Respiração Programada

Já parou para pensar em como/por que você está respirando agora? Para muitos essa atividade é tão banal que não fazem idéia do trabalho que seu corpo tem para coordenar e executar várias ações para a simples atividade de respirar. Nesta palestra pretendo falar um pouco sobre alguns desafios vividos durante 2 anos de desenvolvimento e aperfeiçoamento de um simulador virtual de ventilação mecânica voltado para ensino na área da saúde, o xlung.

Transcript

1. RESPIRAÇÃO PROGRAMADA Como desenvolver um software que ajuda a salvar vidas
2. QUEM SOU EU @marceloemanoel Engenheiro de Software no http://www.xlung.net
3. XLUNG Portal de Ensino de Ventilação Mecânica
4. ENSINO INTERATIVO
5. DESAFIOS SEMANAIS
6. MANUAL ILUSTRADO
7. ARTIGOS Material científico relevante
8. SIMULADOR
9. 30 PAÍSES
11. REUNIÃO COM CLIENTE
12. PROPOSTA Desenvolvimento/aperfeiçoamento de um simulador de ventilação mecânica para fins de ensino
13. MAS O QUE É UM VENTILADOR MECÂNICO?
14. PRA COMPREENDER ISSO PRECISAMOS ENTENDER COMO RESPIRAMOS
15. PULMÃO CASEIRO
16. PULMÃO CASEIRO Laringe/Faringe
17. PULMÃO CASEIRO Laringe/Faringe Traquéia
18. PULMÃO CASEIRO Laringe/Faringe Traquéia Brônquio Direito Brônquio Esquerdo
19. PULMÃO CASEIRO Laringe/Faringe Traquéia Brônquio Direito Brônquio Esquerdo Pulmão Direito Pulmão Esquerdo
20. PULMÃO CASEIRO Laringe/Faringe Traquéia Brônquio Direito Brônquio Esquerdo Pulmão Direito Pulmão Esquerdo Caixa Toráxica
21. PULMÃO CASEIRO Laringe/Faringe Traquéia Brônquio Direito Brônquio Esquerdo Pulmão Direito Pulmão Esquerdo Diafragma Caixa Toráxica
22. INSPIRAÇÃO Diafragma Contrai Pressão interna na caixa toráxica diminui Pressão atmosférica externa fica maior Diferença de pressão empurra o ar para os pulmões
23. EXPIRAÇÃO Diafragma Relaxa Pressão interna na caixa toráxica aumenta Pressão atmosférica se iguala Pressão interna empurra o ar para fora dos pulmões
24. RESPIRAÇÃO Inspiração e Expiração
25. –Manel Ventilador mecânico é uma máquina que, ligada a um paciente, auxilia a respiração injetando ar nos pulmões através do aumento da pressão nas vias aéreas.
26. MOTIVAÇÕES PARA O USO DO SIMULADOR NO ENSINO Maior aprendizado dos alunos RISCO ZERO para pacientes Melhora substancial na qualidade de vida dos pacientes
28. Stephen Hawking
29. Esclerose Lateral Amiotrófica doença degenerativa
30. Depende de um ventilador mecânico para viver!
31. MOTIVAÇÕES PESSOAIS Trabalhar em algo que é desafiador Contribuir para a construção de algo útil para a sociedade e que afeta positivamente a vida de outras pessoas
