Universidad ORT Uruguay
Facultad de Ingeniería
Implementación de la
tecnología RFID en el
ámbito hospitalario
Entregado como requisito para la obtención del título de Ingeniero
en Telecomunicaciones e Ingeniero en Electrónica
Diego Kaniewicz
–
137170
Fabian Segal
–
148605
Tutor: Ing. Jorge Gallo
2 Nosotros, Diego Kaniewicz y Fabian Segal, declaramos que el trabajo que se presenta en esta obre es de nuestra propia mano. Podemos asegurar que:
- La obra fue producida en su totalidad mientras realizábamos el proyecto final de carrera;
- Cuando hemos consultado el trabajo publicado por otros, lo hemos atribuido con claridad;
- Cuando hemos citado obras de otros, hemos indicado las fuentes. Con excepción de estas citas, la obra es enteramente nuestra;
- En la obra hemos acusado recibo de las ayudas recibidias;
- Cuando la obra se basa en trabajo realizado conjuntamente con otros, hemos explicado claramente qué fue contribuido por otros, y qué fue contribuido por nosotros;
3 Este trabajo es en memoria de mi abuela Ela (Ría Okret)
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Agradecimientos
Nos gustaría a través de este espacio agradecer a todas las personas que hicieron posible que nuestro proyecto se desarrollara de la mejor manera y que soportaron este año de sacrificio junto a nosotros, así como el resto de la carrera.
En primer lugar queremos agradecerle a las empresas y a los profesionales que nos brindaron toda ayuda disponible que tuvieron a su alcance: la empresa Biogénesis S.R.L., en especial a Jorge Villardino y al Ing. Eduardo Santos que nos recibieron en sus instalaciones con los pulsioxímetros para poder realizar las pruebas; la empresa CCC del Uruguay S.A., más precisamente a su General Manager Ing. Julio Arzuaga por su cordialidad y especial atención; y al cardiólogo Dr. Andrés Rener por recibirnos y aportar su experiencia y conocimientos en forma individual.
También queremos reconocer el aporte y constante atención de nuestro tutor, el Ing. Jorge Gallo, que siempre estuvo disponible para nuestras necesidades.
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Abstract
En el presente trabajo se realizó un estudio sobre la posible presencia de interferencias electromagnéticas (señales electromagnéticas que alteran el normal funcionamiento de un sistema eléctrico) al interactuar equipos de identificación de radiofrecuencia (RFID) con equipos médicos y la implementación de un software con plataforma PHP-MySQL de manera de llevar un registro de información de los pacientes en los hospitales dentro de una base de datos (en este caso MySQL), accediendo a ésta por una interfaz web e identificando a los pacientes por medio de equipos RFID, colocando una etiqueta pasiva en forma de pulsera de silicona al paciente para ser leído por un lector RFID de las frecuencias utilizadas 125 KHz (protocolo Wiegand) y 13,56 MHz (protocolo Mifare). Se tuvo la necesidad de realizar pruebas de compatibilidad electromagnética (aptitud de un equipo para funcionar correctamente en su ambiente electromagnético) entre los equipos RFID y los dispositivos médicos para justificar el uso de equipos RFID en el ambiente hospitalario. El trabajo está basado en la investigación técnica a base de las normas específicas, pruebas de laboratorio efectuadas y estudio de artículos de otras investigaciones realizadas, las normas fueron estudiadas para diagramar un sistema de pruebas que aproxime a las mismas y así ejecutar dichas pruebas con los equipos médicos que se encontraron a disposición, la utilización de los artículos ayudó a encaminar la propuesta. Los equipos médicos utilizados fueron monitores pulsioxímetros, marcapasos y electrocardiógrafo.
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Palabras Claves
RFID - Radio Frequency Identification Hospital
EMI – Electromagnetic Interference EMC – Electromagnetic compatibility EMS – Electromagnetic susceptibility Tag – etiqueta, pulsera, transpondedor Wiegand – protocolo usado en RFID Mifare – protocolo usado en RFID
Normas – usadas de la ISO, ANSI, IEC, ETSI, CISPR
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Índice
Introducción ... 10
1 Radio Frequency Identification (RFID) ... 12
1.1Historia e inicios del RFID ... 12
1.2 La tecnología RFID en la salud ... 13
1.3 ¿Qué es RFID? ... 13
1.4 ¿En qué consiste esta tecnología? ... 14
1.5 Principio de funcionamiento y componentes ... 15
1.5.1 Etiquetas ... 16
1.5.2 Diseño de las etiquetas ... 16
1.5.3 Lectores ... 23
1.6 La importancia de las normas en RFID ... 25
1.6.1 ISO ... 25
1.6.2 EPC ... 26
1.7 Otras alternativas ... 26
1.7.1 Código de barras ... 27
1.8 Elección de sistemas ... 28
Referencias ... 29
2 Estudio del entorno electromagnético RFID-hospital ... 30
2.1 Interferencias electromagnéticas (EMI) ... 30
2.2 Compatibilidad electromagnética (EMC) ... 30
2.3 Susceptibilidad electromagnética (EMS) ... 31
2.4 Tipos de interferencia (Tipo de acoplamiento) ... 32
2.4.1 Interferencia conducida ... 32
2.4.2 Interferencia por acoplamiento capacitivo ... 33
2.4.3 Interferencia por acoplamiento inductivo ... 33
2.4.4 Interferencia radiada... 33
2.5 Estudio de normas y estándares ... 34
2.5.1 Características de las normas ... 35
2.5.2 Análisis de las normas ... 39
2.6 Análisis de investigaciones en torno a la interferencia electromagnética en ambiente hospitalario ... 41
2.6.1 Otras experiencias ... 42
2.6.2 EMC entre marcapasos y RFID ... 43
2.6.3 Un estudio de las normas ... 45
2.6.4 Estudio de ensayos de sistemas RFID en el entorno médico ... 47
2.6.5 Flujo de trabajo en las pruebas ... 47
2.6.6 Criterio de identificación de interferencia sobre el equipo médico ... 50
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2.7.1 Diagramado de las pruebas ... 53
Referencias ... 56
3 Pruebas experimentales ... 59
3.1 Primer ensayo: Pulsioxímetros (Empresa Biogénesis S.R.L.) ... 61
3.1.1 Simulador de signos vitales FLUKE Index II SpO2 ... 62
3.1.2 Monitor MENNEN Mercury ... 64
3.1.3 Monitor PACETECH MiniPack 300 ... 69
3.1.4 Monitor OHMEDA Biox 3760 ... 74
3.2 Segundo ensayo: Marcapasos (Empresa CCC del Uruguay S.A.) ... 78
3.2.1 Preparación del ensayo ... 79
3.2.2 Funcionamiento básico... 81
3.2.3 Desarrollo de las pruebas ... 81
3.3 Tercer ensayo: Electrocardiógrafo (Particular) ... 84
3.3.1 Desarrollo de las pruebas ... 85
3.4 Conclusiones de las pruebas realizadas ... 94
Referencias ... 94
4 Programa PHP ... 96
4.1 ¿Cómo funciona el sistema? ... 96
4.2 ¿Por qué Apache-PHP-MySQL? ... 96
4.2.1 Otras ventajas ... 97
4.3 Diseño del programa ... 97
4.3.2 Descripción de las funciones ... 98
4.4 Flujo del programa ... 100
4.5 Manual de usuario ... 101
4.5.1 Administrador ... 101
4.5.2 Medico/Nurse ... 103
4.5.3 Enfermero/a ... 106
4.5.4 Lista de datos correctos ... 107
5 Conclusiones finales ... 108
6 Posibles mejoras ... 111
Referencias ... 113
7 Alcances complementarios ... 114
Bibliografía ... 116
ANEXOS ... 122 A.Hojas de datos de los equipos RFID
9 D.Hospital del futuro
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Introducción
Los problemas surgidos en los hospitales respecto al seguimiento de los tratamientos de los pacientes (registro de fichas médicas, pérdida de registros de medicamentos suministrados, ubicación de pacientes, entre otros) llevan a proponer una solución técnica de manera de tener un respaldo computarizado y llevar un registro confiable para evitar problemas administrativos y errores humanos.
