La tecnologia RFID a supporto della sanità: un progetto per ottimizzare l’anamnesi e la gestione del paziente

di Agostino Giorgio, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione, Politecnico di Bari

(tratto da: Agostino Giorgio, La tecnologia RFID a supporto della sanità: un progetto per ottimizzare l’anamnesi e la gestione del paziente, in Scienze e Ricerche n. 1, novembre 2014, pp. 78-82)

Abstract: L’avvento dei sistemi informatici a supporto delle procedure medico-sanitarie, ha contribuito a migliorare significativamente la qualità dei servizi limitando sprechi e inefficienze, per aumentare la qualità di vita del paziente. Non sempre, però, questi benefici si riflettono direttamente sulla salute di quest’ultimo. Ad esempio, nel caso di un soccorso d’urgenza ad un ferito o ammalato in condizioni gravi e privo di coscienza, è fondamentale accertarsi tempestivamente della storia clinica pregressa del paziente, al fine di evitare ritardi nella diagnosi o la erogazione di cure non idonee che potrebbero aggravare ulteriormente il quadro clinico.

In questo contesto si colloca un progetto avviato presso il Laboratorio di Elettronica dei Sistemi Digitali del DEI presso il Politecnico di Bari, che si propone, attraverso il supporto della tecnologia RFID, di snellire drasticamente le procedure di acquisizione dei dati anamnestici, per fronteggiare con più efficacia anche le situazioni più gravi; senza dimenticare, tra l’altro, aspetti importanti come l’integrazione in un sistema informatico preesistente ed il fattore economico. La prima fase del progetto, relativa allo sviluppo del dimostratore ed alla sua validazione tecnica, si è conclusa con successo poiché l’idea progettuale si è dimostrata fattibile, valida ed efficace per gli scopi prefissati. Seguirà una fase di sperimentazione su larga scala, in fase di pianificazione, all’esito della quale sarà possibile individuare ulteriori miglioramenti e perfezionamenti da apportare al sistema.

1.    Introduzione

L’effetto dell’informatica e dell’automazione sulle procedure medico-sanitarie si sta manifestando in maniera sempre più ampia, portando notevoli vantaggi per la salute e il bene di tutti i pazienti; si pensi alle applicazioni già oggi sotto gli occhi di tutti: dalla possibilità di prenotare un esame via internet all’uso di tecniche diagnostiche sempre più sofisticate (TAC, Risonanza Magnetica, PET,…), dalla telemedicina alla possibilità di eseguire interventi minimamente invasivi con tecniche endoscopiche.

Tra queste innovazioni, un aspetto fondamentale per la cura del paziente è sicuramente il trattamento dei dati.

Infatti, la gestione e il controllo della salute sono basati sull’uso, la trasmissione e il confronto di una grande quantità di dati, informazioni e conoscenze eterogenee. Tuttavia, negli ultimi anni il bisogno di scambiare dati è aumentato vertiginosamente, sia all’interno di una struttura sanitaria (tra i diversi soggetti e tra unità operative specializzate), sia tra strutture geograficamente distanti. Tra l’altro, con l’innalzamento dei costi e la complessità dell’organizzazione, ormai è impensabile prescindere da un adeguato sistema informativo, costituito da software di gestione e basi di dati complesse, che garantisca il controllo e l’ottimizzazione dell’organizzazione [1].

Sebbene l’informatizzazione aumenti drasticamente l’efficienza e l’efficacia delle procedure di trattamento dei dati, non ha uguale impatto in termini di miglioramento della qualità delle cure, ovvero della qualità della vita dei pazienti, soprattutto anziani, ammalati cronici e pazienti soggetti ad incidenti e bisognosi di soccorsi urgenti.

Allo scopo di far fronte a questa carenza, è stato avviato presso il Politecnico di Bari il progetto di un sistema basato su tecnologia RFID (Radio Frequency IDentification), costituito da una parte hardware ed una parte software in grado di migliorare la qualità dell’assistenza sanitaria e perfettamente integrabile in qualsiasi sistema informatizzato sanitario preesistente.

Infatti, utilizzando la tecnologia RFID per l’identificazione del soggetto (paziente), è stato implementato, come primo passo del progetto, l’accesso o (qualora non già esistente) la creazione di un suo database, consentendo la reperibilità quindi, di tutte le informazioni cliniche-anamnestiche pregresse del paziente, senza necessità di una descrizione da parte del medesimo soggetto interessato.