33. REUNIÃO COM O CLIENTE 02 A equipe antiga de devs e a passagem de código
34. PVM
35. PVM
36. PEN DRIVE VERSION MANAGER Pronto pra explodir no próximo "commit"
41. Nenhum dos desenvolvedores iniciais!
43. Build System dependente de IDE
44. BUILD SYSTEM
46. Your “Build System" for not working outside your machine Granted by: The new dev
48. BUILD AUTOMÁGICO! Declarativo Download automático das dependências do projeto Compila, Testa e Gera versão publica no repositorio ivy
49. BUILD AUTOMÁGICO apply plugin: "eclipse" apply plugin: "idea" apply plugin: "java" apply plugin: "jacoco" apply plugin: 'ivy-publish' apply plugin: "sonar-runner" project.ext { repo = Grgit.open(project.file('.')) } group = "net.xlung" version = “${repo.head().id}" sourceCompatibility="1.8" targetCompatibility=“1.8" defaultTasks 'clean', ‘check’, 'publish' repositories { mavenCentral() }
50. BUILD AUTOMÁGICO dependencies { testCompile("junit:junit:4.1+") { exclude(group: "org.hamcrest") } testCompile 'org.hamcrest:hamcrest-all:1+' testCompile('org.mockito:mockito-core:1.9+') { exclude(group: "org.hamcrest") } } publishing { repositories { ivy { url "${System.properties['user.home']}/.ivy2/local" layout "pattern", { artifact "[organisation]/[module]/[revision]/jars/[artifact].[ext]" ivy "[organisation]/[module]/[revision]/ivys/ivy.xml" } } } publications { ivy(IvyPublication) { module "simulator" from components.java } } }
53. UMA SIMPLIFICAÇÃO DA ARQUITETURA INICIAL
54. DIAGRAMA DE ENTIDADES Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo
55. DIAGRAMA DE ENTIDADES Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Código Duplicado!
56. ESTRATÉGIAS DE VENTILAÇÃO Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo
57. ESTRATÉGIAS DE ALARMES Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo
58. STRATEGY PATTERN Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Alarme Modo Vent.
59. STRATEGY PATTERN Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Alarme Modo Vent. <<Interface>>
60. VENTILADOR MECÂNICO /** * Atribui novo valor para a frequência. * @param freq Frequência. */ public void setFreq(float freq) { totalTime = (float) 60 / freq; cvvm.setFreq(freq); cpvm.setFreq(freq); simvv.setFreq(freq); simvp.setFreq(freq); }
61. VENTILADOR MECÂNICO public float getFreq() { switch (mode) { case CONTROLLED_VOL_MODE: return cvvm.getFreq(); case CONTROLLED_PRES_MODE: return cpvm.getFreq(); case SIMV_VOL_MODE: return simvv.getFreq(); case SIMV_PRES_MODE: return simvp.getFreq(); case CPAP_MODE: return cpap.getFreq(); default: return 0; } }
62. MIGRAÇÃO DE RESPONSABILIDADES
63. DIAGRAMA DE ENTIDADES Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Alarme Modo Vent.
64. DIAGRAMA DE ENTIDADES Tempo Real Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Alarme Modo Vent. Entidade Desnecessária
65. DIAGRAMA DE ENTIDADES Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Alarme Modo Vent.
66. DIAGRAMA DE ENTIDADES Vent. Mec. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Alarme Modo Vent. Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread! Thread!
67. VENTILADOR MECÂNICO public class MechanicFan implements Runnable, Constants { /* Modo de ventilação. */ private int mode; private int newMode; /* Tempo total (inspiração + expiração). */ private float totalTime; /**/ private float fio2; /* Janela da apresentação gráfica. */ private Graphics graphics; /* Objeto de tempo real. */ private RealTime realTime; public LayoutWeb guiWeb; /* Objeto referênte ao modo de ventilação ciclada à volume controlado. */ private ControlledVolVentilationMode cvvm; /* Objeto referênte ao modo de ventilação ciclada à pressão controlada. */ private ControlledPresVentilationMode cpvm; /**/ private SIMVVolVentilationMode simvv; /**/ private SIMVPresVentilationMode simvp; /**/ private CPAP cpap; /* Threads responsável pela a geração dos sinais. */ private Thread cvvm_thread; private Thread cpvm_thread; private Thread simvv_thread; private Thread simvp_thread; private Thread cpap_thread; private NewMonitor monitor; private int stopmf = 0;
68. VENTILADOR MECÂNICO public class MechanicFan implements Runnable, Constants { /* Modo de ventilação. */ private int mode; private int newMode; /* Tempo total (inspiração + expiração). */ private float totalTime; /**/ private float fio2; /* Janela da apresentação gráfica. */ private Graphics graphics; /* Objeto de tempo real. */ private RealTime realTime; public LayoutWeb guiWeb; /* Objeto referênte ao modo de ventilação ciclada à volume controlado. */ private ControlledVolVentilationMode cvvm; /* Objeto referênte ao modo de ventilação ciclada à pressão controlada. */ private ControlledPresVentilationMode cpvm; /**/ private SIMVVolVentilationMode simvv; /**/ private SIMVPresVentilationMode simvp; /**/ private CPAP cpap; /* Threads responsável pela a geração dos sinais. */ private Thread cvvm_thread; private Thread cpvm_thread; private Thread simvv_thread; private Thread simvp_thread; private Thread cpap_thread; private NewMonitor monitor; private int stopmf = 0; Sou uma Thread Que tem outras Threads!
