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TinyMLIoTEmbedded SystemsPython

Monitorización Inteligente de Pacientes.

Sistema de sensores con IA para la atención geriátrica

Sobre el proyecto

Las caídas, la incontinencia y las anomalías de temperatura son algunos de los principales riesgos para los residentes de centros geriátricos, y muchas veces no se detectan a tiempo, especialmente durante la noche. Este Trabajo Fin de Grado propone un sistema de monitorización práctico, económico y no intrusivo que puede desplegarse en cualquier tipo de geriátrico.

El sistema se compone de unidades Arduino Nano 33 BLE Sense colocadas en el lecho y el suelo de cada habitación, que capturan temperatura, humedad y datos de movimiento, y ejecutan un modelo de detección de caídas TinyML directamente en el microcontrolador. Una Raspberry Pi 4 actúa como hub de comunicación, reenviando los datos vía MQTT a un panel de control en tiempo real desarrollado con PyQt5 para el personal sanitario.

El modelo de detección de caídas, entrenado y desplegado con Edge Impulse, obtuvo un F1-score del 99.1% en el conjunto de test. El sistema fue validado en una maqueta física de una habitación geriátrica, confirmando la detección fiable de caídas, anomalías de humedad y variaciones de temperatura sin retardo perceptible. El proyecto fue calificado con Matrícula de Honor.

99.1%

F1-score en detección de caídas

M. Honor

calificación del jurado

Características

Detección de caídas

Un modelo TinyML entrenado con Edge Impulse utiliza detección de anomalías k-means sobre datos del acelerómetro para identificar caídas en tiempo real, directamente en el microcontrolador.

Temperatura y humedad

El sensor HTS221 monitoriza continuamente la temperatura y humedad del lecho, detectando fiebre, hipotermia o episodios de incontinencia.

Alertas en tiempo real

El panel PyQt5 destaca inmediatamente las habitaciones afectadas con alertas visuales y sonoras, permitiendo al personal actuar sin demora.

Diseño no intrusivo

Los sensores se colocan en el lecho y el suelo, sin cámaras ni dispositivos llevables. Los pacientes son monitorizados de forma discreta, preservando su privacidad.

Arquitectura escalable

Añadir una nueva habitación solo requiere configurar un nuevo topic MQTT y una nueva unidad de sensores. El sistema se adapta a cualquier tamaño de instalación.

Hardware de bajo coste

Construido sobre Arduino y Raspberry Pi, el sistema es accesible y fácil de instalar en cualquier geriátrico, independientemente del presupuesto.

Tecnología

El sistema combina hardware y software embebido. Las unidades Arduino Nano 33 BLE Sense ejecutan inferencia TinyML localmente con TensorFlow Lite y se comunican por serial con una Raspberry Pi 4. La Pi reenvía los datos a un broker MQTT (Mosquitto) en un ordenador central, donde una aplicación PyQt5 ofrece la interfaz de monitorización en tiempo real al personal sanitario.

Hardware

Arduino Nano 33 BLE SenseRaspberry Pi 4HTS221LSM9DS1

Software

PythonTinyMLEdge ImpulseTensorFlow LiteMQTTMosquittoPyQt5
Physical mock-up of a geriatric room Complete system with all components connected

Calificado con Matrícula de Honor — Escola Politècnica Superior d'Alcoi, Universitat Politècnica de València.