La propuesta de este proyecto es tener un sistema de identificación de los pacientes basado en RFID, colocando una pulsera de silicona con un chip RFID pasivo que contiene un número único identificador y éste es leído a través de un lector RFID que funciona conectado a un PC o tableta vía USB. El PC/Tableta se conecta por red interna (cableada o inalámbrica) del hospital a una página web programada en lenguaje PHP que permite acceder a una base de datos MySQL ubicada en un servidor del hospital que contiene toda la información.
La lectura del chip ubicado en la pulsera del paciente, realizada por un/a enfermero/a, permite buscar en el servidor la información ubicada en la base de datos y así tener la información registrada del paciente, como un seguimiento preciso de los medicamentos que toma y que debe tomar el paciente.
11 El diagrama del sistema es el siguiente:
Pero la implementación de un sistema de comunicación inalámbrica (radiofrecuencia en este caso) en un hospital requiere de ciertos cuidados que están regulados por normas técnicas. Estas normas no sólo determinan las características que deben cumplir los equipos para poder ser utilizados en un hospital sino que también imponen las pautas para poder realizar pruebas de compatibilidad electromagnética entre los dispositivos RFID y el equipamiento médico.
Por lo tanto, para poder realizar un estudio de las normas técnicas, es necesario tener presentes: los conceptos de interferencia electromagnética, compatibilidad electromagnética y susceptibilidad electromagnética, las normas que se aplican a la necesidad del proyecto y las variadas experiencias y ensayos de similares características desarrollados en otras instituciones técnicas.
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Radio Frequency Identification
(RFID)
1.1 Historia e inicios del RFID
La tecnología RFID existe hace varios años, data de 1940 en la época de la Segunda Guerra Mundial en donde los soldados estadounidenses usaban un sistema de radiofrecuencia para identificar a la distancia los aviones amigos o del enemigo. Luego de que terminó la guerra, en 1948, el científico Harry Stockman hizo una publicación
que se titulaba “Communications by Means of Reflected Power” la cual se considera la
investigación más cercana a la creación del RFID.
El avance de esta tecnología ha sido de forma lenta, pero constante, en los años 50 se hicieron pruebas para realizar sistemas antirrobo, control de acceso, y aplicaciones en minas de carbón y en explotaciones petrolíferas, en la mayoría de los usos eran con fines militares.
En la década del 60 se amplió el desarrollo de la teoría electromagnética y se realizaron las primeras pruebas de campo, en las cuales incluye la activación remota de dispositivos con batería, comunicación por radar y sistemas de preguntas y respuestas. A partir de 1970 se comenzó a estudiar más, y fue en donde diversas instituciones y empresas ampliaron el área de investigación y desarrollo, como consecuencia de ello aparecieron las primeras aplicaciones de RFID. En el año 1978 se desarrolló el primer transpondedor pasivo de microondas.
La década de los 80 fue en donde aparecieron nuevas aplicaciones y donde se implementó de una forma más completa la tecnología. Europa empezó con la identificación por radiofrecuencia del ganado, y en Estados Unidos principalmente al control de transporte y control de acceso. EN 1987 en Noruega se implemento la primera aplicación para control en aduanas.
Durante los años 90 es la época que se da un amplio desarrollo en la tecnología, empezaron a aparecer los primeros estándares y normas para las aplicaciones RFID, y se empezó a utilizar más en los peajes y autopistas de Estados Unidos y en Europa también mejorando los controles de acceso y aplicaciones a nivel comercial. En 1991, Texas Instruments desarrolló un sistema RFID moderno, y a partir de este modelo se empezaron a desarrollar nuevas aplicaciones.
13 El año 2003 fue un año clave debido a que la empresa Walmart y el Departamento de Defensa de Estados Unidos decidieron implementar la tecnología RFID. En el año 2005 se lanzó un proyecto en España para controlar la trazabilidad de la correspondencia a lo largo de todo el proceso postal.
Con el correr del tiempo se ha ido mejorando esta tecnología y disminuido sus costos de implementación. Las etiquetas son más chicas y con una mayor capacidad de almacenamiento, también hay antenas más eficientes y potentes, esto hace pensar que se va a utilizar en una gran variedad de sectores, utilizando la capacidad de RFID para transportar datos capturados de forma electrónica, esto se pude comprobar debido a que en poco tiempo van a apareciendo nuevas patentes y publicaciones en este campo. Actualmente se utilizan en diferentes áreas, como por ejemplo maratones, valijas en los aviones, llaves electrónicas de seguridad, control de acceso, control de ganado, entre otras diversas aplicaciones. [1], [2],[3]
1.2 La tecnología RFID en la salud
La tecnología avanza, y con eso la exigencia de los pacientes al hacer uso de los servicios de la salud. Hoy en día con las nuevas tecnologías que hay (redes inalámbricas, RFID, Bluetooth, Infrarrojos, entre otras), permite una automatización y mayor control en los procesos, siendo más seguros.
Lamentablemente la aplicación de las nuevas tecnologías en la salud es lenta, debido a los costos que implican, dificultades en la configuración y mantenimiento de los sistemas, tener un buen control a nivel de seguridad y privacidad, y también la falta de estándares universalmente empleados. También debido a la falta de cultura de las instituciones con respecto a las nuevas tecnologías. [1]
RFID permite principalmente la automatización en la toma y registro de los datos eliminando procesos tediosos y largos administrativos, de esta forma puede prevenir errores y reducir los costos en dichas operaciones.
1.3 ¿Qúe es RFID?
RFID cuya sigla en inglés significa Radio Frequency Identification (identificación por radiofrecuencia), se basa en la lectura e identificación de información que se encuentra dentro de los tags1. Cuando estos tags se ubican cerca del área de alcance de los lectores, éste envía una señal para que la etiqueta le mande la información que tiene guardada. Una de las ventajas principales de esta tecnología es que la lectura se hace por medio de la radiofrecuencia, sin necesidad de tener contacto visual o físico entre los dispositivos.
Entre otras grandes ventajas puede monitorear en tiempo real personas, equipamientos, materiales, ganado u objetos.
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1.4 ¿En qué consiste esta tecnología?
Consiste en el almacenamiento y lectura de datos de forma remota, usando etiquetas que contienen una información determinada. Emplea señales de radiofrecuencia en diferentes bandas dependiendo del sistema y del protocolo que se desee usar. Las principales frecuencias que se usan son 125 KHz, 13.56, 433, 455, 860, 915, 960 MHz y 2.4, 5.8 GHz entre otras.
Los sistemas RFID están compuestos por cuatro elementos principales: la etiqueta RFID, el lector, un PC y un middleware.
La etiqueta RFID: se la llama Tag o transpondedor (trasmisor y receptor). La etiqueta es la que contiene la información guardada, y se coloca en cualquier tipo de objeto. Está formada por un IC (integrated circuit) o microchip que se encarga de almacenar los datos y una pequeña antena que es la que permite la comunicación por radiofrecuencia. Estos tags pueden ser del tipo pasivos, semipasivos o activos.
El lector es el elemento que se encarga de transmitir la energía para alimentar la etiqueta pasiva y que ésta envíe los datos y se puedan leer, en el caso de los semipasivos pasa lo mismo. Con los tags activos el sistema es bastante parecido, pero debido a que tiene una batería interna el lector no alimenta la etiqueta. Está equipado con interfaces de comunicación que permiten enviar la información que reciben a un PC u otro dispositivo que pueda procesar los datos obtenidos. Tiene una unidad de control y una antena para realizar la interacción con los transpondedores.
