utilizeaz ă tot mai des ca traductori de respira ție termistorii. Ace știa sunt
plasați în fluxul respirator al pacientului. Modific ările rezisten ței termistorului au loc ca
urmare a diferen ței de temperatura între aerul inspirat și cel expirat.
Măsurarea frecven ței respiratorii poate fi realizat ă de pacient dup ă un instructaj prealabil.
Aceasta este o metod ă simplă, eficientă, care poate fi aplicat ă de majoritatea persoanelor
incluse în programul de telemonitorizare.

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

19
CAPITOLUL III

REȚELE DE SENZORI CU COMUNICA ȚIE RADIO

3.1 Introducere

Rețelele de senzori cu comunica ție radio (fără fir) au cunoscut în ultima perioad ă o
dezvoltare semnificativ ă fiind considerate una dintre cele mai importante tehnologii ale
secolului XXI. Aceasta se datoreaz ă în primul rând faptului c ă, prin modul de transmisie
(undele radio) a datelor, se elimin ă complet cablurile de leg ătură.
Conectivitatea radio furnizeaz ă infrastructura și suportul mobil pentru monitorizarea în
timp real și peste tot a pacientului precum și sistemul de urm ărire pentru r ăspuns în caz de
alarmă (urgență).

3.2 Standarde de comunica ție pentru transmisii radio

Rețelele de senzori cu comunica ție radio func ționează în benzi de frecven țe pentru care nu
este necesar ă licență. Dintre benzile 433MHz, 868MHz sau 2.45GHz (frecven țele mai mari nu
sunt potrivite deoarece echipamentele sunt mai scumpe iar propagarea undelor radio pune
probleme), banda 433MHz este supraaglomerat ă (toate sistemele de deschidere automat ă a
ușilor, multe sisteme de alarm ă și altele lucreaz ă în aceast ă bandă), se utilizeaz ă uzual benzile
de 868/915MHz și 2.45GHz.

Standardele de comunica ție (Tabelul 3.2.1) pent ru implementarea re țelelor de senzori
sunt elaborate func ție de rata de transfer, distan ța maximă de acoperire, nive lul de securitate,
imunitatea la perturba ții și costul implement ării. Cele mai utilizate standarde sunt IEEE
802.11b/g (WiFi), IEEE 802.15.1 (Bluetooth), I EEE 802.15.4 (ZigBee). Ele caracterizeaz ă
echipamente de tip SRD (Short Range Devices) cu putere de emisie foarte mic ă (max. 1mW),
cu rază de acțiune mică (de ordinul metr ilor), capabile s ă primeasc ă la intrare semnale digitale
și să le transmit ă către centrul de control al re țelei.
Tabelul 3.2.1 – Caracterizarea standardelor de comunica ție radio
Standard 802.15.4 GSM/GPRS 802.11b/g 802.15.1
Aplicații Monitorizare
Control Transmisie date
și voce Web, Email Transfer date
Resurse sistem 4 – 32KB 16MB min. 1MB min. 250KB
Distanța transmisie 1 – 100m 1000m min. 1 – 100m 1 – 10m
Durata de via ță a bateriilor 1 – 100 zile 1 – 7 zile 0.5 – 5 zile 1 – 7 zile
Viteza maxim ă de transfer 20 – 250Kbit/s 64 – 128Kbit/s 11Mbit/s min. 720Kbit/s

Rețelele radio personale WPAN (Wireless Personal Area Networks) bazate pe standardul
IEEE802.15 asigur ă conectivitate radio pe arii reduse; raza de ac țiune a emi țătoarelor este
redusă, în general pân ă la aproximativ 300m în aer liber. WPAN cu raz ă de acțiune redus ă
(SR_WPAN – Short Range WPAN) pot fi utilizate în aplica ții medicale pentru conectarea
unor senzori pentru telemetrie , înlocuind cablurile de leg ătură.
Standarde IEEE pentru WPAN s–au dezvoltat în grupul 802.15.1/3/4.

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

20
Standardul IEEE802.15.1 (Bluetooth)

Standardul Bluetooth definește un set de specifica ții pentru o re țea personal ă Ad-hoc.
Conform prescrip țiilor, se pot interconecta pân ă la 8 noduri active Bluetooth la un moment dat
(1 dispozitiv master și 7 dispozitive slave) pentru a forma o re țea cu raz ă de acțiune mică
numită “piconet”. Transmisia ra dio Bluetooth se efectueaz ă prin intermediul protocolului cu
salt de frecven ță (FHSS) prin care se asigur ă rate de transfer de pân ă la 1Mbit/s. În banda de
frecvență disponibil ă există 79 de canale (cu l ățimea de 1 MHz) între care se fac 1600 salturi
pe secund ă. Rate de transfer de pân ă la 3Mbit/s se pot atinge dac ă se utilizeaz ă standardul
Bluetooth versiunea 2.0 (IEEE 802.15.1–2004).

Figura 3.2.1 –Standardul IEEE802.15.1 (Clase de putere)

Standardul IEEE802.15.4 (LRWPAN)

Standardul IEEE 802.15.4 , cunoscut și sub numele LRWPAN (Low Rate Wireless
Personal Area Network), este destinat di spozitivelor de complexitate redus ă, cu consum redus
de energie, pentru care durata de via ță a bateriilor este esen țială.
Standardul define ște specifica țiile doar pentru nivelul fizic PHY (Physical Layer) și
subnivelul MAC (Media Access Control) din cadrul nivelului DLL (Data Link Layer),
nivelele superioare fiind implementate în cadrul aplica țiilor specifice (Figura 3.2.2). Un
exemplu de implementare a nivelelor superioare (re țea până la aplica ție) se reg ăsesc în
standardul cunoscut sub denumirea ZigBee.
Standardul ZigBee definește specifica țiile pentru nivelele re țea, securitate și aplicație și
adoptă nivelele PHY și MAC din cadrul standardului IEEE 802.15.4.

Figura 3.2.2 – Structura pe nivele a standardului IEEE 802.15.4 [IEEE802.15.4 2006]

Nivelul PHY (fizic) con ține circuitul de radio frecven ță împreună cu mecanismul s ău de
control. Nivelul MAC asigur ă accesul c ătre canalul de comunica ție a tuturor tipurilor de
transfer. Nivelul re țea NWL (Network Layer) este r ăspunzător de configurarea și utilizarea
rețelei, rutarea mesajelor etc., iar nivelele superioare (Upper Layers) asigur ă funcția cerută a fi

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

21
îndeplinit ă de dispozitiv. Accesul la MAC se realizeaz ă prin intermediul unui controler logic
al legăturilor (Logical Link Control – LLC) si milar cu cel din standardul IEEE 802.2.
Nivelul PHY furnizeaz ă două servicii: un serviciu care precizeaz ă modul de gestiune al
datelor, ce permite transmisia și recepția pachetelor de date al e nivelului PHY (PPDU – PHY
Protocol Data Unit) prin intermediul canalul radio și un serviciu de management interfa țat cu
modulul PLME – SAP (Physical Layer Management Entity – Service Access Point).
În cadrul nivelului PHY se specific ă modul de activare/dezactiv are al transceiverului
radio, detec ția energiei prin mediu (Energy Detection – ED), indicarea calit ății legăturii prin
canalul radio (Link Quality Indication – LQI), selec ția canalelor de comunica ție sau ștergerea
valorii canalului (Clear Channel Assessment – CCA) [IEEE802.15.4 2006] .
Funcție de frecven ța radio utilizat ă se poate bene ficia de o rat ă de transfer mai mare
(250Kbit/s la frecven ța de 2.4GHz), datorit ă unei scheme cu un grad de modula ție digitală
mai complex ă, de capacit ăți de trecere mai mari și de laten țe mai mici. Pentru frecven țe mai
mici (< 1GHz) se poate beneficia de viteze de transfer reduse (20/40 Kbit/s), dar cu avantajul
unei arii de acoperire mai mari.

Tabel 3.2.2 – Spectrul de frecven țe și viteza de comunica ție [IEEE802.15.4 2006]
Parametrii de propagare Parametrii de Date PHY
(MHz) Banda de
frecvență
(MHz) Rată chip
(Kchip/s) Modulație Rat ă biți
(Kbit/s) Rată Simboluri
(Ksimbol/s) Simboluri
868–868.6 300 BPSK 20 20 Binar 868/915
902–928 600 BPSK 40 40 Binar
2450 2400–2483.5 2000 O–QPSK 250 62.5 Ortogonal 16

În banda de 2.4GHz se pot selecta un num ăr de până la 16 canale cu posibilitatea de
relocare în cadrul spectrului. Prin standard este permis ă scanarea listei de canale, selectarea
dinamică a unui canal în scopul detec ției beacon–urilor, identificarea calit ății legăturilor și
comutarea canalelor. Pentru frecven țe în banda de 915MHz se pot selecta 10 canale, iar
pentru frecven ța 868MHz este disponibil un singur canal de comunica ție (Figura 3.2.3).

Figura 3.2.3 – Canale radio utilizate de nivelul PHY [Sinem 2004]

Funcția de detec ție și măsurare a energiei la receptor ED (Energy Detection) este util ă
nivelului re țea (NWL) în algoritmul de selec ție a canalului. Valoarea ob ținută reprezint ă o
estimare a energiei semnalului recep ționat pentru canalul respect iv. Aceasta este exprimat ă
sub forma unui num ăr întreg pe 8 bi ți (0x00 – 0xFF). Valoarea minim ă pe care o poate avea
ED este 0, indicând detec ția unei valori cu cel mult 10dB mai mare decât sensibilitatea
stabilită pentru receptor.
Funcția de indicare a calit ății legăturii (Link Quality Indi cation – LQI) este util ă nivelelor
superioare (NWL sau Aplica ție) și caracterizeaz ă calitatea unui pachet recep ționat. Func ția

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

22
poate fi implementat ă folosind ED, estimând raportul S/N sau o combina ție a acestora.
Calitatea leg ăturii este exprimat ă ca o valoare între 0x00 (calitate sc ăzută) și 0xFF (calitate
ridicată)

Nivelul MAC oferă două servicii: un serviciu de gesti onare al pachetelor de date și un
serviciu de management al MAC. Serviciul gestionare al pachetelor de date permite
transmisia și recepția datelor la nivel MAC (MPDU – MAC Protocol Data Unit) prin
intermediul serviciului de date al stratului fizic. Facilit ățile oferite de substratul MAC sunt:
managementul cadrelor beacon, managementul GTS (Guaranteed Time Slot ), accesul la canal,
validarea cadrelor, transmiterea cadrelor de confirmare. De asemenea se ofer ă servicii pentru
implementarea mecanismelor de securitate.
Mai multe dispozitive LRWPAN conectate împreun ă formează o rețea în care pot exista
trei tipuri de dispozitive sau noduri (Figura 3.2.4). În cadrul standardului sunt definite
următoarele tipuri de dispozitive:
• Reduced Function Device (RFD) reprezint ă un dispozitiv cu func ții reduse, doar
transmite sau recep ționează date, func ționând cu o implementare minim ă a protocolului și nu
poate comunica decât cu unul de tip FFD;
• Full Function Device (FFD) reprezint ă un dispozitiv care suport ă aceleași funcții ca și
RFD, dar ofer ă suplimentar posibilitatea de rutare a pachetelor și este capabil s ă opereze ca și
coordonator (PAN);
• Coordonator (PAN) reprezint ă un dispozitiv care are rolu l de coordonator al întregii
rețele. O rețea IEEE 802.15.4 are un singur as tfel de dispozitiv.
Funcție de aplica ție, dispozitivele LRWPAN pot fi configurate s ă lucreze utilizând
topologia stea
sau punct la punct (peer-to-peer).

a) Topologia stea b) Topologia punct la punct

Figura 3.2.4 – Topologii de re țea IEEE 802.15.4 [IEEE802.15.4 2006]

3.3 Rețea de senzori bazat ă pe modulul eZ430 – RF2500

Modulul eZ430 – RF2500 este un sistem de dezvoltare ce con ține componente pentru
realizarea unei re țele de senzori ce transfer ă date folosind unde radio pe frecven ța de 2.4GHz
[SLAU227] . Modulul eZ430 – RF2500 (Figur a 3.3.1) este compus din:
• o unitate conectabil ă la un calculator PC prin interfa ța USB (AP – Access Point);
• un nod de re țea (ED – End Device) .

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

23

a ) b )
Figura 3.3.1 – Modulul eZ430 – RF2500 a) Ac cess Point b) End Device [SLAU227]

Ambele unit ăți au în componen ță procesorul MSP430F2274 (Texas Instruments) și un
circuit de comunica ție radio de tipul Chipcon CC2500.
Principalele caracteristici tehnice ale sistemului de dezvoltare sunt:
• facilități de programare și depanare prin interfa ța USB;
• 21 de pini programabili;
• procesor cu consum de curent extrem de mic care lucreaz ă la 16MHz;
• 2 LED–uri de semnalizare vizual ă (galben și roșu);
• buton de întrerupere;
Microprocesorul poate fi progr amat/reprogramat folosind mediul de dezvoltare IAR
Embedded Workbench Integrated Developmen t Environment (IDE) sau Code Composer
Essentials (CCE) [Morales 2007] .

3.3.1 Microproces orul MSP430F2274

Acesta face parte din familia de microprocesoare MSP430 [TI MSP430] . Memoria de tip
ROM disponibil ă pe chip în varianta EEPROM are di mensiunea de 32Kb, iar memoria de tip
RAM dimensiunea de 1Kb.
Caracteristicile sale importante sunt:
• tensiune de alimentare redus ă: 1.8 – 3V;
• unitate central ă (CPU) de 16 bi ți de tip RISC;
• 27 de instruc țiuni de baz ă și 7 moduri de adresare;
• 16 registre de lucru, eliminând limit ările unei arhitecturi orientate pe acumulator;
• sistem de întreruperi vectorizat (cu ve ctori de întrerupere la adrese fixe);
• viteza maxim ă de lucru de 8MIPS (cu consumul propriu dependent de vitez ă:
250µA/MIPS);
• memoria de tip EEPROM este programabil ă în sistem (ISP);
• conține integrate convertoare A/D pe 10bi ți cu frecven ța maximă de eșantionare de
200KHz.

