Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Autor: Alejandro Molina Rivero Tutores: Luis Javier Reina Tosina David Naranjo Hernández Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 iii Trabajo Fin de Grado Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Autor: Alejandro Molina Rivero Tutores: Luis Javier Reina Tosina David Naranjo Hernández Dep. de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 v Trabajo Fin de Grado: Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Autor: Alejandro Molina Rivero Tutores: Luis Javier Reina Tosina David Naranjo Hernández El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2020 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros ix Agradecimientos A mi familia, en especial a mis padres y a mi hermana, que siempre han sido los pilares sobre los que se apoyan las decisiones más importantes que he tomado a lo largo de mi vida. Sin su confianza plena y su cariño nada habría sido posible. A Helena, mi compañera, porque sin su calor constante y su apoyo incondicional este trabajo estaría aún muy lejos de ser realizado y por sacrificar su tiempo en favor de mis intereses académicos. A mis amigos por levantarme después de cada caída. Soy una persona mucho más segura con vosotros cerca. A Jorge, por su tozudez y su extrema entrega en todo que hace; y a Juan Pablo, por su visión, sinceridad y perfeccionismo. Por mostrarme todo lo bueno de vosotros para hacerme mejor, por esos momentos y por el amor desinteresado. A Juan Mancilla Montero y a Javier Fernández Heras por la sinceridad, la justicia y por la manera de abrir el alma a la hora de enseñar. La educación es mejor gracias a vosotros. A mi tutor, Luis Javier Reina Tosina, por su entera disponibilidad a pesar de su apretada agenda y empujarme a seguir adelante con todo. También a David Naranjo Hernández, que me ha abierto la puerta del laboratorio con una sonrisa siempre ofreciéndome toda la ayuda y consejos que he necesitado. A los compañeros y profesores de la Universidad de Sevilla que han formado parte de toda mi formación académica superior. Alejandro Molina Rivero Sevilla, Septiembre 2020 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3–1. Parámetros antropométricos 22 Tabla 3–2 Parámetros de bioimpedancia 22 Tabla 3–3. Parámetros de composición corporal 23 Tabla 3–4. Codificación de unidades en IEEE 11073 24 Tabla 3–5. Codificación de atributos medidos 25 Tabla 3–6. Codificación X73 para el parámetro Peso 28 Tabla 3–7. Codificación X73 para el parámetro Estatura 29 Tabla 3–8. Codificación X73 para el parámetro Sexo 29 Tabla 3–9. Codificación del valor del parámetro Sexo 30 Tabla 3–10. Codificación X73 para el parámetro Fecha de nacimiento 30 Tabla 3–11. Codificación X73 para el modelo de bioimpedancia 31 Tabla 3–12. Codificación X73 para el parámetro Masa celular corporal (BCM) 31 Tabla 3–13. Codificación X73 para el parámetro % BCM 32 Tabla 3–14. Codificación X73 para el parámetro Volumen de agua extracelular (ECW) 32 Tabla 3–15. Codificación X73 para el parámetro Volumen de agua intracelular (ICW) 33 Tabla 3–16. Codificación X73 para el parámetro Agua corporal total (TBW) 33 Tabla 3–17. Codificación X73 para el parámetro Masa libre de grasa (FFM) 34 Tabla 3–18. Codificación X73 para el parámetro % FFM 34 Tabla 3–19. Codificación X73 para el parámetro Índice de masa libre de grasa (FFMI) 35 Tabla 3–20. Codificación X73 para el parámetro Masa grasa (FM) 35 Tabla 3–21. Codificación X73 para el parámetro % FM 36 Tabla 3–22. Codificación X73 para el parámetro Índice de masa grasa (FMI) 36 Tabla 3–23. Codificación X73 para el número de frecuencias usadas 37 Tabla 3–24. Codificación X73 para el número de frecuencias usadas 37 Tabla 3–25. Codificación de unidades en BLE 38 Tabla 3–26. Codificación BLE para el parámetro Peso 39 Tabla 3–27. Precisión de la medida del peso según el servicio Weight Scale 39 Tabla 3–28. Precisión de la medida del peso según el servicio Body Composition 40 Tabla 3–29. Codificación BLE para el parámetro Estatura 40 Tabla 3–30. Precisión de la medida de la estatura según el servicio Weight Scale 41 Tabla 3–31. Precisión de la medida de la estatura según el servicio Body Composition 41 Tabla 3–32. Codificación BLE para el parámetro Sexo 41 Tabla 3–33. Codificación BLE para los valores del parámetro “Sexo” 42 xvii Tabla 3–34. Codificación BLE para el parámetro Fecha de nacimiento 42 Tabla 3–35. Codificación BLE para el mes de nacimiento 43 Tabla 3–36. Codificación BLE para el modelo de bioimpedancia 43 Tabla 3–37. Codificación BLE para el parámetro BCM 44 Tabla 3–38. Codificación BLE para el parámetro % BCM 45 Tabla 3–39. Codificación BLE para el parámetro ECW 46 Tabla 3–40. Codificación BLE para el parámetro ICW 47 Tabla 3–41. Codificación BLE para el parámetro TBW 48 Tabla 3–42. Codificación BLE para el parámetro FFM 49 Tabla 3–43. Codificación BLE para el parámetro % FFM 49 Tabla 3–44. Codificación BLE para el parámetro FFMI 50 Tabla 3–45. Codificación BLE para el parámetro FM 51 Tabla 3–46. Codificación BLE para el parámetro FM 52 Tabla 3–47. Codificación BLE para el parámetro FMI 52 Tabla 3–48. Codificación BLE para la configuración de bioimpedancia 53 Tabla 3–49. Codificación BLE para la configuración de bioimpedancia 54 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1. Pila OSI y protocolos X73 5 Figura 2-2. Diagrama de paso de mensajes de la capa de servicio 6 Figura 2-3. Máquina de estados de agentes y gestores 6 Figura 2-4. Configuraciones entre versiones de Bluetooth 8 Figura 2-5. Configuración hardware 9 Figura 2-6. Topología Broadcast (Sin conexión) 10 Figura 2-7. Topología orientada a conexión 11 Figura 2-8. Topología mixta 11 Figura 2-9. Pila de protocolos de BLE 12 Figura 2-10. Sensores no X73 usando el adaptador X73 (Fuente: [6]) 13 Figura 2-11. Arquitectura de transferencia de datos (Fuente: [6]) 13 Figura 2-12. Flujo de datos con middleware (Fuente: [9]) 14 Figura 2-13. Pila de protocolos propuesta para servicios healthcare (Fuente: [12]) 15 Figura 3-1. La corriente fluyendo en un medio biológico a baja y alta frecuencia (Fuente: [3]) 19 Figura 3-2. Modelo de circuito de un tejido biológico (Fuente: [23]) 20 Figura 3-3. Gráfica Cole-Cole (Fuente: [23]) 20 Figura 3-4. Centro de desplazamiento del semicírculo de impedancia (Fuente: [23]) 21 Figura 3-5. Modelo esquemático de servicios del perfil propuesto 57 1 1 INTRODUCCIÓN esde que las nuevas tecnologías entraran de lleno en la Medicina, la evolución en el campo de la ingeniería biomédica no ha dejado de crecer y enriquecerse abriendo un abanico de nuevos caminos para la investigación y el desarrollo de sistemas y dispositivos pensados para el diagnóstico temprano de enfermedades, facilitar el tratamiento de las mismas y ayudar a cada paciente a gestionar su propia enfermedad [1]. La mayoría de las nuevas aplicaciones tecnológicas en el campo de la Medicina se basan en la recopilación de datos mediante sensores que luego tendrán que transmitir la información para su procesamiento y su posterior análisis. Actualmente, los datos obtenidos por estos sensores biomédicos se registran de forma supervisada cada cierto tiempo o no se registran. En el mejor de los casos se transmiten a un sistema específicamente diseñado para ello, con el coste que supone. La falta de estándares, relativos a la interoperabilidad de dispositivos del ámbito de la Medicina y la salud, constituye el principal problema a la hora de la transmisión de los datos obtenidos por sensores biomédicos. Esto supone un elevado coste debido a la necesidad de considerar equipos de conectividad personalizados, cuya complejidad aumenta de manera directa con la evolución de la tecnología. La estandarización en materia de comunicaciones entre dispositivos, relacionados con la Ingeniería Biomédica y la salud, no solo supone un modelo común para la transmisión de información entre dispositivos médicos. Además, implica una reducción en los costes: tanto en la fabricación y desarrollo de los dispositivos, como en la repercusión para los usuarios finales, ya que el problema de la comunicación dejaría de ser una dificultad. En cuanto a la información, con la normalización, una estructura común de los datos evidencia la coherencia y la integridad de los mismos durante la comunicación. Igualmente, un modelo normalizado de intercambio de datos permite la interoperabilidad entre dispositivos de distintos fabricantes lo que establece un pilar fundamental para la evolución de las tecnologías relacionadas con la Ingeniería Biomédica y la salud. En relación a la normalización en la estructuración de la información, el Grupo de Trabajo “Point of Care Device” de la Sociedad “Engineering in Biology and Medicine” (EMBS) del IEEE elaboró la norma conocida como X73, en la que se recoge buena parte del vocabulario técnico propio de los ámbitos de la Medicina, la Biología y la Ingeniería Biomédica. Así pues, la familia de estándares X73 define los términos necesarios para transmitir un resumen, clínicamente relevante, de la información obtenida durante una exploración física mediante dispositivos [2]. El Estándar IEEE 11073 es una norma única en este tipo de transmisiones que permite la monitorización de señales biomédicas en tiempo real garantizando la consistencia y coherencia de la información necesarias para generar confianza en ambos sentidos de la comunicación. Por otra parte, en el ámbito industrial están ampliamente aceptados