Hay lectores más completos que tienen la opción tanto de leer la información como de leer y escribirla.
La computadora es el controlador al que está conectado el lector o al cual se baja la información que contenga. Tiene la posibilidad de leer los datos y de enviarle información al lector.
El middleware es un sistema de gestión que recoge los datos y los procesa
Existe una gran variedad de sistemas, a continuación se detallan algunos con sus respectivas características, más adelante se va a desarrollar más sobre las mismas. Según la alimentación:
· Pasivos: no necesitan una batería interna para funcionar
· Semipasivos: son una variante de los pasivos, tienen una batería interna, pero necesitan que el lector los alimente para transmitir los datos
15 Según el rango de frecuencia:
· Baja frecuencia (LF low frequency): el rango va hasta 300 KHz, a nivel de tags, las frecuencias son inferiores a los 135 KHz
· Alta frecuencia (HF high frequency): 3-30 MHz, usualmente en la frecuencia de 13,56 MHz
· Ultra alta frecuencia (UHF ultra high frequency): 300 MHz-3 GHz, los más usados son 433 MHz (activos), 865 MHz, 956 MHz entre otros
· Frecuencias de microondas: se usan de 2.45 GHz y de 5.8 GHz
Según la programación:
· Sólo lectura: los tags son programados en origen, y no pueden ser reprogramados
· Escritura y varias lecturas: los tags se pueden reprogramar una única vez
· Escritura/lectura: se pueden leer y reprogramar en varias oportunidades Según el principio de propagación de la señal:
· Inductivos: mediante el campo magnético que se es creado por el lector se alimenta el tag, esto opera en el campo cercano y en LF y HF
· Propagación por ondas electromagnéticas: por medio de estas ondas se alimentan las etiquetas. Funciona en el campo lejano y en UHF y microondas. Según el tipo de comunicación que usan:
· Dúplex: el tag envía la información en cuanto recibe la señal del lector
· Half dúplex: cuando se alternan entre el lector y el tag en enviar la información
· Full dúplex: cuando la comunicación es al mismo tiempo
· Secuencial: se apaga el lector y el tag envía la información, por o general este sistema se usa con los tags activos, debido a que no puede aprovechar toda la potencia que le envía el lector y requiere una fuente adicional (en este caso la batería) para transmitir.
1.5 Principio de funcionamiento y componentes
16 Hay dos tipos de parejas para la comunicación, por un lado está la pareja PC-Lector, y por otro lado Lector-Etiqueta. La comunicación de la primera pareja es por lo general mediante una conexión de datos estándar (RS 232, RS 485, USB, Ethernet, WLAN, GPRS, etc.). La segunda pareja es mediante un enlace de radiofrecuencia en la cual tienen que tener los mismos protocolos para entablar la comunicación.
1.5.1 Etiquetas
También conocidas como tags o transpondedores, es en donde se encuentra la información, y la transmite cuando el lector la pide.
Internamente está formado por una antena que transmite la información y un integrado que contiene dicha información, en algunos casos puede tener una batería para alimentar las trasmisiones.
Este integrado tiene una circuitería para alimentación y transferencia de datos, una lógica de control, seguridad, almacenamiento. Dependiendo del modelo puede tener una memoria ROM o una RAM o las dos. También tiene una memoria de programación no volátil, por lo general una EEPROM (electrically erasable programmable ROM) que se utiliza para que los datos estén guardados independientemente de si el dispositivo esta activo o inactivo.
Los datos del tag se modulan para ser enviados, dependiendo del modelo y protocolo se usa ASK, FSK o PSK. Por lo general la modulación ASK es la más usada debido a que es más fácil para realizar la demodulación.
La antena que tiene puede ser de dos tipos, dipolo o un elemento inductivo (una bobina), por lo tanto puede enviar y recibir información por medio de propagación de ondas electromagnéticas o por acoplamiento inductivo. Estas dos formas dependen si se trabaja en campo lejano o en campo cercano respectivamente. [1]
1.5.2 Diseño de las etiquetas
Las etiquetas RFID son diseñadas en función de algunas características importantes: tipo de alimentación, tipo de datos, capacidad de almacenamiento, velocidad de lectura, tipo de programación, forma física. Dependiendo de cómo este diseñada la etiqueta, es el costo que va a tener.
17 Tipo de alimentación
La alimentación que requieren los tags para transmitir la información son muy chicos, del orden de los μW y mW. Dependiendo de cómo se obtiene se diferencia si las etiquetas son activas o pasivas.
Tags pasivos
Funcionan sin una fuente de alimentación interna, la energía que obtienen para trasmitir es cuando se acerca el lector, que emite una onda electromagnética, que induce una corriente en la antena, esto le permite enviar y recibir datos. Al no tener batería son más livianos, chicos, flexibles y baratos que los activos, teniendo un tiempo de vida muy grande. El rango de comunicación es limitado debido a dos factores: la necesidad de señales para activarse, limitando el rango de la etiqueta, y la pequeña cantidad de potencia disponible para que responda al lector, limitando que se encuentre dentro del rango del lector. Una contra es que pueden no funcionar bien en ambientes con interferencias electromagnéticas. Otra limitación es que tienen menor capacidad para almacenar datos del orden de los 128 bytes.
Tags semipasivos
Tienen una batería interna que mantiene alimentado al microchip de forma constante, por lo que permite que el procesamiento de la información sea rápido, pero al momento te enviar la información es necesario que el lector le de la energía. Como la batería sólo está dedicada a la microchip, tienen una vida útil de 5 a 7 años más con respecto a las activas. [2]
Tags activos
Se alimentan por una batería interna y también utiliza la energía que le da el lector. Al tener una pila para la alimentación, implica una limitación en el tiempo de vida útil de la etiqueta, pero considerando la poca potencia que utiliza el tiempo puede ser de alrededor de 10 años, dependiendo del uso. Tienen un radio de cobertura mayor debido a que se refuerza el alcance con la batería, mejor inmunidad al ruido y tasas de transmisión más altas cuando se usa la alta frecuencia. Son más caras que las pasivas.
18 RFID Activa RFID Pasiva
Fuente de poder de las etiquetas
Interna de la etiqueta Energía transferida desde el lector vía RF
Batería de las etiquetas Sí No Disponibilidad de
alimentación para etiquetas
Continua Solo dentro del campo del lector Potencia de la señal
requerida desde el lector a la etiqueta
La necesaria para activar la respuesta de la etiqueta
Tiene que tener la potencia necesaria para alimentar la etiqueta y generar la activación del integrado
Potencia de la señal disponible desde la etiqueta al lector
Debido a que tiene alimentación propia, es la suficiente para mandar la señal al lector
Casi nula debido a que espera la alimentación por parte del lector
Rango de comunicación Amplio rango (100 m o más)
Corto o muy corto rango (3 m o menos)
Capacidad de sensor Habilidad para monitorear
continuamente y grabar entradas del sensor; impresión de fecha/hora de eventos del sensor
Habilidad para leer y transferir valores del sensor solo cuando la etiqueta es activada por el lector. No imprime fecha/hora
Almacenamiento de datos Almacenamiento de datos de lectura/escritura grande (128 Kbyte) con búsqueda sofisticada de datos y capacidad de accesos disponibles
Pequeño almacenamiento de datos de lectura/escritura (ej. 128 bytes)
Tabla 1 - Comparación entre tag RFID activo y pasivo desde el punto de vista de la tecnología [4]
Almacenamiento de datos
Las etiquetas pueden tener diferentes tipos de datos, por ejemplo: un identificador que puede tener una identidad o una clave de acceso, ficheros de datos, entre otros. Con respecto a las capacidades la mayoría de los tags pueden almacenar desde un único bit hasta muchos kilobits.
