IMPLEMENTAÇÃO DE UMA REDE DE TELEMEDICINA ENTRE HOSPITAIS - TELECOMUNICAÇÕES
INTRODUÇÃO
A
telemedicina é uma modalidade de exercício de medicina a distância, por meios
digitais de comunicação.
A
medida permite que profissionais da saúde ofereçam consultas online enquanto
durar a pandemia do coronavírus. A expansão da telemedicina é vista como
benéfica por permitir atendimentos a distância em um momento em que o
isolamento social é decisivo na contenção do novo coronavírus.
Do
ponto de vista do paciente, a telemedicina costuma envolver um aplicativo
popular de videochamadas, como o WhatsApp ou o Skype. Por outro
lado, alguns profissionais e clínicas têm aplicativos e sistemas e chatbots próprios.
OBJECTIVOS
Apresentar a implementação de ligação (comunicação) via satélite capaz de ligar os hospitais da zona urbana e hospitais localizados em zonas rurais.
Elaborar uma rede de dados para suporte a Telemedicina.
Conectar pacientes e profissionais da saúde a distância.
Realizar diagnóstico médico à distância, através de diversos meios de comunicação.
Possibilitar
hospitais do interior ou de difícil acesso com falta de pessoal possam adotar
sistemas informatizados para obter auxílio de profissionais de grandes centros.
CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA
O problema é voltado a melhoria de atendimento nos centros
de saúde adaptando estas a novas tecnologias que garanta uma melhor gestão de
informações e que a mesma tenha procedimentos que facilitam quer na agilidade,
atualizações ou na partilha das informações entre os diversos profissionais de
saúde e seus clientes (pacientes).
DESCRIÇÃO DA SOLUÇÃO
Com vista a resolver a problemática acima citada, tenciona-se:
ü Dimensionar
um sistema de transmissão de dados ponto a ponto, via enlace de satélite (bidirecional),
entre as localidades Localidade 1 (Luanda) e Localidade 2 (Zonas rurais
fictícias).
ü
Em seguida, efetuar-se-á uma ligação ponto a
ponto cabeada por Fibra óptica entre cada estação terrena até ao NOC do respetivo
hospital. Esta ligação tem como objectivo oferecer uma melhor qualidade do
sinal aos hospitais.
JUSTIFICATIVA
Optou-se por comunicação via satélite, visto que, a mesma
permite interligações entre vários pontos do mundo, independentemente da
distância permitindo endereçar os locais de maior dificuldade de acesso ou sem
cobertura da rede básica, do nosso País.
Pensa-se em cobrir regiões remotas, onde a infraestrutura
local (cabos metálicos, enlaces de microondas ou fibra óptica) é pouco
desenvolvida.
METODOLOGIA
Este trabalho foi elaborado baseando-se no método Dedutivo
e utilizando a tipologia de pesquisa Exploratório e Bibliográfica.
Desta feita a pesquisa exploratória servirá para realizar
um estudo preliminar do principal objectivo da pesquisa.
Quanto a pesquisa bibliográfica servirá como fonte de
desenvolvimento a partir de material já elaborado, constituído principalmente
de livros e artigos científicos.
TECNOLOGIAS UTILIZADAS PARA A IMPLEMENTAÇÃO
DA REDE DE TELEMEDICINA
Para a implementação da rede neste trabalho
serão usadas duas tecnologias:
1º Comunicação por
Satélite – Responsável pela ligação das Estações Terrenas instaladas nos
Hospitais;
2º Comunicação por
Fibra Óptica – Responsável pela ligação ponto a ponto entre cada estação
terrena até ao NOC nos respetivos Hospitais.
TECNOLOGIA 1 – COMUNICAÇÃO SATÉLITE
Configuração
Básica do Sistema
Para a implementação serão
necessárias transmissões bidirecionais, embora tenha uma estação central ou
principal, que vai transmitir e receber informações das restantes estações.
Figura
- Diagrama geral entre a Hub e as Vsats
HUB ou MASTER: estação central.
REMOTA: estações transmissoras e/ou recetoras dentro dos
restantes hospitais equipadas com antenas de pequena abertura.
Nas nossas Estações VSAT estarão instaladas duas unidades
físicas distintas:
1. ODU (outdoor unit)
onde encontrar-se-á a antena, o alimentador e
a parte de RF, o transmissor e o receptor propriamente dito;
2. IDU (indoor unit)
ficará toda a parte de banda básica,
constituída essencialmente do modem. A IDU vai se conectar à ODU por meio de
cabos coaxiais. A distância entre elas será de 50 metros.
REDES VSAT
Devido à frequência elevada dos serviços que serão
prestados pela Rede, os mesmos serão realizados através de redes com topologia
em estrela constituídas de estações terminais de pequeno porte denominadas de
VSAT (Very Small Aperture Terminal‖),
acopladas a uma estação central mestre (Master‖ ou HUB‖), ou seja, o Hospital
Américo Boa Vida será a Central Master, e os restantes Hospitais estações de
pequeno porte.
