Resumen
Los avances en el cuidado de la salud y la medicina han prolongado la vida humana y, por lo tanto, han dado lugar a un número cada vez mayor de personas de edad avanzada. Para hacer que sus vidas sean más cómodas, se han considerado varias tecnologías ubicuas, incluido el sistema RFID, que puede desempeñar un papel fundamental en el cuidado de los ancianos por parte de los cuidadores y de las propias personas mayores. Los cuidadores pueden aprovechar el sistema RFID registrando y rastreando las pertenencias de las personas mayores y asistiendo a estas personas en la prestación de atención médica accediendo a su información relevante, entre otros. De manera similar, el sistema RFID puede ayudar a administrar la vida diaria de las personas mayores recordándoles sus horarios diarios (por ejemplo, recordándoles que tomen sus medicamentos a tiempo) y rastreando sus pertenencias personales, entre otros. Además, el sistema RFID puede mitigar errores humanos como errores médicos, retrasos en la prestación de servicios y molestias en el seguimiento e identificación de pacientes y objetos. Este estudio proporciona una encuesta de soluciones propuestas en la literatura y analiza los beneficios potenciales de integrar el sistema RFID con sensores y aplicar el sistema integrado. Además, el estudio aborda las oportunidades, los desafíos tecnológicos y las direcciones de investigación para el sistema RFID integrado en el contexto de las soluciones inteligentes en las instalaciones para el cuidado de personas mayores.
1. Introducción
Se prevé que la población mundial de personas de 85 años o más para 2050 sea cinco veces mayor que en el año 2010. Es más probable que estas personas necesiten servicios de atención médica y, en los EE. UU., alrededor del 5 % de ellas viven en hogares de ancianos. En Corea del Sur (en adelante, “Corea”), uno de los países de más rápido envejecimiento del mundo, se espera que alrededor del 40 % de todos los coreanos tenga más de 65 años en ese momento [
1 ]. La Figura
1 muestra la población mundial de adultos mayores a mitad de año en 2010 y las estimaciones para 2013 a 2050. Como se muestra en la figura, 2050 muestra un fuerte aumento en el número de personas de 85 años o más.
ABRIR EN EL VISORSe espera que el envejecimiento de la población tenga una influencia considerable en la organización y prestación de la atención sanitaria. De particular importancia son el cambio de enfermedades agudas a crónicas y la continua escasez de trabajadores de la salud, particularmente enfermeras y paraprofesionales [
2]. Existe un problema social creciente de brindar una atención adecuada en el hogar debido a que algunos pacientes requieren atención médica especial. Los avances recientes en las tecnologías de la comunicación, como la red de área local inalámbrica (WLAN), la red de sensores inalámbricos (WSN) y el sistema de identificación por radiofrecuencia (RFID), han proporcionado innovaciones necesarias que se pueden aplicar a la vida cotidiana de las personas. Sin embargo, algunos desafíos dificultan la aplicación innovadora de tales tecnologías para la gestión de la vida diaria de los pacientes de edad avanzada en hogares de ancianos, hospitales y centros de atención para personas mayores.Cuidar de personas mayores puede ser caótico en ocasiones porque pueden moverse sin previo aviso y pueden sufrir algún trastorno mental que les impida saber dónde están. Algunos pueden estar en una condición física desesperada, que requieren atención médica inmediata. Los adultos mayores, generalmente sanos pero frágiles, pueden extraviar sus pertenencias, perder sus medicamentos y olvidar sus horarios, entre otros. Los cuidadores a veces necesitan localizar y rastrear a los pacientes en caso de emergencia. Es decir, es posible que necesiten recuperar instantáneamente los datos del paciente.Además, los accidentes domésticos como las caídas representan una causa importante de lesiones entre los ancianos. En los países desarrollados, la mayoría de las caídas ocurren alrededor del hogar o la comunidad del individuo [
3 ]. Hay varios sistemas de seguimiento utilizados en el cuidado de personas mayores. La clasificación de tales sistemas se da en la Figura
2. Uno de tales sistemas es el sistema RFID. Hay muchos objetivos en el despliegue del sistema RFID para el cuidado de personas mayores. Algunos lectores y etiquetas RFID se pueden implementar en el hogar para facilitar la vida diaria de las personas mayores, y los miembros de la familia pueden obtener información de inmediato en caso de emergencia. De manera similar, el sistema RFID se puede implementar en hogares de ancianos a gran escala para el cuidado de personas mayores. Para obtener soluciones óptimas de manera eficiente, existe la necesidad de integrar varias tecnologías y construir un entorno homogéneo para el despliegue exitoso del sistema RFID.
ABRIR EN EL VISORComo se muestra en la Figura
3, en el sistema RFID, hay tres unidades funcionales, a saber, lectores RFID, etiquetas y sistemas de back-end. Los lectores RFID pueden ser tanto lectores estáticos como lectores móviles. Hay varios tipos de etiquetas básicas, incluidas las etiquetas activas, semiactivas, pasivas e integradas. Los pacientes mayores tienen una etiqueta integrada o un dispositivo portátil de mano como un lector o un teléfono móvil integrado con un lector. Cada vez que un lector RFID quiere leer una etiqueta, envía una señal de lectura a la etiqueta. Al recibir la señal de lectura, la etiqueta pasiva envía su número de identificación (ID). Luego, el lector RFID envía los datos recibidos al servidor de back-end, que envía un recordatorio/alerta al dispositivo de alerta siempre que sea necesario. El servidor back-end guarda datos críticos en un servidor ubicado centralmente a través de Internet.