Los dispositivos de un único bit poseen dos estados: la etiqueta está en zona de lector o la etiqueta no está en la zona del lector.
Por lo general los tags de 128 bits tienen un número de identificación, otros modelos con 512 bits son programables por el usuario. Las que tienen capacidad de 64kbits son las que tienen ficheros de datos.
19 Existen etiquetas que tienen mucha información, por lo tanto la lectura puede ser lenta, hay una opción de realizar lecturas por sectores que optimiza el tiempo de lectura. [1] Memoria de los tags
Existen diferentes tipos de memoria:
- Lectura: son de baja capacidad y están programados desde fábrica. Lo más común es que tengan un número de identificación. Este tipo de memoria es asociado por lo general a los tags pasivos.
- Lecturas múltiples y una escritura: pueden ser programados una única vez por el usuario, se los conoce como Tags WORM (write once read many)
- Lectura y escritura: son programados por el usuario, pero se pueden modificar en varias oportunidades. Es muy utilizado para lugares donde se requiera la reutilización de etiquetas u objetos que necesiten ser actualizada la información. Forma física de los tags
Existen de diferentes formas, tamaños, estructuras, etc.
Las etiquetas RFID pueden tener muy diversas formas, tamaños y carcasas protectoras, y de materiales como papel o PVC. Con respecto al tamaño pueden ser del orden de milímetros, dependiendo el uso que sea necesario.
Costos
Los costos de las etiquetas varían en función del tipo que se necesite, pasando por la complejidad lógica del circuito, la forma, capacidad de memoria, entre otras opciones. Por lo general los tags de bajas frecuencias son más baratos que los de alta frecuencias. Otro costo importante en las etiquetas es si son sólo de lectura, o si son de lectura/escritura, así como activas o pasivas, los pasivos son más baratos que los activos debido a que no tienen la batería y son menos complejos desde el punto de vista de la circuitería.
Características por rango de frecuencia
20 Tipo de sistema Baja Frecuencia
Frecuencia 125 KHz o 135 KHz Tipo de etiqueta Generalmente Pasivas
Características Funcionamiento el acoplamiento inductivo
Poseen pocos o ningún requisito regulatorio
Capacidad de datos En las etiquetas pasivas capacidad baja (64 bits)
En las etiquetas activas capacidad mayor (2 Kbits)
Velocidad de lectura Tasas de transferencia bajas, lecturas muy lentas
Menores a 1 Kbps
Zona de lectura Penetración en materiales no conductores es buena
No funciona bien con materiales conductores
Susceptibles a EMI de baja frecuencia
Alcance
Tienen un alcance chico las etiquetas pasivas, menor a 1 metro
Las etiquetas activas pueden superar los 2 metros dependiendo de la potencia y tamaño de la antena Aplicaciones Aplicaciones que necesiten leer poca cantidad de datos
Para distancias chicas
Control de acceso, identificación de animales, control de inventario, entre otros
Pros y Contras
Pueden penetrar en el agua. La única tecnología que puede trabajar de manera confiable cerca de metales.
Tienen baja tasa de transferencia de datos y corto alcance
Estándares ISO 11784-11785
14223
21 Tipo de sistema Alta Frecuencia
Frecuencia 13,56 MHz
Tipo de etiqueta La mayoría utiliza etiquetas pasivas
Características Funcionamiento con el acoplamiento inductivo
Capacidad de datos
Tienen capacidades que van desde los 512 bits a los 8 Kbits
Esta divido por sectores que permite direccionar los datos
Velocidad de lectura
Es de 25 Kbps, puede ser menor si ha algoritmo de verificación de errores.
Leen aproximadamente 40 etiquetas por segundo
Buena penetración en materiales y líquidos no conductores
Zona de lectura
No funciona bien cuando hay materiales metálicos en la zona de lectura
Tiene una mejor inmunidad a las EMI que los RFID de bajas frecuencias
Alcance
Por lo general las etiquetas pasivas tienen el alcance un poco menos de 1,5 metros.
Aplicaciones
Que necesiten leer poca cantidad de datos y a distancias cortas.
Tarjetas inteligentes, equipaje en aerolíneas, inventario de libros, seguimiento de paquetes
Pros y Contras Penetra en el agua, pero no en metales. Ofrecen mayor tasa de transferencia de datos que las etiquetas de baja frecuencia
14443
Estándares ISO 15693
18000
22 Tipo de sistema Ultra Alta Frecuencia
Frecuencia 433 MHz, 860 MHz, 928 MHz, 956 MHz Tipo de etiqueta Generalmente activos, pero también hay pasivos
Características
Funcionamiento por propagación de ondas electromagnéticas para comunicar datos y alimentar las etiquetas en caso que sea pasiva.
Capacidad de datos
Tanto en etiquetas pasivas como activas la capacidad típica es de 32 bits hasta 4 Kbits
Velocidad de lectura
La velocidad de transferencia es típicamente alrededor de 28 Kbps
Permite leer aproximadamente 100 etiquetas por segundo
Posee buena penetración en materiales conductores y no conductores.
Zona de lectura Inmunidad al ruido es mejor que para los sistemas de baja frecuencia
Es importante que tenga una orientación correcta la
etiqueta para optimizar la lectura
Alcance
Tienen un alcance de 3 o 4 metros. Con etiquetas activas de 433 MHz puede alcanzar los 100 metros, pero depende de las regulaciones internacionales correspondiente a cada país.
Aplicaciones
Para lugares donde se requieran trazabilidad y seguimiento de bienes y artículos.
Manejo de plataformas de carga en cadenas de distribución
Pros y Contras
Las etiquetas activas tiene un mayor alcance, pero a su vez mayor costo. Tiene un tiempo de vida útil debido a que tienen batería
Se ven afectados por agua y metales
Estándares ISO 15693
18000
23 Tipo de sistema Microondas
Frecuencia 2.45 GHz - 5.8 GHz
Tipo de etiqueta Generalmente activos, pero también hay pasivos
Características
Funciona por propagación de ondas electromagnéticas. La frecuencia 2.4 GHz es muy utilizada en la banda ISM y es la misma que los dispositivos WIFI
Capacidad de datos
Tienen gran capacidad para almacenar datos, pueden tener dispositivos de 512 Kbits
Velocidad de lectura
Es alta, la velocidad típica es por debajo de los 100 Kbps
Zona de lectura
Tiene buena penetración en materiales no conductores, pero no en los líquidos que tienen agua.
Es susceptible al ruido
Tiene una banda de trabajo compartida
Alcance
Para las etiquetas pasivas puede ser de 2 a 3 metros, y en el caso de los activos 15 metros aproximadamente Aplicaciones
Lugares donde requieren alta cobertura y velocidades altas de transmisión
Cobro automático de peajes, monitoreo de vagones de tren, automatización en fabricas, logística en cadenas de sumisitros entre otras aplicaciones
Pros y Contras
Las transmisiones de microondas son altamente direccionales, esto favorece la precisión en el momento de apuntar a un tag
Poseen la mayor tasa de transferencia de datos, pero no pueden penetrar agua o metal
Estándares ISO 18000
Tabla 5 - Características de microondas
1.5.3 Lectores
El lector cumple una función importante en el sistema, debido a que es el que le da la energía a las etiquetas y lee los datos que llegan, y los envía a la computadora. Para poder realizar esta comunicación, el lector tiene un módulo de radiofrecuencia (transmisor y receptor), un controlador y una antena. La conectividad con el PC es a través de las conexiones por medio de RS232, RS485, Ethernet, USB, WiFi, Bluetooth, entre otros.
Puede funcionar en tres modos diferentes:
- Consultando de forma constante por etiquetas. - Consultando de forma periódica.
