covid-19

Il bluetooth per combattere l’epidemia: gli usi in azienda e in Sanità

Sebbene entrambe usino il bluetooth LE per stimare la distanza in un arco di tempo, le app anti-covid per uso statale e aziendale sono molto diverse. Una serve per supportare il contact tracing, l’altra serve per l’alerting. Vediamo i due diversi casi di utilizzo

09 Giu 2020
Photo by Mika Baumeister on Unsplash

In questo periodo si parla molto dell’uso del Bluetooth Low Energy in relazione all’attuale pandemia. Ma se ne parla quasi esclusivamente per quanto attiene l’applicazione di supporto all’attività di contact tracing da parte delle Autorità sanitarie (da noi app Immuni) e quasi o per nulla per quanto riguarda i molti possibili utilizzi in ambito aziendale.

E si tratta di due applicazioni radicalmente diverse. La seconda merita un approfondimento: serve per l’alerting (invece che per il tracing dei contatti) e per la gestione degli assembramenti; e ha un’accuratezza superiore.

Cosa si intende per “contatto a rischio” coronavirus

Cominciamo con lo spiegare che il bluetooth LE nasce come sistema radio per realizzare personal area networks e collegare quindi dispositivi (ad esempio auricolari o GPS) ai nostri smartphone. Non è stato concepito per fare misurazioni di distanze ed infatti, se l’obiettivo fosse misurare una distanza, risulterebbe abbastanza impreciso.

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Fortunatamente l’infettivologia non è una disciplina matematica e per stimare un livello probabilistico di rischio medio di esposizione ad una carica virale non è necessaria una misurazione molto precisa della distanza.

L’ECDC (European Centre for Disease Prevention and Control) indica i seguenti criteri per stabilire esposizioni covid-19 con un livello di rischio elevato:

  • Una persona che vive nella stessa famiglia di un caso Covid-19.
  • Una persona che ha avuto un contatto fisico diretto con un caso Covid-19 (ad esempio, stringendosi la mano).
  • Una persona che ha avuto un contatto diretto non protetto con le secrezioni infettive di un caso Covid-19 (ad esempio, che ha tossito addosso, toccato a mani nude fazzoletti di carta usati).
  • Una persona che ha avuto un contatto faccia a faccia con un caso Covid-19 entro 2 metri e per più di 15 minuti.
  • Una persona che si trovava in un ambiente chiuso (ad es. aula, sala riunioni, sala d’attesa dell’ospedale, ecc.) con un caso Covid-19 per 15 minuti o più e a una distanza inferiore a 2 metri.
  • Un operatore sanitario o un’altra persona che fornisce assistenza diretta ad un caso Covid-19, o operatori di laboratorio che maneggiano campioni di casi Covid-19 senza i DPI (Dispositivi di protezione individuale) raccomandati o con una possibile violazione dei DPI.
  • Un contatto in un aereo avvenuto in due posti a sedere contigui (in qualsiasi direzione) da un caso Covid-19, compagni di viaggio o le persone che prestano assistenza e i membri dell’equipaggio in servizio nella sezione dell’aeromobile in cui era seduto il caso in questione (se la gravità dei sintomi o il movimento del caso indicano un’esposizione più estesa, i passeggeri seduti nell’intera sezione o tutti i passeggeri dell’aeromobile possono essere considerati in stretto contatto).

Sono considerati casi a basso rischio:

  • Una persona che si è trovata in un ambiente chiuso con un caso Covid-19 per meno di 15 minuti o ad una distanza superiore a 2 metri.
  • Una persona che ha avuto un contatto faccia a faccia con un caso Covid-19 per meno di 15 minuti e ad una distanza inferiore a 2 metri.
  • Viaggiare insieme a un caso Covid-19 in qualsiasi tipo di trasporto ad una distanza oltre i 2 metri.