3.3.2 Transceiverul RF CC2500

Bazat pe tehnologia brevetat ă SmartRF , CC2500 ofer ă cea mai bun ă combina ție între
parametrii precum flexibilitate, pre ț redus și grad ridicat de integrar e. Consumul foarte redus
de putere, tensiunea sc ăzută de alimentare și numărul foarte mic de componente externe
recomand ă aceste circuite ca fiind cele mai potrivite pentru proiectarea de dispozitive cu
performan țe excelente la un cost sc ăzut, de dimensiuni fizice reduse și alimentate cu baterii.
Durata de func ționare pe baterii este extins ă printr-un sistem de management al puterii

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

24
consumate cu diferite regimuri de powersave. O varietate de func ții hardware puternice
integrate reduc semnificativ func țiile pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă procesorul extern.
Circuitele din seria CC2500 includ buffere de date FIFO interne pentru transmisia de date,
interfață serială simplificat ă pe patru fire pentru configura ție și comunica ție de date și suport
hardware configurabil.
Circuitul CC2500 este un circuit integr at proiectat special pentru aplica ții RF de consum
redus. Domeniul de tensiune de al imentare a cipului (de la 1.8V pân ă la 3.6V) și consumul
redus de putere, permit proiectar ea la dimensiuni reduse a dispozit ivelor radio alimentate de la
baterii oferind în acela și timp o via ță lungă bateriei. Func ționează în banda ISM (Industrial,
Scientific and Medical) cu frecven țe în intervalul 2400 – 2483.5MHz. Circuitul folose ște rate
de transfer în intervalul 1.2 – 500Kbit/s și consumă un curent între 11.1 – 21mA în emisie și
între 15.3 – 19.6mA în recep ție.

Figura 3.3.2 – Schema bloc a transceiverului CC2500 [TI CC2500]

Semnalul de radiofrecven ță recepționat este amplificat de circuitul amplificator cu zgomot
redus (LNA) și este convertit la frecven ța intermediar ă IF (Figura 3.3.2). Semnalele în
cuadratur ă I/Q sunt transformate în semnale digitale de convertoarele anal og – digitale (A/D).
Filtrarea, demodularea, sincronizarea pachetelor are loc digital.
Partea de transmisie a circuitului CC2500 se bazeaz ă pe sintetizarea direct ă a frecven ței
semnalului. Sintetizatorul con ține un oscilator local și un schimb ător de faz ă de 90 de grade
pentru generarea semnalelor I și Q.
Un cristal este conectat între pinii XOSC_Q1 și XOSC_Q2. furnizeaz ă frecvența de
referință pentru sintetizator, ca și clock-ul pentru blocul ADC și secțiunea digital ă.

Figura 3.3.3 – Interfațarea MSP430 cu CC2500

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

25
Interfațarea microprocesorului MSP430F2274 cu circuitul CC2500 se realizeaz ă prin
intermediul interfe ței SPI (Serial Peri pheral Interface) dup ă schema din Figura 3.3.3. CC2500
este tratat ca dispozitiv slave. Toat e transferurile de da te de pe interfa ța SPI încep cu un
header ce con ține un bit R/W, un bit de acces și o adresă formată din 6 biți.

3.3.3 Protocolul SimpliciTI (Texas Instruments)

SimpliciTI este un protocol destinat re țelelor de mici dime nsiuni, ca alternativ ă la ZigBee
(Figura 3.3.4). Astfel de re țele conțin de obicei dispozitive alimentate la baterii și nu necesit ă
o rată de transfer a datelor foarte mare.

Protocolul poate fi implementat pe fa milia de microcontrolere MSP430 (Texas
Instrumens) care respect ă una din urm ătoarele cerin țe hardware
• unitate central ă MSP430 cu minim 8Kb memorie Flash și 512bytes RAM (în
configura ție Access Point) sau mi nim 4Kb memorie Flash și 256bytes RAM (în
configura ție End Device);
• unitate central ă SoC (nucleu 8051) cu mi nim 16Kb memorie Flash și 1Kb RAM.
Protocolul este implementat pentru urm ătoarele circuite de RF (Texas Instruments)
• CC1100/CC2500 (Sub 1 GHz/2.4 GHz radio with MSP430);
• CC1110/CC2510 (Sub 1 GHz/2.4 GHz radio in 8051 core SoC);
• CC2430/CC2420 (DSSS radio with a nd without 8051 core SoC).

Figura 3.3.4 – SimpliciTI vs. ZigBee
În cadrul standardului sunt definite urm ătoarele tipuri de dispozitive (Figura 3.3.5):

• End Device (ED) reprezint ă un dispozitiv cu func ții reduse, doar transmite sau
recepționează date – similar RFD; poate s ă fie sau să nu fie activ la un moment dat;
• Range Extender (RE) reprezint ă un dispozitiv sim ilar ED dar care are și posibilitatea
de rutare a pachetelor; trebuie s ă fie activ tot timpul;
• Access Point (AP) reprezint ă un dispozitiv cu rol de coordonator al întregii re țele;
trebuie să fie activ tot timpul.

Capitolul III: Re țele de senzori cu comunica ție radio

26

Figura 3.3.5 – Topologii de re țea SimpliciTI [TI SIMPLICITI]

Funcție de aplica ție, dispozitivele pot fi configurate s ă lucreze utilizâ nd topologia stea sau
punct la punct (peer-to-peer).

3.3.4 Monitorizarea temperaturii cu eZ430 – RF2500

Rețeaua de senzori pentru monitorizarea temperaturii const ă dintr-un dispozitiv de acces
(AP) conectat la calculator prin intermediul interfe ței USB și unul sau mai multe dispozitive
finale (ED) ce comunic ă wireless cu acesta. ED m ăsoară temperatura folosind senzorul de
temperatur ă intern al microprocesorului M SP430F2274 la interval de o secund ă. După fiecare
măsurare transmite informa ția la AP și intră în modul de func ționare low-power. AP-ul, la
rândul său, trimite datele la ca lculator, unde sunt afi șate. Pe calculator ruleaz ă aplicația PC
Sensor Monitor Visualizer (Figura 3.3.6) care afi șează grafic valorile de temperatur ă trimise
de AP.

Figura 3.3.6 – Interfața grafică a aplicației PC Sensor Monitor [SLAU227]

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

27
CAPITOLUL IV

PRELUCRAREA ȘI ANALIZA SEMNALELOR ECG

4.1 Achizi ția semnalelor biomedicale

Prelevarea, prelucrarea și extragerea informa țiilor din semnalele biomedicale se realizeaz ă
prin metode adecvate, bazate pe aparatur ă electronic ă performant ă, inclusiv sisteme de calcul
dedicate în special p ărții de prelucrare.
Reprezentarea semnalului biomedi cal în format digital faciliteaz ă prelucrarea și analiza
computerizat ă a sa.
În Figura 4.1.1 este prezentat ă schema bloc a unui sistem de achizi ție, prelucrare și analiză
automată a semnalelor biomedicale.
Toate blocurile componente prezentate în Figura 4.1.1 sunt implementate în cadrul
sistemului înglobat pentru telemonitorizare. Achizi ția de semnal este integrat ă în partea
hardware a sistemului, prelucrarea și analiza semnalelor este realizat ă de aplica ția software ce
rulează pe sistemul înglobat.

Figura 4.1.1 – Schema bloc a unui sistem de achizi ție, conversie A/D, prelucrare și
analiză automată a semnalelor biomedicale [Rangaraj 2002]

Semnalele biomedicale (produse de fiin țele vii) sunt semnale analogice. Pentru a prelucra
semnalele cu ajutorul procesoarelor numerice este nevoie de a le transforma în secven țe
numerice prin convers ie analog digital ă.

Conversia analog digital ă (A/D) a semnalelor este procesul prin care unui semnal analogic
i se asociaz ă o secven ță de coduri digitale. Conversia A/D presupune eșantionare ,
cuantizare
și codare [Oppenheim 1989] .
Eșantionarea transform ă semnalul analogic xa(t) într-un semnal discret x(n) prin
prelevarea de e șantioane din semnalul analogic la anumite intervale de timp.
Cuantizarea este opera ția de discretizare a valorii e șantioanelor x(n). Se alege un pas de
cuantizare Δ , iar rezultatul opera ției este un num ăr întreg q, astfel încât produsul qΔ este cât
mai apropiat de valoarea e șantionului. Dac ă pasul de cuantizare este constant, atunci
cuantizarea este uniformă, în caz contrar cuantizarea fiind neuniform ă. În cazul cuantiz ării
uniforme, nivelul semnalului de la ie șirea cuantizorului este multiplu al pasului de cuantizare.
Majoritatea convertoarelor A/D lucreaz ă cu cuantizare uniform ă. Semnal
biomedical
Traductor
Preamplificator Amplificare
Filtrare Conversie
A/D
Filtrare
digitală Analiza evenimentelor
și componentelor Extragerea
parametrilor
Clasificare Semnal
clasificat
Prelucrare de semnal Analiză de semnal Achiziție de semnal

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

28
Codarea constă în atribuirea unui cod binar fiec ărui eșantion din semnalul cuantizat.
Convertoarele A/D utilizeaz ă codarea simpl ă, folosind codarea uniform ă (cu pas constant).
Pentru valori pozitive se folose sc coduri unipolare, iar pentru ce le cu semn se folosesc coduri
bipolare.
Convertorul A/D este circuitul care implementeaz ă funcția de conversie analog digital ă
Convertoarele A/D analogice utilizeaz ă în procesul conversiei solu ții analogice, cum ar fi
generarea unei rampe de tensiune, înc ărcarea unui condensator, compararea a dou ă mărimi
analogice etc.
Convertoarele A/D pot fi clasificate în: convertoare directe , dacă conversia semnalului
analogic se realizeaz ă fără mărimi intermediare, sau indirecte , în caz contra r (folosind ca
mărime intermediar ă frecvența sau durata).
La baza realiz ării convertoarelor A/D stau mai multe principii de func ționare, dintre care
sunt amintite urm ătoarele:
• convertoare A/D cu aproxima ții succesive;
• convertoare A/D cu integrare;
• convertoare A/D delta sigma.
Principalii parametri ai unui convertor A/D sunt:
• rezoluția reprezint ă variația minim ă a semnalului de la intrare care produce
modificarea codului de la ie șire cu o unitate;
• gama de varia ție a semnalului de intrare reprezint ă intervalul de varia ție admis
pentru semnalul aplicat la intrare;
• timpul de conversie reprezint ă intervalul de timp necesar unei conversii;
• eroarea de neliniaritate reprezint ă abaterea caracteristicii de transfer reale a
convertorului fa ță de cea ideal ă exprimat ă în procente din valoarea maxim ă;
• eroarea de offset reprezint ă abaterea caracteristicii de transfer reale fa ță de origine.

4.2 Morfologia semnalului ECG

Morfologia semnalului ECG arat ă că acesta este format din unde (deflexiuni), segmente
și intervale, a c ăror morfologie variaz ă în funcție de deriva ție. (Figura 4.2.1).
Undele sunt perioadele elect ric active: depolarizare și repolarizare atrial ă și ventricular ă.
Terminologia undelor are la baz ă notația introdus ă de Einthoven și este standardizat ă în
modul urm ător:
• prima deflexiune a ciclului elec tric cardiac corespunde depolariz ării atriale și se
notează cu P;
• prima und ă negativă a complexului depolariz ării ventriculare notat ă cu Q;
• prima und ă pozitivă după Q se noteaz ă cu R;
• prima und ă negativă după R se noteaz ă cu S;
• repolarizarea ventricular ă produce unda T.

Pozitiv sau negativ se refer ă la conven țiile de semne din cadrul celor 12 deriva ții ECG
standard.
Unda P este rotunjit ă, lentă și are amplitudinea de 0.1 – 0.25mV . Axa vectorului P frontal
se situeaz ă la cca. 60° (0 – 90° normal).
Complexul QRS reflect ă procese electrice rapide , cu o topologie complex ă, în mase
musculare mari și asociază unde ample și vârfuri ascu țite. Normal, amplitudinea vârf la vârf
este cuprins ă între 0.5 – 2mV, func ție de deriva ție.
Unda T este rotunjit ă, asimetric ă (frontul anterior mai lent), cu m ărimea normal ă
0.2 – 0.6mV (pân ă la 1mV în deriva țiile precordiale drepte).

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

29

Figura 4.2.1 – Undele PQRST și localizarea punctelor de interes

Segmentele sunt por țiuni de traseu cuprinse între dou ă unde succesive și reprezint ă
perioadele de “lini ște” electric ă reală sau aparent ă când semnalul se men ține la linia de baza
(izoelectric ă).
Principalele segmente ECG sunt: segmentul PQ, segmentul ST și segmentul TP
• segmentul PQ corespunde repolariz ării atriale: unda de excita ție parcurge nodul AV –
rețeaua Hiss-Purkinje între atrii și ventricule. Are o durat ă normală de 0.02 – 0.12sec.,
poziționat pe linia izoelectric ă (care semnific ă 0V);
• segmentul ST exprimă tranziția între depolarizarea și repolarizarea ventricular ă. Sub –
și supra – denivel ările sale au semnifica ție patologic ă.

Intervalele sunt serii de unde și segmente. Intervalele traseului ECG sunt [Alecu 2008] :
• intervalul PQ este durata cursei excita ției de la generatorul de ritm (nodul sinusal) la
musculatura ventricular ă;
• intervalul QT reprezint ă sistola electric ă. Nu poate fi interpretat decât în leg ătură cu
frecvența cardiacă. Valoare tipic ă: 370ms la 70bpm;
• intervalele PP și RR – reprezint ă lungimea unui ciclu cardiac complet.

4.3 Detec ția complexului QRS din semnalul ECG

Încercarea de a recunoa ște trăsăturile semnalului EC G (segmentele, undele și intervalele)
constituie partea cea mai important ă și interesant ă pentru majoritatea algoritmilor de analiz ă
sistemică a semnalului ECG [Zigel 1998] . În sistemele de detec ție ritmică, este utilizat ă doar
detecția undei R, în timp ce în alte aplica ții, este necesar s ă găsim și să recunoaștem alte unde
și trăsături ale semnalului util, ca undele T și P, sau segmentul ST, pentru clasificare,
diagnostic și chiar compresie.
Mulți algoritmi de extragere a tr ăsăturilor PQRST au fost descri și în literatur ă, în special
cei pentru detec ția complexului QRS. Principalul efort în extragerea tr ăsăturilor PQRST este
găsirea pozi țiilor exacte a undelor. Dup ă această etapă, determinarea amplitudinilor și
formelor este mult simplificat ă. Prima etap ă în determinarea pozi ției undelor este
recunoașterea complexului QRS, a c ărui componente au frecven ța cea mai înalt ă. Apoi, este
recunoscut ă unda T și în final, unda P, care este, de obicei, unda cu frecven ța cea mai mic ă.
Linia de baz ă, care este izoelectric ă și segmentul ST sunt relativ u șor determinate dup ă aceste
etape.