24 Internamente los lectores tienen un módulo de radiofrecuencia, que tiene un trasmisor para generar la señal de radiofrecuencia y un receptor que recibe. Se encarga de modular la señal de transmisión para enviar los datos al tag. Tiene también una unidad de control que se encarga de codificar y decodificar los datos que se envían y reciben al tag, procesar los datos, activar las etiquetas, inicializar la sesión, detectar y corregir errores, gestionar el proceso de multilectura, cifrar y descifrar datos, entre otras acciones. Realiza la comunicación con el sistema de información ejecutando las órdenes y enviando la información obtenida de los tags.
Tiene que tener comprobación y corrección de errores, la mayoría usa el sistema de comprobación de redundancia longitudinal (LRC, Longitudinal Redundancy Check) y comprobación de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check).
La antena del lector permite la comunicación entre el lector y la etiqueta. Tienen una gran variedad de formas y tamaños (polarizadas circularmente, polarizadas linealmente, omnidireccionales, dipolos, entre otras).
Un aspecto que puede afectar la cobertura del lector es la orientación de la antena, que afecta a la potencia transferida al lector y puede influir en la lectura.
Existen diferentes tipos de lectores dependiendo del tipo de tag que se quiera leer. Una clasificación bastante general es entre fijos y móviles.
Los fijos están por lo general ubicados en lugares estratégicos como lugares de paso, puertas de acceso, etc.
Los móviles por lo general son dispositivos de mano, con una antena incorporada dentro del mismo, es por eso que tienen un radio de cobertura menor. [1]
Los parámetros que definen a los lectores son:
· frecuencia de operación (LF, HF, UHF, frecuencia de microondas)
· protocolo de funcionamiento que cumple
· tipo de regulación (Estados Unidos, Europa u otra)
· tipo de conexión (USB, RS232, TCP/IP entre otros)
· capacidad para multiplexar muchos lectores (a través de concentradores o del middleware)
· actualización del software (internet o por el host)
· gestión de múltiples antenas (por lo general 4antenas/lector) Programadores
25 Middleware
Es el programa que se encarga de la conexión entre el hardware del RFID y los sistemas de información, enviando los datos correspondientes entre ellos. El sistema de información se comunica con el lector mediante el principio maestro-esclavo, el principal objetivo es gestionar y tratar los datos recibidos por el lector. También se encarga de monitorear el estado del lector en caso de mal funcionamiento.
1.6 La importancia de las normas en RFID
Los estándares técnicos permiten la coexistencia e interoperabilidad entre los diferentes dispositivos y tecnologías. Las normas y protocolos de RFID constituyen un factor importante para determinar el alcance de la implementación de RFID y su impacto. Se utilizan para definir el sistema que mejor se adapte y que pueda funcionar mejor. Pueden incluir especificaciones físicas del hardware, de la etiqueta, del lector, interfaz de aire, formatos de datos entre otras.
Existen diversas organizaciones que se encargan de las normas de la tecnología RFID. Las dos principales son la ISO (International Organization for Standarization) y la EPCglobal que se encargan de confeccionar las normas de RFID.
1.6.1 ISO
ISO ha desarrollado normas con protocolos que soportan selectivamente la lectura y escritura de datos, junto con las reglas de codificación para las normas sobre interferencia aérea.
26 Se dividen en las siguientes categorías:
· Normas de protocolo de transmisión aérea que define las reglas por las cuales la comunicación entre el lector y tag se realiza
· Normas que proporcionan información de cómo aplicar la tecnología
· Los datos y las normas del sistema de protocolos que forman el middleware de un sistema RFID
· Las normas de identificación que tienen que ver con la codificación única de los identificadores o de los datos del tag RFID
· Pruebas, cumplimiento de normas de seguridad y la salud que regulan las operaciones de RFID
A modo de ejemplo, la norma ISO 18000 [5] define las operaciones de la interfaz de aire como también las características de la capa física y la capa electrónica para la comunicación de datos.
Los tags Mifare cumplen con la norma ISO 14443 [6] para su funcionamiento a nivel mundial a la frecuencia de 13,56 MHz.
Los tags Wiegand utilizan las normas ISO 11784/85 [7] para su funcionamiento en la frecuencia de 125 KHz.
1.6.2 EPC
EPCglobal Inc es una empresa fusionada entre GS1 (conocida anteriormente como EAN Internacional) y Uniform Code Council (UCC). EPCglobal está liderando el desarrollo de estándares de la industria para el código de producto Electrónica (EPC) para apoyar el uso de la RFID
EPC es un código electrónico único del producto que identifica a un elemento específico, que facilita la gestión y el desarrollo sobre toda la cadena de suministros. El EPC se almacena en un RFID.
1.7 Otras alternativas
27 1.7.1 Código de barras
El código de barras son líneas paralelas verticales de distinto grosor y espaciado. Representan diferentes caracteres las barras y los espaciados. Permite reconocer un artículo de forma rápida en una cadena logística, y poder hace inventarios o consultas. Tienen bajo costo, tienen mucho tiempo en el mercado lo que muestra que es un sistema maduro.
Algunas limitaciones de los códigos de barras son que tienen muy baja capacidad de almacenamiento de datos, y es necesario estar cerca para poder leer el código. También que permite una única lectura a la vez, y que sólo se puede guardar código de información sin poder agregar datos adicionales. Existen los códigos lineales, de barras 2-D y códigos matriciales.
A continuación, una tabla comparativa entre RFID y Código de barras:
Código de barras RFID
Pueden ser leídos de forma individual Esto es en casos de conteo de grandes cantidades de objetos (medicamentos)
Pueden ser leídos varios tags al mismo tiempo
Dependiendo la tecnología usada en promedio los Scanner pueden leer de a cientos.
No se puede actualizar la información En caso de tener que agregar información, hay que volver a imprimir la etiqueta, generando gasto de tiempo y plata
Permite la reescritura
En promedio, pueden soportar hasta 100.000 operaciones de escritura y retener esta información por 10 años
Necesita estar dentro de un campo visual para ser leído
Es necesario que no haya obstáculos entre el lector y la etiqueta
No requieren estar dentro del campo visual para leer o escribir
RFID tags se pueden leer/escribir siempre y cuando estén ubicados dentro del rango de proximidad necesario
Por ejemplo en el caso de las pulseras no habría problema que estén por debajo de la ropa
Pueden identificar solo el tipo de objeto Se puede identificar a cada elemento de forma específica
No pueden ser leídos en caso de presentar
suciedad o daño en la etiqueta Pueden ser leídos a pesar de estar sucios Privacidad y Seguridad
A pesar de poder ser encriptada la información, no hay forma de evitar el copiado de los datos y la posibilidad de decodificación mediante el uso de herramientas comerciales.
Privacidad y Seguridad
Presentan los mismos problemas, sin embargo tienen un sistema de encriptación más complejo, dependiendo del protocolo usado Tiene que ser rastreado por cada objeto de
forma manual, generando posibles errores humanos
Pueden ser rastreados de forma automática, por lo tanto evitan errores humanos.
28 Luego de comparar ambas tecnologías y que se necesita tener la posibilidad de leerse sin tener vista directa sobre la etiqueta y también que puedan ser leídos en caso de estar sucios o mojados, es por eso que se descarta la utilización de códigos de barras. Otra ventaja de los RFID sobre el código de barras es que puede estar codificada la información de las etiquetas.
1.8 Elección de sistemas
Luego de conocer un poco más sobre los elementos de RFID se resuelve seleccionar los modelos de RFID pasivo de frecuencias 125 KHz y de 13,56 MHz.
Se seleccionan estos modelos por varias razones:
· pertenecen a los rangos de baja y alta frecuencia.
· al ser pasivos no necesitan una batería para su funcionamiento por lo tanto aumentan su vida útil.
· son de los modelos más económicos, tanto los tags, como los lectores.