69. VENTILADOR MECÂNICO public class MechanicFan implements Runnable, Constants { /* Modo de ventilação. */ private int mode; private int newMode; /* Tempo total (inspiração + expiração). */ private float totalTime; /**/ private float fio2; /* Janela da apresentação gráfica. */ private Graphics graphics; /* Objeto de tempo real. */ private RealTime realTime; public LayoutWeb guiWeb; /* Objeto referênte ao modo de ventilação ciclada à volume controlado. */ private ControlledVolVentilationMode cvvm; /* Objeto referênte ao modo de ventilação ciclada à pressão controlada. */ private ControlledPresVentilationMode cpvm; /**/ private SIMVVolVentilationMode simvv; /**/ private SIMVPresVentilationMode simvp; /**/ private CPAP cpap; /* Threads responsável pela a geração dos sinais. */ private Thread cvvm_thread; private Thread cpvm_thread; private Thread simvv_thread; private Thread simvp_thread; private Thread cpap_thread; private NewMonitor monitor; private int stopmf = 0; Modos de ventilação
70. VENTILADOR MECÂNICO /** * Troca o modo de operação do ventilador. */ public void switchMode() { /* Verifica qual é o modo atual e para a thread de execução. */ switch (this.mode) { case CONTROLLED_VOL_MODE: cvvm_thread.stop(); break; case CONTROLLED_PRES_MODE: cpvm_thread.stop(); break; case SIMV_VOL_MODE: simvv_thread.stop(); break; case SIMV_PRES_MODE: simvp_thread.stop(); break; case CPAP_MODE: cpap_thread.stop(); break; } }
71. VENTILADOR MECÂNICO this.mode = newMode; /* Verifica qual o novo modo de operação e inicia uma nova thread de execução.*/ switch (this.mode) { case CONTROLLED_VOL_MODE: cvvm_thread = new Thread(cvvm); cvvm_thread.start(); break; case CONTROLLED_PRES_MODE: cpvm_thread = new Thread(cpvm); cpvm_thread.start(); break; case SIMV_VOL_MODE: simvv_thread = new Thread(simvv); simvv_thread.start(); break; case SIMV_PRES_MODE: simvp_thread = new Thread(simvp); simvp_thread.start(); break; case CPAP_MODE: cpap_thread = new Thread(cpap); cpap_thread.start(); break; } }
72. É MUITA THREAD MAH!
73. É MUITA THREAD MAH! 60!!!
74. PROBLEMAS COM MULTITHREADING Dificuldade de sincronização de código Aumenta a complexidade do problema Difícil de testar
75. REDUZIR DRASTICAMENTE O NÚMERO DE THREADS!
76. PROPOSTA DE ARQUITETURA
77. Paciente AC VCV AC PCV SIMV VCV SIMV PCV CPAP PSV Resp. Esp. Gráf. Alarme Freq. Alarme Vol. Alarme Fluxo Vent. Mec. Thread! Modo Vent. Alarme Plotter
78. SINGLE THREAD
79. IMUTÁVEL
80. COMO ASSIM?
81. NÃO SE ALTERA ESTADO! SEMPRE CRIA-SE UM NOVO!
82. String
83. String public static void main(String[] args) { String msg = "Hello World"; msg.replace("Hello ", ""); System.out.println(msg); }
84. String public static void main(String[] args) { String msg = "Hello World"; msg.replace("Hello ", ""); System.out.println(msg); } "Hello World"
85. BigDecimal
86. BigDecimal public static void main(String[] args) { BigDecimal one = new BigDecimal(1); one.add(one); System.out.println(one); }
87. BigDecimal public static void main(String[] args) { BigDecimal one = new BigDecimal(1); one.add(one); System.out.println(one); } 1