L’importanza di poter disporre della storia anamnestica del paziente è cruciale anche per accelerare i tempi di cura e talvolta per ridurne il rischio di vita.

Si pensi, per esempio, ad un paziente che deve essere operato d’urgenza e non sa o non può riferire tutte le informazioni anamnestiche che lo riguardano, che sono necessarie prima dell’intervento; tale paziente dovrebbe essere prima sottoposto ad una serie di accertamenti utili a delinearne il quadro clinico (allergie, HIV, epatite, interventi subiti, diabete, cardiopatie, broncopatie, ecc.) e poi subire l’intervento, oppure subire l’intervento senza raccogliere tutte le informazioni di cui sopra – se particolarmente urgente – ma con un elevatissimo rischio anche di mortalità.

Le esigenze a cui si va incontro, e quindi i vantaggi offerti dal sistema proposto, spaziano dal semplice snellimento delle procedure di acquisizione dei dati clinici dell’individuo, al poter disporre di tutti i dati clinici/anamnestici relativi a pazienti non in grado di esporli (perché soccorsi e privi di conoscenza oppure perché molto anziani e non ricordano, non autosufficienti, ecc.), alla creazione automatica ed intelligente di un database, in adempimento alle più moderne esigenze di informatizzazione del servizio sanitario.

Di seguito verranno descritte le tecnologie a supporto ed, in particolare, le caratteristiche del progetto.

2.    Cenni sulla tecnologia RFID

L’acronimo RFID indica una tecnologia wireless che rappresenta una soluzione innovativa nel campo dell’automazione dei processi [2 – 4]. Sebbene la sua origine non sia recente, è destinata a provocare nei prossimi anni una vera e propria rivoluzione in ogni settore produttivo.

Il motivo per cui solamente negli ultimi anni l’RFID si è diffusa è perché nel corso del tempo il suo utilizzo si è modificato e, se fino a poco tempo fa poteva essere considerata una tecnologia ancora in piena evoluzione, attualmente può essere considerata una tecnologia matura e dalle applicazioni davvero numerose ed in molteplici ambiti [5, 7].

La definizione stessa dell’acronimo, “Radio Frequency IDentification” (Identificazione a Radiofrequenza), è molto chiara nel precisare e limitare la tecnologia in questione:

  • E’ una tecnologia che permette l’identificazione (ossia il riconoscimento univoco) di un oggetto o di un essere vivente.
  • E’ una tecnologia che sfrutta la radiofrequenza.

Alla base del suo funzionamento vi è l’idea di poter identificare, attraverso delle etichette “intelligenti” (dette “tag”, “transponder” o “data-carrier device”) e senza alcuna necessità di collegamento fisico, qualunque oggetto, sia esso un prodotto, un animale o una persona. Tali transponders, a differenza dei predecessori codici a barre, hanno la capacità di memorizzare su di un chip informazioni che possono essere trasmesse, tramite onde radio, ad opportuni dispositivi di lettura (reader o interrogator). I dati vengono infine inviati ad un computer centrale per essere interpretati ed elaborati [2].

Per comprendere la portata di questo meccanismo basti pensare che su di un singolo chip è possibile inserire svariate informazioni (dal codice identificativo seriale, al nome, al cognome, ecc…) e che i reader, a seconda delle applicazioni, sono in grado di captare tag a distanza variabile tra pochi centimetri e qualche metro.

3.    Caratteristiche e funzionalità del sistema proposto

L’idea alla base del progetto prevede che ad ogni utente (paziente potenziale o effettivo) sia consegnato un tag RFID in formato tessera (come il trasponder in fig. 1), nel quale sono memorizzati i suoi dati anagrafici e clinici [8].

FIGURA 1Figura 1: Trasponder RFID in formato tessera utilizzato nel progetto. Sullo sfondo l’antenna del reader in forma circolare.

 

Ipotizzando l’uso del sistema in una postazione di accettazione all’ingresso dell’infrastruttura sanitaria, qualora l’utente sopraggiunga con il tag indosso entro la distanza di rilevamento (meno di un metro nel nostro caso specifico), il sistema avvia una serie di procedure automatiche rapidissime per il riconoscimento univoco dell’individuo e per la ricerca dei suoi dati all’interno del database centrale, dati che, poi, sono visualizzati a video per la fruizione da parte degli operatori sanitari.

