Sistemas de monitorización en tiempo real en entornos médicos Juan Santos García-Toriello

ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DEMONITORIZACIÓN DE PACIENTES El desarrollo del Sistema de Monitorización de pacientes para los servicios de cuidados intensivos se basará en la utilización de: Tecnologías de computadoras, control y comunicaciones Soportará la ejecución de un conjunto de aplicaciones informáticas que permitan superar las limitaciones que se presentan en el servicio con la monitorización manual del paciente

METODOLOGÍA La red que conforma el Sistema de Monitorización de pacientes críticamente enfermos, se basa en la familia de estándares IEEE 1073 (Medical Information Bus – MIB), estándar para la comunicación de Equipos Médicos, elaborado por el Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) y aprobado por la ISO (Internacional Standard Organization) como norma internacional. Dicho estándar define la comunicación de datos entre los equipos médicos en la cabecera del paciente y las computadoras destinadas a su cuidado en el hospital.

METODOLOGÍA (2) Teniendo en cuenta las definiciones del estándar IEEE 11073, el sistema de monitorización se soportará sobre una red de equipos médicos y computadoras como la mostrada en la figura.

METODOLOGÍA (3) La estación central constituye el elemento principal de la red local del sistema y alojará el sistema de información clínica (SIC) y la base de datos del sistema. Los equipos de monitorización del paciente en su cabecera se conectarán a la red a través de concentradores. Los concentradores, así como todas las computadoras de las habitaciones de hospitalización de pacientes, y el resto de las estaciones de trabajo que utilice el sistema, se conectarán a la estación central del servicio mediante la red local. La computadora de la habitación accederá a los equipos médicos que monitorizan a los pacientes hospitalizados en ella a través de los concentradores. A dicha computadora se podrán conectar tantos concentradores como camas tenga la habitación, teniendo en cuenta que habrá un concentrador por cada cama.

Arquitectura El Sistema de Monitorización será la aplicación informática que se ejecutará sobre la red de equipos médicos y computadoras descrita anteriormente. Sistema tendrá dos tareas generales fundamentales, las que derivarán en dos aplicaciones independientes que se complementarán: La recolección de datos desde los equipos de cabecera del paciente y su almacenamiento en la base de datos del sistema. La gestión del flujo de información en el servicio y el procesamiento de la información contenida en la base de datos del sistema, facilitando el trabajo del personal médico.

Arquitectura (2) La arquitectura propuesta para el sistema se basa en un marco gestor/agente en entorno Web, y en general se divide en dos partes bien diferenciadas, el entorno de integración y el entorno de ejecución o sistema de información clínica (SIC).

Entorno de integración Permite la gestión integrada y homogénea de los equipos utilizados por el sistema, tanto los equipos médicos de cabecera de los pacientes como los equipos informáticos. Unifica la información obtenida de ellos y la convierte en una ASN 1 (Notación de Sintaxis Abstracta) que entiendan todos los dispositivos. Para conseguir la gestión integrada y homogénea de los dispositivos: Empleo de un marco de gestión estándar, basado en el modelo de referencia OSI. Permite gestionar la información obtenida de los dispositivos médicos. Empleo de un marco de gestión estándar, aplicado en Internet, como SNMP (Simple Network Management Protocol), para gestionar la información obtenida de los dispositivos informáticos.

Gestión de la información obtenida de los dispositivos médicos Se realiza mediante una aplicación de recolección de datos que se ejecuta en la estación de trabajo de cada habitación. Uso de las normas establecidas por la ISO para la comunicación de equipos médicos en el ambiente de los cuidados críticos: VITAL para definir la representación de la información de signos vitales como un conjunto estructurado de objetos y métodos. IEEE (11073)-MIB para conseguir la interoperabilidad de los equipos médicos y la comunicación estándar de su información.