distintos estándares de comunicación inalámbrica que proporcionan una capa física que favorecen la implementación de estrategias de bajo consumo, así como provisión para las capas más bajas del modelo OSI. Entre ellos, destaca la tecnología de comunicación D Observar sin pensar es tan peligroso como pensar sin observar. - Santiago Ramón y Cajal - Introducción 2 por radio conocida como Bluetooth de Baja Energía (BLE, del inglés Bluetooth Low Energy), basada en el Bluetooth convencional y cuya principal ventaja es el bajo consumo de energía. Precisamente este bajo coste energético supone una de las principales razones para que BLE se perfile como la opción más favorable por encima de la radiofrecuencia o el infrarrojo; además de la presencia de BLE en la mayoría de los dispositivos que se utiliza de manera cotidiana, como los smartphones o las tablets. BLE es una tecnología digital inalámbrica que permite la comunicación entre dispositivos pequeños con un consumo mínimo y eficiente. Por todo ello, el objetivo principal que persigue el presente trabajo es la estandarización, de acuerdo a la Norma IEEE 11073, de las comunicaciones entre dispositivos médicos, o relacionados con la salud, apoyándose en la capa física que proporciona el estándar de bajo consumo Bluetooth Low Energy. Para alcanzar el objetivo, es importante conocer el dispositivo biomédico que ejercerá de sensor. Su naturaleza y la finalidad de los datos obtenidos son determinantes para diseñar, en base a la situación actual de la Norma X73, el modelo de la información que irá encapsulada en el protocolo BLE para su transmisión al dispositivo receptor. Si bien BLE incluye determinados perfiles, estos no son compatibles con X73 o no están suficientemente desarrollados; por lo que el estudio e implementación de un perfil que garantice la interoperabilidad entre X73 y BLE, es también objeto del presente trabajo. Es importante tener en cuenta que tras haber analizado otros casos de estudio en los que se hace referencia a la comunicación de sensores biomédicos con otros dispositivos de tratamiento de datos, no se ha encontrado un método normalizado y seguro mediante el que proceder. Dicho de otra forma, en toda la documentación sometida a nuestro estudio publicada con este fin o que de alguna manera hace referencia a la interoperabilidad entre sistemas biomédicos, o bien se indica que no es posible la intercomunicación normalizada entre sensores y receptores siguiendo la Norma IEEE 11073 o bien utilizan dispositivos intermedios con los que la relación sensor-receptor se vuelve más compleja e inoperativa. En el capítulo 2 de este trabajo, se analiza el estado del arte de la Norma IEEE 11073 y del protocolo BLE, además de la situación actual en la integración de ambas tecnologías. La familia de estándares X73 va creciendo paulatinamente de la mano de varias instituciones relacionadas de una manera u otra con la salud y las comunicaciones. Ser consciente del estado actual de la Norma IEEE 11073 es trascendental a la hora de desarrollar un modelo de datos que encaje con las necesidades de las mediciones del dispositivo en cuestión. Conocer las operaciones que permite el Estándar, y sus capacidades, permitirá gestionar la información, procedente del sensor, de manera automatizada y eficiente. De la misma forma, el conocimiento del protocolo Bluetooth de bajo consumo es vital para ser conscientes de su potencial. El protocolo BLE dispone de varias configuraciones que permiten el diseño de un número considerable de escenarios. La integración, con otras versiones Bluetooth, y las limitaciones, debido a su naturaleza de baja energía, son aspectos vitales para el análisis de la compatibilidad con los tipos de dato X73. Después de analizar otros casos de estudio, en los que se pretende integrar el esquema de datos X73 sobre BLE, el siguiente paso es ajustar los datos obtenidos por el sensor de bioimpedancia a una estructura de información de acuerdo con la Norma IEEE 11073. La metodología que se ha seguido consiste en agrupar los tipos de datos en función de su naturaleza generando un perfil BLE que implemente al completo el modelo de datos X73 cubriendo las necesidades para determinado tipo de sensor. De esta forma, los parámetros obtenidos en las mediciones quedan identificados individualmente para facilitar la posible compatibilidad en BLE. Como caso de uso específico, el presente trabajo pone el foco sobre la comunicación, de acuerdo a la norma IEEE 11073, de un sensor de bioimpedancia [3] sobre Bluetooth LE. Grosso modo, el sensor de bioimpedancia es un sensor inteligente destinado a la estimación de la composición corporal a partir de medidas de bioimpedencia; siendo la bioimpedancia una técnica basada en la inyección de una corriente eléctrica controlada mediante electrodos distales que obtiene por medio de electrodos proximales la medida de tensión producida. Este sensor y el procesamiento de los datos obtenidos permite monitorizar el estado nutricional, el estado de hidratación y la masa muscular, así como, la monitorización de un edema. La propuesta de integración de este sensor de bioimpedancia sobre un modelo de comunicación basado en la Norma X73 sobre el protocolo BLE se detalla más a bajo nivel en el capítulo 3 de este trabajo, como caso de uso de la interoperabilidad entre sendos estándares. Finalmente, la propuesta diseñada arroja una posible solución a un paradigma sobre el que no existe suficiente documentación publicada y pretende poner el foco de futuros desarrollos en la implementación de un modelo completo de interoperabilidad que integre las tecnologías expuestas. 3 2 REVISIÓN DE LOS ESTÁNDARES IEEE 11073 Y BLUETOOTH LOW ENERGY l estado actual de la norma IEEE 11073 y su relación con el protocolo Bluetooth Low Energy presenta un paradigma incierto. La documentación revisada durante la elaboración de este trabajo no arroja luz al problema de la interoperabilidad entre la norma X73 y el estándar Bluetooth LE. A lo largo de este capítulo se analiza tanto la situación actual de la norma IEEE 11073 como el estándar Bluetooth Low Energy; finalmente, la integración de la norma X73 sobre BLE también será objeto de análisis poniendo en evidencia la falta de respuesta ante este escenario de compatibilidad y justificando la pertinencia del presente Trabajo Fin de Grado. 2.1 Situación de la norma IEEE 11073 Los estándares 11073 surgieron en 2004 agrupando varios estándares previos. Primero se enfocó a dispositivos destinados a la UCI. Con la aparición de nuevas tecnologías y protocolos de comunicación (Bluetooth) y dispositivos vestibles, los llamados weareables, se realizó una revisión del estándar para adaptarse y hacerlo más flexible y ligero. En el desarrollo de los estándares X73 hay varios organismos de estandarización implicados:  IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineering  IEEE Engineering in Medicine and Biology Society o 11073 Committee o IEEE 11073 Clinical/General Committee Work Group o IEEE 11073 Personal Health Device Working Group  ISO International Organization for Standards  TC215: Health Informatics o WG 7: Devices  CEN European Committee for Standardization  TC251: Health Information and Communication Technology o WG IV: Interoperability E En principio la investigación necesita más cabezas que medios. - Severo Ochoa - Revisión de los estándares IEEE 11073 y Bluetooth Low Energy 4  AENOR Asociación Española de Normalización  CTN129: Interoperabilidad o SC 4: Interoperabilidad de Dispositivos Médicos La familia de normas X73 es compartida por todos los países europeos y EEUU para la interoperabilidad de dispositivos médicos. Están adaptadas a la inclusión de nuevas tecnologías de comunicación, mediante conexiones fijas o móviles y mediante dispositivos móviles de red. En el contexto de la familia IEEE 11073 se encuentran diferentes estándares especializados en función del tipo de dispositivo para el que está definido. De esta forma podemos encontrar estándares específicos que establecen una definición normativa de comunicación específica entre dispositivos de distinta índole relacionados con la salud (ver Figura 2-1). Algunos de estos estándares específicos son:  11073-10404: definición normativa específica destinada a las comunicaciones entre dispositivos de oxímetro de pulso y dispositivos que procesan y gestionan la información obtenida.  11073-10406: definición normativa específica destinada a las comunicaciones entre dispositivos que monitorizan o gestionan la actividad cardíaca.  11073-10407: definición normativa específica destinada a las comunicaciones entre dispositivos personales de monitorización de la presión arterial y dispositivos que procesan y gestionan la información obtenida.  11073-10408: definición normativa específica destinada a las comunicaciones entre dispositivos que miden la temperatura corporal (termómetro) y dispositivos que procesan y gestionan la información obtenida.  11073-10415: definición normativa específica destinada a las comunicaciones entre dispositivos destinados a medir el peso y dispositivos que procesan y gestionan la información obtenida.  