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

30
Algoritmii de detec ție a complexului QRS au evoluat pe parcursul timpului, fiind întâlnite
structuri asem ănătoare la mai mul ți algoritmi. În Figura 4.3.1 se prezint ă schema bloc tipic ă a
unui algoritm de detec ție a complexului QRS din semnalul ECG [Kohler 2002] .

Figura 4.3.1 – Schema bloc a unui dete ctor de complexe QRS [Kohler 2002]

De-a lungul timpului, au fost propu și mai mul ți algoritmi de detec ție a complexelor QRS,
algoritmi care folosesc metode euristice bazate pe transform ări neliniare [Suppappola 1994]
[Trahanias 1993] , transformate wavelet [Li 1995] [Mahmoodabadi 2005] , bancuri de filtre
[Afonso 1999] [Kadambe 1999] , rețele neuronale artificiale [Hu-Tompkins 1993]
[Strintzis 1992] [Vijaya 1998] și algoritmi genetici [Poli 1995] .
Performan țele algoritmilor de detec ție a complexului QRS sunt prezentate din punct de
vedere al preciziei detec ției și al complexit ății calculelor.

Tabelul 4.3.1 – Precizia detec ției în algoritmii din literatur ă [Kohler 2002]
Precizie Baze de date standard P ărți din baze de
date standard Baze de date
nestandard
>99% Afonso
Bahoura Hamilton & Tompkins
Inoue & Miyazaki
Kohler Poli
Li Gritzali
Hu Kohama
Ruha Belforte
Dobbs Fisher
Yu
95 – 99% Suppappola Coast
Kadambe Sornmo
Udupa
90 – 95% Papakonstantinou
Trahanias
<90% Ligtenberg

În analiza din punct de vedere a acurate ței s-au considerat trei clase (> 99%, 95 – 99%,
90 – 95%, < 90%) și s-a ținut cont de baza de date folosit ă, rezultatele fiind prezentate în
Tabelul 4.3.1.

Tabelul 4.3.2 – Complexitatea algoritmilor din literatura de specialitate [Kohler 2002]
Complexitate mic ă Complexitate medie Complexitate mare
Afonso
Fisher
Kohama Suppappola
Yu Bahoura Dobbs
Gritzali Hamilton & Tompkins
Ligtenberg
Poli Ruha Belforte
Coast
Hu Inoue
Li
Papakonstantinou Suppappola

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

31
În analiza complexit ății s-au considerat trei clase, respectiv de complexitate mic ă, medie
și mare, rezultatele fiind prezentate în Tabelul 4.3.2.
Trebuie men ționat faptul c ă în testarea algoritmilor, autor ii au folosit atât baze de date
standard preluate de pe Internet, cât și baze nestandard (proprii), caz în care compararea cu
alți algoritmi este mai pu țin relevant ă.

4.4 Algoritm de detec ție a complexului QRS și a undelor T și P

4.4.1 Detec ția complexului QRS

Pentru un semnal ECG, complexul QRS reprezint ă trăsătura cea mai important ă.
Complexul QRS este caracterizat de pante înalte, cu energia spectral ă este cuprins ă între
1 – 40Hz.
Algoritmul pentru detec ția QRS este descris în [Zigel 1998] și are la baz ă câteva idei din
algoritmii descri și în literatur ă [Hamilton 1986] [Gritzali 1989] și [Laguna 1990] .
Intrarea detectorului QRS este semnalul ECG digital, e șantionat cu frecven ța 250Hz și
digitizat cu 12bits/sample.
În Figura 4.4.1 se prezint ă schema bloc simplificat ă a detectorului QRS.

FTB
1 – 40 Hz Transfor-
mare
neliniară Determinarea
aproximativ ă a
limitelor QRS
FTB
1 – 90 Hz Diferenți-
ere Determinarea
vârfurilor și văilor
Diferenți-
ere Determinarea
limitelor exacteSemnal
ECG
Detecția undei R și a
punctelor de interes
din complexul QRS
QRS on
QRS off ()ns40
()ns90 ()nl
()ndoff on SRQSRQ~ ~
()nf ()nfdRejecția complexelor
QRS fals detectate
cauzate de undele T
înalte Valoare initial ă a prgului adaptiv
Filtru de
netezire

Figura 4.4.1 – Schema bloc simplificat ă a detectorului QRS [Zigel 1998]

Ieșirile sunt date de limitele complexului QRS ( QRS on și QRS off), poziția undei R, și
pozițiile vârfurilor și deflexiunilor (dac ă există) fiecărei bătăi (complex).

Algoritmul detec ției complexului QRS prezint ă trei etape:
• Etapa 1: determinarea aproximativ ă a limitelor QRS;
• Etapa 2: determinarea vârfurilor și văilor;
• Etapa 3: determinarea limitelor exacte.

4.4.2 D etecția undei T

Unda T apare dup ă complexul QRS și poate avea diferite forme. În cadrul acestui algoritm
trei forme sunt luate în considerare: pozitiv ă, negativă și plată.
Algoritmul [Laguna 1990] extrage forma undei T ce apare dup ă fiecare complex QRS
(Tshape) precum și locația vârfului undei ( Tp) și a sfârșitului undei T ( Toff).

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

32
Intrarea detectorului QRS o constitu ie semnalul ECG. Figura 4.4.2 prezint ă schema bloc
simplificat ă a detectorului undei T.

Filtrare și
derivare Multiplicare
cu fereastra de
căutare Căutare
min &
max Determinarea
formei undei T
& calculul
pragului Determi-
narea Toff
& Tp Toff
Tp
Tshape R off QRS
Semnal
ECG ()ng ()ngwmin,
maxth ,
Tshape

Figura 4.4.2 – Schema bloc simplificat ă a detectorului undei T

4.4.3 D etecția undei P

Unda P apare în mod normal înainte de complexul QRS și are o durat ă de aproximativ
100ms. Anumite afec țiuni cardiovasculare determin ă diferite amplas ări ale undei P (înainte,
după sau în timpul complexului QRS) sau înlocuirea acesteia cu unde f de fibrila ție atrială sau
F de flutter atrial. Toate acestea și faptul c ă unda P este de obicei cea mai mic ă undă a
semnalului ECG, fac din detec ția sa o sarcin ă foarte dificil ă. Algoritmul de detec ție a undei P
prezentat în continuare detecteaz ă undele P aflate înaintea complexelor QRS.
Tabelul 4.4.1 prezint ă nouă forme ale undei P care sunt analizate în detector.

Tabelul 4.4.1 – Diverse forme de und ă P [Zigel 1998]

negativă pozitiv ă bifazic ă
I bifazică
II dințată
pozitivă dințată
negativă pulmonar ă
pozitivă pulmonar ă
negativă plată

Schema bloc a detectorului de und ă P prezentat ă în Figura 4.4.3. Intrarea detectorului
este reprezentat ă de semnalul ECG și amplasarea punctelor: QRS on al bătăii curente și Toff al
bătăii precedente. Semnalul ECG este filtrat (cu un filtru trece band ă: 0.01 – 30 Hz) și derivat.

Filtrare și
derivare Multiplicarea
ferestrei de
căutare Corecția
formei
undei P și
găsirea
vârfurilor și
văilor Clasificarea
inițială a fomei
undei P și
calcularea
pragului Determinarea
limitelor Pshape
Pon
Poff Toff onQRS
Semnal
ECG ()nf ()nfw
on off QRS T
()off on off T QRS T − +15.01
0 Fereastra:

Figura 4.4.3 – Schema bloc a detectorului de und ă P [Zigel 1998]

4.4.4 Aproximarea liniei de baz ă

În cazul cel mai favorabil, linia de baz ă (baseline) este un segment izoelectric, dar în
multe situa ții (în cazul în care de ex. pacientul respir ă), linia de baz ă este caracterizat ă de
frecvențe joase (basel ine drift), ca în Figura 4.4.4.

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

33
Linia de baz ă este extras ă în trei etape [Rotariu 2006] :
• Pentru fiecare complex care include o und ă P, într-o fereastr ă de 35msec este calculat ă
varianța;
• În această fereastră este calculat ă media și este selectat punctul cu cea mai apropiat ă
valoare de medie (BLP i);
• Punctele (BLP i , i=1,2,…) sunt interpolate.
0 5 10 15 20-2000200400600800ECG+BLPiAmplitude(uV)
Time (sec) 0 5 10 15 20 25-400-20002004006008001000ECG-baseline correctionAmplitude(uV)
Time (sec)
a ) b )
Figura 4.4.4 – a) Semnal ECG cu varia ții ale liniei de baz ă
b) Semnal ECG dup ă corecția liniei de baz ă

4.4.5 Analiza segmentului ST
Din segmentul ST sunt extrase trei tr ăsături: denivelarea ST, panta ST și forma ST.
Procedeul începe cu determinarea amplas ării punctului ST (Figura 4.4.5).
Amplasarea punctului ST depinde de ritmul cardiac. Dac ă ritmul cardiac este mai mic de
60bpm, punctul ST se g ăsește la 80ms dup ă QRS off . Dacă ritmul cardiac este mai mare de
60bpm, punctul ST se g ăsește la 60ms dup ă QRS off .
Denivelarea ST reprezint ă amplitudinea punctului ST. Panta ST este panta (în mV/sec)
punctului ST corespunz ătoare lui QRS off (punctul J).
Segmentul ST poate avea cinci forme: plat , concav, convex, liniar pozitiv și liniar negativ.

Unda
P Unda
T R
Panta
STDenivelarea STPunctul ST QRS off sau
punctul J
Linia
izoelectric ă

Figura 4.4.5 – Trăsăturile segmentului ST [Zigel 1998]

Forma ST este determinat ă folosind un algoritm foarte simplu care compar ă amplitudinile
a trei puncte: punctul aflat la 60ms înaintea punctului ST, punctul ST și punctul aflat la 60ms
după punctul ST. Dac ă diferența maximă între amplitudinile acestor trei puncte este mai mic ă
de 100µV, atunci forma este plat ă.

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

34
4.5 Algoritm de detec ție în timp real a complexelor QRS

Algoritmul de detec ție în timp real a complexelor QRS se bazeaz ă pe procesarea
Pan-Tompkins [Pan 1985] și [Hamilton 1986] modificat ă. Algoritmul utilizeaz ă analiza
pantelor, amplitudinilor și a unor intervale. Un filtru digital trece band ă are scopul de a reduce
falsele detec ții datorate interferen țelor prezente pe semnalul ECG.
Algoritmul [Tompkins 1993] detectează complexele QRS din semnalul ECG dup ă
schema bloc din Figura 4.3.1.
Blocul de procesare presupune folosirea unor filtr ări numerice urmate de o transformare
neliniară (valoare absolut ă), și în final o filtrare prin mediere.
Frecvența de eșantionare a semnalului ECG care intr ă în detectorul Pan-Tompkins este de
200Hz.
Filtrul trece band ă (FTB) 5–11 Hz, este implementat cu dou ă filtre în serie, unul trece jos
(FTJ) și altul trece sus (FTS), am bele de tip RII (cu r ăspuns infinit la impuls).
Filtrul trece sus are amplificare unitar ă, o frecven ță de tăiere de aproximativ 5Hz și
produce o întârziere a semnalului la ie șire de 80ms.
Urmează apoi o transformare neliniar ă (valoarea absolut ă a semnalului derivat) care
accentueaz ă peak-urile complexelor QRS cu respectarea amplitudinilor undelor P și T.
Derivarea este realizat ă în 5 puncte, are r ăspunsul în frecven ță aproximativ liniar între
0 – 30Hz și produce o întârziere a semnalului la ie șire de 10ms.
În final, are loc o integrare a semn alului, cu netezirea formelor de und ă ce corespund
complexelor QRS. Filtrul const ă dintr-o fereastr ă alunecătoare.
Lățimea ferestrei folosit ă pentru integrare a fost aleas ă de aproximativ l ățimea unui
complex QRS tipic. În algoritmul original fereastra a fost aleas ă de 150ms pentru a detecta și
complexele QRS largi produse de contrac țiile premature ventriculare. S-a demonstrat c ă o
fereastră de mai restrâns ă produce rezultate mai bune [Urrusti 1993] .

Regulile de decizie utilizate în cadrul algoritmului sunt [Hamilton 2002] :
1. Se ignoră toate peak-urile care preced sau urmeaz ă peak-ului de amplitudine maxim ă
pentru o perioad ă de 200ms.
2. Dacă se detecteaz ă un peak, se verific ă pe semnalul ini țial dacă acesta con ține pante
pozitive și negative. Dac ă nu atunci peakul reprezint ă o variație a liniei de baz ă.
3. Dacă peak-ul apare la mai pu țin de 360ms fa ță de cel anterior se verific ă pe semnalul
inițial dacă maximul derivatei este cel pu țin jumătate din cel anterior. Dac ă nu, algoritmul
clasifică peak-ul ca o und ă T de amplitudine m ărită.
4. Dacă peak-ul are amplitudine peste pragul de detec ție atunci acesta se clasific ă ca un
complex QRS. Dac ă nu, atunci este clasificat ca zgomot.
5. Dacă nu este detectat nici un complex QRS în intervalul 1.5RR și dacă a fost detectat
un peak de amplitudine mai mare ca jum ătate din pragul de detec ție la cel mult 360ms fa ță de
precedentul, peak-ul se clasific ă ca fiind un complex QRS.
Pragul de detec ție utilizat în regulile 4 și 5 de mai sus este calculat utilizând estim ări ale
peak-ului QRS și amplitudinea zgomotului. De fiecare dat ă când un peak este clasificat ca un
complex QRS, acesta este ad ăugat într-un buffer care con ține ultimele opt complexe QRS. De
fiecare dat ă când se detecteaz ă un peak care nu este clasificat ca un complex QRS, acesta este
adăugat într-un alt buffer care con ține cele mai recente opt complexe QRS clasificate ca
zgomot.
Algoritmul are o senzitivitate și o valoare predictiv ă pozitivă de aproximativ 99%.
Evaluarea performan țelor algoritmului s-a realizat pe semnale din baza de date MIT/BIH
Arrhythmia Database [Physionet] , iar rezultatele sunt pr ezentate în Tabelul 4.5.1.

