Sistema IoT para monitoreo remoto de signos vitales en Telemedicina. IoT system for vital signs remote monitoring in Telemedicine

Abstract

Este proyecto se centra en la creación de un dispositivo para el monitoreo de signos vitales (temperatura, frecuencia cardíaca y saturación de oxígeno), diseñado específicamente para su integración en un sistema de telemedicina.

El sistema propuesto busca revolucionar los servicios de salud al permitir el seguimiento a distancia de pacientes y facilitar intervenciones médicas rápidas. Se propone un diseño en UML (Lenguaje Unificado de Modelado) para modelar la arquitectura del software y se valida con microcontroladores ESP32-S3 y sensores como el DS18B20 para temperatura y el MAX30102 para frecuencia cardíaca y saturación de oxígeno. Los datos recopilados en tiempo real se envían a un sistema de información médica a través de servicios web, asegurando una transmisión de datos fiable y segura.

Objetivo

Crear un modelo de software extensible para construir un dispositivo de monitoreo de signos vitales y conectarlo a un Sistema de Telemedicina.

Metodología

Se propone el uso de ingeniería de software (Figura 1), para asegurar las siguientes características:

Modularidad y el desacoplamiento, la responsabilidad entre clases es clara, simplifica el desarrollo y mantenimiento. Se define una interfaz Sensor para desacoplar la lógica de adquisición de datos de las características de cada sensor.

Concurrencia, se logra protegiendo recursos compartidos y permitiendo sincronización entre tareas.

Extensibilidad, se define mediante clases abstractas, permitiendo la adición de nuevos tipos de sensores sin modificar el código existente. Se implementa el manejo de tiempos declarando funciones críticas utilizando interrupciones, y garantizando la ejecución de código desde la RAM. La interfaz de comunicación es una API de servicios web en formato JSON para la transmisión remota de datos, y la programación se realizará en C++ utilizando el IDF de ESP32.

Caracterización de Sensores, Identificar los rangos de operación, precisión, exactitud, sensibilidad, calibrar los sensores DS18B20 y MAX30102 y el convertidor analógico-digital del microcontrolador ESP32-S3.

Diseño de Hardware, Elaborar el esquema electrónico detallado del circuito, especificando las conexiones entre el microcontrolador y los sensores para asegurar una integración y alimentación correctas.

Integración y Despliegue, Se definirá un diccionario de datos para mapear la adquisición de datos, facilitando la integración con plataformas de telemedicina. Finalmente, se realizará un análisis de resultados para comparar el desempeño del dispositivo con soluciones comerciales.

Resultados

Incorporar un sistema operativo en tiempo real, es crucial para la multitarea, permitiendo hilos dedicados para la adquisición y transmisión de datos. Sin embargo, la sobrecarga de la red Wi-Fi y el procesamiento intensivo podían introducir retardos. La implementación de buffers circulares demostró ser efectiva para mitigar la pérdida de datos durante picos de procesamiento o latencia de red.

Conclusiones

La construcción de un sistema de adquisición en tiempo real con un ESP32 es factible, pero exige una planificación cuidadosa y una optimización constante. Los retos fundamentales residen en la gestión de la temporización, la asignación de recursos y la robustez de la comunicación.

El rendimiento óptimo, depende del uso de técnicas de programación concurrente, optimización de protocolos de comunicación y un diseño de hardware que minimice el ruido y las interferencias.