11073-10417: definición normativa específica destinada a las comunicaciones entre dispositivos que miden la glucosa en sangre (glucómetro) y dispositivos que procesan y gestionan la información obtenida. Entre las características de estas normas, cabe destacar la participación abierta para su desarrollo, la integración con otras iniciativas como HL7, la portabilidad a otras tecnologías y el soporte a los principales casos de uso. El diseño de la familia de estándares X73 permite la comunicación de acuerdo al principio agente/gestor (del inglés, agent/manager). Grosso modo, el agente es la parte que se encuentra conectada al dispositivo biomédico que recoge los datos; mientras que el gestor, o manager, recibe los datos, los guarda y los procesa. El uso más común es que la parte manager monitorice los datos obtenidos por el agente; sin embargo existen casos en los que le propio gestor puede controlar de forma remota a los agentes. Un detalle importante, es que tanto el agente como el manager tienen la misma estructura lo que permite que en un momento dado un agente pueda ejercer de gestor y viceversa. Por supuesto, además de la dualidad agente-gestor, existe la posibilidad de diseñar sistemas híbridos. Dentro de las posibilidades que ofrece X73, se encuentra el protocolo de intercambio optimizado, Optimized Exchange Protocol, que se centra en el intercambio de los datos (interfaz PAN) utilizando las capacidades del nivel de transporte. Es importante mencionar que el Optimized Exchange Protocol no define las operaciones que debe realizar el gestor con los datos (ver Figura 2-1). 5 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Figura 2-1. Pila OSI y protocolos X73 Este protocolo de intercambio da soporte a múltiples modos de transmisión de datos (esporádicos, en streaming, almacenamiento y envío); además, como resulta evidente por su nombre, optimiza el intercambio de datos y permite reconexiones eficientes. La estructura y comportamiento de los agentes y gestores se describen mediante cuatro elementos: Nomenclatura, Modelo de Información de Dominio (DIM, del inglés Domain Information Model), Modelo de servicio y Modelo de comunicación. El Modelo de Información de Dominio (DIM) caracteriza la información de los agentes con atributos, métodos y eventos. Los atributos describen datos de medida, control del comportamiento e informa del estado del agente. El Modelo de servicio define los mecanismos para el intercambio de datos y da servicio de asociación entre dispositivos (ver Figura 2-2). Además los servicios de intercambio de datos son mapeados a mensajes que se intercambian entre el agente y el gestor. También da servicios orientados a acceder a objetos mediante los métodos propios (GET, SET, EVENT REPORT, ACTION) (ver Figura 2-3). Revisión de los estándares IEEE 11073 y Bluetooth Low Energy 12 Las especificaciones de Bluetooth distinguen de manera patente los conceptos de Protocolos y Perfiles. Protocolos son capas que implementan las diferentes reglas de comunicación que gobernarán el intercambio de datos entre los dispositivos de manera efectiva, mientras que los perfiles definen la manera en la que hacer uso de los protocolos para conseguir un objetivo específico. La pila de protocolos de un dispositivo que implementa Bluetooth de Baja Energía (BLE) se resume en la Figura 2-9. Figura 2-9. Pila de protocolos de BLE Los perfiles genéricos están definidos en las especificaciones de Bluetooth, destacando entre ellos dos perfiles fundamentales para asegurar la efectividad en la interoperabilidad entre los dispositivos que implementan BLE de diferentes fabricantes:  Generic Access Profile (GAP): se trata de la capa más alta de control del Bluetooth de Baja Energía cuyas funciones son: el control del modo de uso de los protocolos de nivel bajo para designar los roles, encontrar dispositivos, el establecimiento de las conexiones, el control de la conexiones y la negociación de los niveles de seguridad para asegurar la interoperabilidad y el intercambio de información entre dispositivos de distintos fabricantes.  Generic Attribute Profile (GATT): en relación al intercambio de información en Bluetooth de Baja Energía, el perfil GATT define un modo simple de datos y procedimiento que dotan a los dispositivos de la capacidad de encontrar, leer, escribir y emitir datos. Se trata de la capa más alta de datos del Bluetooth de Baja Energía. El GATT concreta el modo de organización de los datos y la forma de intercambiarlos entre aplicaciones. 13 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 2.3 Integración de la norma X73 sobre BLE En el estudio del estado del arte de la integración del estándar IEEE 11073 sobre el protocolo de transporte Bluetooth de Baja Energía (BLE), las conclusiones obtenidas evidencian que el soporte de integración no está suficientemente definido desde el punto de vista de la propia integración. Lejos de aclararse un modelo a seguir con la capacidad de implementar una integración que proporcione un formato X73 puro en la comunicación desde el sensor, existen distintas propuestas enfocadas a varias líneas de desarrollo; en su mayoría basadas en la guía de diseño publicada por Continua Health Alliances [5]. Una de las propuestas plantea un dispositivo intermedio que haga de transcodificador, es decir que adapte los datos recolectados al esquema X73 para su posterior transporte [6] ya que los propios sensores no implementan el estándar (ver Figura 2-10). Figura 2-10. Sensores no X73 usando el adaptador X73 (Fuente: [6]) En este planteamiento, la arquitectura que se propone refleja cómo el agente X73 se encuentra en la capa inmediatamente superior a la capa Bluetooth LE (ver Figura 2-11). Esta arquitectura no es posible llevarla a cabo debido a la juventud de la tecnología BLE ya que el mayor problema para comprender la relación entre los protocolos X73 y BLE es la falta de información pública sobre una implementación correcta en un proyecto real [6]. En [6] se comenta la falta de claridad en relación a la ventaja que puedan tener los dispositivos médicos implementados con tecnología BLE sobre los implementados con Bluetooth 2.1. En cuanto a la implementación del gestor X73 en el dispositivo receptor, Android, desde su versión 4.0, ya facilita la implementación del mismo en smartphone y su desarrollo sobre el protocolo Bluetooth no debería constatar un problema; el principal escollo es la construcción sobre BLE, pues no se facilita información y debe construirse desde cero (ver Figura 2-11). Figura 2-11. Arquitectura de transferencia de datos (Fuente: [6]) Revisión de los estándares IEEE 11073 y Bluetooth Low Energy 14 En el análisis de otro caso experimental, se encuentra una clara diferenciación entre dispositivos con perfiles de agente X73 que encapsulan la información, como es obvio, de acuerdo con el estándar IEEE 11073 y otros dispositivos que directamente transmiten la información mediante Bluetooth Low Energy. En dicho caso, no se hace la menor mención a la convivencia de sendas tecnologías operando en la misma pila de protocolos; y la forma en la que se trata a los dos tipos de dispositivos, dispositivos X73 y dispositivos BLE, es completamente diferente [7]. En el escenario del primer tipo de dispositivos, los dispositivos X73 Agent obtienen los datos y los transmiten vía IEEE 11073-20601 Optimized Exchange Protocol haciendo uso específico de las Reglas de Codificación de Dispositivos Médicos (MDER, Medical Device Encoding Rules). La nota importante en este caso es que el canal de transporte es el protocolo Bluetooth y no el protocolo Bluetooth Low Energy. En este escenario [7], aparece también el uso de terminología relacionada con la guía de diseño de Continua Alliance [5]. Los datos adquiridos son recibidos por una aplicación móvil, sobre Android, que corre sobre un smartphone haciendo las veces de X73 Manager. En un segundo escenario, relativo a los dispositivos puramente BLE, el dispositivo realiza una comunicación mediante Bluetooth Low Energy para la transferencia de datos sin hacer uso, en ningún caso, de la norma IEEE 11073 [5]. Se trata de un nuevo caso en el que los intentos por encajar el estándar IEEE 11073 en BLE no sólo han sido infructíferos, sino que hasta ahora las dos tecnologías están claramente diferenciadas y lejos de la arquitectura perseguida (ver Figura 2-11). Por otro lado, existen estudios en los que se hace uso de algunas librerías, como HAPI FHIR [8], que permite por un lado tomar datos no estandarizados y convertirlos en datos con un formato estandarizados; además de permitir la interoperabilidad y el intercambio de datos con otro componentes que implementen FHIR. De esta forma, los datos obtenidos por los dispositivos BLE del segundo escenario, antes mencionado, pueden ser convertidos a un formato normalizado como HL7. Son evidentes las dificultades para encapsular información de acuerdo a la estructura de datos X73 en el protocolo Bluetooth de Baja Energía; lo que lleva a reafirmar que el estándar IEEE 11073 solo soporta dispositivos Bluetooth y excluye los dispositivos que implementan la tecnología de eficiencia energética BLE [9]. Esta afirmación se debe a que le protocolo Bluetooth implementa el HDP (Health Device Profile) o Perfil de Dispositivos de Salud que permite la completa integración de la norma X73; sin embargo, el BLE facilita las especificaciones GATT (Generic Attribute Profile) que definen una estructura jerárquica de datos con servicios y características para la comunicación vía Bluetooth LE. En [9], se propone un sistema en el que se da a conocer la figura del Middleware que, entre otras funcionalidades, permite convertir los datos recabados por el sensor BLE a X73. De esta forma, el componente Transcoding