CONFIGURAÇÃO BÁSICA DAS ESTAÇÕES TERRENAS
Para as configurações nas Estações Terrenas, teremos a
união de uma estrutura de transmissão com outra de recepção, que vão
compartilhar uma mesma antena, utilizando um combinador de sinais com níveis
diferentes que operam em frequências distintas.
ESTAÇÃO DE
TRANSMISSÃO
Para a transmissão, a informação será modulada e entregue, na saída do modulador, com uma frequência intermediária (FI).
O sinal modulado em FI será convertido pelo Up-Converter para faixa de transmissão do enlace (Banda ku).
Em seguida será amplificado pelo amplificador de alta potência (HPA
- High Power Amplifier) e aplicado a antena de transmissão que o vai irradiar
em direcção ao satélite, com o nível de potência adequado para atender às
nossas necessidades do enlace.
ESTAÇÃO DE RECEPÇÃO
Para a recepção, o sinal retransmitido pelo satélite será recebido pela antena da estação e será amplificado por uma estrutura de baixo ruído (LNA - Low Noise Amplifier).
Este sinal, ainda na faixa de frequência de
recepção em SHF, será convertido. O sinal de FI será aplicado ao demodulador
que oferece, na saída do sistema, o sinal de informação.
ESCOLHA DO SATÉLITE PARA A REALIZAÇÃO DO
ENLACE
A escolha recaiu sobre um satélite da INTELSAT, IS-17, por
ser um satélite que cobre a área de serviço em Angola, garante uma grande
qualidade de serviço, oferece garantias de continuidade de serviço em casos de
falhas devido aos equipamentos e sobretudo a sua grande segurança nas
comunicações. (Ver detalhes)
TECNOLOGIA 2 – FIBRA ÓPTICA
Para a ligação entre a Estação e o NOC nos Hospitais, foi escolhido o cabeamento por fibra óptica porque através das fibras óticas, o sistema de comunicação possuirá uma maior capacidade de transmissão de informação ou largura de banda.
Além de uma maior largura de banda, as fibras óptica
podem transmitir dados numa velocidade muito maior e os sinais transmitidos
através experimentam menor atenuação.
ARQUITETURA GERAL DA REDE DE TELEMEDICINA DO PROJECTO
1. Satélite INTELSAT IS-17 escolhido para a realização do enlace via satélite entre duas estações;
2. Estação Terrena de Luanda (TxA/RxA);
3. Estações Vsats (TxB/RxB);
4. Ligação ponto a ponto entre a Estação Terrena da Central até ao Hospital central;
5. Ligação ponto a ponto entre a Estação Terrena de Filial 1 até ao NOC do Hospital;
6. Ligação ponto a ponto entre a Estação Terrena de Filial 2 até ao NOC do Hospital;
A DISTÂNCIA ENTRE A HUB E AS RESTANTES
ESTAÇÕES TERRENAS
Este cálculo refere-se a encontrar a distância entre o HUB
no hospital central e o VSats nas filiais.
Essa distância pode ser obtida usando o Google maps da
google ou mesmo o software Google earth.
Para simulação específica no presente documento, usaremos os pontos:
Luanda - Hospital Sanatório de Luanda (localização da estação sede ou seja HUB).
Benguela (Hospital Central de Benguela) - Hospital Fictício 1 (localização da VSat).
Lubango (Hospital Central do Lubango) - Hospital Fictício 2 (localização da VSat).