· el sistema de codificación que tienen no pertenece a ninguna empresa propietaria, por lo tanto varias empresas pueden fabricarlos y proveerlos, es una ventaja debido a que los tags pueden ser leídos por diferentes lectores de otras empresas, siempre y cuando mantengan la misma frecuencia de funcionamiento. Originalmente se seleccionaron pulseras de papel descartables, que son de fácil colocación y adaptación al tamaño de la muñeca de las personas, pero debido a que diferentes proveedores exigían mínimos alto de cantidades de compra, se decidió comprar pulseras de silicona que son iguales en el funcionamiento, pero diferentes estéticamente. Con respecto a los lectores se seleccionaron los más económicos que son alimentados por medio del USB de la computadora, y cada uno tiene rango de lectura de una sola frecuencia. Existen lectores que pueden leer más de una frecuencia, pero sus costos son muy superiores.
Los productos se compraron en China, debido a que en el mercado local no se consiguió ningún proveedor que tenga las pulseras y los lectores correspondientes. Se seleccionaron dos proveedores diferentes, basándose en que tenían los productos que se necesitaban, y que accedían a vender cantidades chicas de dichos productos. Por un lado la empresa Shenzhen YeTong Technology Co., Ltd la cual se compraron los lectores RFID y pulseras, y por otro lado la empresa Nexqo Technology Co., Ltd a la cual se le compraron pulseras.
29
Referencias
[1] Javier I. Portillo García, Ana B. Bermejo Nieto, Ana M. Bernardos Barbolla, 2007, Tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID): aplicaciones en el ámbito de la salud. [online] [4 de Marzo 2013] Disponible:
<https://observatorio.iti.upv.es/media/managed_files/2008/07/22/Informe2007CITIC_R FID_Salud.pdf >
[2] Valmiro Rangel, Adrián Guerrero, 2009. RFID, una tecnología que se está tomando el mundo. Fragua [online] Vol. 1, No.3, pp. 75-88, Julio 2009. [4 de Marzo 2013] Disponible:
<http://cdigital.udem.edu.co/ARTICULO/F02900032009181447/Articulo5.pdf>
[3] Shang-Wei Wang, et al,. 2006. RFID applications in hospitals: a case study on a demonstration RFID Project in a Taiwan hospital. En: Proceedings of the 39th Annual Hawaii International Conference on System Sciences [online] Vol 8, pp. 1-10, Enero 2006. [4 de Marzo 2013] Disponible:
<http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=1579665&url=http%3A%2F% 2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D1579665>
[4] SAVI TECHNOLOGIES, 2006. [online]Active vs Passive RFID [4 de Marzo 2013] Disponible:
<http://www.lonworks.org.cn/en/RFID/Active%20vs%20Passive%20RFID.pdf>
[5] ISO/IEC 18000
Information technology — Radio frequency identification for item management
[6] ISO/IEC 14443
Identification cards – Contactless integrated circuit cards – Proximity cards
[7] ISO 11784/85
Radio Frequency Identification – Code structure and Technical Concept
30
2 Estudio del entorno electromagnético RFID-hospital
La integración de equipos RFID al ambiente hospitalario es realmente compleja, teniendo en cuenta que se trata con equipos médicos que tienen como objetivo monitorear o mantener viva a una persona. De esta manera, para poder utilizar los equipos RFID en hospitales, es necesario realizar estudios de interferencias electromagnéticas (EMI) y compatibilidad electromagnética (EMC) para poder determinar si estos equipos no afectan al funcionamiento de los equipos médicos. Para efectuar dicha tarea se debe tener en cuenta los conceptos de EMI y como afectan en el funcionamiento de los equipos médicos.
2.1 Interferencias electromagnéticas (EMI)
Las interferencias electromagnéticas se pueden definir como señales electromagnéticas que alteran el normal funcionamiento de un sistema eléctrico, perturbando a las magnitudes eléctricas y/o magnéticas de estos sistemas, a pesar que no se pueda ver explícitamente.
El estudio de todos los fenómenos de generación, propagación y detección de EMI que puedan perturbar un equipo se denomina compatibilidad electromagnética. [9]
2.2 Compatibilidad electromagnética (EMC)
31 La EMC comprende dos partes: la interferencia electromagnética (Emisión) y la susceptibilidad electromagnética (inmunidad del receptor).
Figura 4 – Diagrama explicativo de EMC. (http://www.bitsingenio.com/interferencia-electromagnetica-emi/)
2.3 Susceptibilidad electromagnética (EMS)
El término susceptibilidad se emplea para indicar que tan propenso es un equipo a ser afectado por las interferencias. El nivel de susceptibilidad de un equipo es la propiedad que tiene para funcionar correctamente cuando se encuentra en un ambiente de interferencias.
Es necesario referirse a dispositivos en concreto cuando se habla de susceptibilidad ya que cada uno de ellos tiene un comportamiento distinto ante las EMI.
Se puede realizar el análisis del problema de interferencias descomponiendo el fenómeno en tres bloques funcionales:
1. Origen, fuente o generador de las interferencias. 2. Medios de propagación de las interferencias. 3. Receptores de las interferencias.
Así, para que las interferencias sean un problema, debe existir un generador de perturbaciones, un circuito afectado o receptor susceptible a las EMI y un camino de acoplamiento que las transmita al circuito afectado.
EMI
Emisión
EMS
Susceptibilidad
(Inmunidad)
EMC
32 GENERADOR DE
INTERFERENCIA
CAMINO DE ACOPLAMIENTO
RECEPTOR DE INTERFERENCIA
Conducidas
(< 30 MHz)
Acoplamiento reactivo
(< 30 MHz)
Radiadas
(> 30 MHz)
Por cables:
· De alimentación · De señal
· De tierra
· Capacitivo (variaciones de voltaje)
· Inductivo (variaciones de corriente)
· Intencionadas · No intencionadas Figura 5 – Diagrama del camino de la interferencia
2.4 Tipos de interferencia (Tipo de acoplamiento)
Según el medio de propagación que utilice la perturbación o interferencia electromagnética para perjudicar el funcionamiento de un equipo o la calidad de una señal, se puede establecer una clasificación de EMI como EMI conducidas, EMI de acoplamiento capacitivo o inductivo y EMI radiadas.
Figura 6 – Diagrama de clasificación de interferencias
2.4.1 Interferencia conducida
33 2.4.2 Interferencia por acoplamiento capacitivo
Se producen por efecto de campo eléctrico. Su principal fuente son los puntos donde haya grandes variaciones de tensión respecto al tiempo. Es un tipo de interferencia de corta distancia.
2.4.3 Interferencia por acoplamiento inductivo
Se producen por efecto de campo magnético. Su principal fuente son los bucles de intensidad que presentan grandes derivadas respecto al tiempo.
Para que ésta se produzca, se necesita un cable por el cual circule una corriente que al variar genera un campo electromagnético, que a corta distancia puede ser considerado puramente magnético, que éste campo induce una fuerza electromagnética sobre los cables cercanos interfiriéndolos.
Debido al contenido frecuencial de los equipos utilizados, y al acoplamiento inductivo que utilizan los equipos RFID para trabajar, este tipo de interferencia es el más importante a tener en cuenta en este proyecto, a pesar de la poca información disponible y la falta de atención proporcionada por las normas técnicas.
2.4.4 Interferencia radiada
Son debidas a la generación de ondas electromagnéticas. Se consideran radiadas y no acopladas cuando la distancia entre fuente y víctima es superior a la mitad de la longitud de onda de la interferencia. Su contenido frecuencial nunca será inferior a los 30 MHz. Las interferencias del tipo radiada son generadas por ondas electromagnéticas que afectan a larga distancia (por lo menos 5m) a diferencia de las interferencias de acoplamiento reactivo que son interferencias de corta distancia.