Per assolvere questi compiti, il sistema è stato ideato secondo lo schema a blocchi in fig. 2:

fig 2Figura 2: schema a blocchi del sistema.

 

Come precedentemente accennato, il sistema è costituito da una architettura mista hardware/software.

La componente hardware è rappresentata da un kit in tecnologia RFID comprensivo di etichette intelligenti (tags) e un ricevitore (reader), la cui interazione a distanza, a radiofrequenza, consente il rilevamento (in questo caso il riconoscimenti di persone) in modo univoco.

Il software, invece, nella sua versione di prova sviluppato in ambiente Visual Studio, si compone in primo luogo di un database relazionale che costituisce la banca dati di una struttura sanitaria avente all’interno i dati anagrafici e clinici dei pazienti, e in secondo luogo di un’interfaccia grafica molto intuitiva, per la gestione sia del dispositivo RFID, sia del data base.

Lo schema in fig. 2 rende tecnicamente l’idea del progetto: partendo da sinistra della figura 2 abbiamo la presenza del tag RFID assegnato a ciascun paziente, che si interfaccia al reader tramite l’apposita antenna; a sua volta il modulo reader è collegato al PC ed il collegamento è controllato da una classe software dedicata.

Il flusso di informazioni passa direttamente nel form principale, che provvede poi alla gestione e alla visualizzazione dei dati attraverso dei form dedicati.

Infine, lo stesso modulo principale provvede all’interfaccia grafica per l’input/output con l’operatore sanitario.

Nonostante il software abbia allo stato attuale un’impostazione puramente dimostrativa, poiché non ancora sottoposto a sperimentazione su larga scala, l’interfaccia utente è stata ideata con l’intento di offrire la massima semplicità d’uso e la massima fruibilità delle informazioni.

Infatti, assumendo che tipicamente il personale sanitario abbia un livello medio di conoscenza degli strumenti informativi, si rende necessaria un’impostazione razionale che privilegi gli automatismi piuttosto che il controllo totale dello strumento senza, però, sacrificarne le funzionalità.

Nella finestra principale sono condensati tutti i controlli necessari alle funzionalità messe a disposizione dal software, come la tabella per la visualizzazione dei dati, i pulsanti per la gestione dei record e delle informazioni a loro connesse.

Questi controlli riproducono le funzionalità tipiche di ricerca, eliminazione, modifica, creazione di nuovi record di un database, prescindendo dal particolare formato delle tabelle (Access, SQLServer, MySQL) connesse al sistema. Infatti la progettazione della classe di controllo tramite i metodi ADO.NET ed il linguaggio SQL, permette una certa indipendenza dalla fonte dei dati, che in questo ambito si traduce in una ottima facilità di integrazione con database preesistenti [9].

In aggiunta si contano i pulsanti di connessione e disconnessione dal database e dal dispositivo RFID, come mostrato in fig. 3 e 4.

FIG 3Figura 3: interfaccia principale dalla quale è possibile controllare tutto il sistema.

FIG 4A

FIG 4BFigura 4: finestre per esplorazione e la modifica dei dati anagrafici e clinici.

I pulsanti di controllo del lettore RFID sono solamente due, e consentono la connessione e la disconnessione dal dispositivo. Le procedure di lettura dei tag, riconoscimento e visualizzazione delle informazioni sullo schermo sono gestite autonomamente dal software, il quale richiede al reader di effettuare ciclicamente letture ogni due secondi.

A queste interrogazioni il dispositivo risponde essenzialmente in tre modi differenti:

  1. tag non rilevato
  2. tag rilevato
  3. tag non valido o non riconosciuto

Una risposta del tipo “tag non rilevato” si verifica in assenza di un trasponder entro la distanza di rilevamento.

Un messaggio del tipo “tag rilevato”, invece, avvia le procedure per il riconoscimento e l’eventuale prelievo dei dati, le quali impiegano circa un secondo di elaborazione. Il terzo messaggio (“tag non valido o non riconosciuto”) comporta la visualizzazione di avvisi di allerta in circostanze di tag codificati non correttamente o parzialmente danneggiati.

