Development of low-cost IoT-based wireless healthcare monitoring system

• Autorzy: Zin Mohd Shahril Izuan Mohd , Mustafah Muhammad Ameer Khan bin , Arith Faiz , Isa Azmi Awang Md , Barukang Liawas , Markarian Garik

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.01.48

Warianty tytułu

PL

Opracowanie taniego bezprzewodowego systemu monitorowania opieki zdrowotnej opartego na IoT

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

According to studies, up to 99 percent of alarms triggered in hospital units are false or clinically insignificant while indicating no genuine harm to patients. However, false alarms can lead to alert overload, causing healthcare workers to miss critical occurrences that could be harmful or even fatal. The purpose of this work is to tackle the problem by developing an integrated system that can continually track the patient's health condition utilising a cloud computing platform, allowing alerts to be targeted to the appropriate medical facility personnel in a timely and orderly manner. Arduino microcontrollers are used to collect health parameters such as temperature and pulse rate and provide a real-time monitoring system for medical practitioners. Multiple sensors and an RF transceiver are attached to a small microcontroller, forming a wearable module that the patient will wear. This wearable component is wirelessly connected to the main module consisting of a larger microcontroller, where the data is then uploaded to the database in the cloud through the internet. The data can then be accessed through a web-based terminal, providing medical practitioners access through the web page. If the system detects any abrupt changes to the patient's temperature or pulse rate, a push notification will be sent to the medical practitioner's Android smartphone so that immediate action can be taken. The system is scalable as multiple wearable modules can be connected to the main module, allowing monitoring of multiple patients simultaneously. More sensors can also easily be added to the wearable module to monitor other vital health parameters such as oxygen saturation and blood pressure. The testing has indicated that the system can achieve 99.4% accuracy in temperature monitoring and 86% accuracy for pulse monitoring.

PL

Według badań, do 99 procent alarmów wyzwalanych na oddziałach szpitalnych jest fałszywych lub nieistotnych klinicznie, jednocześnie wskazując na brak rzeczywistej szkody dla pacjentów. Jednak fałszywe alarmy mogą prowadzić do przeciążenia alertów, powodując, że pracownicy służby zdrowia przeoczą krytyczne zdarzenia, które mogą być szkodliwe lub nawet śmiertelne. Celem tej pracy jest rozwiązanie problemu poprzez opracowanie zintegrowanego systemu, który może w sposób ciągły śledzić stan zdrowia pacjenta z wykorzystaniem platformy przetwarzania w chmurze, umożliwiając kierowanie alertów do odpowiedniego personelu placówki medycznej w sposób terminowy i uporządkowany. Mikrokontrolery Arduino służą do zbierania parametrów zdrowotnych, takich jak temperatura i częstość tętna, oraz zapewniają lekarzom system monitorowania w czasie rzeczywistym. Wiele czujników i nadajnik-odbiornik RF są przymocowane do małego mikrokontrolera, tworząc moduł do noszenia, który będzie nosić pacjent. Ten element do noszenia jest bezprzewodowo połączony z głównym modułem składającym się z większego mikrokontrolera, gdzie dane są następnie przesyłane do bazy danych w chmurze za pośrednictwem Internetu. Dostęp do danych można następnie uzyskać za pośrednictwem terminala internetowego, zapewniającego lekarzom dostęp za pośrednictwem strony internetowej. Jeśli system wykryje jakiekolwiek nagłe zmiany temperatury lub tętna pacjenta, na smartfon z systemem Android lekarza zostanie wysłane powiadomienie, aby można było podjąć natychmiastowe działanie. System jest skalowalny, ponieważ do modułu głównego można podłączyć wiele modułów do noszenia, co umożliwia jednoczesne monitorowanie wielu pacjentów. Do modułu do noszenia można łatwo dodać więcej czujników, aby monitorować inne ważne parametry zdrowotne, takie jak saturacja tlenem i ciśnienie krwi. Testy wykazały, że system może osiągnąć 99,4% dokładności w monitorowaniu temperatury i 86% dokładności w monitorowaniu pulsu.