ABRIR EN EL VISOREl resto de este documento está organizado de la siguiente manera. La sección
2 describe el estado actual de la implementación del sistema RFID en los centros de cuidado de personas mayores. La sección
3 presenta la ventaja de integrar la red de sensores inalámbricos con el sistema RFID y sus complicaciones. La Sección
4 aplica el sistema RFID integrado con un sensor a un centro de cuidado de ancianos, y la Sección
5 describe las oportunidades y los desafíos. La Sección
6 describe los desafíos de la investigación y la Sección
7 concluye el documento.
2. Estado actual del despliegue del sistema RFID en las instalaciones de cuidado de ancianos
Una serie de estudios han considerado el sistema RFID en el contexto de facilitar la vida de las personas mayores en entornos domésticos u hospitalarios [
4 –
8 ]. Las aplicaciones RFID se han implementado en varios hospitales para mitigar errores médicos, mejorar la atención al paciente e identificar pacientes, entre otros. Se han implementado algunos proyectos piloto de seguimiento en algunos hospitales para lograr una administración eficiente y mejorar la productividad. Por ejemplo, una muñequera RFID se usa en el quirófano para la seguridad y relevancia de la información. El sistema RFID también se utiliza para la entrega de medicamentos a pacientes hospitalizados, la identificación de sangre y el seguimiento de equipos, entre otros [
9 ].La pérdida de memoria relacionada con la edad es común entre las personas mayores y, por lo tanto, un sistema de memoria inteligente puede desempeñar un papel importante en el apoyo a sus vidas cotidianas. Huang et al. [
10] proponen un sistema RFID inteligente para facilitar la vida independiente de las personas mayores y mejorar su calidad de vida. Utilizando etiquetas RFID de código de producto electrónico de generación 2 (EPC GEN-2), este sistema ayuda a las personas mayores a ubicar sus pertenencias, como teléfonos móviles, billeteras y llaves, y tiene dos funciones principales: recordar y programar. El sistema de recordatorios es un sistema impulsado por eventos, mientras que el sistema de programación es un sistema controlado por tiempo. Cuando las personas mayores salen de su lugar de residencia, el lector RFID cerca de la salida escanea todas las etiquetas adheridas a sus pertenencias y les recuerda en caso de que olviden traer algo que necesiten. El sistema de programación notifica los horarios diarios, como tomar medicamentos, cerrar puertas/ventanas y apagar el gas antes de acostarse.Ho et al. [
7 ] y Moh et al. [
8 ] propone una versión extendida del sistema en [
11] mediante la integración de redes de sensores con tecnologías RFID y desarrollar un prototipo que consista en sensores y componentes RFID. El sistema propuesto incorpora etiquetas RFID de alta frecuencia (HF) y ultra alta frecuencia (UHF). Las etiquetas RFID HF son rentables y las etiquetas RFID UHF pueden cubrir largas distancias. Hay tres subsistemas: subsistemas de monitorización de medicamentos, monitorización de pacientes y estación base. En el subsistema de monitoreo de medicamentos, las etiquetas RFID se colocan en cada botella de medicamento. Un sensor con una etiqueta RFID se comunica con el lector RFID y determina cuándo y qué botellas se retiran o reemplazan. Con cambios de peso y eventos de etiquetas RFID, determina los frascos de medicamentos y la cantidad de medicamento a tomar.Lin et al. [
12 ] presentan un sistema de monitoreo ubicuo integrado con biosensores y etiquetas RFID al implementarlo como un sistema prototipo que puede detectar emergencias o accidentes como accidentes cerebrovasculares, caídas, desmayos y ataques cardíacos. Consideran un módulo de sensor portátil que contiene etiquetas RFID activas y unidades de detección, procesamiento de señales y controlador. Una unidad de procesamiento procesa parcialmente los datos de bioseñales y los guarda en la memoria flash, y luego una etiqueta RFID activa los identifica y los transmite a una estación base cercana. Los cuidadores llevan etiquetas RFID y pueden identificarse y ubicarse a través de estaciones base específicas para revelar sus ubicaciones. Los lectores para exteriores se comunican con la estación base mediante IEEE 802.11 b (WLAN). Aunque Lin et al. [
12] proponen un enfoque para combinar sensores y tecnologías RFID y formar un entorno de monitoreo ubicuo para los cuidadores que atienden a pacientes de edad avanzada en hogares de ancianos, varias cuestiones aún no están claras, incluida la forma en que las etiquetas RFID pueden integrarse con 802.11b (WLAN), cómo pueden ser las caídas de personas mayores detectado, y cuál es la arquitectura de software y hardware, entre otros.Se ha presentado una solución de telemedicina móvil basada en etiquetas de pulsera RFID portátiles de bajo costo para detectar situaciones de emergencia para pacientes ancianos con enfermedades crónicas e iniciar acciones de emergencia [
13 ]. Este sistema ayuda al paciente mediante la recopilación de signos vitales para una atención rápida brindada de forma remota. Hsu y Chen [