88. AGORA É POSSÍVEL TESTAR!
89. CÁLCULO DO VOLUME EXPIRADO ANTES /** * Gera o sinal de volume durante a fase expiratória. */ public void volumeExpiration() { float timeInit = inspirationTime + inspiratoryPause; volume = (float) (volumeMax / (Math.exp((time - timeInit) / (timeConstant)))); volumeExp = volume; volume = volume + pacient.getEffortVol(); //System.out.println("V: " + pacient.getEffortVol()); volumeBase = volume; }
90. CÁLCULO DO VOLUME EXPIRADO DEPOIS @Override public Decimal volumeExpiration(MechanicalVentilator ventilator, Decimal time) { Patient patient = ventilator.getPatient(); Decimal timeConstant = patient.getTimeConstant(); VentilationParameters parameters = ventilator.getVentilationParameters(); FlowMode flowMode = parameters.getFlowMode(); Decimal inspiratoryTime = flowMode.inspirationTime(mechanicalVentilator); Decimal inspiratoryPause = parameters.getInspiratoryPause(); Decimal maxVolume = ventilator.getMaxVolume(); Decimal inspirationTime = inspiratoryTime.add(inspiratoryPause); double exp = Math.exp(time.subtract(inspirationTime).divideBy(timeConstant).doubleValue()); return maxVolume.divideBy(exp); }
91. AGORA POSSO DAR PARÂMETROS E SIMULAR QUALQUER MOMENTO DA EXPIRAÇÃO
92. TESTE public class ControlledVolumeVentilationModeSpec { @Mock private MechanicalVentilator ventilator; @Mock private Patient patient; @Mock private VentilationParameters ventilationParameters; @Mock private FlowMode flowMode; private ControlledVolumeVentilationMode ventilationMode; @Before public void setUp() { MockitoAnnotations.initMocks(this); when(ventilator.getPatient()).thenReturn(patient); when(ventilator.getVentilationParameters()) .thenReturn(ventilationParameters); when(ventilationParameters.getFlowMode()).thenReturn(flowMode); ventilationMode = new ControlledVolumeVentilationMode(); }
93. TESTE /** * timeInit = inspirationTime + inspiratoryPause; * volume = patient.getEffortVolume() + * (maxVolume / Math.exp((time - timeInit) / patient.timeConstant)); */ @Test public void volumeInExpirationObeysTheFollowingEquation() { when(flowMode.inspirationTime(ventilator)).thenReturn(TEN); when(ventilationParameters.getInspiratoryPause()).thenReturn(ZERO); when(patient.getEffortVolume()).thenReturn(new Decimal(20)); when(patient.getTimeConstant()).thenReturn(new Decimal(45)); when(ventilator.getMaxVolume()).thenReturn(new Decimal(500)); assertThat(ventilationMode.volumeExpiration(ventilator, ZERO), is(new Decimal("624.42241"))); }
94. DADOS IMPRECISOS
95. SOMA DE FLOATS public class Main { public static void main(String[] args) { for(float v = 0; v < 1; v += 0.1) { System.out.println(v); } } }
96. RESULTADO 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70000005 0.8000001 0.9000001
97. BIGDECIMAL PARA GANHAR PRECISÃO • Se precisão é um problema, em vez de usar números de ponto flutuante (float e double), recomenda-se a utilização de BigDecimal
98. SOMA DE BIGDECIMALS public class Main { public static void main(String[] args) { BigDecimal limite = new BigDecimal(1); BigDecimal incremento = new BigDecimal("0.1"); for(BigDecimal soma = new BigDecimal("0.0"); soma.compareTo(limite) < 0; soma = soma.add(incremento)) { System.out.println(soma); } } }
99. RESULTADO 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
102. MELHORIA CONTÍNUA
103. MELHORIA CONTÍNUA ESTABELECER MÉTRICAS
104. MELHORIA CONTÍNUA ESTABELECER MÉTRICAS ALTERAR O CÓDIGO
105. MELHORIA CONTÍNUA ESTABELECER MÉTRICAS ALTERAR O CÓDIGO COLETAR ESTATÍSTICAS
106. MELHORIA CONTÍNUA ESTABELECER MÉTRICAS ALTERAR O CÓDIGO COLETAR ESTATÍSTICAS AVALIAR O RESULTADO
107. MELHORIA CONTÍNUA ESTABELECER MÉTRICAS ALTERAR O CÓDIGO COLETAR ESTATÍSTICAS AVALIAR O RESULTADO
108. MELHORIA CONTÍNUA ESTABELECER MÉTRICAS ALTERAR O CÓDIGO COLETAR ESTATÍSTICAS AVALIAR O RESULTADO
109. ESTABELECER MÉTRICAS
111. Ex. Regra: ”BigDecimal(double)" não deve ser usado Critical
112. BigDecimal v0 = new BigDecimal(0.1); System.out.println(v0);
113. QUAL O RESULTADO???
114. Esperado: 0.1
 Realidade: 0.100000000000000005551115123125782702118158 3404541015625 BigDecimal v0 = new BigDecimal(0.1); System.out.println(v0);
115. BigDecimal v0 = new BigDecimal(0.1); System.out.println(v0); Esperado: 0.1
 Realidade: 0.100000000000000005551115123125782702118158 3404541015625 Tá Errado!