L’ECDC spiega che “una maggiore durata del contatto aumenta il rischio di trasmissione; il limite di 15 minuti è scelto arbitrariamente per scopi pratici.”

Il bluetooth per la stima delle esposizioni

I segnali Bluetooth sono segnali elettromagnetici. Maggiore è la distanza dalla sorgente, maggiore sarà l’attenuazione del segnale. L’intensità del segnale, infatti, diminuisce quadraticamente rispetto alla distanza. Ogni radio Bluetooth è in grado di fornire alle applicazioni un valore che indica l’intensità di un segnale ricevuto. Questo valore si chiama RSSI (Received Signal Strength Indicator); dipende dal singolo dispositivo ricevente (tipo e modello) e quindi, una volta calibrato, può essere in grado di fornirci una stima della distanza. Come regola del pollice possiamo considerare che ad una differenza di sei unità di RSSI corrisponde circa il raddoppio della distanza.

Ci sono molti fattori che influenzano il RSSI tra cui, naturalmente, la potenza di emissione, la sensibilità della ricevente e le interferenze. Per quanto riguarda i nostri smartphone, vi sono inoltre fattori quali i chipset dei dispositivi, la conformazione delle antenne e persino la gestione dell’energia a parte dei sistemi operativi.

Nell’account GitHub di Singapore viene illustrato il processo che hanno adottato per derivare i parametri di calibrazione di numerosi dispositivi.

Il corpo umano, essendo composto perlopiù di acqua, costituisce una barriera importante alla propagazione dei segnali BT a 2.44 GHz.

In una situazione in cui due persone sono una di fronte all’altra, se una delle due mette il suo telefono nella tasca posteriore dei pantaloni si può determinare un cambiamento nella rilevazione di -15dB e quindi di 8 volte nella distanza stimata.

Fortunatamente le persone non stanno immobili, i segnali sono anche riflessi dall’ambiente ed inoltre variano nel tempo per cui questa stima oscilla. Se la rilevazione viene effettuata molte volte nell’arco di tempo considerato (es una volta ogni 5-10 secondi), e prendendo in considerazione la frequenza con cui il segnale è ricevuto ad alta potenza, è comunque possibile stimare se due persone siano state “vicine”, nell’arco di tempo dei 15 minuti arbitrariamente indicato dall’ECDC per considerare una soglia di rischio elevato.

Si possono utilizzare altre strategie per migliorare le stime in rilevazioni punto-punto di questo genere. Ad esempio, si può prevedere che un telefono sia sulla nostra scrivania in un ambiente di lavoro o in una borsetta sulla base della luminosità rilevata dal sensore ottico che sia in mano o in luogo meno frontale rilevando lo stato dell’accelerometro; la potenza dei wi-fi ricevuti ci può suggerire se ci si trova all’interno o all’aperto; possono essere emessi e rilevati ultrasuoni per fornire elementi ulteriori di stima della prossimità. Tutte queste strategie non ci dicono “siete distanti 1,5 m” ma ci possono fornire una indicazione assai utile sul fatto che due persone siano effettivamente vicine.

Un’ulteriore strategia per ridurre la variabilità e quindi l’imprecisione nella stima della distanza può essere quella di considerare una pluralità di rilevazioni e di effettuare delle triangolazioni multiple in un grafo.

In luoghi popolati, come ad esempio gli uffici, il rischio di contagio è maggiore ed in genere sono presenti più di due dispositivi. L’insieme dei segnali dà vita ad un grafo ricco di indicazioni, come nella figura. I bordi sul grafico rappresentano la presenza di misure di indicazione della potenza del segnale ricevuto (RSSI) tra i diversi dispositivi. I bordi più corti, in grassetto per enfasi, rappresentano segnali più forti che, analizzati da un server centrale, possono portare a stime migliori.