**Qualquer outro hospital filial acrescentado terão as Vsats.
Quadro Resumo da Distância entre as Estações Terrenas (Sede e Filiais)
|
Estação Terrena Sede |
Estação Terrena
Filial |
Distância (km) |
|
Luanda |
Benguela |
200 |
|
Luanda |
Lubango |
500 |
DIMENSIONAMENTO DO ENLACE VIA SATÉLITE
1º Parâmetros Geográficos da Estação
Terrena
Estação Terrena Hospital Central (Luanda)
|
|
Latitude |
Longitude |
|
Graus |
-8.448 | 13.217 |
|
Minutos |
0.0 | 0.0 |
|
Locdecimal |
0.0 | 0.0 |
Estação Terrena Filial 1 (Hospital Central de Benguela)
|
|
Latitude |
Longitude |
|
Graus |
-12.572 | 13.402 |
|
Minutos |
0.0 | 0.0 |
|
Locdecimal |
0.0 | 0.0 |
Estação Terrena Filial 2 (Hospital Central do Lubango)
|
|
Latitude |
Longitude |
|
Graus |
-14.913 | 13.480 |
|
Minutos |
0.0 | 0.0 |
|
Locdecimal |
0.0 | 0.0 |
ALGORÍTMO DE CÁLCULO
DE LIGAÇÃO SATÉLITE
CONSTANTES FÍSICAS A USAR NO CÁLCULO
Constantes
Base
Raio da terra em Km = 6378.173
Centro de massa em Km = 42158
Pi em radianos = 3.14
Velocidade da luz em m/s = 300 000 000
Factor de rendimento = 0.6
Constante De Euler = 2.7
Constante Bolztman = 1.38*10^-23
Perdas de tracking na atmosfera/desvio das antenas Uplink
em dB = 1.5
Perdas de tracking na atmosfera/desvio das antenas Downlink
em dB = 1.2
Constantes
de Atenuação
Perda/Atenuação Atmosférica é tabelado, calculado
através da frequência do uplink (Fu) = 0.08
Perda/Atenuação Atmosférica é tabelado, calculado através
da frequência do Downlink (Fd) = 0.05
Altitude da Chuva em Km = 5
Altitude da Estação Terrena em relação ao nível do mar,
Para Angola varia de 1.2 Km à 1.5 Km =1.3
Atenuação Específica. Calculado através da frequência Fu =
3.3
Taxa de precipitação ou Queda de chuva = 65
Atenuação Específica Calculado através da frequência Fd =
2.5
Erro Máximo de Apontamento em Graus = 0.1
Valores de Temperatura
Temperatura do ceu Porque o AngElev = 29.0º
Segundo a Tabela K Tsky = 8.5 porque o AngElev = 33.1º
Segundo a Tabela K Tsky1 = 13
Temperatura do Ruido do Solo Porque
10º <AngElev< 90º = 10
Temperatura Termodinâmica da Conexão
= 290
Temperatura do ruido Equivalente na
entrada do recetor = 150
Temperatura Termodinâmica de Precipitação entre 260k e 280k
= 275
Constantes de Comunicação Digital
Taxa
de Bit Uplink Mbps = 60
Taxa de Bit Downlink Mbps = 36
Serviço para transmissão de dados em
Kbps = 64
Número de Canais = 32
Perda No Recetor em dB = 1
Perda no Transmissor em dB = 0.5
Percentagem de Chuva
Percentagem
Duração máxima chuva no Ascendente, percentagem por ano =0.01
Percentagem Duração máxima chuva no
descendente, percentagem por ano =0.01
FÓRMULAS PARA CÁLCULOS
Para facilitar a compreensão da fórmula, elas forma
divididas em pequenas variáveis equivalentes por suposição.
1º Cálculo Da
Distancia Da Estação Terrena Sede ao Satélite
1.1º Cálculo Do
ângulo de elevação
1.2º Cálculo Do
ângulo de Azimute
2º Cálculo Da Atenuação
no Percurso da Ligação
2.1º Cálculo
da Atenuação no percurso de Uplink sem Chuva
2.1.1º Cálculo da
Atenuação no espaço livre em dB (Uplink sem Chuva)
2.2º Cálculo da
Atenuação no percurso de Downlink sem Chuva
2.2.1º Cálculo da
Atenuação no espaço livre em dB (Downlink sem Chuva)
2.3.1º
Inclinação do percurso com chuva
2.4º Cálculo
da Atenuação no percurso de Downlink com Chuva na Estação Terrena Filial 1
3º Temperatura do ruido da antena downlink
sem chuva Estação Terrena Filial 1
Ta
= Temperatura do Ruido do Solo + Temperatura do céu
3.1º Temperatura do ruido da antena
downlink com chuva na Estação Terrena Filial 1
4º Cálculo da Temperatura de Ruído do Recetor
4.1º Temperatura
de Ruido do Recetor na saída da Antena sem chuva (Estação Terrena Filial 1)
4.2º Temperatura
de Ruido do Recetor na saída da Antena com chuva Estação Terrena Filial 1
5º Cálculo
da Taxa de Transmissão
CONCLUSÃO
Para que o sistema consiga
oferecer desempenhos satisfatórios nos mais diferentes tipos de aplicações e
serviços, é de grande importância que as estações de transmissão e recepção
sejam devidamente dimensionadas, para que possam atender, de forma mais
apropriada, a todas as possíveis aplicações necessárias e no nosso caso em
concreto a Telemedicina. Como qualquer outro tipo de comunicação via rádio, o
sistema via satélite poderá oferecer tráfego de informação em um ou em ambos os
sentidos, dependendo do tipo de aplicação oferecida.
Para proporcionar mais avanços
no funcionamento desta que é a Rede de Telemedicina é recomendável um estudo
sobre a possibilidade de utilização desta Rede de Telemedicina como backbone
para acesso a internet, para possibilitar a interligação de outros postos de
saúdes regionais e internacionais.
Recomenda-se também o estudo do
satélite AngoSat para o funcionamento de uma rede de Telemedicina para
interligar os hospitais regionais do País.
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