Agent [9] recibe los datos del sensor en formato JSON con una estructura de datos acorde a la propuesta por Bluetooth SIG en GATT REST API whitepaper [10]. Estos datos llegan a la APDU (Application Protocol Data Units) y continúan a la fase de procesado de software IEEE 11073 haciendo uso de la librería de software Antidote. Figura 2-12. Flujo de datos con middleware (Fuente: [9]) 15 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 En cuanto al mapeo de los datos, en el whitepaper [11], elaborado por Bluetooth SIG, referente a la conversión en dispositivos de salud personal se propone una estructura que cubre parte de atributos procedentes desde dispositivos IEEE 11073 y define un camino para mapear los mismos en dispositivos BLE; sin embargo, existen atributos X73 que no están respaldados en este documento y sobre los que no se arroja ningún dato. En otros casos, se encuentran propuestas en las que se trata el estándar X73, en la pericia por encontrar un sistema válido para la integración, como una capa de aplicación situada en la cúspide de la pila de protocolos (ver Figura 2-13) [12] [13]. Figura 2-13. Pila de protocolos propuesta para servicios healthcare (Fuente: [12]) Para completar este panorama tecnológico de aparente incompatibilidad natural de las tecnologías en cuestión, hay investigaciones que afirman que, en base a sus experiencias e implementaciones [14], existen especificaciones Bluetooth que cumplen los requisitos de diseño de un perfil GATT casi por completo [15] [16] [17]. La revisión bibliográfica de los diversos estudios e implementaciones, y sus conclusiones, y ante la falta de estandarización y documentación, relativos a la integración de X73 sobre BLE, lleva a adoptar una solución que pasa por implementar perfiles GATT BLE acorde a las necesidades de la Norma IEEE 11073 de manera específica para dispositivos destinados a un determinado uso; que es la propuesta que se realiza en este Trabajo Fin de Grado. 17 3 PROPUESTA DE MODELO DE DATOS PARA MONITORES DE BIOIMPEDANCIA l estudio del sensor de bioimpedancia [3], como objetivo específico del presente trabajo, es esencial para comprender las necesidades comunes y las necesidades específicas de cada dispositivo en lo relativo a la interoperabilidad. El principal interés, de este trabajo, es encapsular los datos resultantes de la configuración del dispositivo y las mediciones realizadas sobre el sujeto según la norma IEEE 11073 para su posterior envío sobre Bluetooth LE al dispositivo receptor que procesará la información obtenida. Para encauzar la solución, específica para este tipo de dispositivos, conocer la naturaleza de la bioimpedancia se presenta como un pilar fundamental. Tomar consciencia del uso y las ventajas de este sensor, de su modelo matemático y de los parámetros relativos a las propias mediciones supone el primer paso para reconocer las necesidades de la bioimpedancia de cara a fundamentar la implementación de la solución. Por otro lado, el segundo paso es encajar los parámetros asociados a una medida de bioimpedancia dentro de la estructura de datos X73. Es decir, tomar las necesidades obtenidas en el paso anterior e indentificarlas dentro del modelo de información de la Norma IEEE 11073. La inexistencia de un perfil GATT de BLE que proporcione una estructura de datos que englobe todas las necesidades de la bioimpedancia, provoca que, finalmente, se proponga un nuevo posible perfil GATT para Bluetooth Low Energy. Este perfil GATT propuesto, pretende encapsular toda la estructura de datos X73 definida conteniendo todos los parámetros necesarios relativos a los valores medidos proporcionados por la bioimpedancia. 3.1 Aplicaciones de la bioimpedancia A lo largo de los últimos años, tecnologías como la Bioimpedancia ha tomado un papel de peso entre las tecnologías de sensorización debido a que nos permite tener una visión de los procesos internos del cuerpo de manera no invasiva [18] [19]. Un hecho relevante para el florecimiento de este tipo de tecnologías centradas en la salud, es el aumento paulatino de la esperanza de vida que a su vez produce un envejecimiento de la población y eleva los casos de enfermedades crónicas [20] [21]. Esta situación impacta sobre la estructura socioeconómica ya que implica aumento de gasto social destinado a mejoras en los sistemas médicos para garantizar el estado de bienestar social. Sin duda, el aumento de la esperanza de vida con el aumento de las enfermedades crónicas estrechamente E Aunque nuestra visión hacia adelante es muy corta, podemos darnos cuenta de que hay mucho por hacer. - Alan Turing - Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 18 relacionadas ha supuesto un gran impulso para las nuevas tecnologías destinadas a paliar dichos problemas de cara a mejorar la asistencia sanitaria y la calidad de vida [22]. Poniendo el foco sobre la impedancia, las técnicas relacionadas con dicha tecnología se basan en la introducción de una corriente eléctrica alterna de baja intensidad en el cuerpo humano, en un tejido o en un conjunto de células [23] basándose en el hecho de que los tejidos biológicos tienden a comportarse como conductores, dieléctricos o aislantes de electricidad dependiendo de su composición. Haciendo uso de estas propiedades de los medios biológicos, podemos obtener información sobre la fisiología y las patologías de los tejidos y células altamente dependientes con la frecuencia. Entre las aplicaciones de la bioimpedancia en términos de salud, destaca sobre todo la estimación de la composición corporal que nos permite evaluar en el mayor de los casos la nutrición e hidratación. Gracias a las técnicas de bioimpedancia, los tejidos orgánicos pueden caracterizarse; pero no solo los cuerpos orgánicos, también es posible obtener las características propias de elementos inorgánicos [24]. En este camino, las mediciones de bioimpedancia se han empleado para mediciones en la piel [24], para la detección y caracterización de tejido canceroso, así como para controlar la isquemia y la viabilidad de los órganos trasplantados [25] [26] y el monitoreo de las funciones cerebrales y pulmonares [27] [28]. 3.1.1 Fundamentos de la bioimpedancia La impedancia (Z), o bioimpedancia cuando se trata de un medio biológico, se define como la relación de un voltaje sobre la corriente eléctrica que genera (Z = V /I) y representa la oposición de un conductor a la circulación de una corriente eléctrica [23]. Esta propiedad depende de las características de los cuerpos a través de los cuales fluye la corriente teniendo en cuenta la frecuencia. Profundizando más, la bioimpedancia es un número complejo con resistencia eléctrica (R) como parte real y reactancia (Xc) como parte imaginaria, ambas medidas en Ohmios. 𝑍 = 𝑅+𝑗𝑋𝑐 (2–4) ∎ R se describe como la oposición del medio al flujo de corriente eléctrica y es inversamente proporcional a la conductancia [29]. El otro componente, Xc, se puede definir como la oposición del medio a un cambio en la electricidad corriente y es inversamente proporcional a la capacitancia (los medios biológicos pueden considerarse capacitivos) [30]. Una característica propia de los medios biológicos es la presencia de agua. En su interior, podemos diferenciar el medio intracelular (ICW) y el medio extracelular (ECW); ambos conductores [23]. Su comportamiento se asemeja al de una capacidad en la que ICW y ECW son placas del condensador y la membrana que los separa es el material dieléctrico [29]. De aquí, a bajas frecuencias, la corriente fluye principalmente a través del espacio entre las celdas (ver Figura 2-4). A medida que aumenta la frecuencia, una mayor cantidad de la corriente también penetra en el medio intracelular; en mayor medida a mayor frecuencia. 19 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Baja frecuencia Alta frecuencia Figura 3-1. La corriente fluyendo en un medio biológico a baja y alta frecuencia (Fuente: [23]) Las ventajas que encontramos en los métodos de medición de la impedancia es que la mayoría de los dispositivos son portátiles y de bajo costo. Además las mediciones no requieren de mucha complejidad por lo que la formación en el uso de los dispositivos es mínima, por no hablar de la fiabilidad de las medidas. Finalmente, al ser una medida no invasiva, se pueden realizar mediciones de manera repetida sobre un cuerpo biológico y solo requiere la colocación de electrodos en el exterior cuerpo [29] [30]. 3.1.2 Modelado de la bioimpedancia Para poder sacar provecho del comportamiento de los tejidos biológicos, se han propuesto diversos modelos matemáticos y electrónicos que se aproximan a esta situación. El modelo más simple para este complejo comportamiento representa el flujo instantáneo en dos ramas paralelas, a través de la parte extracelular y a través de la parte intracelular [31]. La parte extracelular se considera puramente resistiva, mientras que la ruta intracelular tiene la parte capacitiva de la membrana celular; así pues, esta última presenta una dependencia en la impedancia con la frecuencia. Como hemos observado antes, para modelar este comportamiento se han considerado diferentes circuitos eléctricos; algo esencial, ya que posibilita el análisis de forma independiente en un sistema de material heterogéneo. Existen modelos en los que las impedancias y los condensadores se encuentran en serie, otros modelos los presentan en paralelo y los hay aún más complejos [32]. El circuito más estándar con el que se representan los tejidos biológicos está formado por una resistencia para definir la trayectoria extracelular de la corriente (Re) colocada en paralelo con el segundo brazo, que representa la corriente intracelular, en el que se colocan, en serie, una capacidad y una resistencia (Ri) [23] (ver Figura 2-5). Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 20 Figura 3-2. Modelo de circuito de un tejido biológico (Fuente: [23]) De esta forma, la impedancia del circuito en la Figura 2-5 se corresponde con la siguiente expresión: Z=𝑅∞+𝑅0− 𝑅∞ 1+𝑗𝜔𝜏 (2–5) ∎ Donde R∞ es el paralelo de las resistencias extracelulares e intracelulares (Re y Ri) y R0 es equivalente a la resistencia extracelular (Re). En una gráfica en la que se representa la impedancia del modelo del circuito para cada una de las frecuencias desde cero a infinito, se obtiene una impedancia de curva circular cuya forma es el resultado de características eléctricas y estructurales del tejido. En corriente continua, los condensadores actúan como aislantes y toda la corriente pasa a través del líquido extracelular. La impedancia de frecuencia cero es completamente resistiva (R0), sobre el eje real, y con el mismo valor que Re. Si el circuito está excitado con una corriente eléctrica de frecuencia infinita, el condensador actuaría como un conductor perfecto y la corriente pasaría por ambas resistencias, Ri y Re, que se encuentran en paralelo, por lo que el resultado es una impedancia completamente resistiva (R∞). El modelo nos lleva a que la posición de la impedancia en la gráfica se mueve en el sentido contrario a las agujas del reloj en un semicírculo de R0 a R∞ [23]. Es lo que se conoce como la gráfica Cole-Cole (ver Figura 2-6). Figura 3-3. Gráfica Cole-Cole (Fuente: [23]) En 1928, Cole descubrió que las mediciones de impedancia de materiales biológicos tenía una forma circular, pero su centro estaba ubicado debajo del eje de resistencia [31]. La causa de este efecto viene del hecho de que 21 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 las membranas celulares no son condensadores perfectos y las grandes diferencias entre los tipos y tamaños de las células de los tejidos en los organismos biológicos causan una distribución de las constantes de tiempo. Este comportamiento se ve como la superposición de múltiples efectos de dispersión de membranas, cada una con diferentes constantes de tiempo. En 1941, Cole y Cole mostraron que, cuando hay una distribución de las constantes de tiempo, la impedancia compleja se puede representar con la siguiente expresión: Z=𝑅∞+𝑅0− 𝑅∞ 1+(𝑗𝜔𝜏)(1−𝛼) (2–6) ∎ Donde α (0 ≤ α ≤ 1) es un parámetro característico de la distribución de la relajación de frecuencias debido a las diferentes estructuras en un material heterogéneo, y 𝜃 = (𝜋/2)𝛼 es el ángulo en el que se mueve el centro del círculo debajo del eje real (ver Figura 2-7). Figura 3-4. Centro de desplazamiento del semicírculo de impedancia (Fuente: [23]) Para concluir, el modelo Cole-Cole fue extendido para introducir un retardo de tiempo invariante con frecuencia (Td), que se debe a muchas causas [16]. Este nuevo componente está modelado por un desfase que aumenta linealmente con la frecuencia como se muestra en la siguiente ecuación: Z=(𝑅∞+𝑅0− 𝑅∞ 1+(𝑗𝜔𝜏)(1−𝛼))𝑒−𝑗𝜔𝑇𝑑 (2–7) 3.1.3 Parámetros asociados a una medida de bioimpedancia Una vez más, este comportamiento de los tejidos biológicos permite, por los métodos de medición de bioimpedancia, obtener medidas del interior del organismo que tras el procesado y aplicación de los distintos modelos proveerán información sobre la composición de los tejidos que podrían facilitar un diagnóstico. Los parámetros medidos por bioimpedancia se detallan a continuación: Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 22 Tabla 3–1. Parámetros antropométricos Parámetro Unidad de medida Descripción Peso Kg Peso del sujeto a estudio, medido en kilogramos Estatura cm Altura del sujeto a estudio, medida en centímetros Fecha de nacimiento Día, mes y año Día, mes y año de nacimiento del sujeto a estudio para realizar el cálculo de la edad Tabla 3–2 Parámetros de bioimpedancia Parámetro Unidad de medida Descripción Lista de elementos de longitud variable formada por tres componentes Frecuencia kHz Frecuencia de la impedancia, medida en kilohercios Módulo Ω Módulo de la impedancia, medido en ohmios Fase ˚ Fase de la bioimpedancia, medida en grados Modelo de bioimpedancia R0 Ω Resistencia a frecuencia cero, medida en ohmios R∞ Ω Resistencia a frecuencia infinita, medida en ohmios Re Ω Resistencia extracelular, medida en ohmios Ri Ω Resistencia intracelular, medida en ohmios C nF Capacidad asociada a las membranas celulares, medida en nanofaradios. α Parámetro característico de la distribución de las frecuencias de relajación. Es un parámetro adimensional. TD ns Retraso temporal invariante con la frecuencia, medido en nanosegundos. 29 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.2.2 Estatura La tabla 3-7 resume la codificación propuesta para el parámetro “Estatura” de acuerdo con la norma IEEE 11073 [34] [35] [11]. Tabla 3–7. Codificación X73 para el parámetro Estatura Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 2 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 1297 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 3.2.3 Sexo La tabla 3-8 resume la codificación propuesta para el parámetro “Sexo” siguiendo el estándar X73 [33] [36]. Tabla 3–8. Codificación X73 para el parámetro Sexo Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 3 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value INT-U8 [Valor observado] *: valor no definido en la norma. En este caso, se propone codificar el valor del parámetro “Sexo” según al tabla 3-9 [38]. Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 30 Tabla 3–9. Codificación del valor del parámetro Sexo Valor Código Desconocido 0 Masculino 1 Femenino 2 No especificado 9 3.2.4 Fecha de nacimiento La tabla 3-10 resume la codificación propuesta para el parámetro “Fecha de nacimiento” conforme a la norma IEEE 11073 [33] [36]. Tabla 3–10. Codificación X73 para el parámetro Fecha de nacimiento Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 4 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Compound-Simple- Nu-Observed-Value (INT-U16, INT-U8, INT-U8) [yyyy, mm, dd] *: valor no definido en la norma. 3.2.5 Modelo de bioimpedancia La tabla 3-11 resume la codificación de los parámetros relacionados con el modelo de bioimpedancia, R0, R∞, Re, Ri, C, α y TD, de acuerdo con la norma X73 [33] [36]. 31 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Tabla 3–11. Codificación X73 para el modelo de bioimpedancia Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 5 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Compound-Simple- Nu-Observed-Value (FLOAT_Type, FLOAT_Type, FLOAT_Type, FLOAT_Type, FLOAT_Type, FLOAT_Type, FLOAT_Type) [R0, R∞, Re, Ri, C, α, TD] *: valor no definido en la norma. 3.2.6 Masa celular corporal (BCM) La tabla 3-12 resume la codificación propuesta para el parámetro “BCM” de acuerdo a la norma IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–12. Codificación X73 para el parámetro Masa celular corporal (BCM) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 6 Type (INT-U16, INT-U16) 2, 57704 Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 1731 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 32 3.2.7 % BCM La tabla 3-13 resume la codificación propuesta para el parámetro “% BCM” conforme a la norma IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–13. Codificación X73 para el parámetro % BCM Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 7 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 544 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 3.2.8 Volumen de agua extracelular (ECW) La tabla 3-14 resume la codificación propuesta para el parámetro “ECW” conforme a la norma IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–14. Codificación X73 para el parámetro Volumen de agua extracelular (ECW) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 8 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 * Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 33 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.2.9 Volumen de agua intracelular (ICW) La tabla 3-15 resume la codificación propuesta para el parámetro “ICW” teniendo en cuenta las indicaciones detalladas en la norma X73 [35] [36] [11]. Tabla 3–15. Codificación X73 para el parámetro Volumen de agua intracelular (ICW) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 9 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 * Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 3.2.10 Agua corporal total (TBW) La tabla 3-16 resume la codificación propuesta para el parámetro “TBW” en concordancia con el estándar IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–16. Codificación X73 para el parámetro Agua corporal total (TBW) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 10 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 * Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 34 3.2.11 Masa libre de grasa (FFM) La tabla 3-17 resume la codificación propuesta para el parámetro “FFM” de acuerdo con la norma X73 [35] [36] [11]. Tabla 3–17. Codificación X73 para el parámetro Masa libre de grasa (FFM) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 11 Type (INT-U16, INT-U16) 2, 57684 Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 1731 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 3.2.12 % FFM La tabla 3-18 resume la codificación propuesta para el parámetro “% FFM” conforme a la norma IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–18. Codificación X73 para el parámetro % FFM Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 12 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 544 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 35 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.2.13 Índice de masa libre de grasa (FFMI) La tabla 3-19 resume la codificación propuesta para el parámetro “FFMI” siguiendo las pautas definidas en la norma IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–19. Codificación X73 para el parámetro Índice de masa libre de grasa (FFMI) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 13 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 1955 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 3.2.14 Masa grasa (FM) La tabla 3-20 resume la codificación propuesta para el parámetro “FM” conforme a las indicaciones referidas en el estándar X73 [35] [36] [11]. Tabla 3–20. Codificación X73 para el parámetro Masa grasa (FM) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 14 Type (INT-U16, INT-U16) 2, 57676 Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 1731 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 36 3.2.15 % FM La tabla 3-21 resume la codificación propuesta para el parámetro “% FM” conforme a la norma IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–21. Codificación X73 para el parámetro % FM Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 15 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 544 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 3.2.16 Índice de masa grasa (FMI) La tabla 3-22 resume la codificación propuesta para el parámetro “FMI” de acuerdo con el estándar IEEE 11073 [35] [36] [11]. Tabla 3–22. Codificación X73 para el parámetro Índice de masa grasa (FMI) Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 16 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Unit-Code INT-U16 1955 Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value FLOAT-Type [Valor observado] *: valor no definido en la norma. 37 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.2.17 Lista de configuración de bioimpedancia Para dar versatilidad al modelo y permitir el barrido de un número libre de frecuencias, se propone codificar como un atributo único el número total de frecuencias. La tabla 3-23 resume la codificación del parámetro que identifica el número de frecuencias utilizadas siguiendo la norma IEEE 11073 [33] [36]. Tabla 3–23. Codificación X73 para el número de frecuencias usadas Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 17 Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Simple-Nu-Observed- Value INT-U16 [n frecuencias] *: valor no definido en la norma. El número total de frecuencias determina el número de atributos que se generarán a continuación y que contendrán un trío de valores formado por la frecuencia configurada, el módulo de bioimpedancia observado y la fase de bioimpedancia observada. Todos estos atributos generados tendrán valores secuenciales para el atributo Handle, que los identifica unívocamente. Sin embargo, el valor para el atributo Type será el mismo en todos los casos. La tabla 3-24 resume la codificación de los tríos de datos relacionados con la configuración de bioimpedancia, cumpliendo el esquema definido por la norma IEEE 11073 [33] [36]. Tabla 3–24. Codificación X73 para el número de frecuencias usadas Atributo 11073-20601 Tipo de dato IEEE 11073-20601 Valor Handle INT-U16 [de 18 a 18 + n frecuencias – 1] Type (INT-U16, INT-U16) 2, * Metric-Spec-Small BITS-16 [mss-avail-intermittent, mssavail-stored-data, mss-ups- aperiodic, mss-msmt-aperiodic, mss-acc-agent-initiated] Absolute-Time-Stamp (INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT- U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8, INT-U8) [Sello de tiempo de la observación] Compound-Simple- Nu-Observed-Value (FLOAT_Type, FLOAT_Type, FLOAT_Type) [Frecuencia, Módulo, Fase] *: valor no definido en la norma. Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 38 3.3 Estructura de datos en Bluetooth Low Energy Como ya se ha concluido en el capítulo 2, Revisión de los estándares IEEE 11073 y Bluetooth Low Energy, la interfaz de Bluetooth de Baja Energía no hace uso del protocolo IEEE 11073 para el intercambio de dato aunque si utiliza el protocolo BLE con tipos de datos compatibles con las nomenclaturas definidas en [38] y el modelo de información de dominio DIM definido en [36]. Para hacer compatible la equivalencia entre los dos protocolos y cubrir los atributos obligatorios de las especializaciones de dispositivo [IEEE 11073-104xx], el whitepaper redactado por Bluetooth SIG para la transcodificación de dispositivos de salud personal, [11], describe cómo realizar dicha transcodificación entre BLE y DIM IEEE. Los perfiles Bluetooth LE a los cuales se hace referencia en [5] están diseñados para ser compatibles con el modelo de información del dispositivo IEEE 11073 y la nomenclatura de la especialización correspondiente, [34] [35]. En [11] se detalla información para relacionar el modelo de información de dispositivo (DIM) con la nomenclatura de las especializaciones antes mencionadas, [34] [35]. En relación a las unidades de medida, la codificación definida por Bluetooth SIG [11] se resume en la tabla 3- 25. Tabla 3–25. Codificación de unidades en BLE Unidad ID IEEE 11073 Código IEEE 11073 Tipo BLE Valor BLE kg MDC_DIM_KILO_G 1731 org.bluetooth.unit.mass.kilogram 0x2702 cm MDC_DIM_CENTI_M 1297 org.bluetooth.unit.length.metre 0x2701 Día MDC_DIM_DAY 2272 org.bluetooth.unit.time.day 0x2762 Mes MDC_DIM_MONTH org.bluetooth.unit.time.month 0x27B4 Año MDC_DIM_YEAR org.bluetooth.unit.time.year 0x27B3 kHz MDC_DIM_KILO_HZ org.bluetooth.unit.frequency.hertz 0x2722 Ω MDC_DIM_X_OHM org.bluetooth.unit.electric_resistance.ohm 0x272A ˚ MDC_DIM_X_DEG org.bluetooth.unit.plane_angle.degree 0x2763 nF MDC_DIM_NANO_F org.bluetooth.unit.capacitance.farad 0x2729 ns MDC_DIM_NANO_S org.bluetooth.unit.time.second 0x2703 % MDC_DIM_PERCENT 544 org.bluetooth.unit.percentage 0x27AD l MDC_DIM_X_L org.bluetooth.unit.volume.litre 0x2767 Kg/m2 MDC_DIM_KG_PER_M_SQ 1955 org.bluetooth.unit.surface_density.kilogra m_per_square_metre 0x2716 A continuación, se propone la codificación en Bluetooth Low Energy de los atributos observados manteniendo la compatibilidad con el modelo de información del estándar IEEE 11073. 45 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.4.7 % BCM La tabla 3-38 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “% BCM” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–38. Codificación BLE para el parámetro % BCM Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 7 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 544 Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema de la característica Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: <Field name="BCM-Percent"> <InformativeText>Porcentaje de masa celular corporal.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.percentage</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>100</Maximum> </Field> Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 46 3.4.8 Volumen de agua extracelular (ECW) La tabla 3-39 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “ECW” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–39. Codificación BLE para el parámetro ECW Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 8 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code * Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: <Field name="ECW"> <InformativeText>Extra-Cellular Water.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.volume.litre</Unit> </Field> 47 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.4.9 Volumen de agua intracelular (ICW) La tabla 3-40 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “ICW” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–40. Codificación BLE para el parámetro ICW Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 9 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code * Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: <Field name="ICW"> <InformativeText>Intra-Cellular Water.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.volume.litre</Unit> </Field> Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 48 3.4.10 Agua corporal total (TBW) La tabla 3-41 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “TBW” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–41. Codificación BLE para el parámetro TBW Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 10 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code * Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. De acuerdo con Bluetooth SIG, encontramos el campo Body Water Mass dentro de la característica Body Composition Measurement (ver Anexo E). Sin embargo, este parámetro se mide en kilogramos por lo que se propone incluir el campo Total Body Water medido en litros en el esquema de la característica Bioimped (ver Anexo E). La propuesta es incluir el siguiente código: <Field name="TBW"> <InformativeText>Total body water.