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

35
MIT/BIH Arrhythmia Database con ține 48 de înregistr ări ECG în ambulatoriu de câte 1/2
oră de la 47 de subiec ți între 1975 – 1979 de c ătre BIH Arrhythmia Laboratory. Înregistr ările
sunt adnotate de cardiologi, di gitizate cu 360 samples/sec. și 11 biți/sample, pe dou ă canale.

Tabelul 4.5.1 – Rezultatele evalu ării algoritmului de detec ție [Hamilton 2002]
Înregistrare RP FN FP SE(%) VPP(%)
100 1901 1 0 99.95 100.00
102 1820 1 0 99.95 100.00
104 1856 1 2 99.95 99.89
105 2153 2 42 99.91 98.09
107 1783 1 0 99.94 100.00
109 2098 1 0 99.95 100.00
111 1775 1 0 99.94 100.00
112 2110 1 0 99.95 100.00
113 1505 1 0 99.93 100.00
115 1636 1 0 99.94 100.00
116 1996 21 4 98.96 99.80
207 1591 1 2 99.94 99.87
208 2415 22 5 99.10 99.79
213 2697 3 0 99.89 100.00
222 2108 8 12 99.62 99.43

4.6 Clasificarea semnalelor ECG

Semnalele biomedicale sunt achizi ționate în scopul interpret ării lor. Semnalele
cvasiperiodice, cum este semnalul ECG, sunt interpretate de medic urm ărind numai evolu ția
temporală a lor.
Clasificarea automat ă a acestor semnale este o sarcin ă dificilă pentru că există diferențe
chiar și între dou ă semnale normale. Sistemul automat de clasificare trebuie s ă înlocuiasc ă
medicul în luarea deciziilor și acest lucru se face, de obicei, cu un anumit nivel de încredere,
exprimat procentual (peste 90%) [Popa 2006] .

Clasificarea aritmiilor

Odată cu detectarea complexelor QRS sunt determinate duratele QRS și intervalele RR.
Semnalul ECG este apoi clasificat pe baza aces tora. În Figura 4.6.1 este prezentat conceptual
un algoritm pentru analiza aritmiilor bazat pe cei doi parametri aminti ți [Tompkins 1993] .
În cadrul acestei map ări cu doi parametri se stabile ște o regiune normal ă în care
algoritmul este supus unui proces de înv ățare pe baza unui set de 8 complexe QRS pe care un
specialist le determin ă ca având ritm și morfologie normale pentru un anumit pacient.
Procesul de înv ățare stabile ște centrul ini țial al regiunii normale în cadrul spa țiului
bidimensional al h ărții.
O aritmie precum tahicardia determin ă plasarea grupurilor de b ătăi în regiunea “1”,
reprezentat ă de intervale RR foarte scurte. B ătăile bradicardice sunt localizate în regiunea “6”.
În mod normal, aritmiile trebuie clasificate în func ție de secven țe de bătăi. De exemplu, o
contracție ventricular ă prematur ă cu o pauz ă compensatorie ar putea fi caracterizat ă de un
interval RR scurt cu o durat ă QRS mărită, urmat de un interval RR lung cu o durat ă QRS

Capitolul IV: Prelucrarea și analiza semnalelor ECG

36
normală. Reprezentarea pe hart ă ar consta într-o secven ță de două puncte, primul în regiunea
“3” și al doilea în regiunea “5”. Astfel, analiza aritmiilor const ă în analizarea modului în care
bătăile sunt plasate pe suprafa ța hărții.

Figura 4.6.1. Algoritmul pentru analizarea aritmiilor [Tompkins 1993]

Centrul regiunii normale este actualizat în mod continuu pe baza mediei intervalului RR a
celor mai recente 8 b ătăi clasificate ca fiind normale. Aceast ă abordare permite regiunii
normale s ă se mute în spa țiul bidimensional în func ție de modific ările normale fiziologice ale
ritmului cardiac sau care apar în timpul efortulu i fizic. Limitele altor regiuni sunt modificate
bătaie cu bătaie deoarece se bazeaz ă pe locația regiunii normale. Astfel, acest algoritm se
adaptează la modific ările normale ale ritmului cardiac.

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

37
CAPITOLUL V – CONTRIBU ȚII PROPRII

SISTEME INTEGRATE DE TELEMONITORIZARE

5.1 Telemed-R – sistem de telemoni torizare ECG folosind unde radio

Sistemul Telemed-R se referă la un prototip de sistem de telemonitorizare cardiologic ă în
timp real a pacien ților folosind undele radio ca supor t al transmisiei ECG pe dou ă canale.
Sistemul are aplica ții utile în medicina de urgen ță (stațiile județene de ambulan ță, unde
sunt implementate re țele de radiotelefoane), medicina de familie, precum și pentru asisten ța
medicală în locuri izolate.
Sistemul Telemed-R (Figura 5.1.1) con ține două unități separate interconectate radio:
unitatea de achizi ție și unitatea de procesare [Rotariu 2003] , [Rotariu 2004] .
Unitatea de achizi ție (amplificatorul ECG pentru dou ă canale) const ă dintr-un set de
circuite analogice: amplif icatoare de instrumenta ție și izolație, filtre active și modulatoare de
semnal în amplitudine (MA).

Figura 5.1.1 – Schema bloc a sistemului TELEMED-R [Rotariu 2004]

Modularea în amplitudine a semnalelor corespunz ătoare celor dou ă canale (Ch1 și Ch2) se
realizează folosind modulatorul echilibrat MC1496 cu dou ă frecvențe purtătoare distincte, una
de frecven ță Fc1 = 1KHz și una Fc2 = 2KHz, ob ținându-se dou ă semnale MA – BLD (Band ă
Laterală Dublă). Cele dou ă frecvențe purtătoare au fost alese luându- se în considerare spectrul
teoretic al ECG de aproximativ 0.1 – 100Hz. Modularea în amplitudine a fost necesar ă
translării spectrului ECG în banda vocal ă (300 – 3000Hz) acceptat ă la intrarea
radiotelefonului mobil.
Semnalul modulat aplicat la intrarea radiot elefonului este format prin sumarea celor dou ă
semnale de la ie șirile multiplicatoarelor analogice. Semnalul sumat se transmite în exterior
prin intermediul radiotelefonului mo bil Motorola GM350 (emisie cu modula ție în frecven ță în
banda VHF 136 – 174MHz cu o putere de emisie de maximum 25W).
Semnalul ini țial (un canal), semnalul modulat, precum și spectrul de amplitudine al
semnalului sumat sunt prezentate în Figura 5.1.2.
Unitatea de procesare este un calculator personal PC echipat cu o plac ă de achizi ție
National Instruments (PC-LPM-16PNP). La recep ție, semnalul este digitizat cu o rezolu ție de
12biți/sample, cu o frecven ță de eșantionare 10KHz.
Demodularea este realizat ă software și folosește schema din Figura 5.1.3.

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

38

Figura 5.1.2 – Semnalul ini țial, semnalul purt ător, semnalul modulat cu Fc = 1KHz, spectrul
de amplitudine al semnalului modulat și spectrul de amplitudine al semnalului transmis radio

Figura 5.1.3 – Schema bloc a procesului de demodulare [Rotariu 2004]

Software-ul de la recep ție este un program interactiv de vizualizare și analiză offline a
ECG (Figura 5.1.4). Au fost implementate func ții pentru vizualizare dedicate aplica ției,
precum și o funcție de calcul automat a ritmului cardiac. Calculul automat al ritmului cardiac
a fost implementat pe baza algoritmului de detec ție a complexelor QRS prezentat în
[Okada 1979] .
Interfața grafică utilizator constă dintr-o zon ă de afișare a formelor de und ă pentru cele
două canale ECG (pân ă la 8 secunde), o zon ă de afișare a informa țiilor specifice și o zonă de
control (constând din diverse butoane). În plus, utilizatorul poate ajusta scara y (amplitudinea)
afișării. O bar ă de scroll este disponibil ă pentru simplificarea trecerii rapide prin datele
afișate.

Figura 5.1.4 – Interfața grafică utilizator a sistemului TELEMED-R [Rotariu 2004]

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

39
Evaluarea acurate ței transmiterii semnalului ECG a fost f ăcută folosind m ărimea PRD
(Percentage Root Mean Square Difference) dup ă formula [Zigel 2000] :
100
)()](~)([
1212
×−
=
∑∑
==
N
nN
n
nxnx nx
PRD, (5.1.1)
unde )(nx este semnalul original, )(~nx este semnalul reconstruit, iar N este lungimea ferestrei
de analiz ă. Testele au fost executate folosind semnale de prob ă sinusoidale cu diferite
frecvențe, valoarea PRD situându-se sub 5%.

5.2 MEDCARE – sistem pentru telemonitorizare cardiologic ă prin
Internet

Realizarea const ă într-un sistem de telemetrie și telemedicin ă, numit MEDCARE
(Figura 5.2.1), bazat pe un modul de achizi ție a semnalului ECG și pe un sistem de calcul
“înglobat”, pentru prelucrarea și transmisia în timp real a el ectrocardiogramei prin Internet
către experții cardiologi [Costin 2003a] .
Sistemul de telemonitorizare este c onstruit folosind dispozitive proiectate și realizate în
cadrul proiectului, precum și o parte software bazat ă atât pe programe “open-source”, cât și pe
programe de aplica ție proprii.

Figura 5.2.1 – Schema bloc a sistemului MEDCARE [Costin 2003a]

Unitatea de monitorizare (Figura 5.2.2) este compus ă în principal dintr-un amplificator
ECG pentru toate cele 12 deriva ții, un modul de achizi ție de semnal pe 16 bi ți și dintr-un
sistem “înglobat” pentru procesarea semnalelor și interfața cu Internet [Costin 2003b] .
Amplificatorul ECG are o band ă de frecven ță limitată la (0.05 – 150) Hz. Rejec ția înaltă
de mod comun (CMRR > 90dB), impedan ța de intrare foarte mare ( Zin > 100MΩ), partea
flotantă izolată față de pacient, intr ările protejate la defibrilare sunt tr ăsături esențiale ale
amplificatorului ECG.
Modulul de achizi ție de semnal conține placa de achizi ție de semnal DIAMOND MM-16-
AT, o plac ă de expandare care ofer ă numeroase capabilit ăți de achizi ție de date și care poate fi
folosită în orice sistem de calcul înglobat, comp atibil PC, având un cone ctor de tip PC/104
(ISA-bus). Principalele sale caracteristici includ: 16 intr ări asimetrice sau opt intr ări
diferențiale, autocalibrate, un convertor A/D pe 16 bi ți, frecven ța de eșantionare maxim ă de
100KHz, gama semnalului de intrare programabil ă în domeniul de maximum ±10V, patru

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

40
ieșiri analogice op ționale și programabile, opt intr ări și ieșiri digitale dedicate, compatibile
TTL.

Figura 5.2.2 – Schema bloc a unit ății de monitorizare a ECG

Sistemul “înglobat” , MOPS/520, se bazeaz ă pe un microcontroler pe 32 de bi ți
(AMD SC520) care lucreaz ă la frecven ța de 133MHz. Sistemul integreaz ă funcționalitatea
completă a unei pl ăci de baz ă și conține: CPU, BIOS sistem, 64MB SDRAM, controler de
tastatură, ceas de timp real etc. Câteva func ții suplimentare legate de comunica ții și
echipamente periferie sunt: patr u porturi seriale, unul paralel și două USB, interfa ță hard-disk
de tip IDE, acces Ethernet și interfață cu magistrala CAN.
Afișorul folosit pentru vizualizarea local ă a ECG (un canal) și a unor date alfanumerice
este un LCD Seiko 628-G321 având rezolu ția grafică de 320 x 240 pixeli.
Pentru a realiza o implementare software a interfe ței Internet cât mai simpl ă și ieftină, am
ales binecunoscutul protocol de re țea de comunica ții TCP/IP. Cât prive ște sistemul de operare
folosit, pentru aplica ții de achizi ții de date în timp real, a fost utilizat sistemul de operare
multitasking RT-Linux.

Figura 5.2.3 – Unitatea de monitorizare ECG (prototip)
Întregul sistem MEDCARE lucrează ca o aplica ție client-server . Modulul serv er include:
un server de baze de date ce folose ște MySQL și resurse deschise (“open sources”) pentru
proceduri, tabele, restric ții venind de la aplica ția “client”; un modul pentru administrare și
control care supervizeaz ă fluxul general de date ; un modul pentru acces și securitatea datelor;

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

41
un modul pentru configurarea parametrilor ș.a. De asemenea, el folose ște protocoalele HTML
și HTTP pentru a trimite informa ția reactualizat ă despre starea inimii pacien ților către
“clienți”, care sunt exper ții cardiologi afla ți într-un centru de cardiol ogie sau oriunde pe glob
[Costin 2004a] .
Modulul client conține totalitatea programelor care ruleaz ă pe calculatoarele medicilor
specialiști cardiologi [Costin 2006b] . El este implementat cu aj utorul applet-urilor Java și are
următoarele facilit ăți: interfață grafică (GUI – Graphic User Interface) pentru afi șarea ECG în
timp real; calculeaz ă și afișează ritmul cardiac și parametrii ECG de importan ță în diagnostic
(HR, QRS); afi șează alte date trimise de unitatea de monitorizare ECG; comunic ă mesajele
transmise de expert și deciziile medicale c ătre medicul de familie sau pacient. De asemenea,
programul con ține câteva prelucr ări manuale a ECG off–line, cum sunt analiz ă morfologic ă
(intervale, amplitudini).