14] proponen una técnica basada en RFID para modelar el comportamiento humano y detectar anomalías en pacientes de edad avanzada centrándose en la construcción de un sistema inteligente que pueda detectar comportamientos anormales de pacientes de edad avanzada en el hogar. Se monta un lector RFID en el paciente anciano y se montan etiquetas RFID activas en casa. El lector recopila datos sobre los movimientos diarios del paciente. Con los datos, se utiliza la técnica de agrupación para construir un modelo personalizado de su comportamiento normal. Los patrones de movimiento del paciente se comparan con el comportamiento normal.La mayoría de los sistemas existentes de detección de caídas y monitoreo de ubicación utilizan vigilancia de imágenes, detección de sonido y sensores de vibración/presión, entre otros. Entre estos, la vigilancia por imágenes es una de las mejores formas de realizar un seguimiento de los pacientes de edad avanzada. Sin embargo, no todos quieren estar bajo vigilancia todo el tiempo por razones de privacidad. El costo de instalar una cámara de vigilancia y un sensor de presión es relativamente alto. Hsu y Chen [
15] proponen un sistema novedoso llamado sistema inteligente de seguimiento en interiores basado en RFID para pacientes de edad avanzada. Este sistema utiliza el valor de indicación de intensidad de la señal (RSSI) del sistema RFID y estima la ubicación del paciente anciano. El sistema se coordina con el nodo del sensor inalámbrico (WS) de un acelerómetro de tres ejes y utiliza un algoritmo genético para calcular esta ubicación. El sistema consta de dos módulos: un gestor de datos y un gestor de posicionamiento. El módulo de administración de datos es para filtrar el ruido de los datos del sensor y determinar las ubicaciones probables del paciente en función de la ruta actual y la cantidad de pasos. El módulo gestor de posicionamiento accede al entorno en el que vive el paciente mayor y calcula su ubicación real. Se ha descrito el desarrollo de un prototipo de herramienta RFID de apoyo al hogar [
16], incluidos algunos problemas y desafíos. El sistema está diseñado para facilitar la vida asistida de pacientes de edad avanzada y brindar información relevante de una manera simple, utilizable y extensible, particularmente para ayudar a encontrar e identificar objetos perdidos y de uso común, como anteojos. Madería et al. [
17 ] presentan un trabajo preliminar sobre problemas de diseño relacionados con el entorno de asistencia sanitaria generalizado para pacientes de edad avanzada y analizan la implementación de objetos inteligentes con sensores integrados y un sistema RFID para medir parámetros fisiológicos e ID de usuario. Se ha propuesto el diseño de un sistema de notificación y emergencia domiciliaria basado en RFID con GSM, servicios de video 3G y funcionalidades de radio bidireccional para pacientes de edad avanzada [
18 ]. Su y Shih [
19] describen el desarrollo de un sistema de atención domiciliaria basado en RFID y tecnologías de agente móvil basado en el concepto de servicios basados en la ubicación (LBS) y diseñan un sistema de atención domiciliaria para la seguridad en tiempo real para evitar que los pacientes mayores se caigan accidentalmente.Chen et al. [
9] proponen un sistema de asistencia sanitaria electrónica basado en 2G-RFID que integra la red de área inalámbrica y la LAN inalámbrica. El propósito de este sistema es recopilar datos del paciente a través de la red de sensores corporales y facilitar la asistencia diagnóstica y el manejo de acciones. Utiliza códigos móviles que codifican directivas de procedimiento almacenadas en la etiqueta RFID, que es móvil con el portador del objeto y reduce la molestia de buscar en la base de datos de reglas y determinar alguna acción adecuada basada en la regla asociada a la etiqueta. La base de datos de reglas debe completarse con anticipación porque, de lo contrario, el sistema no tendría conocimiento de cómo podría procesar la información sin contexto proporcionada por la etiqueta. El tamaño de la base de datos de reglas crece constantemente con el número de aplicaciones. Debe ser actualizado manualmente por el operador humano y, por lo tanto, es propenso a errores humanos. Por lo tanto, el código móvil se actualiza con frecuencia y toda la información de contexto se actualiza y almacena. Los códigos móviles consisten en una declaración condicional simple y una serie de códigos de acción:
si{ c o n di t i o n ( parám e tro s am b i e n te ) } _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ {condition (environmental parameters)}
después{ < acción 1 ( parámetro 1 ) > ; _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ {<action1 (parameter1)>;
<acción2 (parámetro2)>;
<acción3 (parámetro3)>;
⋯ ;
⋯ ;
} }.
Ejemplo. Emergencia: ENCENDIDO; Accidente: CAÍDA; Operación: NO; Traslado: UCI.Zhou y Ranasinghe [
20 ] proponen un enfoque para una implementación de menor costo sin modificar los protocolos de interfaz aérea, el firmware o el hardware existentes.La Tabla
1 compara los métodos existentes para facilitar la vida de los ancianos en función de varios parámetros.Tabla 1 Comparación de varias aplicaciones RFID.