Anche nel caso in cui venga rilevato un tag valido a cui non corrisponde nessun riferimento nel database, ovvero nel caso in cui il paziente venga inserito per la prima volta nella base di dati, quest’ultimo viene aggiornato in modo del tutto automatico dal sistema creando, senza alcun intervento umano, un nuovo record che contiene i dati prelevati direttamente dal tag ed, eventualmente, visualizzando le nuove informazioni acquisite.

Questa importante caratteristica permette di creare una base dati dinamica che si aggiorna senza l’ausilio di alcun operatore e che rende immediatamente disponibili agli operatori sanitari (medici, paramedici, ecc.) tutte le informazioni aggiornate relative al paziente: dati anagrafici, anamnesi, incluse terapie in corso, patologie, storia clinica, referti degli esami eseguiti, referti specialistici e tutto quanto si ritiene utile inserire nel data base.

Inoltre, la rapidità dello scambio dati, insieme all’efficacia di un buon sistema RFID consente al possessore del trasponder, innanzitutto di evitare l’esibizione della tessera, ma anche di soffermarsi nei pressi della postazione di riconoscimento, a tutto vantaggio della tempestività d’intervento nei casi di urgenza

Infine, è bene evidenziare che il sistema prevede anche la possibilità di scrittura delle informazioni sui trasponder, quindi qualsiasi nuovo intervento, esame o un più generico, aggiornamento dei dati clinici-anamnestici, può essere sempre registrato sulla tessera in dotazione al paziente.

4.    Conclusioni e sviluppi futuri

Il sistema descritto, che intende applicare in maniera efficace la tecnologia RFID alla sanità, è stato progettato, nella sua versione dimostrativa, e testato con successo in tutte le funzionalità previste dalle specifiche comportamentali. Esso è evidentemente suscettibile di perfezionamento a seguito di una fase di sperimentazione su ampia scala, ad oggi in fase di pianificazione, adatta anche a raccogliere dati statistici sull’affidabilità del funzionamento e sull’indice di gradimento da parte degli operatori sanitari, gradimento basato anche sulla facilità d’uso. Peraltro, anche le indicazioni di progetto ottimizzato dei sistemi basati su tecnologia RFID sono ad oggi ancora oggetto di studio e ricerca [10, 11] per cui è sempre opportuno un adeguamento dell’hardware utilizzato alle più attuali specifiche e regole di progetto.

Con il dimostratore progettato è stato verificato con successo che il data base è auto-aggiornante, il riconoscimento dei tag avviene in modo sicuro ed affidabile e che effettivamente viene resa disponibile in tempo reale al medico l’anamnesi di qualunque paziente, anche non in grado di riferire o di riferire correttamente circa la sua storia clinica e la sua condizione attuale: terapie in corso, patologie, ecc.

Dalle verifiche effettuate in termini di tempi di riconoscimento dei tag e di accesso al data base ovvero alla cartella clinica virtuale con tutti i dati generici e clinici del paziente, risulta che l’utilizzo del sistema descritto consente una drastica diminuzione dei tempi di acquisizione della cartella clinica virtuale da parte del medico, rispetto alla prassi ancora diffusa di acquisire le informazioni generiche ed anamnestiche tramite colloquio con il paziente ovvero con i suoi familiari, e visita medica generica, fasi che richiedono tempi dell’ordine delle varie decine di minuti, fino a 30-40 circa in base alla complessità del paziente. Questa importante agevolazione è possibile in virtù di una pressoché immediata disponibilità dei dati contenuti nella cartella clinica virtuale, consentita dalla tecnologia RFID opportunamente applicata.

I tempi necessari per disporre a monitor di tutti i dati anagrafici, clinici, anamnestici e generici del paziente sono dell’ordine di uno/due secondi al più.

E’ evidente anche che in una situazione di urgenza, l’immediata disponibilità dell’anamnesi del soggetto garantisce la scelta di una cura efficace e soprattutto tempestiva.

Inoltre, la particolare architettura del sistema, nonchè l’estrema semplicità e l’alta automatizzazione dei metodi di riconoscimento del paziente, non sottraggono tempo utile al personale sanitario per l’assimilazione di nuove procedure informatiche, contribuendo ad una integrazione efficace in ogni sistema informativo esistente nella struttura sanitaria.