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.volume.litre</Unit> </Field> 49 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.4.11 Masa libre de grasa (FFM) La tabla 3-42 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “FFM” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–42. Codificación BLE para el parámetro FFM Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 11 N/A N/A N/A Type 2, 57684 N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 1731 Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate N/A: no aplica. 3.4.12 % FFM La tabla 3-43 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “% FFM” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–43. Codificación BLE para el parámetro % FFM Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 12 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 544 Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 50 <Field name="FFM - Percent"> <InformativeText>Percentage of Fat Free Mass.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.percentage</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>100</Maximum> </Field> 3.4.13 Índice de masa libre de grasa (FFMI) La tabla 3-44 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “FFMI” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–44. Codificación BLE para el parámetro FFMI Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 13 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 1955 Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: <Field name="FFMI"> <InformativeText>Fat Free Mass Index.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit> org.bluetooth.unit.surface_density.kilogram_per_square_metre </Unit> </Field> 51 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 3.4.14 Masa grasa (FM) La tabla 3-45 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “FM” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–45. Codificación BLE para el parámetro FM Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 14 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 1731 Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: <Field name="Body Fat"> <InformativeText>Body Fat mass.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.mass.kilogram</Unit> </Field> Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 52 3.4.15 % FM La tabla 3-46 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “% FM” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–46. Codificación BLE para el parámetro FM Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 15 N/A N/A N/A Type 2, 57676 N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 544 Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate N/A: no aplica. 3.4.16 Índice de masa grasa (FMI) La tabla 3-47 resume la codificación en Bluetooth LE del atributo “FMI” observado, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–47. Codificación BLE para el parámetro FMI Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 16 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Unit-Code 1955 Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [Valor observado] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. 53 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema Bioimped (ver Anexo E) de la siguiente forma: <Field name="FMI"> <InformativeText>Fat Mass Index.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit> org.bluetooth.unit.surface_density.kilogram_per_square_metre </Unit> </Field> 3.4.17 Lista de configuración de bioimpedancia La tabla 3-48 resume la codificación en Bluetooth LE de la característica relativa al número de frecuencias usadas, en concordancia con la norma IEEE 11073. Tabla 3–48. Codificación BLE para la configuración de bioimpedancia Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle 17 N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Aggregate Simple-Nu- Observed-Value [n frecuencias] Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema de una nueva característica, denominado Bioimped Configuration (ver Anexo F) de la siguiente forma: <Field name="Numero Frecuencias"> <InformativeText>Numero total de frecuencias.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit> org.bluetooth.unit.surface_density.kilogram_per_square_metre </Unit> </Field> Propuesta de modelo de datos para monitores de bioimpedancia 54 Una vez conocido el número de frecuencias, se generarán tantos tríos formados por frecuencia, módulo y fase, como número total de frecuencias se hayan registrado. La tabla 3-49 resume la codificación en Bluetooth LE de cada serie “frecuencia - módulo – fase”, de acuerdo con la norma IEEE 11073. Tabla 3–49. Codificación BLE para la configuración de bioimpedancia Atributo 11073- 20601 Valor en IEEE 11073 Característica BLE Equivalente Servicio Bluetooth Tipo de dato Bluetooth Handle [de 18 a 18 + n frecuencias – 1] N/A N/A N/A Type 2, * N/A N/A N/A Metric-Spec- Small [mss-avail-intermittent, mss-avail-stored-data, mss-ups-aperiodic, mssmsmt-aperiodic, mssacc-agent-initiated] N/A N/A N/A Absolute-Time- Stamp [Sello de tiempo de la observación] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate Compound- Simple-Nu- Observed-Value [Frecuencia, Módulo, Fase] Body Composition Measurement Body Composition Aggregate *: valor no definido en la norma; N/A: no aplica. Ante la inexistencia de campo definido para encapsular este parámetro, se propone incluirlo dentro del esquema de una nueva característica, denominado Bioimped Configuration (ver Anexo F) de la siguiente forma: <Field name="Configuracion bioimpedancia"> <InformativeText>Serie de trios de configuracion de bioimpedancia. El formato del valor es una cadena de caracteres que concatena los parametros de la siguiente forma: frecuencia-modulo-fase;frecuencia-modulo-fase;…</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>utf8s</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.unitless</Unit> </Field> 61 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 5.2 Anexo B (Informativo) org.bluetooth.characteristic.date_of_birth.xml <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!--Copyright 2014 Bluetooth SIG, Inc. All rights reserved.--> <Characteristic xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://schemas.bluetooth.org/Documents/characteristic.x sd" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" name="Date of Birth" type="org.bluetooth.characteristic.date_of_birth" uuid="2A85" last-modified="2014-06- 10" approved="Yes"> <Value> <Field name="Year"> <InformativeText>Year as defined by the Gregorian calendar.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>uint16</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.time.year</Unit> <Minimum>1582</Minimum> <Maximum>9999</Maximum> <AdditionalValues> <Enumeration key="0" value="Year is not known" /> </AdditionalValues> </Field> <Field name="Month"> <InformativeText>Month of the year as defined by the Gregorian calendar.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>uint8</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.time.month</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>12</Maximum> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="Month is not known" /> <Enumeration key="1" value="January" /> <Enumeration key="2" value="February" /> <Enumeration key="3" value="March" /> <Enumeration key="4" value="April" /> <Enumeration key="5" value="May" /> <Enumeration key="6" value="June" /> <Enumeration key="7" value="July" /> <Enumeration key="8" value="August" /> <Enumeration key="9" value="September" /> <Enumeration key="10" value="October" /> Anexos 62 <Enumeration key="11" value="November" /> <Enumeration key="12" value="December" /> </Enumerations> </Field> <Field name="Day"> <InformativeText>Day of the month as defined by the Gregorian calendar.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>uint8</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.time.day</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>31</Maximum> <AdditionalValues> <Enumeration key="0" value="Day of Month is not known" /> </AdditionalValues> </Field> </Value> <Note> <p> The fields in the above table are in the order of LSO to MSO. Where LSO = Least Significant Octet and MSO = Most Significant Octet. </p> </Note> </Characteristic> 63 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 5.3 Anexo C (Informativo) org.bluetooth.descriptor.gatt.characteristic_aggregate_format.xml <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!