| Características | Huang et al. [ 10 ] | Lin et al. [ 12 ] | Hsu y Chen [ 14 ] | Hsu y Chen [ 15 ] | Madería et al. [ 17 ] | Chen et al. [ 9 ] | Alemdar et al. [ 6 ] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Objetivo | Sistema de recordatorio para ancianos | Sistema de alarma para cuidadores | (i) Detección de movimiento (ii) Sistema de alarma de accidentes | Detección de comportamiento anormal | Entorno de asistencia sanitaria generalizado | Servicio de respuesta a emergencias médicas | Vigilancia sanitaria |
| Tipos de etiquetas | etiquetas pasivas | Sensores portátiles | Etiquetas activas | Etiquetas de sensores inalámbricos | Varios sensores con etiquetas y etiquetas RFID pasivas | Etiquetas activas | Etiquetas legibles/escribibles |
| Dispositivos auxiliares | PDA y servidores domésticos | Punto de acceso WLAN | Estaciones, WLAN AP y PDA con ranuras para tarjetas CF | Acelerómetro en la etiqueta | BCG-S, rBCG-S, radar doppler FMCW, IN-S y acelerómetro 3D* | Sensores corporales | (CMOS) cámaras |
Escenarios de implementación | En casa | Hogares de ancianos | En casa | En casa | Hogares de ancianos | En casa | En casa |
| Beneficios | (i) Sistema de recordatorio interactivo (ii) Uso de lectores y etiquetas EPC GEN 2 | Sistema de alarma en caso de emergencia | Útil para detectar comportamientos anormales en personas mayores | (i) Mayor precisión (ii) Eliminación de la vigilancia | (i) Fácil implementación y mejor sistema de asistencia (ii) Mejor para personas mayores y con discapacidades físicas | Información enviada en caso de emergencia | Hardware de bajo costo |
| Limitaciones | (i) Limitado a un solo uso (ii) No apto en caso de emergencia | Necesidad de asistencia del cuidador | (i) Problemas de privacidad y seguridad (ii) Problemas de procesamiento de señales (iii) Se requiere más hardware y software | (i) Se requieren varios dispositivos de hardware (ii) Solo se utiliza un tipo de sensor | Complejidad de hardware y software | Actualizar retrasos | Preocupaciones sobre la privacidad |
*BCG-S: sensor de balistocardiografía; rBCG-S: sensor de balistocardiografía sin contacto; FMCW: onda continua modulada en frecuencia; e IN-S: unidad de detección inercial.
3. Integración de la Red de Sensores Inalámbricos con el Sistema RFID
RFID se usa principalmente para identificar y rastrear objetos y los sensores se usan principalmente para recopilar información mediante la detección de factores ambientales como temperatura, presión, humedad, movimiento, etc. Aunque el sistema RFID y el sensor inalámbrico son tecnologías diferentes, integrarlos puede mejorar el rendimiento del sistema y mejorar la calidad del servicio (QoS) para el cuidado de personas mayores.El sistema RFID almacena y recupera datos a través de transmisión electromagnética a un circuito integrado compatible con la radiofrecuencia (RF); por otro lado, una red de sensores se usa típicamente para detectar y monitorear entornos físicos, químicos y biológicos mediante la detección de su sonido, temperatura y luz, entre otros. Varios estudios han considerado los sensores en la vida de las personas mayores en entornos domiciliarios u hospitalarios [
21 –
27]. La integración del sistema RFID con una red de sensores puede complementar a ambos porque, con sensores, se pueden monitorear y obtener datos de temperatura, presión, humedad, movimiento y pulso, entre otros. Mantener tales datos en pacientes de edad avanzada es crucial. La adopción directa del sensor remoto en el sistema RFID no es factible debido a consideraciones de costo, tamaño, arquitectura y área funcional, entre otras. Existen algunos enfoques para integrar el sistema RFID con sensores.Hay varias formas de integrar una etiqueta RFID con el nodo WS [
28 ]. Esta sección analiza la practicidad de integrar etiquetas con sensores, etiquetas con nodos WS y lectores RFID con nodos WS.Figura
4muestra el módulo de referencia para la integración del sistema RFID y la red de sensores. Aquí hay cuatro módulos, a saber, el sistema de back-end, el sistema de soporte, el módulo lector y el módulo de etiquetas. Una etiqueta consta de módulos de identificación, sensor y código. El número de identificación único de pacientes u objetos de edad avanzada se almacena en el campo de identificación. El módulo sensor detecta eventos y hay un módulo para ingresar códigos móviles. Los módulos son leídos por sus respectivos lectores. El procesamiento ocurre en el sistema back-end a través de la red EPC, o el código es interpretado por el intérprete. Este proceso se lleva a cabo desde el lector hasta el sistema back-end y desde este sistema hasta el lector o un asistente personal con la ayuda del sistema de sensores, redes IP o algún otro sistema.
3.1. Integración de sensores en etiquetas
Las etiquetas RFID semiactivas (estándar EPC Clase 3) y activas (estándar EPC Clase 4) funcionan con baterías y son mucho más grandes que las etiquetas RFID pasivas. Se pueden agregar sensores en estas etiquetas para mejorar las capacidades de las etiquetas semiactivas y activas. Los protocolos RFID existentes generalmente se basan en la comunicación de un solo salto, pero se pueden aplicar a la comunicación de múltiples saltos a través de la integración de sensores. En este tipo de etiquetas, la comunicación no se limita a la etiqueta y al lector, sino que pueden comunicarse entre sí para un control cooperativo. Las etiquetas en un nodo de sensor inalámbrico pueden cooperar entre sí y formar una red ad hoc, y dichas etiquetas pueden decidir por sí mismas cuándo transmitir y recibir datos. En general, estas etiquetas utilizan protocolos RFID convencionales para leer las identificaciones de las etiquetas o pueden tener otros protocolos. Hay dos tipos de etiquetas RFID disponibles:
3.2. Integración de etiquetas en sensores
Se pueden agregar etiquetas RFID pasivas (estándar EPCglobal Clase 1 Generación 2) a los sensores inalámbricos. Estos nuevos nodos de sensores inalámbricos pueden no cumplir con los estándares RFID existentes y, por lo tanto, pueden requerir algunos otros protocolos. En el mote Mica, es posible agregar una etiqueta RFID. Sin embargo, el mote de Mica es pesado y, por lo tanto, no es adecuado para que las personas mayores lo lleven en todo momento.