Aspetto da non sottovalutare è anche quello economico. Infatti, i costi dei dispositivi RFID per questo tipo di applicazioni è, tutto sommato, abbastanza contenuto grazie a recenti fenomeni di economia di scala, oltre che da un continuo progresso tecnologico; basti pensare che ormai il prezzo dei trasponder varia da pochi centesimi a qualche euro a seconda della quantità di memoria o della complessità del circuito integrato. Quindi un sistema così concepito è capace di coniugare uno snellimento delle procedure informative con una politica di contenimento dei costi.

In definitiva il sistema, perfezionato e diffuso su larga scala, permetterebbe di gestire in modo semplice ed efficace i flussi di dati generici e clinici dei pazienti, affinché siano immediatamente disponibili e sempre aggiornati, apportando un sicuro vantaggio sia per il personale medico sia per i pazienti stessi.

Risulta, altresì, evidente che il passaggio dall’attuale prassi ad una gestione del paziente, ed in generale del cittadino avente diritto all’assistenza sanitaria, basata sulla tecnologia RFID secondo lo schema applicativo descritto, può essere ostacolato o almeno rallentato da diverse problematiche che una svolta di questo tipo inevitabilmente pone.

Innanzitutto, la necessità di dotare di una connessione a larga banda sia gli ospedali (case di cura, ecc., in generale) sia gli ambulatori di medicina generale. I medici di base, peraltro, devono prendersi cura di dotare i pazienti dei tag RFID, di memorizzare i dati necessari per il riconoscimento e di “aprire” la cartella clinica virtuale mantenendola aggiornata. Stessa cura nella manutenzione/aggiornamento delle cartelle cliniche individuali deve essere adottata da qualunque centro medico specialistico o ospedale o casa di cura che sia, presso cui il cittadino/paziente riceve cure, esegue visite, presenti, insomma, motivi di aggiornamento delle informazioni medico-cliniche che lo riguardano.

Altro problema evidentemente collegato al precedente è la necessità di creare un data base, possibilmente internazionale ma almeno nazionale, adatto allo scopo, anche se in questo viene in aiuto la moderna tecnologia cloud che permette l’immagazzinamento di dati in ampi data base accessibili via web browser. Un esempio molto recente è il servizio Healthvault messo a disposizione da Microsoft, che potrebbe ben attagliarsi alle esigenze poste dal nostro sistema e, comunque, vi sono in letteratura studi inerenti l’applicazione della tecnologia cloud in sinergia con quella RFID [12].

A tutto questo si aggiunga la necessità di formare il personale sanitario, ospedaliero e non (vedi medici di base) all’utilizzo di questi nuovi strumenti hardware e software.

Infine, tra le problematiche di maggior rilievo, va menzionata anche la necessità che il cittadino/paziente al momento del suo ingresso nella struttura ospedaliera debba indossare il tag RFID e questo deve essere in buone condizioni affinchè avvenga il riconoscimento da parte del reader.

La soluzione a questo problema può essere agevolata dalla varietà di dimensioni e forme che può avere un tag RFID e dei materiali con cui può essere realizzato [13] rispetto, per esempio, alla tessera sanitaria/codice fiscale. Resta, tuttavia, un problema da risolvere e di non banale soluzione.

Queste problematiche rappresentano sfide per il futuro, da affrontare con determinazione, forti dell’incoraggiamento proveniente dai risultati certamente positivi relativi all’uso della tecnologia RFID in sanità, in termini di miglioramento della gestione del paziente e di qualità dell’assistenza medica, specialmente quella di urgenza.

Riferimenti bibliografici

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[8]Giorgio A., “Innovative medical devices for telemedicine applications”, (2011) chapter in the book “Telemedicine: techniques and applications”, In Tech Editor, ISBN 979-953-307-008-6

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[11] Dingwei Wang ; Ip, W.H., (2013), “Review on modeling and optimization problems about RFID technology and applications”  Control and Decision Conference (CCDC), 2013 25th Chinese  DOI: 10.1109/CCDC.2013.6561118 Page(s): 1258 – 1263

[12] Wei Xie ; Lei Xie ; Chen Zhang ; Quan Zhang ; Chaojing Tang, (2013), “Cloud-based RFID authentication  RFID (RFID), IEEE International Conference on    DOI: 10.1109/RFID.2013.6548151 Page(s): 168 – 175

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