Figura 5.2.4 – Interfața grafică utilizator a sistemului MEDCARE [Costin 2003a]

5.3 Sistem de comunicare cu pers oane cu handicap neuro-locomotor
major – TELPROT

Sistemul TELPROT este format din dou ă componente: un ansamblu la bolnav și unul la
supraveghetor [Costin 2007] . Ansamblul pacientului include un senzor de mi șcare, un sistem
de semnalizare audio și/sau video și un transmi țător radio. Supraveghetorul posed ă un
receptor radio cu difuzor. La cererea bolnavului (o mi șcare care închide un contact), blocul
audio/video începe furnizarea audio și/sau pe display a unor expresii-cheie (mi-e sete, m ă
doare, vreau afar ă etc.) în succesiune; fiecare expresie este repetat ă de 2-3 ori, cu pauze. La
auzirea/vederea expresiei-cheie potrivit ă, bolnavul execut ă o mișcare și închide contactul –
expresia selectat ă este transmis ă prin radio la supr aveghetor care afl ă ce dorește bolnavul și
dacă solicitarea este urgent ă (defecație, …) sau nu (sete, foame, …).
Sistemul TELPROT se compune din dou ă subansambluri mari:
• unitatea (aparatul, subsistemul, echipamentul) de la pacient – numit și Subsistemul
Pacientului – SP;
• unitatea (aparatul, subsistemul, echipamentul) de la supraveghetor – numit și
Subsistemul Supraveghetorului – SS.

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

42

Figura 5.3.1 – Structura sistemului TELPROT [Costin 2007]

Principiul de func ționare al sistemului TELPROT reiese din diagrama din Figura 5.3.2.

Figura 5.3.2 – Diagrama opera țiilor în sistemul TELPROT

În mod normal, sistemul este în a șteptare. Când pacientul ac ționează întrerupătorul (într. =
activ), se declan șează afișarea și audiția cuvintelor cheie, în succesiune; în acest timp
întrerupătorul nu este ac ționat (într.; = inactiv).
Când pacientul dore ște să transmită un cuvânt, ac ționează întrerupătorul (într. = activ);
apare și se aude întrebarea “Transmisie?” – dac ă întrerupătorul este activat, se efectueaz ă
transmisia la supraveghetor; în caz contrar, se reia ciclul afi șării (audiției) cuvintelor cheie.
Sistemul este realizat ca o aplicație client – server .

Figura 5.3.3 – Interfața grafică utilizator a pacientului [Rotariu 2008c]

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

43
Modulul client este reprezentat de interfa ță grafică a pacientului, ce ruleaz ă pe un laptop,
prin care prime ște informa țiile sub forma video/audio și un buton de selec ție.
Serverul este reprezentat de o aplica ție care prime ște datele de la modulul client le
memoreaz ă într-o baz ă de date și le transmite mai departe c ătre supraveghetor prin re țea
folosind protocolul TCP/IP.
Interfața grafică utilizator a pacien tului, care ruleaz ă pe un calculator compatibil PC,
(Figura 5.3.3) a fost dezvoltat ă folosind mediul de programare LABWindows CVI. Aceasta
conține lista de editare în care apar secven țial cuvintele cheie și imaginile asociate trimise
către sistemul de afi șare [Rotariu 2008c] .
Funcționarea programului (F igura 5.3.4) este urm ătoarea: ini țial programul se afl ă într-o
stare inițială (STANDBY). La ap ăsarea întrerup ătorului (butonului dreapta mouse) care
simulează dorința de comunicare a pacientului se porne ște defilarea în cadrul listei de editare
a cuvintelor cheie și a imaginilor asociate . Acestea se deruleaz ă succesiv cu viteza de derulare
(în secunde) selectabil ă. În momentul în care întrerup ătorul este ap ăsat din nou, specificând
răspunsul pacientului, programul func ționează în una din condi țiile:
• dacă acel cuvânt reprezint ă numele unei (sub)categorii de cuvinte cheie este selectat ă
acea (sub)categorie de cuvinte și derularea cuvintelor pe ecran continu ă cu cuvintele
cheie din acea (sub)categorie;
• dacă acel cuvânt reprezent ă un cuvânt cheie dintr-o subc ategorie de cuvinte atunci
apare pe ecran expresia „TRIMIT”, caz în care pacientul poate confirma trimiterea
prin apăsarea aceluia și buton dreapta mouse, sau dac ă este dep ășită pauza dintre
cuvinte (setat ă anterior) și pacientul nu a ap ăsat din nou butonul atunci defilarea
(sub)categoriilor de cuvinte cheie este reluat ă.

Figura 5.3.4 – Algoritmul de selec ție a subcategoriilor de cuvinte

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

44
Programul func ționează ciclic atât timp cât num ărul de itera ții realizat pe fiecare
(sub)categorie nu este dep ășit.
Interfața dispune de o facilitate audio, cuvintele cheie defilate vizual având un echivalent
auditiv astfel încât fiecare apari ție a acelui cuvânt este înso țită de expresia vorbit ă a acestuia.
Pentru aceasta, cuvintele cheie au fost rostite de o persoan ă, înregistrate și digitizate cu 44
ksample/sec, 16 bi ți/sample, rezultând mici fi șiere audio de tip .wav care sunt rulate simultan
cu apariția cuvintelor cheie.
În momentul în care trimiter ea cuvântului este confirmat ă de pacient, cuvântul cheie
împreună cu subcategoria din care face parte este trecu t în lista de cuvinte selectate de pacient
împreună cu ora, minutul și secunda la care s-a produs even imentul respectiv. Simultan aceste
informații sunt trimise modulului server (Fi gura 5.3.5). Acesta, în versiunea actual ă
permite conectarea cu un modul pacient de la care prime ște informa țiile trimise de pacient.

Figura 5.3.5 – Interfața modulului Figura 5.3.6 – Interfața programului
server [Rotariu 2008c] ce rulează pe PDA-ul asistentei

Subsistemul de la supraveghetor este reprezentat de PDA-ul asistentei pe care ruleaz ă o
aplicație ce prime ște cuvintele cheie de la pacien ți prin intermediul modulului server și le
afișează prin intermediul unei c ăsuțe de dialog (Figura 5.3.6).
Afișarea este înso țită de un mesaj sonor de avertizare (beep). Asistenta poate accepta
solicitarea pacientului și poate confirma aceasta prin ap ăsarea butonului OK, sau o poate
ignora prin ap ăsarea butonului CANCEL. În ambele situa ții răspunsul asistentei este trimis
înapoi către sever.

5.4 TELMES – platform ă multimedia pentru implementarea
teleserviciilor medicale complexe

5.4.1 Arhitectura sistemului TELMES

TELMES reprezint ă un sistem securizat multimedia destinat implement ării teleserviciilor
de consulta ție medical ă. Proiectul a fost finalizat cu un model pilot pentru o re țea de
telecentre regionale, la care sunt conectate telecentre locale, având ca suport o platform ă
multimedia, care s ă permită implementarea de teleservicii medicale complexe, în scopul
creșterii posibilit ăților de acordare a asisten ței medicale pentru o categorie larg ă de pacien ți,
mai ales ai medicilor de familie și a celor din zone rurale sau izolate. Experiment ările
efectuate pe modelul pilot au drept consecin ță câștigarea experien ței necesare pentru
realizarea unui ghid pe baza c ăruia să se poată trece la extinderea re țelei de telecentre
regionale și a teleserviciilor aferente [Costin 2006a] .

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

45

Figura 5.4.1 – Schema de ansamblu a sistemului TELMES [Puscoci 2006]

Astfel a rezultat o re țea multimedia (Figura 5.4.1), scalabil ă, pe baza noilor tehnologii de
comunica ții și informatice disponibile în România, format ă din două telecentre regionale,
interconectate, la Pite ști – pentru jude țul Argeș și Iași – pentru jude țul Iași, care permit
implementarea aplica țiilor din categoria teleserviciilor medicale complexe. Un telecentru
regional permite conectarea, în cadrul jude țului respectiv, a Spitalului jude țean, a Centrului
de diagnosticare și tratament, precum și a rețelei locale, (telecentru local), de medici de
familie și pacienți. Rețeaua de teleservicii astfel format ă este gestionat ă, de către un Centru
de management – localizat în Bucure ști. Sistemul dezvoltat con ține o capabilitate de
transmitere și achiziție a înregistr ărilor medicale și de actualizare a unei baze de date
medicală regională, dezvoltat ă în cadrul proiectului [Puscoci 2006] .
Astfel, telecentrul regional, c onstituie un suport pe ntru dezvoltarea unei baze de date
medicale regionale, ce poate deservi o gam ă complex ă, de teleservicii de genul
teleradiologie, telepatologie, teleconsu lt, telediagnosticare, telemonitorizare și constituie un
centru pentru activit ăți de formare continu ă, prin servicii de teleînv ățământ sau de
informare/educare pacien ți.
Sistemul TELMES utilizeaz ă infrastructuri combinate fix- mobil-Internet, cu aplicarea
tehnologiilor moderne de acces de band ă largă pe suport fix sau mobil.

5.4.2 Componenta tehnic ă a sistemului

Pe serverul telecentrului regional Ia și s-au instalat aplica țiile software pentru asigurarea
activităților de teleconsult, precum și implementarea bazelo r de date regional ă și pentru
telemonitorizare.
Serverul de la telecentrul regional Ia și are o arhitectur ă care înglobeaz ă un procesor din
categoria Pentium D ce ruleaz ă la 2800 MHz, o memorie RAM de 2GB, un harddisk SCSI de
36GB și unul SATA de 250GB. Pe acesta ruleaz ă sistemul de operare LINUX SUSE,
versiunea 10.1.
Rețeaua local ă a telecentrului regional Ia și mai con ține două calculatoare – sta ții de lucru,
necesare dezvolt ării și rulării aplicațiilor de telemedicin ă, iar ca elemente auxiliare un modul
bluetooth (cu USB, tip Dongle DG06+), un modul wireless PCI de 54Mbit/s în banda
2.4GHz, precum și un router wireless fire wall, tot de 54Mbit/s.
Partea de comunica ții este reprezentat ă de modemuri: analogic (56Kbit/s), wireless
CDMA (Zapp Z020), GSM/GPRS și unul ISDN cu acces BRI.

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

46
Pentru realizarea func ției de monitorizare a parametrilor vitali s-au integrat în sistem
următoarele dispozitive medicale [Telcomed] :
1. Monitor de pacient WristClinic™ (Figura 5.4.2). Permite monitorizarea urm ătorilor
parametri vitali: ritmul cardiac, presiunea arterial ă, un canal ECG, satura ția de oxigen din
sânge, temperatura corpului.
2. Monitor de pacient MiniClinic™ Wrist-unit (Figura 5.4.3). Permite monitorizarea
următorilor parametri vitali: ritmul cardiac , un canal ECG, temperatura corpului.
Dispozitivele WristClinic™ și MiniClinic™ înregistreaz ă și transmit datele la un PC prin
intermediul interfe ței radio.
3. Interfață radio cu ie șire USB MiniGate™ (Figura 5.4.4). Permite conectarea cu
dispozitivele prezentate mai sus. Prin conect area acesteia pe portul USB al aunui PC se
activează software-ul intern și pot fi afi șate pe monitorul PC- ului datele achizi ționate și/sau
pot fi trimise aceste date la telecentrul medical. De ține inglobat ă o interfa ță radio
bidirecțională și poate opera pe o raz ă de până la 100m.
4. Interfață radio cu conectare prin intermediul re țelei de telefonie fix ă MedicGate™
(Figura 5.4.5). Permite conectarea cu dispozi tivele prezentate mai sus. Prin conectarea
acesteia datele achizi ționate sunt trimise la telecentrul medical folosind canalul telefonic de
comunica ție. Deține inglobat ă o interfață radio bidirec țională.

Figura 5.4.2 – Monitor de pacient Figura 5.4.3 – Monitor de pacient
WristClinic™ MiniClinic™ Wrist-unit

Figura 5.4.4 – Interfață radio Figura 5.4.5 – Interfață radio cu
cu ieșire USB MiniGate™ conectare dial-up tip MedicGate™

5.4.3 Unitatea de telemonitorizare

Acest modul se prezint ă în schema bloc din Figura 5.4.6. El permite conectarea
dispozitivelor medicale pentru monitorizarea se mnelor vitale. Datele pacientului (de exemplu
electrocardiograma, presiunea arterial ă, ritmul respirator, temperatura corpului etc.) sunt
transmise c ătre serverul telecentrulului regional (Ia și, Pitești etc.), unde sunt stocate și
prelucrate în timp real sau “off-line”.

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

47

Figura 5.4.6 – Schema bloc a unit ății de telemonitorizare [Rotariu 2007a]

Unitatea de telemonitorizare este compus ă dintr-un amplificator ECG pentru cele 3
derivații bipolare, un modul de achizi ție de semnal cu microprocesor pe 32bi ți cu convertor
A/D integrat pe 10bi ți și dintr-un subsistem pentru interfa ța cu Internet [Rotariu 2007a] .
Prin intermediul portului USB se achizi ționează date de la cele dou ă dispozitive:
monitorul de pacient WristClinic și MiniClinic Wrist-unit. Datele achizi ționate reprezint ă
presiunea arterial ă (PA) sistolic ă și diastolic ă, saturația oxigenului din sânge (SpO
2) și
temperatura corpului.
Modulul cu microprocesor “înglobat” (Figura 5.4.7) este construit în jurul unui
microprocesor pe 32bi ți (Ubicom IP2022). Acesta înglobeaz ă resursele necesare dezvolt ării
de aplica ții pentru sistemele înglobat e: convertoare A/D, interfe țe seriale, USB, interfe țe
TCP/IP. Microprocesorul are în principal urm ătoarele caracteristici: frecven ța de tact de
120MHz, 64Kb memorie intern ă pentru programe de tip EEPROM, 16Kb memorie intern ă
pentru programe/date de tip SRAM, 4Kb memorie intern ă pentru date de tip SRAM, interfe țe
seriale de tip RS232, USB 1.1 și interfață TCP/IP, convertoare A/D pe 10bi ți cu 8 intr ări.

Figura 5.4.7 – Modulul cu microprocesor “înglobat”

Prin intermediul convertoarelor A/D integrat e în microprocesorul IP2022 semnalul ECG
este achizi ționat și transmis mai departe c ătre calculatorul medicului specialist prin Internet

Modul cu microprocesor
“înglobat” Amplificator ECG
3 derivații
A/D
Interfață
Ethernet Etherne t
Dispozitive
medicale
P
A
C
I
E
N
T PA
SpO 2
Temp Port USB
Unitatea de telemonitorizare

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

48
folosind protocolul TCP/IP. Medi cul specialist poate vizualiza în timp real semnalul ECG
folosind interfa ța grafică utilizator.