3.3. Integración de lectores RFID con nodos sensores y dispositivos inalámbricos
Algunos lectores RFID pueden conectarse a la WLAN. Dichos lectores están equipados con hasta cuatro antenas para leer etiquetas y pueden comunicarse a través de los estándares IEEE 802.11 a/b/g/n. En el área altamente densa, los lectores y etiquetas RFID pueden comunicarse en el modo ad hoc y transmitir y reenviar datos de otros lectores.
3.4. Etiquetas RFID con nodos Cognitive Radio WS
Recientemente, muchos investigadores han trabajado en redes cognitivas de sensores inalámbricos de radio [
29 ]. La mayoría de los sistemas WSN y RFID existentes funcionan en bandas ISM. Debido a que el espectro electromagnético del ambiente interior está extremadamente saturado, las bandas ISM a veces pueden no estar disponibles. Por lo tanto, la integración de nodos WS y etiquetas RFID puede producir una red robusta y confiable en la que se puede confiar incluso en caso de emergencia.La Tabla
2 compara varias etiquetas y etiquetas RFID integradas con sensores. La motivación de integrar redes de sensores inalámbricos con el sistema RFID está bien estudiada en [
28 ].Tabla 2 Comparación de varias etiquetas RFID y etiquetas RFID integradas con sensores.
| Tipo de etiqueta | Ventaja | Desventaja |
|---|---|---|
| etiquetas pasivas | (i) Son baratos (ii) Consumen menos energía (iii) Funcionan sin baterías (iv) Son pequeños y más livianos que las etiquetas activas | (i) Tienen un rango de transmisión bajo (ii) Requieren lectores más potentes para recibir energía (iii) Dependen de la orientación para la detección por parte del lector (iv) Tienen dificultad para enviar datos a través de metales o líquidos |
| Etiquetas semiactivas | (i) Contienen baterías de bajo consumo para la actividad a bordo en lugar de aumentar el alcance (ii) Se pueden usar en la estructura pasiva existente, porque tanto las etiquetas pasivas como las semiactivas usan mecanismos de retrodispersión para transmitir datos (iii) No requieren un circuito transmisor de radio y, por lo tanto, son baratos (iv) Tienen un mayor alcance que las etiquetas pasivas (v) Requieren menos batería que las etiquetas activas | (i) Transmitir datos de manera completamente pasiva; es decir, solo cuando el lector lo energiza (ii) No puede iniciar la comunicación como las etiquetas activas (iii) Requiere más mantenimiento que las etiquetas pasivas |
| Etiquetas activas | (i) Proporcionar un rango de transmisión largo (ii) Producir menos errores de lectura (iii) Implementar el protocolo CSMA/CA; por eso la comunicación entre el lector y la etiqueta en el modo denso es simétrica. (iv) Implicar baja potencia de radiación, lo que permite el despliegue de muchos lectores en un área pequeña (v) Proporcionar un rendimiento más sólido en tiempo real (vi) Facilitar la transmisión de datos efectiva durante la detección de eventos o entrar en el modo de suspensión, proporcionando más ahorro de energía que las etiquetas semiactivas (vii) Son compatibles con los estándares de la industria porque los estándares RFID activos recientes (IEEE 802.15.4f) adoptan la banda de 2,4 GHz, mientras que las etiquetas semiactivas funcionan en la frecuencia UHF, que varía según los países | (i) Requieren más batería que las etiquetas pasivas (ii) Pueden leer mal los datos debido a cortes de batería (iii) Son más complejos y costosos |
| Sensores con una etiqueta pasiva | (i) Responden a las señales de los lectores (ii) Se pueden usar en cualquier entorno hostil (iii) Transmiten datos de detección a lo largo de la identificación de la etiqueta (iv) Son pequeños (v) Se pueden leer con los lectores existentes (vi) Se pueden usar recolección de energía tecnicas | (i) Son desechables y están estrictamente restringidos a la vida útil de la batería (ii) Proporcionan un rango de comunicación corto (iii) Siempre son asistidos por el lector para la comunicación (iv) No tienen un circuito de sintonización de frecuencia |
| Sensores con una etiqueta activa | (i) Proporcionar el rango de comunicación más largo de cualquier etiqueta (ii) Proporcionar una alta velocidad de datos (iii) Puede determinar la mejor ruta de comunicación (iv) Puede realizar monitoreo y control independientes (v) No depende de los lectores para iniciar la comunicación (vi ) Pueden usar técnicas de recolección de energía (vii) Realizar monitoreo y control independientes (viii) No tienen efecto en el medio al que están conectados o miden | (i) Son costosos (ii) Requieren un mantenimiento costoso una vez que se retira la batería (iii) Pueden dar lugar a costosas lecturas erróneas durante las interrupciones de la batería (iv) Pueden ser un desperdicio en términos de energía y costos en el caso de poca utilidad |
| Etiquetas RFID con CRWSN | (i) Tienen todas las ventajas de los sensores con etiquetas activas (ii) Pueden identificar espectros no utilizados | (i) Puede dar lugar a mayores retrasos en entornos heterogéneos (ii) Puede dar lugar a un mayor consumo de energía de la detección (iii) Reflejar un alto nivel de complejidad (iv) Requiere hardware y protocolos de comunicación más sofisticados |
4. Aplicación de un Sistema RFID Integrado con Sensores en el Sistema de Atención a Mayores
En esta sección se analiza la aplicación del sistema RFID para el seguimiento de pacientes de edad avanzada y la notificación de eventos urgentes. La Figura
5 muestra el marco de la implementación de RFID en los centros de cuidado de personas mayores. En el techo se instalan módulos de sensores de video para monitoreo de personas mayores y el lector RFID se coloca considerando la capacidad de cobertura de transmisión/recepción del lector. Las etiquetas se colocan en medicamentos, camas, pisos, baños y pertenencias de pacientes de la tercera edad, como bastones, anteojos, carteras y zapatos. Los pacientes de edad avanzada están equipados con etiquetas RFID que utilizan etiquetas RFID adecuadas junto con sensores de temperatura y movimiento en función de sus condiciones de salud física y mental, y los cuidadores están equipados con lectores RFID móviles portátiles. Todos los medicamentos tienen etiquetas RFID pasivas.