Gestión de la información obtenida de los dispositivos médicos (2) La estación de trabajo de cada habitación (Box) obtiene la información de los equipos médicos de cabecera a través del concentrador: Utiliza el gestor de datos que se comunica con el agente de datos del concentrador a través del protocolo CMDIP (Common Medical Device Information Protocol). La información obtenida se transforma en VITAL para ser almacenada en la base de datos MDIB (Medical Data Information Base). El encargado de mantener la base de datos del sistema al día es un agente VITAL, que atiende las peticiones por parte de un gestor. Las comunicaciones entre agente y gestor VITAL se realizarán también a través del protocolo CMDIP.

Gestión de la información obtenida de los dispositivos informáticos Empleo de un marco de gestión estándar, aplicado en Internet, como SNMP (Simple Network Management Protocol), para gestionar la información obtenida de los dispositivos informáticos: Se implementa la comunicación entre cada uno de los agentes SNMP “embebidos” en los equipos informáticos y de red, y un gestor SNMP. La comunicación entre el gestor y los agentes se realiza utilizando el protocolo SNMP. Cada agente SNMP es el encargado de mantener su propia MIB (Management Information Base) y de atender las peticiones por parte de un gestor.

Entorno de ejecución SIC Se encargará de la gestión del flujo de información en el servicio Facilitará el almacenamiento de la documentación electrónica del paciente Facilitará el trabajo del personal médico con la información contenida en la base de datos del servicio. El SIC se ubicará en la estación central del sistema. Podrá accederse desde las demás estaciones de trabajo.

Entorno de ejecución SIC (2) Funcionalidades del sistema: Adquisición de datos Se refiere a la recogida de datos desde los equipos médicos que se encuentran en la cabecera del paciente. Además el sistema debe notificar las alarmas que se producen en los equipos de cabecera. Registro Electrónico de Paciente El sistema gestionará la información relevante asociada a un paciente del servicio de medicina intensiva bajo la forma de Registro Electrónico de Paciente. el cual estará organizado para cada paciente por las diferentes estancias que haga en los servicios de cuidados intensivos. Proceso de ingreso en la UCI Cuando un paciente ingresa en la UCI se genera para él un nuevo episodio y el personal médico debe elaborar los documentos: Ingreso, Tratamiento, Evolución Médica, Evolución de Enfermería. Episodio del paciente El sistema facilitará las evoluciones médicas y de enfermería, así como de interconsultas en caso necesario Permitirá realizar diariamente otras funcionalidades como: Estudios Clínicos Cálculo de Balances, Modelos pronósticos e Índices estadísticos Gestión de Farmacia y Dieta Análisis de posibles donantes

Entorno de ejecución SIC (3) Proceso de alta desde la UCI Durante el cual se actualiza y/o genera toda la información asociada al tipo de alta que se produce. Gestión del sistema Es necesario que el sistema tenga asignado un gestor que asegure su óptimo rendimiento. Interoperabilidad con sistemas externos El sistema debe estar preparado para comunicarse con el Sistema de Información Hospitalaria (HIS) y aquellos servicios externos que permitan la conexión y que proporcionen información útil sobre la estancia del paciente en la UCI. Estos servicios externos pueden ser: Admisión, laboratorios, farmacia, etc.

Telemonitorización Se conoce como telemonitorización de pacientes al conjunto de sistemas técnicos y servicios médicos que permite realizar un control a distancia de parámetros y señales biológicas de enfermos que lo necesitan. La telemonitorización de pacientes es una de las prácticas más habituales en telemedicina, puesto que, empleada adecuadamente, permite incrementar la calidad de la atención prestada y aumentar la eficiencia de los servicios, fundamentalmente gracias a que facilita un seguimiento continuado de pacientes crónicos. Entre las aplicaciones más avanzadas se dan la telemonitorización de pacientes diabéticos, cardíacos y respiratorios, o personas de edad avanzada.

Telemonitorización Los dispositivos más utilizados en aplicaciones de telemedicina para medir parámetros y señales biológicas suelen ser: monitores de ECG, medidores de presión arterial y frecuencia cardiaca, pulsioxímetros y básculas digitales, etc. Pueden ser fijos, pero es habitual que sean inalámbricos. Estos conjuntos de sensores alrededor del paciente conforman lo que se suele denominar red corporal (Body Area Network, BAN) o red personal (Personal Area Network, PAN).