Al ser el contenido frecuencial de la onda mayor a 30 MHz, su longitud de onda ߣ es menor a 10 m, donde ߣ ൌ
ሺߣ ൌ
ଷ௫ଵఴ ೞ
ଷ௫ଵలு௭ൌ ͳͲ݉ሻ, siendo c la velocidad de la luz
34
2.5 Estudio de normas y estándares
Para poder utilizar los, ya mencionados, equipos RFID en un hospital hay que tener en cuenta muchas cosas, entre ellas, cumplir con las normas y los estándares de compatibilidad y pruebas ya pautados para los equipos RFID, con sus respectivas características de trabajo (frecuencia, voltaje, potencia, etc.), y los equipos médicos, así como también los específicos para los equipos RFID.
Las normas que se eligieron para analizar tienen que ver con los equipos médicos, la interferencia electromagnética, los protocolos de radiofrecuencia de los diferentes modelos de tarjetas, tomando en cuenta que existen diferentes orígenes de las normas (IEC, CISPR, ETSI, ANSI, ISO).
IEC es la Comisión Electrotécnica Internacional, cuyas siglas en inglés significa International Electrotechnical Commission, fue creada en 1906 y su primera sede fue en Londres. A partir de 1948 la sede central está ubicada en Ginebra. Es una organización que se encarga de la preparación y publicación de las normas para los campos eléctricos y electrónicos. Hay veces que realizan el trabajo en conjunto con la ISO para la estandarización de elementos eléctricos y electrónicos. La misión de la IEC es: promover entre sus miembros la cooperación internacional en todas las áreas de la normalización electrotécnica.
CISPR cuyas siglas son de origen francés que significa Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques, en español Comité internacional especial de perturbaciones radioeléctricas, es una organización que se encarga de la normalización dentro del área de las interferencias electromagnéticas en dispositivos electrónicos y eléctricos. Tiene enlaces con los comités técnicos de la IEC.
ETSI es igual a la IEC, pero de origen Europeo, difiere en algunos aspectos puntuales. Significa European Telecommunications Standards Institute. Es una organización que se encarga de la estandarización para los fabricantes y operadores de redes en el área de las telecomunicaciones. Por ejemplo ha estandarizado el sistema GSM de telefonía móvil.
Las normas ETSI son muy similares a las normas IEC, pero difieren en algunos puntos. Para este proyecto, se decidió usar las normas IEC en forma principal, pero también se tomó en cuenta las ETSI para comparar o complementar ideas y conceptos.
35 Se tomó la norma IEC 60601-1-2 como punto de partida para analizar los equipos médicos en general y qué condiciones tienen que tener para funcionar de forma correcta sin interferencias. A partir de esa norma se analizan las normas CISPR dentro de las cuales se destacan CISPR 11, CISPR 14-1, CISPR 16-1-2, CISPR 16-1-4, CISPR 16-2-1, CISPR 16-2-3, CISPR 22, estás tratan sobre los ensayos y análisis que se deben realizar para hacer las pruebas de interferencia. La norma ANSI C63:18 se toma como guía para realizar el esquema de pruebas, y la IEC 61000-4-3 para ver la compatibilidad electromagnética y las pruebas a realizar. Se usaron las normas europeas ETSI 300 330-2 para comparar con las normas de la IEC. También las normas ISO 18000 para el uso de las tarjetas RFID y poder entender mejor su funcionamiento y de la ISO 13485 para la calidad de los equipos médicos.
2.5.1 Características de las normas
En este caso se parte de una norma importante que es la IEC 60601-1-2, colateral de EMC que es la que se encarga de regir el comportamiento de los equipos médicos.
IEC 60601-1-2
Medical electrical equipment – Part 1-2:General requirements for basic safety and essential performance – Collateral standard: Electromagnetic compatibility – Requirements and tests [10]
Esta norma menciona la responsabilidad del fabricante de diseñar y fabricar para satisfacer los requisitos y que el usuario puede ver la información.
Se aplica para la seguridad básica y el funcionamiento esencial de equipos médicos eléctricos. El objetivo de esta norma es especificar los requerimientos generales y ensayos para comprobar la compatibilidad electromagnética.
36 CISPR 11
Industrial, scientific and medical equipment: Radio frequency disturbance characteristics – Limits and methods measurement [11]
La CISPR 11 tuvo varias modificaciones recientemente y la siguen modificando. Esta norma cubre los requisitos de las emisiones relacionadas con las perturbaciones de frecuencia de radio dentro de las frecuencias de 9 KHz a 400 GHz. Las mediciones deben llevarse a cabo sólo en los rangos de frecuencia especificados en la misma. Con respecto a la utilización de esta norma para poder aplicarla a la posible interferencia que existe con el RFID con los equipos médicos se puede ver qué se diferencia dependiendo de la frecuencia utilizada, el rango es desde los 9 KHz hasta los 18 GHz.
Dentro del punto 6 se menciona en diferentes oportunidades que la utilización de equipamientos entre la frecuencia 9 KHz y 150 KHz no hay requerimientos particulares al momento de analizar esta norma.
CISPR 14-1
Electromagnetic compatibility – requirements for household appliances, electric tools and similar apparatus – Part 1: Emission [12]
Se aplica a la conducción y la radiación de las perturbaciones de radiofrecuencia de aparatos cuyas funciones principales se realizan mediante motores y dispositivos de conmutación o regulación, a menos que la energía de RF generada intencionalmente o destinada a la iluminación. Incluye a equipos tales como: electrodomésticos, herramientas eléctricas, controles que regulan el uso de dispositivos semiconductores, aparatos eléctricos utilizados en medicina, juguetes eléctricos, dispensadores automáticos, así como proyectores de cine o de diapositivas.
Especifica las siguientes pruebas: distorsiones continuas (toma corriente y terminales adicionales), motores conmutados, así como otros dispositivos incorporados en equipos de hogar y similares. Es utilizada como la norma básica para emisiones de corto plazo, así como norma de producto.
CISPR 16-1-2
Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods- Part 1-2: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – Ancillary equipment – Conducted disturbance [13]
37 CISPR 16-1-4
Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods- Part 1-4: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – Antennas and test sites for radiated disturbance measurements [14]
Específica las características y la performance de las medidas de las perturbaciones radiadas de los equipos entre la frecuencia de 9 KHz y 18 GHz. Están incluidas las especificaciones y testeo de antenas.
CISPR 16-2-1
Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 2-1: Methods of measurement of disturbances and immunity – Conducted disturbance measurements [15]
Esta parte de la norma CISPR 16 especifica los métodos de medición de los fenómenos de perturbación en general dentro del rango de frecuencia de 9 KHz a 18 GHz y, especialmente de las perturbaciones conducidas en el rango de frecuencia de 9 kHz a 30 MHz.
CISPR 16-2-3
Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 2-3: Methods of measurement of disturbances and immunity – Radiated disturbance measurements [16]
Esta parte se encarga de especificar los métodos de medida de las perturbaciones radiadas en el rango de frecuencia entre 9 KHz a 18 GHz.
CISPR 22
Information technology equipment – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement [17]
38 IEC 61000-4-3
Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-3: Testing and measurement techniques – Radiated, radio-frequency, electromagnetic field immunity test [18]
Esta norma aplica para los requerimientos de inmunidad eléctrico y electrónico de los equipos hacia la energía electromagnética radiada. La idea es poder establecer una referencia en común para la evaluación de la inmunidad. Se encarga de describir un método consistente para lograr la inmunidad de un equipo contra un fenómeno electromagnético.