ABRIR EN EL VISORLos datos leídos por lectores RFID estacionarios o móviles pasan al servidor local o puerta de enlace a través de una red cableada o inalámbrica. El servidor local contiene un sistema de gestión de personas mayores (EMS). En la Figura
6 se muestra un prototipo de tal EMS . El servidor local envía mensajes a la unidad de transmisión para enviar alertas, recordatorios o mensajes de emergencia a médicos, cuidadores o familiares para que puedan tomar medidas inmediatas. Por motivos de seguridad y administrativos, los datos se guardan en el servidor central, que a veces también solicita a la unidad de transmisión que envíe mensajes a todos los destinatarios.
ABRIR EN EL VISORLos pacientes de edad avanzada que llevan etiquetas RFID activas con sensores inalámbricos pueden comunicarse de forma multisalto cuando el lector RFID está fuera del rango de transmisión o recepción. La Figura
5 muestra un escenario básico de implementación de RFID en un área pequeña. Escenarios similares se pueden extender a edificios completos y alrededores de centros de cuidado de ancianos o residencias de ancianos. El escenario de despliegue puede variar de acuerdo con la cantidad de pacientes adultos mayores, sus condiciones físicas y mentales, ubicaciones físicas, entre otros.La Figura
6(a) muestra un prototipo de EMS que se puede desarrollar usando C++/Java y un software de base de datos en el lado del servidor, y en términos del lado del recordatorio (por ejemplo, PDA/teléfonos inteligentes), las aplicaciones de recordatorio se pueden desarrollar usando J2ME (Java 2 Micro Edición). J2ME es popular para desarrollar este tipo de aplicaciones portátiles para dispositivos móviles con recursos limitados. Como se muestra en la Figura
6(b), los cuidadores o los propios pacientes de edad avanzada pueden establecer las opciones necesarias para los elementos esenciales que se deben llevar al salir, como PDA/teléfonos inteligentes, bastones, medicamentos y el espaciador (para pacientes con asma). También pueden establecer recordatorios como la hora de tomar medicamentos, desayunar/almorzar/cenar, hacer ejercicio físico, acostarse, llamar a casa y visitar la oficina de pensiones. Además, pueden establecer la hora y la frecuencia de los recordatorios en el dispositivo de recordatorio. La Figura
6(c) muestra un prototipo de tales mensajes.Después de configurar dichas opciones en el EMS, cuando un paciente anciano quiere salir, el lector RFID en la salida lee las etiquetas adheridas a todos los artículos que lleva el paciente. Si falta algún elemento esencial predefinido, el EMS envía inmediatamente un mensaje de recordatorio al dispositivo de recordatorio. Aquí el factor más importante es que los pacientes de edad avanzada no deben olvidar llevar el dispositivo recordatorio. Si se olvida el dispositivo, debe haber algún dispositivo de salida de voz cerca de la salida de la residencia. El dispositivo de salida de voz debe ser el dispositivo de recordatorio faltante.
5. Oportunidades y Desafíos
5.1. Ventaja del Sistema RFID en la Gestión del Cuidado de Ancianos
5.1.1. Mitigación de errores médicos
Los errores médicos representan la octava causa principal de muerte en los EE. UU. Se estima que entre 44 000 y 98 000 muertes están relacionadas con errores médicos en los hospitales de los EE. UU. [
30 ]. La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) estima que el número de muertes y lesiones por errores médicos es de alrededor de 500 000 [
31]. Sin embargo, la FDA también estimó que la mitad de todos los errores de medicamentos se pueden prevenir mediante la adopción de aplicaciones informáticas adecuadas. Muchos errores médicos, como la identificación errónea de pacientes de edad avanzada, la aparición de eventos adversos por medicamentos y la polifarmacia, pueden mitigarse mediante el uso adecuado del sistema RFID. Esta es una herramienta valiosa para recuperar rápidamente la información del paciente y monitorear las ubicaciones de los pacientes en los hogares de ancianos para mejorar la precisión de la identificación de los pacientes y conocer los medicamentos apropiados para ellos. Además, las dosis adecuadas son vitales para los pacientes de edad avanzada y se pueden recuperar mediante el sistema RFID.