Słowa kluczowe

EN

Internet of things; IoT; healthcare; wireless monitoring

PL

Internet rzeczy; loT; ochrona zdrowia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 1
• Strony: 222--227
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zin Mohd Shahril Izuan Mohd

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik & Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia

• https://orcid.org/0000-0003-4149-1857

autor

Mustafah Muhammad Ameer Khan bin

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik & Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia

autor

Arith Faiz

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik & Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia

• https://orcid.org/0000-0002-6459-8369

autor

Isa Azmi Awang Md

• Centre for Telecommunication Research & Innovation (CeTRI), Fakulti Kejuruteraan Elektronik & Kejuruteraan Komputer (FKEKK), Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), Malaysia

• https://orcid.org/0000-0002-9404-5562

autor

Barukang Liawas

• Sabah Net Sdn. Bhd. 88400 Kota Kinabalu, Sabah, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0003-3987-5827

autor

Markarian Garik

• School of Computing & Communications, Lancaster University, Lancashire, United Kingdom

Bibliografia

• [1] M. Aminian. A Hospital Healthcare Monitoring System Using Wireless Sensor Networks, J. Heal. Med. Informatics, Vol. 4, No. 2, pp. 4-9, 1993.
• [2] Fernandes, C.O., Miles, S., De Lucena, C.J.P. & Cowan, D. 2019, "Artificial intelligence technologies for coping with alarm fatigue in hospital environments because of sensory overload: Algorithm development and validation", Journal of Medical Internet Research, vol. 21, no. 11.
• [3] S. Konishi and A. Hirata. Flexible Temperature Sensor Integrated with Soft Pneumatic Microactuators for Functional Microfingers, Sci. Rep., vol. 9, pp. 15634, 2019
• [4] S. H. Meriam Suhaimy, N. Ghazali, F. Arith, and B. Fauzi. Enhanced Simazine Herbicide Degradation by Optimized Fluoride Concentrations in TiO2 Nanotubes Growth, Optik, vol. 212, pp. 164651, 2020.
• [5] M. A. Azhari, F. Arith, F. Ali, S. Rodzi, and K. Karim. Fabrication of Low Cost Sensitized Solar Cell Using Natural Plant Pigment Dyes, ARPN J. Eng. Appl. Sci., vol. 10, no. 16, pp. 7092–7096, 2015.
• [6] F. Arith, S. A. M. Anis, M. M. Said and C. M. I Idris. Low Cost Electro-Deposition of Cuprous Oxide P-N Homo-Junction Solar Cell, Adv Mat Res., vol. 827, pp. 38 - 43, 2014.
• [7] Mahyuddin, M.F.M., Isa, A.A.M., Zin, M.S.I.M., Afifah, M.A.H., Manap, Z. & Ismail, M.K., "Overview of positioning techniques for LTE technology", Journal of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering, vol. 9, no. 2-13, pp. 43-50, 2017.
• [8] Isa, A.A.M., Markarian, G., Isa, M.S.M., Zakaria, Z. & Zin, M.S.I.M., "Simulation of virtual MIMO base stations for mobile location in IMT-Advanced networks", 2012 IEEE Asia-Pacific Conference on Applied Electromagnetics, APACE 2012 - Proceedings, pp. 176, 2012.
• [9] Boonsong, W., "Internet of Things for Enhancement the Quality of Community: Case Study of Aquatic Nursery in Songkhla Lake Basin", Przeglad Elektrotechniczny, vol. 97, no. 3, pp. 138-140, 2021.
• [10] Jayaraman, P.P., Yavari, A., Georgakopoulos, D., Morshed, A. & Zaslavsky, A., "Internet of things platform for smart farming: Experiences and lessons learnt", Sensors (Switzerland), vol. 16, no. 11, 2016.
• [11] Muangprathub, J., Boonnam, N., Kajornkasirat, S., Lekbangpong, N., Wanichsombat, A. & Nillaor, P., "IoT and agriculture data analysis for smart farm", Computers and Electronics in Agriculture, vol. 156, pp. 467-474, 2019.
• [12] Sharma, S. & Kaushik, B., "A survey on internet of vehicles: Applications, security issues & solutions", Vehicular Communications, vol. 20, 2019.
• [13] Paul, J.J., Jone, A.A., Sagayam, M., Packiavathy, I.S.V., Jesintha, E., Jemimah Rinsy, J., Dang, H. & Pomplun, M., "IoT based remote transit vehicle monitoring and seat display system", Przeglad Elektrotechniczny, vol. 97, no. 5, pp. 140- 145, 2021.