116. Esperado: 0.1
 Realidade: 0.1 BigDecimal v0 = BigDecimal.valueOf(0.1); System.out.println(v0);
117. Esperado: 0.1
 Realidade: 0.1 BigDecimal v0 = BigDecimal.valueOf(0.1); System.out.println(v0); Manel Approves!
118. Ex. Regra: Atributos de classes devem seguir uma convenção Major
119. public class MyClass { public int FIRST = 1; // Inválido public int second = 2; // Válido }
120. Ex. Regra: Imports desnecessários devem ser removidos Minor
121. package my.company; import java.lang.String; // Inválido - classes do pacote java.lang são implicitamente importadas import my.company.SomeClass; // Inválido - arquivos do mesmo pacote são implicitamente importados import java.io.File; // Inválido - File não está sendo usado import my.company2.SomeType; import my.company2.SomeType; // Inválido - 'SomeType' já foi importado class ExampleClass { public String someString; public SomeType something; }
122. Ex. Regra: Tags TODO devem ser resolvidas INFO
123. public void doSomething() { // TODO }
124. ALTERAR O CÓDIGO
125. COLETAR ESTATÍSTICAS
126. 31 CLASSES 11444 LINHAS DE CÓDIGO 19% DUPLICAÇÃO DE CÓDIGO 0% COBERTURA DE CÓDIGO
127. 1476 Issues CRITICAL 70 MAJOR 867 INFO 1 MINOR 538 MINOR INFO MAJOR CRITICAL
128. MÉTRICAS MÉTRICAS PRA TODO LADO
129. HOJE
130. ALTERAR O CÓDIGO
131. COLETAR ESTATÍSTICAS
132. AVALIAR O RESULTADO
133. Antes Depois
134. Antes Depois
135. Antes Depois
136. Antes Depois
137. ANTES DEPOIS
138. RESULTADO DA AVALIAÇÃO
144. Agora Vai
146. PRECISAMOS SAIR DO APPLET Tecnologia de 10 anos atrás Difícil encontrar bibliotecas que se adequem ao problema Difícil de melhorar o layout
147. NOVA INTERFACE Web Fácil de mudar o layout Tecnologias mais atuais Mobile friendly
150. 100% HTML + JS?
151. 100% CLIENT SIDE Bom desempenho Fácil customização Ecossistema farto
152. 100% CLIENT SIDE Bom desempenho Fácil customização Ecossistema farto Segurança menor Reescrever toda a simulação
154. SCALA Permite utilizar toda a base de código Java existente Introduz melhorias de legibilidade Permite usar programação funcional Favorece concorrência e escalabilidade
157. FRAMEWORK WEB FULL STACK MVC Templates compilados Assets (javascripts, css, imagens) compilados Acesso a dados Java e Scala
160. APLICAÇÕES DE ALTA CONCORRÊNCIA E DISTRIBUÍDAS Alto Desempenho Descentralizado Tolerante a falhas
163. WEBSOCKETS
165. HTTP REQUEST SERVER
166. HTTP REQUEST HTTP RESPONSE SERVER
167. HTTP REQUEST SERVER
168. WEBSOCKET CONNECTED SERVER Ator Simulação
169. WEBSOCKET CONNECTED SERVER Ator Simulação
170. WEBSOCKET CONNECTED SERVER Ator Simulação
171. SERVER WEBSOCKET CONNECTED Ator Sim. 1
172. SERVER WEBSOCKET CONNECTED W EBSOCKET CONNECTED Ator Sim. 1 Sim. 2 Ator
173. SERVER WEBSOCKET CONNECTED W EBSOCKET CONNECTED WEBSOCKET CONNECTED Ator Sim. 1 Ator Sim. 3 Sim. 2 Ator
174. NOVOS SIMULADORES Simulador de Fisiologia Aplicada Simulador de Oxigenoterapia
175. FISIOLOGIA APLICADA
176. FISIOLOGIA APLICADA
177. OXIGENOTERAPIA
178. OXIGENOTERAPIA