https://lh5.googleusercontent.com/03HPBaH15vKaPgCAUbxsgshF_YvZmVjWjAbjSybChJmZKhgnOemPJgwiROFRL1hHJUbHan2wPiWX46-2MqPK31n4zCOTTowwx_ws2MfWl7pLJ8d_55a45uznsoZgKKwY2czSxRPd

Gli iPhone, a differenza degli Android, quando si spegne lo schermo cessano di inviare segnali Bluetooth e li ricevono solamente: sono muti ma non sordi. Quando un Android, che invece non è né muto né sordo, si avvicina ad un iPhone, l’iPhone rileverà il segnale emesso dall’Android (e quindi saprà di essere statovi vicino) ma l’Android non rileverà alcun segnale dall’iPhone e quindi non saprà di esservi stato vicino.

Naturalmente, nel caso di un modello di rilevamento a grafo, l’iPhone può comunicare al server centrale di avere visto l’Android ed il server può comunicare all’Android che si trovava vicino ad un iPhone. In un contesto con soli iPhone, tutti sono muti e quindi non si rilevano. Inserire degli Android che emettano dei segnali, può servire a risvegliare gli iPhone dal loro torpore e consentire la triangolazione della stima.

Nel caso di un rilevamento punto-punto questo non può essere fatto; sia i contatti iPhone-Android che i contatti iPhone-iPhone non possono essere correttamente rilevati. Per questa ragione Apple e Google hanno collaborato per realizzare un sistema basato su Bluetooth LE di rilevamento di una prossimità a rischio ed inserendo questa funzionalità a livello di sistema operativo, riservandone l’uso ad una sola applicazione per Stato, indicata dalle Autorità sanitarie.

I modelli più recenti di iPhone possiedono anche una radio ultrawideband, che è un’altra tecnologia per trasmissione dati con banda molto elevata che si basa su un principio diverso rispetto al bluetooth e che viene usata anche in alcune applicazioni radar. Questa radio consentirebbe stime molto precise della distanza (dell’ordine dei cm.) ma è presente solo su un numero assai limitato di dispositivi.

Il Contact Tracing pubblico

Una pratica prevista nella gestione delle epidemie è il tracciamento dei contatti delle persone risultate positive: personale opportunamente addestrato intervista i pazienti positivi e ricostruisce la rete dei contatti che hanno avuto nei giorni precedenti. L’arco di tempo considerato corrisponde al periodo massimo in cui egli possa essere stato infetto ed aver contagiato altre persone.

Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, il periodo di incubazione, durante il quale una persona è contagiosa, varia da 2 a 14 giorni. Non è semplice sapere a chi siamo stati vicini, entro circa un paio di metri, per circa 15 minuti, nelle ultime due settimane. Una app, gestita dal sistema sanitario, che sfrutti la stima di prossimità di due dispositivi può dare un contributo.

Scambiandosi un codice anonimo due dispositivi possono registrare la loro prossimità per contatti ad alto rischio. Quando una persona viene riscontrata positiva, il suo identificativo viene inserito da parte del personale sanitario in un sistema da cui ogni smartphone lo preleva e lo confronta con l’elenco dei codici che ha registrato. Se risulta che il nostro smartphone ha avuto un contatto a rischio con la persona positiva, ci vengono presentate indicazioni su come ci si deve comportare.

Essendo un sistema che riguarda tutta la popolazione del Paese, gestito dallo Stato (che ha anche il monopolio della forza) è oltremodo importante assicurare che non tutti i contatti vengano tracciati, ma solo quelli a rischio elevato; è necessario che i dati siano anonimi ed il sistema sicuro anche per evitare che vengano inserite false attestazioni di positività.

Un sistema di rilevamento punto-punto elimina la necessità di raccolta dei dati centralmente da parte dello Stato ed è sufficiente per poter stimare la prossimità, anche grazie al lungo arco di tempo oggetto di considerazione per registrare un contatto (15 minuti). L’obiettivo di questa applicazione non è infatti segnalare alle persone il superamento di determinate soglie, ma essere in grado a posteriori, molti giorni dopo, di segnalare l’avvenuto contatto con persone poi risultate positive.