• [14] Agarwal, Y., Jain, K. & Karabasoglu, O., "Smart vehicle monitoring and assistance using cloud computing in vehicular Ad Hoc networks", International Journal of Transportation Science and Technology, vol. 7, no. 1, pp. 60-73, 2018.
• [15] Dhingra, S., Madda, R.B., Gandomi, A.H., Patan, R. & Daneshmand, M., "Internet of things mobile-air pollution monitoring system (IoT-Mobair)", IEEE Internet of Things Journal, vol. 6, no. 3, pp. 5577-5584, 2019.
• [16] Marques, G., Ferreira, C.R. & Pitarma, R., "Indoor Air Quality Assessment Using a CO2 Monitoring System Based on Internet of Things", Journal of Medical Systems, vol. 43, no. 3, 2019.
• [17] Evizal, A.K., Irie, H., Rosa, S.L. & Othman, M., "Multi-sensor system for monitoring of river water pollution", Przeglad Elektrotechniczny, vol. 96, no. 4, pp. 62-66, 2020.
• [18] Nasrullah Patel. Internet of Things in Healthcare: Applications, Benefits, and Challenges, Peerbits, 2018, available at https://www.peerbits.com/blog/internet-of-things-healthcareapplications- benefits-and-challenges.html.
• [19] Tian, S., Yang, W., Grange, J.M.L., Wang, P., Huang, W. & Ye, Z. 2019, "Smart healthcare: Making Medical Care More Intelligent", Journal of Global Health, vol. 3, no. 3, pp. 62-65.
• [20] Denise Amrich. Within two years, 80% of all medical data will be unstructured, ZDNet Health, 2013, available at https://www.zdnet.com/article/within-two-years-80-of-allmedical- data-will-be-unstructured/.
• [21] R. K. Kodali, G. Swamy, and B. Lakshmi. An implementation of IoT for healthcare, IEEE Recent Adv. Intell. Comput. Syst. RAICS 2015, pp. 411-416, December 2015.
• [22] WHO. Cardiovascular diseases (CVDs), World Health Organization, 17 May 2017, available at https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ cardiovascular-diseases-(cvds).
• [23] WHO. Diabetes, World Health Organization, 8 June 2020, available at https://www.who.int/news-room/factsheets/ detail/diabetes.
• [24] Amrutha K.R., Haritha S.M., Haritha Vasu M., Jensy A. J., Sreechithra Sasidharan and Jomon K. Charly., IOT based Medical Home, International Journal of Computer Applications, Vol. 165, No. 11, pp. 8-14, May 2017.
• [25] Bhoomika B. K. and K. N. Muralidhara, Secured Smart Healthcare Monitoring System Based on IoT, International Journal on Recent and Innovation Trends in Computing and Communication, Vol. 3, No. 7, pp. 4958–4961, 2015.
• [26] Shelar M, Singh J and Tiwari M., Wireless Patient Health Monitoring System, International Journal of Computer Applications, Vol. 62, No. 6, January 2013.
• [27] A. Gondalia, D. Dixit, S. Parashar, V. Raghava, A. Sengupta, and V. R. Sarobin. IoT-based Healthcare Monitoring System for War Soldiers using Machine Learning, Procedia Comput. Sci., Vol. 133, pp. 1005–1013, 2018.
• [28] X. Li, T. Pu, L. Li and J. Ao. Enhanced Sensitivity of GaNBased Temperature Sensor by Using the Series Schottky Barrier Diode Structure, IEEE Electron Device Lett., vol. 41, no. 4, pp. 601-604, 2020.
• [29] F. Arith, J. Urresti, K. Vasilevskiy, S. Olsen, N. Wright and A. O'Neill. Increased Mobility in Enhancement Mode 4H-SiC MOSFET Using a Thin SiO2/Al2O3 Gate Stack, IEEE Electron Device Lett., vol. 39, Issue 4, pp. 564 - 567, 2018.
• [30] J. Urresti, F. Arith, S. Olsen, N. Wright and A. O'Neill. Design and Analysis of High Mobility Enhancement-Mode 4H-SiC MOSFETs Using a Thin-SiO2/Al2O3 Gate-Stack, IEEE Trans Electron Devices, vol. 66, Issue 4, pp. 1710 - 1716, 2019.
• [31] Sudhan, R. H., Kumar, M. G., Prakash, A. U., Devi, S. A. N. U. R., & Sathiya, P. Arduino ATMEGA-328 microcontroller, International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics, Instrumentation and Control Engineering, Vol. 3, No. 4, pp. 27–29, 2015.
• [32] L. Joseph, M. Sonia, P. D. Riya, S. Tom, S. P. Andrews, and M. John. RF Chat, Int. Res. J. Eng. Technol, Vol. 4, No. 4, pp. 1889–1893, 2017.