ANSI C63:18-1997
American National Standard Recommended Practice for an On-Site, Ad Hoc Test Method for Estimating Radiated Electromagnetic Immunity of Medical Devices to Specific Radio-Frequency Transmitters [19]
La idea de esta norma es proporcionar una guía para las organizaciones del cuidado de la salud para la evaluación de la inmunidad electromagnética radiada de los dispositivos médicos existentes, y los transmisores RF del mercado. Puede ser usado para la compra de nuevo equipamiento médico y su evaluación previa a la compra. Se aplica a productos del cuidado de la salud y a trasmisores RF portátiles con una trasmisión de potencia de 8 W o menor. No se aplica a dispositivos médicos implantables, transporte tales como ambulancias y helicópteros, o transmisores de RF con potencia superior a los 8 W.
El propósito de esta norma es:
- Proporcionar un método barato, que pueda ser reproducible para la estimación de la inmunidad de los dispositivos médicos a la radiofrecuencia radiada por los transmisores de RF portátiles que pueden ser operados en las proximidades de los mismos.
- Proporcionar un método de ensayo que puede ser realizada por los ingenieros y biomédicos.
- Mejorar la reproducción e intercomparación de los resultados de las pruebas Proporciona información y facilita el desarrollo de políticas y procedimientos para gestionar el uso de determinados transmisores de RF dentro de las áreas específicas de un centro de salud.
39 ETSI EN 300 330-2
Electromagnetic compatibility and radio spectrum matters (ERM); Short range devices (SRD); radio equipment in the frequency range 9 KHz to 25 MHz and inductive loop systems in the frequency range 9 KHz to 30 MHz; Part 2: Harmonized EN under article 3.2 of the R&TTE directive [20]
Esta norma aplica a dispositivos genéricos de corto alcance, incluyendo transmisores que operan en el rango de 9 KHz a 25 MHz. También incluye transmisores de inducción por bucle que operan entre los 9 KHz y los 30 MHz que incluyen la identificación por radiofrecuencia, y receptores que operan de 9 KHz a 30 MHz.
ISO 13485
Dispositivos Médicos – Sistemas de Gestión de Calidad- Exigencias para objetivos reguladores [21]
La ISO 13485 es un estándar de calidad para la industria de dispositivos médicos. Estos dispositivos van desde apoyos menores a los pacientes, hasta capacidad para salvar vidas. Es una norma reconocida mundialmente y exige que se cumplan los reglamentos de calidad, producción e instalación de los dispositivos médicos. Está basada en la ISO 9001 pero es una norma autónoma.
ISO/IEC 18000
Information technology — Radio frequency identification for item management [5]
Es una norma internacional que describe una serie de diversas tecnologías RFID, utilizando cada una un rango de frecuencia única.
Está compuesta por tres partes:
- Parte 1: arquitectura de definición y referencia para los parámetros de estandarización.
- Parte 2: parámetros para el modo de comunicaciones por aire para frecuencias debajo de los 135 KHz.
- Parte 3: parámetros para el modo de comunicaciones por aire para la frecuencia de 13,56 MHz.
2.5.2 Análisis de las normas
40 De esta forma se adaptaron por ejemplo a las distancias establecidas por cada uno de los dispositivos RFID.
Se decidió realizar esta adaptación porque se consideró que al no encontrar una norma que especifique como realizar los ensayos, era necesario realizarlos de una forma sistemática y coherente con el planteo de las normas para otros casos.
Como se puede ver en el documento de F.Censi [22] más adelante, en donde se menciona que las frecuencias utilizadas para los ensayos, no están definidas dentro de la norma IEC 60601-1-2, entonces ahí también se puede comprobar que es a nivel mundial la carencia en las normas para estas frecuencias
Lo cual genera un problema debido a que estas frecuencias son las de mayor comercialización a nivel mundial y las más comunes y baratas.
Para poder analizar las interferencias posibles, y el comportamiento de los equipos es necesario recurrir a las normas por las cuales se rigen. Las normas son muchas, y de diferentes instituciones, por lo tanto es importante seleccionar las que se adecuan a los equipos que se utilizan y a la situación planteada.
La utilización de las normas CISPR 16-2-1 y CISPR 16-2-3, se debe a que una se encarga de la medición de las perturbaciones conducidas, y la otra es de las perturbaciones radiadas.
Estas normas se tomaron en cuenta al momento de realizar las pruebas, debido a su importancia en la aparición de posibles interferencias. Por ejemplo cuando se usó la PC para conectar el dispositivo lector, se utilizó sin estar conectada a la corriente eléctrica, de esta forma se evita la interferencia conducida.
Pero se marca claramente que existe un planteo difuso pero cierto entre los rangos de frecuencia conducida y frecuencia radiada, justo donde se encuentra el rango de trabajo de los RFID utilizados, lo que seguirá más tarde que en este rango valen los acoplamientos del tipo de reactancias.
IEC 61000-4 se usó para la parte de inmunidad de los dispositivos y el análisis de los mismos.
41
2.6 Análisis de investigaciones en torno a la interferencia electromagnética
en ambiente hospitalario
Luego de analizar las diferentes normas internacionales con respecto al estudio de las interferencias y compatibilidad electromagnética del sistema RFID con los equipos médicos, se decidió explorar las distintas experiencias similares que se hicieron a nivel mundial. Esto es debido a que como se explicó anteriormente, las normas estudiadas no ofrecen un panorama claro de la situación para sacar conclusiones concretas, y de esta forma poder determinar un criterio al momento de realizar las pruebas en campo.
Hubo dos grandes investigaciones con respecto a la posible interferencia electromagnética en los hospitales. Ambas fueron realizadas en lugares diferentes, y llegaron a conclusiones distintas. Por un lado se encuentra la experiencia de Christe [23] con RFID pasivos, y por otro lado, los ensayos realizados por Van der Togt [24] de origen holandés, que realiza las pruebas en base a dos tipos distintos de sistemas RFID (activo de 125 KHz y pasivo de 868 MHz).
Christe y su equipo [23] realizaron 1600 pruebas de RFID pasivos, funcionando en el rango de las ultra altas frecuencias, y encontraron que no existe ningún tipo de interferencia hacia ningún equipo médico dentro de las distancias desde 30 cm hasta 1.8 m.
Para las pruebas fueron usados RFID tags con antenas de alta y baja potencia. Se fueron variando las distancias de los dispositivos y de las antenas. Las 1600 pruebas que se hicieron fueron tomando en cuenta 4 distancias diferentes por antena y testeados 8 veces para 2 antenas. 5 dispositivos por tipo y 5 tipos diferentes de dispositivos. Los equipos utilizados fueron: monitor pulsioxímetro, bombas de infusión, monitor cardíaco, medidor de presión en sangre no invasivo y dispositivo de compresión secuencial. Los resultados obtenidos fueron que no presentaron ninguna alteración durante las pruebas realizadas. Entonces la conclusión preliminar es que el RFID es seguro para el cuarto del paciente.
Una sugerencia que Christe y su equipo [23] proponen es que “a medida que se
introducen nuevos componentes y sistemas RFID, se requerirán más estudios para
evaluar el desarrollo de la tecnología RFID y su impacto en los equipos médicos”.
42 como leves. La distancia media entre los equipos médicos y los lectores RFID fue de 30 cm (rango desde 0.1-600 cm).
Van der Tog y su equipo [24] mencionan que “el número de incidentes de interferencia
electromagnética aumenta con mayores potencias a la salida de los trasmisores de RFID [24].”
Se puede observar en la tabla 8 la descripción de la experiencia y los incidentes producidos durante las mismas.
Tabla 8 - Detalles de pruebas realizadas por Van der Togt et al. (2008)
Las conclusiones a las que llegaron es que en un entorno no clínico controlado, el RFID puede inducir peligrosos incidentes en los dispositivos médicos. Para poder implementar el RFID en los hospitales con cuidados intensivos deberían exigir las pruebas in situ de que no se produzcan EMI, y también realizar una actualización de las normas internaciones.
2.6.1 Otras experiencias