Figura 5.4.8 – Interfața grafică utilizator a medicului special ist pentru monitorizarea ECG

Interfața grafică utilizator (Figura 5.4.8) pentru monitorizarea semnalului ECG, ce
rulează pe calculatorul medi cului specialist are urm ătoarele caracteristici:
• dispune de controale de editare pentru numele pacientului, numele mediculu i specialist
și ID-urile acestora (pentru p acient ID-ul este repr ezentat de CNP iar pentru medic de codul
de pe parafa acestuia);
• dispune de controale pentru afi șarea stării conexiunii cu unitat ea de telemonitorizare
(Conection Status);
• conține butoanele New și Done pentru conectarea și deconectarea interfe ței la unitatea
de telemonitorizare; în momentul în care este realizat ă conexiunea unitatea începe trimiterea
datelor achizi ționate;
• semnalul achizi ționat sub form ă de eșantioane poate fi memorat în fi șier de tip text
prin apăsarea butonului Save;
• semnalul achizi ționat poate fi vizualizat grafic în ferestrele Acq waveform și Filtered
waveform; în cea de-a doua fereastr ă semnalul ECG este filtrat trece-jos;
• conține butonul Analyse prin ap ăsarea căruia se realizez ă analiza morfologic ă a
semnalului afi șat. Analiza morfologic ă realizeaz ă automat pe 10 cicli cardiaci calculul
ritmului cardiac, amplitudinea medie a undei R, durata medie a complexului QRS și
amplitudinea medie a segmentului ST folosind metoda prezentat ă în Capitolul IV §4.4. Ace ști
parametri sunt afi șați în căsuța de editare Results.

5.5 TELEMON – Sistem integrat de telemonitorizare în timp real a
pacienților și persoanelor în vârst ă

5.5.1 Introducere

TELEMON este un sistem integrat electronico-informatic și de telecomunica ții scalabil,
care permite telemonitorizarea automat ă și complex ă, oriunde și oricând (la domiciliu, în
spital/azil, la serviciu, a subiec tului mobil etc., pe mai multe c ăi de comunica ție), în timp real,
a persoanelor bolnave cronic, a persoanelor în vârst ă, și a celor cu risc medical crescut.

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

49
Sistemul TELMON (Figura 5.5.1) este construit în jurul unui server central de baze de
date care prime ște date de la subsistemele locale 1..n, ce monitorizeaz ă starea pacientului la
domiciliul s ău, precum și de la subsistemele de tip pacient 1..m ce monitorizeaz ă activitatea
pacientului f ără ca acesta s ă se afle într-un anume loc (mobil).

Figura 5.5.1 – Schema bloc de ansamb lu a sistemului TELEMON [Costin 2009a]

Sistemul TELEMON include urm ătoarele componente hardware/software
[Costin 2009a] :
• un sub-sistem local, format dintr-o re țea personal ă de traductori medicali, f ără fir
(RPT) pentru parametri vitali (ECG, puls, presiune arterial ă, saturația oxigenului din
sânge, ritmul respirator și temperatura corpului), un calculator personal de tip PC
interfațat radio cu RPT, pentru achizi ția și prelucrarea primar ă a datelor specifice,
conectat la Internet; pent ru subiectul mobil prelucrarea datelor va fi asigurat ă de un
calculator tip PDA interfa țat cu RPT, iar transmisia acestora se efectueaz ă prin
modulele WiFi sau GSM/GPRS ale PDA;
• un calculator – server pentru baze de date și alte programe de aplica ții, situat la centrul
de Telemonitorizare Regional (CTMR).
• software de aplica ție pentru achizi ția și analiza datelor medicale, a transmisiei acestor
date și/sau a celor prelucrate c ătre serverul central, module software pentru
interfațarea și comunicarea bilateral ă între sub-sistemul local și serverul central,
software pentru monitorizarea și generarea de alarme specifice m ărimii monitorizate și
transmiterea acestora dup ă caz către Stația de Ambulan ță, medicului de familie, celui
specialist sau unui supraveghetor desemnat;

În continuare va fi descris ă varianta de monitorizare a pacientului mobil [Rotariu2008a]
[Rotariu 2010a] [Rotar iu 2010b] [Rotariu 2010c] .

5.5.2 Arhitectura re țelei personalizate de traductori

Arhitectura re țelei personalizate de traduc tori medicali este prezentat ă în Figura 5.5.2.
Aceasta con ține traductori pentru achizi ția semnalelor de tip ECG, a ritmului respirator, a
presiunii arteriale sistolic ă și diastolic ă, a satura ției de oxigen din sânge (SpO 2) și a
temperaturii corpului.
Traductorii transmit valorile numerice al e semnalelor biomedicale sau parametrii
monitoriza ți către serverul local (PDA-ul pacientului) folosind conexiunea radio. Aceasta
implică ca fiecare traductor s ă aibă atașat un modul transmi țător (de tipul eZ430 – RF2500)
care con ține un microcontroler pe 16bi ți (cu resurse de tip co nvertor analog/digital,
intrări/ieșiri digitale și seriale) și un circuit de radiofrecven ță (RF), ambele cu consum redus

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

50
de energie și alimentate la baterii sau acumulatori. Circuitul de radiofrecven ță utilizat
(Chipcon CC2500) transmite/recep ționează date în banda de 2.4GHz .

Figura 5.5.2 – Schema bloc a re țelei personalizate de traductori [Rotariu 2010a ]

Receptorul (Figura 5.5.3) reconstituie datele numerice transmise și le furnizeaz ă la PDA-
ului pacientului. Interfa țarea modulului radio receptor cu PDA-ul se realizeaz ă prin
intermediul portului USB cu care este echipat PDA-ul și a unui circuit specializat convertor
serial – USB.

Figura 5.5.3 – Schema bloc a receptorului RF [Rotariu 2010a ]

5.5.3 Amplificatorul ECG

Amplificatorul ECG (Figura 5.5.4) este un modul realizat în cadrul proiectului. Acesta
este în principal un amplificator de semnal e biomedicale pe 3 canale. Amplificarea fiec ărui
canal este egal ă cu 500, intr ările sunt cuplate AC și are o band ă de frecven țe limitată la
100Hz. Rejec ția mărită de mod comun (> 90dB), impedan ța mare de intrare (> 10M Ω) și
intrările flotante sunt de asemenea caract eristici ale amplificatorului ECG [Rotariu 2008b] .

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

51

Figura 5.5.4 – Schema bloc a amplificatorului ECG [Rotariu 2008b]

Al doilea etaj este un filtru trece jos dublu cu frecven ța de tăiere de aproximativ 100Hz, o
amplificare de 100 în banda de trecere și o atenuare de 40dB/dec.
Frecvența de eșantionare a semnalelor ECG este de 200Hz.
Alimentarea amplificatorului ECG este realizat ă cu 2 acumulatori AAA de 1.2V prin
intermediul unui st abilizator ridic ător de tensiune.

Figura 5.5.5 – Amplificatorul ECG (prototip) [Rotariu 2008b]

5.5.4 Traductorul de respira ție
Traductorul de respira ție este realizat cu termistori [Ciubotariu 2009] . Aceștia se
plasează în fața foselor nazale și detecteaz ă diferența dintre temperatura aerului inhalat și cea
a aerului expirat (Figura 5.5.6). Diferen ța de temperatur ă este în mod uzual de aproximativ
10°C.
Termistorii sunt inclu și în montaj de tip divi zor rezistiv (Figura 5.5.7).

BT1
BatteryAG = 4
GNDP4.5ADC10
ADC10
GNDMSP430F2274BG = 4VCC
VCCVCC
1KR3
Res1
10nFC2
Cap10KR1
Thermistor
GND GND
1KR4
Res1
10nFC3
Cap10KR2
Thermistor
GND GNDOA1I14uFC1
Cap
GNDOA0I1P4.6

Figura 5.5.6 – Traductorul Figura 5.5.7 – Schema electric ă a
de respira ție traductorului de respira ție[Ciubotariu 2009]

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

52
Tensiunea analogic ă de la intrarea microprocesor ului MSP430F2274 este amplificat ă de 4
ori de amplificatorul opera țional integrat în micr oprocesorul MSP430F2274 și digitizat ă cu
frecvența de 10Hz de convertorul A/D intern. Alimentarea traductorului de respira ție se
realizează de la o baterie de 3V cu litiu de tipul CR2032.

Figura 5.5.8 – Traductorul de respira ție (prototip)

5.5.5 Traductorul de SpO 2 și puls

Pulsoximetrul folosit pentru m ăsurarea SpO 2 și puls este Micro Power Oximeter board
[Smiths Medical] . Acesta are urm ătoarele specifica ții tehnice: gama de m ăsurare pentru SpO 2
0 – 99% (cu pasul de 1%), prec izie ±2 pentru 70 – 99% SpO 2, gama pulsului 30 – 254 BPM
(cu pasul de 1 BPM), precizia de ±2 BPM sau ±2% (care este mai mare).
Pulsoximetrul comunic ă serial SpO 2, pulsul și semnalul fotopletismografic modulului
eZ430 – RF2500 cu care este conectat (Figura 5.5.9) cu viteza de comunica ție de 4800bps, 8
biți date, fără paritate și 1 bit de stop.

Figura 5.5.9 – Pulsoximetrul Micro Power Oximeter și modulul eZ430 – RF2500

Alimentarea traductorului de SpO 2 este realizat ă cu 2 baterii AAA de 1.5V prin
intermediul unui st abilizator ridic ător de tensiune.

Figura 5.5.10 – Traductorul de SpO 2 și puls (prototip)

5.5.6 Traductorul de presiune arterial ă

Pentru măsurarea presiunii arteriale a fost folosit un tensiometru digital A&D UA-767PC
[A&D Medical] cu port serial, care faciliteaz ă comunicarea bidirec țională cu viteza de

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

53
comunica ție de 9600bps. Acesta este cone ctat la modulul eZ430-RF2500 c ătre care trimite
valorile numerice ale presiunii arteriale (sistolic ă și diastolic ă) și pulsul [Hande 2006] .
Domeniile de m ăsurare ale tensiometrului A&D UA-767PC sunt: 20 – 280mmHg
(presiunea arterial ă)/40 – 200bpm, precizie de m ăsurare: 3mmHg (2%) (presiune) și 5% puls.
Alimentarea traductorului se realizeaz ă cu 4 baterii alcaline tip AA.

Figura 5.5.11 –Tensiometrul UA-767PC și modulul eZ430-RF2500 [Rotariu 2010a ]

Figura 5.5.12 – Traductorul de presiune arterial ă și puls (prototip) [Rotariu 2010a ]

5.5.7 Traductorul de temperatur ă

Traductorul de temperatur ă (Figura 5.5.14) este constr uit cu circui tul TMP275
[SBOS363D] . TMP275 este un circuit pentru m ăsurarea temperaturii cu o precizie de ±0.5°C
(max) pentru intervalul −20°C +100°C. Rezolu ția de măsurare a temperaturii este de
0.0625°C (12 bi ți), iar timpul de r ăspuns este mai mic de 220ms. Eroarea de m ăsurare a
temperaturii pentru intervalul 35 – 45°C este mai mic ă decât 0.2°C .
Circuitul este conectat direct cu micr oprocesorul MSP430F2274 de pe modulul eZ430-
RF2500 prin intermediu l liniilor de tip I2C emulat și nu necesit ă foarte multe componente
auxiliare. Frecven ța de citire a temperaturii a fost stabilit ă la 1Hz. Alimentarea traductorului
de temperatur ă se realizeaz ă de la o baterie de 3V cu litiu de tipul CR2032.

Figura 5.5.13 – Traductorul Figura 5.5.14 – Schema electric ă a traductorului
de temperatur ă de temperatur ă [Rotariu 2010a ]

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

54

Figura 5.5.15 – Traductorul de temperatur ă (prototip) [Rotariu 2010a ]

5.5.8 Serverul de pacient

În Figura 5.5.16 se prezint ă schema bloc a serverului de pacient . Pe server ruleaz ă o
aplicație de monitorizare care:
• preia datele de la traductori prin intermediul dispozitivelor de tip transmi țător; datele
conțin identificatorul traductorului și valoarea m ăsurată (în cazul traductorului ECG se
transmite la un moment de timp un bloc de date);
• realizează automat analiza datelor de la traduc tori; în cazul semnalului ECG este
realizată analiza morfologic ă prin detec ția complexelor QRS și calculul ritmului cardiac (HR)
folosind metoda prezentat ă în Capitolul IV §4.5;
• activează alarmele daca parametrii monitoriza ți depășesc limitele (HR > 140bpm, HR
< 50bpm, SpO 2 < 90%, lipsa respira ției pentru mai mult de 10sec., PA > 160/100mmHg sau
PA < 90/60mmHg, Temp > 40°C sau Temp < 32°C);
• se conecteaz ă în caz de alarm ă sau periodic la serverul central, unde descarc ă valorile
numerice ale parametrilor monitoriza ți, folosind conexiunea WiFi sau GSM/GPRS;
• dispune de o interfa ță utilizator prin intermediul c ăreia se pot vizualiza forme de und ă,
valorile numerice ale parametrilor monitoriza ți și se pot modifica pragurile de alarmare
• stochează parametrii monitoriza ți precum și datele provenite de la traductori pe un
suport nevolatil de mare capacitare de tip SD-Card.
Serverul de pacient este implementat folosind PDA-ul HTC X7500 cu sistem de operare
Windows Mobile, versiunea 5.0. Acesta ar e pe în structura sa un port USB host și furnizeaz ă
pe conector o tensiune stabilizat ă de 5V. Pentru conectar ea modulului eZ430 – RF2500
receptor s-a realizat un modul de interfa ță care conține un transceiver USB – serial CMOS ) și
un stabilizator liniar coborâtor de tens iune de la 5V la 3.3V necesar aliment ării modulului
eZ430 – RF2500.

Figura 5.5.16 – Serverul de pacient [Rotariu 2010a ]

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

55
Datele se transfer ă de la modulul eZ430 – RF2500 receptor la PDA prin intermediul
transceiver-ului serial – USB și portului USB al PDA. Preluarea lor se realizeaz ă prin
intermediul driverului de COM. Acesta tr ebuie programat pentru o viteza de comunica ție de
57600bps, 1 bit start, 1 bit stop, f ără paritate.
În Figura 5.5.17 este prezentat ă interfața grafică a aplicației de monitorizare ce ruleaz ă
pe serverul de pacient. Aceasta con ține formele de und ă și indicatorii de stare pentru fiecare
traductor:
• tensiunea de alimentare de la baterii sau acumulatori a traductorului;
• distanța traductorului fa ța de modulul ez430 – RF 2500 receptor – aproximat ă prin
măsurarea puterii semnalului recep ționat (RSSI) de modulul eZ30 – RF2500 receptor.

a ) b )

c ) d )
Figura 5.5.17 – Interfața aplicației de monitorizare ce ruleaz ă pe PDA a) Deriva ții ECG
b) ECG, puls periferic și SpO 2 c) Ritm respirator d) Stare traductori [Rotariu 2010a ]

5.5.9 Consumul de energie

Pentru a evalua consumul de energie și durata de via ță a bateriilor pentru ficare traductor,
se folosește schema de m ăsurare din Figura 5.5.18.