Come esposto in precedenza, per poter rilevare contatti iPhone-Android e iPhone-iPhone con un rilevamento punto-punto, è necessario che l’App utilizzi le funzioni fornite dal sistema operativo disponibili con gli ultimi aggiornamenti appositamente realizzati da Apple e Google, come fa Immuni.

Bluetooth low energy in azienda

In ambito aziendale le esigenze sono diverse. Il D.lgs. n.81/2008 stabilisce una responsabilità del datore di lavoro per assicurare la salubrità dell’ambiente di lavoro[1].

L’interesse qui non è tanto quello di risalire ex post (14 giorni dopo) alla catena dei contatti, ma poter contribuire a prevenire la diffusione di contagi in azienda, notificando al momento, in near-realtime la possibilità di contatti ad elevato rischio, segnalando il superamento di soglie di assembramento previste per determinati luoghi (sale riunioni, mensa, ecc. anche al fine di una loro sanitizzazione), contribuire a gestire la presenza in azienda in postazioni di lavoro distanziate, ecc. Il tutto in stretto contatto con l’interlocutore sanitario che qui è il medico aziendale.

Inviare Alert quando si riscontrino contatti ad elevato rischio in near-realtime con un buon grado di precisione in ambienti chiusi, spesso con grande presenza di metallo, è cosa che si presta male all’utilizzo di un modello punto-punto di rilevamento bluetooth ma che, invece, può giovarsi grandemente di un modello a grafo. Questo perché dovendo fornire notifiche in tempo quasi reale, la stima dei contatti a rischio deve avvenire in tempi ridotti e quindi avere una accuratezza maggiore rispetto a quella ottenibile con un rilevamento punto-punto in un arco di tempo ridotto.

Nel caso aziendale, i destinatari sono solamente la popolazione aziendale di cui l’azienda ed il suo medico conoscono e gestiscono dati personali. Per questo motivo l’adozione di un server per la triangolazione, se realizzato con tutti gli accorgimenti di pseudonimizzazione, hardening (rafforzamento di sicurezza), e minimizzazione dei dati rilevati, non costituisce una criticità come invece potrebbe essere se un tale sistema fosse realizzato dallo Stato per la generalità della popolazione.

Conclusioni

Sebbene l’ingrediente di base sia lo stesso, ovvero l’utilizzo del Bluetooth LE per stimare la distanza in un arco di tempo, le applicazioni statale ed aziendale sono radicalmente differenti.

  • Una serve per supportare il contact tracing, è rivolta alla popolazione generale, gestita dallo Stato, prevede tempi di riscontro lunghi e quindi è attuabile con un rilevamento punto-punto, per cui è necessario utilizzare le funzionalità offerte al solo Stato da parte di Apple e Google.
  • L’altra serve per l’alerting e per la gestione degli assembramenti, è rivolta esclusivamente alla popolazione di un’azienda, opera solo all’interno del perimetro aziendale, prevede tempi di reazione brevi e quindi necessita di una maggiore accuratezza in tempi brevi ottenibile con un rilevamento a grafo.

___________________________________________________________________

  1. Simili applicazioni possono infatti considerarsi strumenti di protezione dei lavoratori secondo quanto previsto dalla normativa sulla salute e sicurezza sui luoghi di lavoro di cui al D.lgs. n.81/2008, dalle disposizioni del Protocollo condiviso di regolazione delle misure per il contrasto e il contenimento della diffusione del virus Covid-19 negli ambienti di lavoro” del 14 marzo 2020 s.m.i. e al D.L. 18/2020 “Misure di potenziamento del Servizio sanitario nazionale e di sostegno economico per famiglie, lavoratori e imprese connesse all’emergenza epidemiologica da COVID-19” (c.d. “Cura Italia”)

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