5.1.2. Seguridad de los Ancianos
Las residencias de ancianos atienden a diversos tipos de pacientes de la tercera edad, cuyas condiciones físicas y de salud pueden no ser buenas. Algunos pueden tener la enfermedad de Alzheimer y otros pueden ser discapacitados. Pueden perderse y aventurarse en algunos entornos peligrosos. En tales situaciones, las etiquetas con sensores pueden iniciar la comunicación y alertar a los cuidadores y pueden habilitar el monitoreo remoto. Pueden guiar a los pacientes de edad avanzada para que tomen el tipo correcto de medicamento con regularidad. El sistema de alarma puede prevenir emergencias y, si hay alguna emergencia con respecto a la salud o la seguridad del paciente, se pueden tomar las medidas apropiadas de inmediato.
5.1.3. Atención médica ubicua y telemedicina
Como parte de la telemedicina, se practica el monitoreo rutinario de pacientes de edad avanzada, el suministro de información de salud oportuna, el envío de recordatorios y el apoyo a la atención de pacientes de edad avanzada de manera ubicua sin la presencia física de los cuidadores. El sistema RFID juega un papel importante en la telemedicina y la atención médica ubicua. El sistema RFID integrado asistido por la nube con etiquetas RFID integradas en el sensor juega un papel vital en la vida del paciente mayor al enviar información importante a los médicos desde sitios remotos. Los pacientes ancianos con deterioro de la memoria o pérdida de la memoria tienen varias ventajas al usar el sistema RFID.
5.1.4. Ahorro de tiempo y costos
El sistema RFID puede ahorrar tiempo para ubicar cualquier artículo y brindar atención. Con el sistema RFID, los pacientes mayores pueden cuidarse solos y los cuidadores o familiares pueden realizar otras tareas. Aunque la instalación de este sistema es costosa, es beneficiosa a largo plazo.
5.1.5. Respuestas en tiempo real y QoS
La captura y el almacenamiento de datos representan una de las características más importantes del sistema RFID. Por lo tanto, la etiqueta RFID puede registrar el historial médico de pacientes de edad avanzada. Con el uso de códigos móviles discutidos anteriormente, la información del paciente puede actualizarse aún más y dicha información puede estar disponible para los profesionales de la salud en caso de emergencia, lo que puede ahorrar tiempo y permitir la organización de atención inmediata. Puede salvar vidas o prevenir accidentes.
5.2. Desafíos tecnológicos del sensor integrado RFID en instalaciones de cuidado de ancianos
5.2.1. Interferencia
El sistema RFID opera en bandas ISM donde funcionan redes inalámbricas exitosas como WiFi, ZigBee y Bluetooth. Debido a que el sistema RFID utiliza las mismas bandas de frecuencia, existe un grave problema de congestión del espectro e interferencia entre varios tipos de redes. El problema de la interferencia no se limita a tecnologías heterogéneas. El problema de la interferencia radica en el sistema RFID, como lectores estacionarios a estacionarios, lectores estacionarios a móviles y lectores móviles a lectores móviles en entornos más densos.La implementación de una gran cantidad de lectores en las proximidades es ventajosa porque aumenta la tasa de lectura. Por otro lado, existen algunas consecuencias negativas de la interferencia, como la detección errónea de etiquetas importantes y la lectura de las mismas etiquetas varias veces.
5.2.2. Localización
Localizar un paciente o artículo en particular al instante es un problema en caso de emergencia. La localización exterior de casi cualquier objeto es posible gracias al servicio de posicionamiento global (GPS). El problema de localización radica en el sistema interior. Se han hecho varias propuestas con respecto a la ubicación exacta de los objetos [
32 ]. Sin embargo, tales protocolos requieren una precisión mejorada.
5.2.3. Estandarización
La familia de normas de interfaz aérea ISO 18000-RFID está definida por la Organización Internacional de Normalización (ISO). Sin embargo, los estándares describen solo redes RFID de un solo salto, que son difíciles de aplicar a gran escala o en entornos densos debido a su alcance limitado de comunicación por radio y obstáculos como los sistemas de infraestructura de agua y acero. La falta de estandarización de los protocolos RFID a nivel de hardware y software provoca una falta de interoperabilidad entre los proveedores. Cuando las etiquetas RFID se integran con redes de sensores, puede haber problemas de estandarización adicionales.
5.2.4. Inoperancia
La colocación de las etiquetas es uno de los principales factores que intervienen en la correcta identificación de personas y artículos. La legibilidad de las etiquetas RFID depende en gran medida de factores como la forma de dosificación, el ángulo de rotación y la distancia de lectura de los materiales en los que se colocan, como metales o líquidos. Además, las señales de RF no pueden penetrar las paredes. La legibilidad puede verse afectada por un rango de lectura insuficiente y la existencia de múltiples objetos etiquetados.