Figura 5.5.18 Circuit pentru evaluarea consumul ui de curent al traductorilor

Capitolul V: Sisteme integr ate de telemonitorizare

56
Pentru modulul eZ430 – RF2500 se prezint ă în Figura 5.5.19 profilul de curent consumat
la transmisia pachetelor. Pentru calculul curentului mediu s-a calculat integrala tensiunii de
sub grafic, ob ținându-se o valoare de aproximativ 1000µV*sec., deci un curent de
aproximativ 1000µV*sec/10 Ω = 100µA*sec.

a ) b )
Figura 5.5.19 – Profilul de curent consumat de eZ430-RF2500
a) la transmisia unui pachet b) la transmisia a 6 pach ete la interval de 1 sec.

S-au alimentat traductorii și pentru fiecare s-a calculat curent ul mediu pe baza schemei de
măsură din Figura 5.5.18. Rezultatele sunt prezen tate în Tabelul 5.5.1. S-a considerat c ă
bateriile/acumulatorii î și mențin capacitatea pân ă la golire.

Tabelul 5.5.1 – Consumul de energie și durata de via ță a baterilor
Traductor Frecven ța de
transmisie a
datelor Curent mediu
consumat Capacitate
baterii Zile de operare
continuă
ECG 100 pachete/sec. 9.8 mA 1000 mAh 4.2
Respirație 10 pachete/sec. 1.4 mA 240 mAh 7.1
SpO 2 1 pachet/sec. 6.1 mA 1250 mAh 8.5
Presiune arterial ă 1 pachet/30min. 9.8 mA 2850 mAh 12.1
Temperatur ă 1 pachet/sec. 0.2 mA 240 mAh 45.5

Capitolul VI: Concluzii

57
CAPITOLUL VI

CONCLUZII

Telemonitorizarea în timp real a pacien ților, atât preventiv cât și după evenimente
medicale majore, reprezint ă o procedur ă din ce în ce mai utilizat ă în practica medical ă. Ea
cere dispozitive cu performan țe din ce în ce mai mari pentru achizi ția și transmiterea
parametrilor vitali.
O limitare a telemonitoriz ării parametrilor vitali const ă în eșecul acestor sisteme de a
detecta schimb ări fiziologice importante: detectarea pier derilor masive de sânge, a unui volum
plasmatic insuficient la pacien ții cu arsuri sau identificarea bolilor grave la copii.
Parametrii vitali afla ți în limite normale nu garanteaz ă o stare fiziologic ă stabilă,
sugerând astfel faptul c ă utilitatea telemonitoriz ării acestora este mai degrab ă un indicator al
necesității mai multor investiga ții viitoare.
Sistemele de telemonitorizare prezentate pot fi folosite ca sisteme de alarmare în cazul
monitoriz ării în timpul activit ății normale sau al exerci țiilor fizice.
Caracteristici importante sunt modularitatea și flexibilitatea sistem elor, astfel încât pot
permite achizi ția, monitorizarea și analiza unui domeniu larg de semnale biomedicale, cum
sunt ECG, EEG, EMG, EGG, EOG ș.a. Sistemele pot fi extinse cu noi tipuri de intr ări de date,
incluzând corela ții între stări fiziologice și emoționale, ceea ce ar putea dezvolta semnificativ
interfața și interacțiunea om-calculator.
Cercetarea în domeniul telemonitoriz ării în România va permite atingerea unui obiectiv
important din punct de vedere al calit ății serviciilor medicale și anume cel al implement ării
teleservciilor medicale la noi în țară, aliniat la cerin țele Uniunii Europene, precum și la
standardele și recomand ările tehnice actuale, ela borate de organisme tehnice consacrate, în
domeniul telemedicinei.
Efectele introducerii pe scar ă largă a sistemelor de telem onitorizare se concretizeaz ă prin
creșterea gradului de acces la tehnologii moderne, în domeniul medical, la cre șterea calit ății
actului medical, în condi țiile scăderii costurilor de dotare și, implicit, la cre șterea gradului de
sănătate a popula ției, concomitent cu sc ăderea gradului de morta litate. Din punctul lor de
vedere, pacien ții pot salva timp, bani și confort, cu men ținerea sau creș terea calit ății actului
medical, coborât fizic chiar la nivelul domiciliului pacientului.
Din punct de vedere economic, prin introducerea sistemelor de telemonitorizare se ob ține
o reducere a costurilor sociale în domeniul s ănătății, nu de pu ține ori destul de costisitoare. Se
vor reduce semnificativ costurile privind achizi ția, stocarea și administrarea datelor medicale
prin automatizarea acestora. Telemonitorizarea continu ă a pacienților va reduce perioadele de
spitalizare și timpul petrecut de pacient în policlinici și cabinete medicale.

Capitolul VI: Concluzii

58
Sistemele de telemedicin ă vor completa treptat sistemel e clasice de stocare a datelor
medicale, care în momentul de fa ță ocupa mult spa țiu, necesit ă timp semnificativ pentru
accesul la date și nu permit înregistrarea unor date complexe.
În final se constat ă că sistemele informatice, în cazul telemonitoriz ării bazate pe sisteme
înglobate, concur ă activ și eficient la calitatea deciziei medicale mai ales în situa ții în care
lipsa specialistului “in situ” este înc ă o realitate în prag de mileniu trei.

În secțiunea urm ătoare se face o trecere în revist ă a contribu țiilor personale cu cit ări
referitoare la lucr ările publicate în extenso.

6.1 Sumarul contribu țiilor personale

Capitolul V intitulat „Sisteme integrate de telemonitorizare” cuprinde rezultatele
cercetărilor autorului acestei teze de doctorat efectuate în perioada 2001 – 2010 în cadrul
Facultății de Bioinginerie Medical ă din UMF “Gr. T Popa” Ia și.
Contribuțiile personale se reg ăsesc în cea mai mare parte în cele 36 de publica ții (din care
13 ca prim autor) și în cele dou ă cărți de specialitate (din care una ca unic autor). Pe scurt
acestea sunt:
• Proiectarea, implementarea și testarea unui sistem de telemonitorizare a semnalului
ECG folosind ca suport al comunica ției undele radio. Rezultatele sunt prezentate în
[Rn1] și [Vn4] și în Capitolul V §5.1.
• Proiectarea și implementarea unei unit ăți de telemonitorizare pentru achizi ția,
prelucrarea și transmisia semnalului ECG prin Internet. Aceasta a fost implementat ă în
cadrul sistemului MEDCARE [P1] . Rezultatele sunt prezentate în [Ri4], [Vi22],
[Vi23], [Rn2], [Rn3], [Vn3], [E1] și în Capitolul V §5.2.
• Proiectarea, implementarea și testarea unui sistem de co municare cu persoane cu
handicap neuro-locomotor ma jor în cadrul sistemului TELPROT [P2]. Rezultatele
sunt prezentate în [Vi10] , [Vi16] și în Capitolul V §5.3.
• Proiectarea și implementarea unei arhitecturi de telemonitorizare a parametrilor vitali
(ECG, SpO 2, PA și Temperatur ă) ca parte a unui sistem complex de telemedicin ă.
Acesta a fost implementat ă în cadrul sistemului TELMES [P3]. Rezultatele sunt
prezentate în [Vi18], [Vi19], [Vi20], [Vi21], [Vn1], [E2] și in Capitolul V §5.4.1 și
§5.4.2.
• Proiectarea și implementarea unei unit ăți de telemonitorizare bazat ă pe un sistem
înglobat pentru achizi ția și transmisia parametrilor vitali (ECG, SpO 2, PA și
Temperatur ă) prin Internet. Aces ta a fost integrat ă în sistemul TELMES [P3].
Rezultatele sunt prezentate în [Ri3] [Vi15], [Vi17] și în Capitolul V §5.4.3.

Capitolul VI: Concluzii

59
• Proiectarea unei arhitecturi de sistem de telemonitorizare în timp real a parametrilor
vitali pentru bol navii cronici și pacienții în vârst ă. Acesta a fost implementat ă în
cadrul sistemului TELEMON [P4]. Rezultatele sunt prezentate în [Vi1], [Vi2] , [Vi3],
[Vi4], [Vi8], [Vi9], [Vi11], [Vi13], [Vi14] și în Capitolul V §5.5.2.
• Proiectarea, implementarea și testarea unui sistem de te lemonitorizare a parametrilor
vitali (ECG, Ritm respirator, SpO 2, PA și Temperatur ă) folosind traductori wireless.
Acesta a fost integrat în cadrul sistemului TELEMON [P4]. Rezultatele sunt
prezentate în [Cb1], [Cb2] , [Ri1], [Ri2], [Vi6], [Vi7] și in Capitolul V §5.5.3 – §5.5.9.
• Proiectarea și implementarea unui modul hardware de detec ție a căderii persoanei
folosind senzori wireless. Acesta a fost integrat în cadrul sistemului TELEMON [P4].
Rezultatele sunt prezentate în [Vi5] .

6.2 Direc ții viitoare de cercetare

Tot mai des în ultima perioad ă se dezvolt ă sisteme de telemonitorizare bazate pe re țele de
senzori. Din aceast ă cauză, rețelele de senzori trebuie sa fie din ce în ce mai robuste, cu durat ă
de viață cât mai îndelungat ă și cu un cost cât mai mic.
Luând în considerare solu țiile prezentate în lucrare, direc țiile viitoare de cercetare pot viza
mai multe planuri:
1. Implementarea unor algoritmi de prel ucrare a semnalelor mai eficien ți din punct de
vedere computa țional chiar la nivelul traductorului;
2. Implementarea unor algoritmi adaptivi de management a energiei consumate de
traductori;
3. Implementarea unor metode de extragere de tr ăsături și clasificare automat ă a
semnalelor biomedicale, bazate pe reguli;
4. Creșterea num ărului de parametri monitoriza ți prin includerea și a celor nu neap ărat
vitali.
5. Implementarea unor metode de determinare a pozi ției persoanei telemonitorizate
folosind tehnologia GPS.

Aceste provoc ări științifice și tehnologice vor fi abordate, la un nivel superior, în lucr ări
viitoare.

BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă

[Alecu 2008] Alecu A., Ghid ECG , Farma Media, ISBN: 978-973-87462-5-1, 2008
[Afonso 1999] Afonso V. X., Tompkins W. J., Nguyen T. Q., Luo S., ECG beat detection
using filter banks , IEEE Trans. Biomed. Eng, vol. 46, pp. 192-202, 1999
[Anliker 2004] Anliker U., Ward, J.A., Lukowicz P. et. al., AMON: a wearable
multiparameter medical monitoring and alert system , IEEE Transactions on Information
Technology in Biomedicine, Vol. 8, pp. 415 – 427, ISSN: 1089-7771, 2004
[A&D Medical] UA767PC Blood Pressure Monitor http://www.
lifesourceonline.com/and_ med.nsf/html/UA-767PC
[Bennet 1978] Bennet A.M. et al., Telehealth Handbook. A Guid e to Telecommunications
Technology for Rural Health Care , US Department of Health, Education and Welfare, Publ.
No. (PHS) 78-3210, 1978
[Boros 2007] Boros M., Monitoring in Medical Practice – Basic Medical Skills , Institute
of Surgical Research University of Szeg ed, Medical School Hungary, Innovariant Ltd. 3
Textilgyári Rd., H-6725 Szeged , 2007, ISBN 963-482-787-X
[Cardionet] Sistem integrat pentru supraveghere c ontinua in retea inteligenta e-Health a
pacientilor cu afectiuni cardiologice , http://cardionet.utcluj.r o/Raport_tehnic_et2.pdf
[Chan 2005] Chan V., Underwood S., A Single-Chip Pulsoximeter Design Using the
MSP430 , SLAA274–November, http://focus.ti. com/lit/an /slaa274/ slaa274.pdf, 2005
[Ciubotariu 2009] Ciubotariu R., Adochiei F., Rotariu C., et. al, A Low Power Wireless
Breathing Module for Personal Area Network , Advancements of Medical Bioengineering and
Informatics, ISSN: 2066-7590, pp. 190-193, 2009
[CodeBlue] CodeBlue – Wireless Sensor Networks for Medical Care ,
http://fiji.eecs.harvard.edu/CodeBlue
[COM689] Comunicarea comisiei comunit ăților europene c ătre parlamentul european
privind telemedicina și beneficiile sale pentru pacien ți, pentru sistemele de s ănătate și pentru
societate, Bruxelles, 2008
[Costin 2000] Costin H., Electronic ă Medicală, Ed. Cantes, ISBN 973-8173-10-8, 2000
[Costin 2003a] Costin H., Rotariu C., et al., MEDCARE – sistem pentru telemonitorizare
cardiologic ă prin Internet , Revista Medico-Chirurgical ă, Iași, Vol. 107, No. 3, Supl. 1, pp.
528-533, 2003
[Costin 2003b] Costin H., Rotariu C. ., Bârleanu Al., An embedded telemetry system for
the web-based ECG transmission , Craiova Medicala Journal, Vo l. 5, S3, Craiova , Romania,
pp. 489-492, 2003
[Costin 2004a] Costin H., Rotariu C., Bârleanu Al., Telemedicina în România – de la
discuții la practic ă: MEDCARE – sistem de tele monitorizare cardiologic ă prin Internet ,
volumul Conferin ței Naționale “Managementul informa ției și informatizarea sistemului de
sănătate”, CJAS Ia și, Iași, pp. 202-207, 2004
[Costin 2006a] Costin H, Puscoci S., Rotariu C., Dionisie B. and Cimpoesu M., A
Multimedia Telemonitoring Network for Healthcare , Proc. of XVII Int. Conference on
Computer and Information Science and Engineering, ENFORMATIKA 2006, pp. 113-118,
Dec. 2006, Cairo, Egipt, ISSN 1305-5313, 2006
[Costin 2006b] Costin H., Rotariu C., Dioni sie B., Ciofea R., Puscoci S., Telemonitoring
System for Complex Telemedicine Services , Proc. of Int. Conference on Computers,
Communications & Control, ICCCC 2006, pp. 150- 155, June 1-3, Baile Felix Spa, Oradea,
2006
[Costin 2007] Costin H., Cehan V., Rotariu C. et al., TELPROT – Communication System
with Persons Having a Major Neuro-Locomotor Handicap , Proc of. EHB 2007, E-Health and
Bioengineering, pp. 67-70, Iasi, 2007
[Costin 2009a] Costin H., Rotariu C., et al., TELEMON – Complex System for Real Time
Medical Telemonitoring of Vital Signs , Advancements of Medical Bioengineering and
Informatics, ISSN: 2066-7590, pp. 17-23, 2009

BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă
[Costin 2009b] Costin H., Rotariu C ., Electronica medical ă – o abordare practic ă – Vol.
I, Editura “Gr. T Popa” UMF Ia și, 2009, ISBN 978-606-544-010-4
[Dragu 1981] Dragu I., Iosif I.M., Circuite integrate linia re. Amplificatori opera ționali ,
Ed. Militar ă, 1981
[Gligor 1988] Gligor T. D., Bartos O., Policec A., Goian V., Aparate electronice
medicale , Ed. Dacia, 1988
[Gouaux 2002] Gouaux F., Simon-Chautemps L., Fayn J. et al. Ambient Intelligence and
Pervasive Systems for the Monitoring of Citizen s at Cardiac Risk: New Solutions from the
EPI-MEDICS Project , Computers in Cardiology, Vol. 29, pp. 289-292, 2002
[Gritzali 1989] Gritzali F., Frangakis G., & Papaconstantinou G., Detection of P and T
waves in ECG , Comp. and Biomed. Res., 22, 83-91, 1989
[Hamilton 1986] Hamilton, P.S., & Tompkins, W.J. Quantitative investigation of QRS
detection rules using the MIT /BIH arrhythmia database , IEEE Trans. on BME, BME-33 (12),
1157-1165, 1986
[Hamilton 2002] Hamilton P., Open Source ECG Analysis Software Documentation
http://www.eplimited.com/osea13.pdf, EP limited, 2002
[Hande 2006] Hande A., Polk T., Walker W. and Bhatia D., Self-Powered Wireless
Sensor Networks for Remote Patient Monitoring in Hospitals , Sensors,Vol. 6, pp. 1102-1117,
ISSN 1424-8220, 2006
[Hu-Tompkins 1993] Hu Y. H., Tompkins W. J., Urrusti J. L., Afonso V. X.,
Applications of artificial neural networks for ECG signal detection and classification , Journal
of Electrocardiology, vol. 26 (Suppl), pp 66-73, 1993
[IEEE802.15.4 2006 ] IEEE Standard for Information technology, Telecommunications
and information exchange between systems Lo cal and metropolitan area networks Specific
requirements , IEEE Computer Society, IEEE Std 802.15.4™, 2006
[Kästle 1997] Kästle S, Noller F., Falk S., Bukta A., Mayer E and Miller D., A New
Family of Sensors for Pulse Oximetry , Hewlett-Packard Journal, 1997
[Kadambe 1999] Kadambe S., Murray R., Boudreaux G. F., Wavelet transform-based
QRS complex detector , IEEE Trans. Biomed. Eng, vol. 46, pp. 838-848, 1999;
[Klabunde 2007] Klabunde R., Cardiovascular Physiology Concepts: Mean Arterial
Pressure , http://www.cvphysiology.com /Blood%20 Pressure/BP006.htm
[Kohler 2002] Kohler B., Hennig C. and Orglmeister R., The Principles of software QRS
Detection – reviewing and Comparing Algor ithm for Detecting this Important ECG
Waveform , IEEE Eng. în Medicine and Biology, Jan-Feb, 2002
[Laguna 1990] Laguna P., Thakor N.V., Caminal P., Jane R., and Yoon H-R., New
algorithm for QT interval analysis in 24- hour Holter ECG: performance and applications ,
Med. and Biol. Eng. and Comp., 28, 67-73, 1990
[Li 1995] Li C., Zheng C., Tai C., Detection of ECG characterist ic points using wavelet
transforms , IEEE Trans. Biomed. Eng, vol. 42, pp. 21-28, 1995
[Mahmoodabadi 2005] Mahmoodabadi S.Z., Ahmadian A., Abolhasani M. D., ECG
Feature Extraction usi ng Daubechies Wavelets , Visualization, Imaging, And Image
Processing, 2005
[M-Health 2006] M-Health: Emerging Mobile Health Systems (Topics in Biomedical
Engineering. International B ook Series), Edited by Istepani an R., Laxminarayan S., and
Pattichis S., Springer, ISBN: 978-0387-26558-2, 2006
[Morales 2007] Morales M., A Wireless Sensor Monitor Using the eZ430 – RF2500 ,
MSP430 Applications, Application Re port, Texas Instruments, SLAA378,
http://focus.ti.com/lit/ an/slaa378b/slaa378b.pdf, 2007
[Oppenheim 1989] Oppenheim A.V., Schafer R.W., Discrete-Time Signal Processing ,
Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 1989
[Okada 1979] Okada M., A digital filter for the QRS complex detection , IEEE Trans.
Biomed. Eng., vol. 26, pp. 700-703, Dec. 1979.

BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă
[Pan 1985] Pan J., and Tompkins W.J., A real-time QRS detection algorithm , IEEE Trans.
Biomed. Eng., vol. BME-32, pp. 230-236, 1985
[Physionet] MIT-BIH Arrhythmia Database , http://www.physionet.org/physiobank/
database/mitdb/
[Poli 1995] Poli R., Cagnoni S., Valli G., Genetic design of op timum linear and nonlinear
QRS detectors , IEEE Trans. Biomed. Eng, vol. 42, pp. 1137-1141, 1995
[Popa 2006] Popa R., Electronic ă Medicală, Ed. Matrixrom, 2006
[Puscoci 2006] Puscoci S., Costin H., Rotariu C. et. al., TELMES – Regional Medical
Telecentres , Proc. of XVII Int. Conference on Co mputer and Information Science and
Engineering, ENFORMATIKA 2006, pp. 243-246, Dec. 2006, Cairo, Egipt, ISSN 1305-5313,
2006
[Rangaraj 2002] Rangaraj M. Biomedical Signal Analysis: A Case-Study Approach ,
Wiley-IEEE Press, 2002, ISBN: 978-0471208112
[Roberts 2004] Roberts J. (Editor), Hedges J. (Editor), Clinical Procedures in Emergency
Medicine , 4th edition, W.B. Saunders, Inc., 2004, ISBN 0-7216-9760-7
[Rotariu 2003] Rotariu C., Costin H., Bârleanu Al., Telemed-R: a real time ECG
telemonitoring system using radio waves , Craiova Medical ă Journal, Vol. 5, Suppl. 3,
Craiova, Romania, pp. 485 – 488, 4 pg., ISSN:1454-6876, 2003
[Rotariu 2004] Rotariu C ., Costin H., Telemed-R, sistem de telemonitorizare ECG
folosind unde radio , volumul Conferin ței Naționale “Managementul informa ției și
informatizarea sistemului de s ănătate”, CJAS Ia și, Iași, pp. 208-212, sept. 2004
[Rotariu 2006] Rotariu C., Costin H., Morphological Analysis of the ECG Signal Using
Digital Filters , Workshop-ul „Echipamente electronice și informatic ă medicală. Aplicații în
medicină”, Pitești, Ed. A VI-a, Univ. Pite ști, 30iunie – 1 iulie 2006
[Rotariu 2007a] Rotariu C, Costin H, Puscoci S, Andruseac G. and Costin C., An
Internet Embedded Monitoring Un it for Telemedicine Services , Proc. of EMMIT2007, Euro-
Mediterranean Medical Informatics and Teleme dicine 3rd International Conference, pp. 176-
180, 3-5 May, Mangalia, 2007
[Rotariu 2008a] Rotariu C., Costin H., Arotaritei D. and Constantinescu G., A Low
Power Wireless Personal Area Network for Telemedicine , Proceedings of the 4th European
Conference of the International Federation for Medical and Biol ogical Engineering, R. Vol.
22, pp. 982-985, 2008
[Rotariu 2008b] Rotariu C., Costin H., Arot aritei D. and Dionisie B., A Wireless ECG
Module for Personal Area Network , Buletinul Institutului Politehnic Ia și, Tome LIII (LVIII)
Fasc. 1, pp. 45-54, 2008
[Rotariu 2008c] Rotariu C., Costin H., Cehan V. and Morancea O., A Communication
System With Severe Neuro – Locomotor Handicapped Persons , Proc of BEBI '08 (1st WSEAS
International Conference on Biomedical Electr onics and Biomedical Informatics), , Rhodes,
Greece, pp. 145-149, 2008
[Rotariu 2009 ] Rotariu C., Sisteme de telemonitorizare a parametrilor vitali , Editura
“Gr. T Popa” UMF Ia și, 2009, ISBN 978-606-544-011-1
[Rotariu 2010a ] Rotariu C., Manta V. and Costin H. , Patient Monitoring Using a Low
Power Wireless Personal Area Network of Sensors , Buletinul Institutului Politehnic din Ia și,
Tomul LVI (LX), Fasc. 1, 2010, AUTOMATIC CONTROL and COMPUTER SCIENCE
Section, pp. 73-87, 2010
[Rotariu 2010b ] Rotariu C., Costin H, et. al., E-health System for Medical
Telesurveillance of Chronic Patients , Proc. of Int. Conference on Computers,
Communications & Cont rol, ICCCC 2010, May 12-16, 2010 , Oradea, va aparea în Suppl.
Issue – ICCCC 2010
[Rotariu 2010c ] Rotariu C., Costin H. et. al TELEMON – An Embedded Wireless
Monitoring and Alert System for Homecare , MEDICON 2010, IFMBE Proceedings 29, pp.
875–878, Porto Carras, Greece, 2010

BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă
[Rubel 2004] Rubel P., Fayn J., At oui H., Télisson D., Beyond EPI-MEDICS , 2nd
OpenECG Workshop, Berlin, Germany, 2004
[Rubel 2005] Rubel P., Fayn J et al., Toward personal eHealth in cardiology. Results
from the EPI-MEDICS telemedicine project , Vol. 38, Issue 4, pp. 100-106, 2005
[SBOS363D] Senzor de temperatur ă integrat tip TMP275, 0.5°C Digital Out Temperature
Sensor , http://focus.tij.co.jp/jp /lit/ds/ symlink/tmp275.pdf
[Sinem 2004] Sinem C. E., „ZigB ee/IEEE 802.15.4 Summary,“
http://pages.cs.wisc.edu/~suman/ courses/838/papers/zigbee.pdf, 2004
[SLAU227] eZ430 – RF2500 Development ToolUser's Guide , Mixed Signal Products,
Texas Instruments, http://focus.ti.com/lit/ug/slau227e/slau227e.pdf, 2007
[Smiths Medical] Micro Power Oximeter Board , http://www.smiths-
medical.com/Upload/products/PDF /O EM/196002_Micro-Power-Oximeter.pdf
[Stewart 2003] Stewart J., Vital Signs and Resuscitation , Landes Bioscience, Texas USA,
2003, ISBN: 1-57059-671-9
[Strintzis 1992] Strintzis M. G., Stalidis G ., Magnisalis X., Maglaveras N., Use of neural
networks for electrocardiogram (ECG) feat ure extraction, recognition and classification ,
Neural Network World, vol. 3, no. 4, pp. 313-327, 1992
[Strungaru 1982] Strungaru R., Electronic ă Medical ă, Ed. Didactic ă și Pedagogic ă,
București, 1982
[Suppappola 1994] Suppappola S., Sun Y., Nonlinear transforms of ECG signals for
digital QRS detection : A quantitative analysis , IEEE Trans. Biom ed. Eng, vol. 41, pp. 397-
400, 1994
[Telcomed] WristClinic, the all-in-one wireless remote medical monitoring device ,
http://www.telcomed.ie
[TELEASIS] Sistem complex, pe supor t NGN pentru teleasisten ță la domiciliu a
persoanelor în vârst ă, http://www.teleasis.ro
[TI MSP430] MSP430 microcontrollers (MCU), http://focus.ti.com/mcu/docs/
[TI CC2500] Low-Cost, Low-Power 2.4 GHz RF Transceiver , http://focus.ti.com/lit/ds
/symlink/cc2500.pdf
[TI SIMPLICITI] Introduction to SimpliciTI, Low-power RF protocol from Texas
Instruments , http://focus.ti.com/lit/ml/swru130b/swru130b.pdf
[Tompkins 1993] Tompkins W. J., Biomedical Digital Signal Processing: C-language
examples and laboratory exp eriments fo r the IBM PC , Prentice Hall, ISBN 0-13-067216-5,
1993
[Trahanias 1993] Trahanias P., An approach to QRS complex detection using
mathematical morphology , IEEE Trans. Biomed. Eng, vol. 40, no. 2, pp. 201-205, 1993
[Urrusti 1993] Urrusti J. L. and Tompkins W. J., Performance evaluation of an ECG QRS
complex detection algorithm , Proc. Annual International Conf erence of the IEEE Engineering
inMedicine and Biology Society, pp. 800–801, 1993
[Vijaya 1998] Vijaya G., Kumar V., Verma H. K., ANN – based QRS complex analysis of
ECG , Journal of Medical and Engine ering Technology., vol. 22, no.4, pp 160-167, 1998
[Varshney 2009 ] Varshney U., Pervasive Healthcare Computing , Springer LLC, 2009,
ISBN: 978-1-4419-0214-6
[Yang 2008] Yang Xiao and Hui Chen (Editors), Mobile telemedicine : a computing and
networking perspective, CRC Press, ISBN:978-1-4200-6046-1, 2008
[Zigel 1998] Zigel Y., ECG Signal Compression , M.Sc. Degree Thesis, Ben Gurion
University of Negev, Faculty of Engineering Sciences, 1998
[Zigel 2000] Zigel Y., Cohen A., Katz A, The Weighted Diagnostic Distortion (WDD)
Measure for ECG Signal Compression, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol.
47, No.11, November 2000