-- Copyright 2011 Bluetooth SIG, Inc. All rights reserved. --> <Descriptor xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://schemas.bluetooth.org/Documents/descriptor.xsd" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" type="org.bluetooth.descriptor.gatt.characteristic_aggregate_format" uuid="2905" name="Characteristic Aggregate Format"> <InformativeText> <Abstract> The Characteristic Aggregate Format descriptor defines the format of an aggregated Characteristic Value. </Abstract> <InformativeDisclaimer/> <Summary> Only one Characteristic Aggregate Format descriptor exists in a characteristic definition. This descriptor consists of a list of Attribute Handles pointing to Characteristic Presentation Format declarations. This descriptor is read only and does not require authentication or authorization. The list of Attribute Handles is the concatenation of multiple 16-bit Attribute Handle values into a single Attribute Value. If more than one Characteristic Presentation Format declarations exist, then there is one Characteristic Aggregate Format declaration. However, a Characteristic Aggregate Format descriptor can be present even if there aren't any Presentation Format descriptors in the characteristic definition. The order of the Attribute Handles in the list is significant. </Summary> <Examples> <Example> If 3 Characteristic Presentation Format declarations exist at Attribute Handles 0x40, 0x50 and 0x60, the Characteris Aggregate Format Value is 0x405060. </Example> </Examples> </InformativeText> <Value> <Field name="List of Handles"> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>uint16</Format> <Repeated>true</Repeated> </Field> Anexos 64 </Value> </Descriptor> 5.4 Anexo D (Propuesta) org.bluetooth.characteristic.modelo_de_impedancia.xml <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <Characteristic xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://schemas.bluetooth.org/Documents/characteristic.x sd" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" name="Bioimped Model" type="org.bluetooth.characteristic.modelo_de_impedancia" uuid="XXXX" lastmodified="2019-08-29" approved="Yes"> <Value> <Field name="Resistencia-en-cero"> <InformativeText>Resistencia a frecuencia cero.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.frequency.hertz</Unit> </Field> <Field name="Resistencia-en-infinito"> <InformativeText>Resistencia a frecuencia infinita.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.frequency.hertz</Unit> </Field> <Field name="Resistencia-extracelular"> <InformativeText>Resistencia extracelular.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.frequency.hertz</Unit> </Field> <Field name="Resistencia-intracelular"> <InformativeText>Resistencia intracelular.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.frequency.hertz</Unit> </Field> <Field name="Capacidad"> <InformativeText>Capacidad asociada a las membranas celulares.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> 65 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.capacitance.farad</Unit> </Field> <Field name="Alfa"> <InformativeText>Parametro caracteristico de la distribucion de las frecuencias de relajacion.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> </Field> <Field name="Retraso"> <InformativeText>Retraso temporal invariante con la frecuencia.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.time.second</Unit> </Field> </Value> </Characteristic> 5.5 Anexo E (Propuesta) org.bluetooth.characteristic.bioimpedance.xml <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <Characteristic xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://schemas.bluetooth.org/Documents/characteristic.x sd" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" name="Bioimped" type="org.bluetooth.characteristic.bioimped" uuid="XXXX" last-modified="2019-08-29" approved="Yes"> <Value> <Field name="BCM"> <InformativeText>Masa celular corporal.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.mass.kilogram</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>100</Maximum> </Field> <Field name="BCM-Percent"> <InformativeText>Porcentaje de masa celular corporal.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> Anexos 66 <Unit>org.bluetooth.unit.percentage</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>100</Maximum> </Field> <Field name="ECW"> <InformativeText>Extra-Cellular Water.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.volume.litre</Unit> </Field> <Field name="ICW"> <InformativeText>Intra-Cellular Water.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.volume.litre</Unit> </Field> <Field name="TBW"> <InformativeText>Total body water.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.volume.litre</Unit> </Field> <Field name="FFM - Percent"> <InformativeText>Percentage of Fat Free Mass.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.percentage</Unit> <Minimum>0</Minimum> <Maximum>100</Maximum> </Field> <Field name="FFMI"> <InformativeText>Fat Free Mass Index.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit> org.bluetooth.unit.surface_density.kilogram_per_square_metre </Unit> </Field> <Field name="Body Fat"> 67 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 <InformativeText>Body Fat mass.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.mass.kilogram</Unit> </Field> <Field name="FMI"> <InformativeText>Fat Mass Index.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit> org.bluetooth.unit.surface_density.kilogram_per_square_metre </Unit> </Field> </Value> </Characteristic> 5.6 Anexo F (Propuesta) org.bluetooth.characteristic.bioimped_configuration.xml <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <Characteristic xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://schemas.bluetooth.org/Documents/characteristic.x sd" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" name="Bioimped Configuration" type="org.bluetooth.characteristic.bioimped_configuration" uuid="XXXX" last-modified="2019-08-29" approved="Yes"> <Value> <Field name="Numero Frecuencias"> <InformativeText>Numero total de frecuencias.</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>float</Format> <Unit> org.bluetooth.unit.surface_density.kilogram_per_square_metre </Unit> </Field> <Field name="Configuracion bioimpedancia"> <InformativeText>Serie de trios de configuracion de bioimpedancia. El formato del valor es una cadena de caracteres que concatena los parametros de la siguiente forma: frecuencia-modulo-fase;frecuencia-modulo-fase;…</InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>utf8s</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.unitless</Unit> Anexos 68 </Field> </Value> </Characteristic> 5.7 Anexo G (Informativo) org.bluetooth.characteristic.body_composition_measurement.xml <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!--Copyright 2014 Bluetooth SIG, Inc. All rights reserved.--> <Characteristic xsi:noNamespaceSchemaLocation="http://schemas.bluetooth.org/Documents/characteristic.x sd" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" name="Body Composition Measurement" type="org.bluetooth.characteristic.body_composition_measurement" uuid="2A9C" lastmodified="2014-10-17" approved="Yes"> <Value> <Field name="Flags"> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>16bit</Format> <BitField> <Bit index="0" size="1" name="Measurement Units"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="SI (Weight and Mass in units of kilogram (kg) and Height in units of meter)" requires="C1" /> <Enumeration key="1" value="Imperial (Weight and Mass in units of pound (lb) and Height in units of inch (in))" requires="C2" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="1" size="1" name="Time Stamp Present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C3" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="2" size="1" name="User ID present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C4" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="3" size="1" name="Basal Metabolism present"> 69 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C5" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="4" size="1" name="Muscle Percentage present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C6" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="5" size="1" name="Muscle Mass present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C7" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="6" size="1" name="Fat Free Mass present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C8" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="7" size="1" name="Soft Lean Mass present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C9" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="8" size="1" name="Body Water Mass present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C10" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="9" size="1" name="Impedance present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C11" /> </Enumerations> Anexos 70 </Bit> <Bit index="10" size="1" name="Weight present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C12" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="11" size="1" name="Height present"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" requires="C13" /> </Enumerations> </Bit> <Bit index="12" size="1" name="Multiple Packet Measurement"> <Enumerations> <Enumeration key="0" value="False" /> <Enumeration key="1" value="True" /> </Enumerations> </Bit> <ReservedForFutureUse index="13" size="3" /> </BitField> </Field> <Field name="Body Fat Percentage"> <InformativeText> Unit is in percent with a resolution of 0.1 </InformativeText> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Format>uint16</Format> <Unit>org.bluetooth.unit.percentage</Unit> <DecimalExponent>-1</DecimalExponent> </Field> <Field name="Time Stamp"> <InformativeText> Smallest unit in seconds </InformativeText> <Requirement>C3</Requirement> <Reference>org.bluetooth.characteristic.date_time</Reference> </Field> <Field name="User ID"> 77 Diseño y Desarrollo Software para la Gestión de Sensores Biomédicos basado en la Norma X73 <Descriptor type="org.bluetooth.descriptor.gatt.bioimped_configuration" name="Bioimped Configuration"> <Requirement>Mandatory</Requirement> <Properties> <Read>Mandatory</Read> <Write>Mandatory</Write> </Properties> </Descriptor> </Descriptors> </Characteristic> </Characteristics> </Service> Referencias 78 REFERENCIAS [1] D. 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