Telemonitorización Los servicios de telemonitorización se pueden clasificar en síncronos y asíncronos: Asíncrono: Obtención, almacenamiento y transmisión de señales para su posterior procesamiento, almacenamiento o visualización. Síncrono: Transmisión de señales simultánea a su obtención y destinada a su inmediata visualización, almacenado o procesamiento. Normalmente utilizado en el caso de pacientes de riesgo

Arquitectura telemonitorización

Arquitectura telemonitorización

Monitorización (problemas) Dificultad para integrar adecuadamente la información de telemonitorización obtenida sobre los pacientes con los sistemas de información sanitaria utilizados rutinariamente por los profesionales en su seguimiento, lo que limita el uso que le da a esos sistemas. Dificultad para que dispositivos de monitorización heterogéneos convivan en una red PAN de usuario de manera lo más similar a un paradigma de funcionamiento plug-and-play. La sustitución de los elementos es frecuentemente necesaria. Se pone de manifiesto la necesidad de diseñar sistemas de telemonitorización que puedan integrarse en sistemas de telemedicina de manera sencilla, lo más cercana posible al paradigma plug-and-play.

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Características principales Interoperabilidad Plug-and-Play: automatización de procesos Hot-Swap: cambio instantáneo de canal/puerto. Arquitectura cliente – servidor. Posibilidad de modificación parámetros del dispositivo. Señales discretas y continuas. Soporte de alarmas técnicas.

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Componentes del protocolo MDDL, Medical Device Data Language Nomenclatura y semántica DIM, Domain Information Model Modelo orientado a objetos que representa de manera abstracta, como objetos con sus atributos y métodos, entidades del mundo real en el dominio de la comunicación de información de signos vitales. procede directamente de la norma CEN VITAL. Define todas las partes funcionales del dispositivo médico: Sensor, canales, alarmas, tipo de datos… MDAP: Medical Device Application Protocol Perfiles de Aplicación La norma MDAP define el conjunto de servicios que se usarán para comunicar información en forma de mensajes MDDL entre dispositivos médicos, entre sistemas DCC y BCC, en los tres niveles superiores (aplicación, presentación y sesión) del modelo de referencia OSI.

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Perfiles de aplicación Se definen dos modos de comunicación de datos: Baseline: se mandan datos nuevos constantemente Polling: los datos sólo se mandan bajo demanda Baseline mode Polling mode Dispositivo Médico Equipo Gestor Dispositivo Médico Equipo Gestor

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Tecnologías de Transporte Define la implementación de los perfiles de transporte y físico: IrDA-Based RS-232 Cable Connected IrDA-Based RS-232 Infrared Wireless (punto a punto) En proceso de normalización actualmente (?): Bluetooth Zigbee USB

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Visión Global El paciente transmite al hospital medidas tomadas diariamente a través de varios dispositivos médicos. Elementos del sistema: Gateway: asistente del usuario, gestor de medidas y comunicaciones Telemonitoring Server: enlace entre hospital y gateway, conversión de medidas para la base de datos (HCE) Servidor Hospital: almacén de datos del paciente

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Sistema final Tensiómetro y pulsioxímetro envían datos de presión arterial a través de un adaptador, conectados mediante USB y RS-232 Adaptador convierte datos en formato propietario a formato X73 y lo retransmite al Gateway mediante RS-232 Gateway envía datos sobre red IP hacia el servidor remoto 1 2 3

La norma ISO/IEEE X73 – PoCMDC Resultados Posibilidad de establecer escenarios de uso multi-dispositivo compartiendo el mismo protocolo. Desarrollo de aplicaciones más complejas de gestión de medidas de paciente. Mayor facilidad de “puesta a punto” de sistemas gracias a la capacidad plug-and-play. Nuevos perfiles de aplicación orientados a dispositivos llevables. …