5.2.5. Problemas de protocolo
El lector RFID utiliza su propio protocolo para evitar el problema de colisión del lector, así como el problema de colisión de etiquetas y el problema de detección errónea [
33 ]. Cuando los sensores están integrados en el sistema RFID, el protocolo debe diseñarse de manera que pueda leer los datos del sensor y de RF sin demora. Es necesario diseñar ciclos eficientes de sueño y vigilia en el protocolo para ahorrar energía. Si el sensor RFID se implementa en un área grande, es posible que no se pueda alcanzar el rango de transmisión de la etiqueta en un solo salto y, por lo tanto, es necesario diseñar un protocolo de enrutamiento de múltiples saltos. El sistema RFID tiene problemas de colisión tales como problemas de colisión de etiquetas RFID, de lector a etiqueta y de lector a lector. Esto sugiere la necesidad de algunos protocolos eficientes que puedan abordar todos estos problemas.
5.2.6. Problemas de optimización de rango
Las tecnologías existentes no tienen en cuenta los problemas de optimización del alcance. La implementación de múltiples etiquetas RFID en el mismo objeto introduce el problema de diafonía, que debe minimizarse. El rango de lectura se puede aumentar considerando la sensibilidad de la etiqueta y la tasa de error de bits del lector.
5.2.7. Costo
Aunque las etiquetas RFID pasivas no son costosas, la infraestructura para el sistema RFID, como los lectores RFID, el software y los sistemas de back-end, pueden ser costosas en las etapas iniciales. Según varios proveedores, dependiendo del tamaño del centro de cuidado de ancianos y la cantidad de pacientes de edad avanzada, la implementación del sistema RFID puede costar entre $50,000 y $500,000.
5.2.8. Privacidad y Asuntos Legales
Las preocupaciones sobre la privacidad pueden incluir la recopilación inapropiada, el uso indebido intencional y la divulgación no autorizada de información sobre pacientes de edad avanzada como resultado del uso de RFID. El sistema RFID puede introducir una importante preocupación ética sobre la privacidad.
5.2.9. Otros asuntos
La falta de apoyo organizacional, los problemas de confianza, un retorno de la inversión poco claro, las preocupaciones de seguridad y la voluntad de aprender nuevas tecnologías por parte de los profesionales de la salud, entre otros, pueden dificultar la aplicación exitosa de los sistemas RFID existentes para el cuidado de personas mayores.
6. Direcciones de investigación
El hardware convencional no es suficiente para las instalaciones inteligentes de cuidado de personas mayores y, por lo tanto, el diseño de hardware y software de los lectores RFID debe modificarse aún más. Por ejemplo, la pila de protocolos WSN convencional se puede usar si se usan etiquetas integradas, pero se necesitan algunas modificaciones si se usan etiquetas pasivas y activas.Además, las etiquetas RFID disponibles en el mercado no están diseñadas para la comunicación ad hoc de varios saltos. Si algún paciente anciano se aleja del alcance del lector RFID, entonces no es posible rastrear al paciente. Por lo tanto, un sistema RFID multisalto es una posible solución para este problema. Otra posible solución es la integración del sensor con la etiqueta RFID, como se muestra en la Figura
5 . Debido a que los sensores funcionan de manera multisalto, pueden enviar mensajes al sumidero cuando sea necesario. Esto puede ampliar la capacidad del sistema RFID, produciendo así mejoras en la QoS. Sin embargo, pocos estudios han abordado este tema, lo que indica la necesidad de más investigación.Los problemas de colisión, como los relacionados con las colisiones de lector a lector y de lector a etiqueta, aún no se han resuelto y, por lo tanto, requieren la atención adecuada. El diseño de protocolos de enrutamiento y control de acceso a medios (MAC) para sistemas RFID multisalto aún se encuentra en las etapas iniciales, lo que requiere una solución eficiente a estos problemas. No existe un marco estándar para integrar sensores con el sistema RFID, y debe haber protocolos y soluciones PHY, MAC y de capa de enrutamiento eficientes para diversos problemas relacionados con la coexistencia de RFID con redes de sensores. Otro factor importante es el costo de las etiquetas RFID, que debería ser extremadamente bajo. Además, la integración del sistema RFID con la telemedicina tradicional, como los servicios de comunicación de implantes médicos (MICS), puede generar cierta sinergia.
7. Conclusiones
La tendencia de rápido aumento en el número de personas mayores sugiere que la computación ubicua basada en tecnologías RFID puede desempeñar un papel vital en sus vidas al facilitar su comodidad e independencia en sus hogares. En este sentido, un sistema RFID con sensores puede ser la opción más sencilla. Este documento proporciona una revisión de los enfoques existentes para la implementación de RFID para mejorar la vida de los pacientes de edad avanzada. Sin embargo, todos los sistemas encuestados tienen algunas limitaciones, lo que indica una necesidad urgente de un sistema eficiente que pueda abordar tales limitaciones. En este sentido, este documento sugiere que la red de sensores inalámbricos se puede integrar con el sistema RFID para un mejor cuidado de los ancianos y analiza los desafíos tecnológicos relevantes y las tendencias de investigación.La investigación futura debería desarrollar protocolos de comunicación eficientes y aplicarlos al sistema RFID y al módulo sensor para abordar varias limitaciones y desafíos discutidos en este documento. En este sentido, existe la necesidad de un protocolo común que pueda integrar varias tecnologías para facilitar la calidad requerida. Además, la investigación futura debería desarrollar algunas aplicaciones que puedan adaptarse a la inteligencia artificial y examinar el comportamiento de los ancianos para una toma de decisiones más sólida y autónoma. Aunque varios estudios han intentado aumentar la solidez y la confiabilidad del sistema, sigue existiendo la necesidad de una mayor atención de la investigación a las mejoras de QoS.