Sistema de monitoreo remoto de pacientes enestado crıtico utilizando la infraestructura de

telecomunicaciones existente en Colombia

Christian Cifuentes1, Carlos Vargas1, Cesar Sanchez1, Juan Leon1, FabioMartinez1, and Eduardo Romero Ph.D1

Computer Imaging and Medical Applications Laboratory - CIM&LAB - Cra 30 No.45-03 Facultad de Medicina - Edif. 471, Universidad Nacional de Colombia, Bogota,

Colombiaedromero@unal.edu.co

Resumen La implementacion de sistemas de telemedicina en paıses envıa de desarrollo, requieren adaptar la tecnologıa a la infraestructura decomunicaciones existente, con el objetivo de permitir el acceso a serviciosmedicos especializados a la poblacion residente en regiones apartadas delos centros urbanos . Este artıculo presenta el desarrollo de un sistemade monitoreo remoto de pacientes crıticos en tiempo real, disenado pa-ra usar una infraestructura de comunicaciones limitada y de bajo costo.El sistema propuesto se integra con el sistema de telemedicina “SARU-RO“de la Universidad Nacional de Colombia y permite el registro delas tres biosenales basicas (ECG, SpO2 y NIPB), usadas en el monito-reo de pacientes en estado crıtico. El sistema desarrollado ha permitidola atencion remota de 420 pacientes, disminuyendo en 82 % el total deremisiones y costos generados en el traslado del paciente.

Keywords: Telemedicina, Equipos Medicos, Unidad Cuidado Intermedio

1. Introduccion

Uno de los principales retos que afrontan los servicios de salud en AmericaLatina, es el difıcil acceso a las zonas geograficamente alejadas de los centros ur-banos [3,8,9,11], debido a factores como el aumento de costos en el sector salud,la ineficiencia en el uso de los recursos existentes y la escasez de personal califica-do para el manejo de pacientes en estado crıtico [3,8]. Una de las estrategias masutilizadas para afrontar este reto, es la telemedicina [12] 1. Actualmente, estapractica medica permite el acceso a servicios medicos especializados a personasresidentes en zonas apartadas y de bajos recursos. Especialidades como Radio-logıa, Dermatologıa, Infectologıa, Patologıa, entre otras, pueden implementarse

1 La telemedicina es la practica de la medicina y de sus actividades conexas, como laeducacion y la planeacion de sistemas de salud, a distancia, por medio de sistemasde comunicacion. [12]

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en estas regiones, disminuyendo notablemente los tiempos de respuesta y los cos-tos de trasporte, mejorando la calidad de la intervencion, tanto de la informacioncomo del paciente [8,9,10]. La trasmision de esta informacion (Historias clınicas,imagenes medicas, biosenales, entre otras), requiere de ciertas caracterısticas enel sistema de comunicaciones sobre el cual se trabaja. Por esta razon, la aplica-cion de sistemas de telemedicina en paıses en vıa de desarrollo, requiere de laapropiacion del conocimiento para lograr un acceso efectivo a servicios medicosespecializados a la poblacion residente en zonas apartadas, utilizando para ellola infraestructura de comunicaciones existente en la region. En general, la mayorparte de las especialidades ofrecidas no funcionan en tiempo real, debido a lalimitacion de los canales de trasmision disponibles en muchas de estas regiones[2]. Por esta razon, en paıses como Colombia, el monitoreo remoto de pacientesen estado crıtico es muy limitado [12].

En Colombia, segun datos reportados en entidades oficiales, de los 1.101 mu-nicipios que hacen parte del territorio nacional, menos del 40 % cuenta con accesoa internet de fibra optica. Adicionalmente, la red de servicios del sector publico,constituida por cerca de 3000 puestos de salud (128 de de los cuales cuentan concapacidad de hospitalizacion), cuenta con sistemas de comunicaciones pobres [2].Sin embargo, mas del 90 % del paıs cuenta con cobertura de red celular [2,12],razon por la cual es necesaria la adaptacion de los sistemas de telemedicina a lavariabilidad de la red movil, cuyo mınimos estandar (GSM) estan alrededor delos 9.6 Kbps, sobre todo en aplicaciones que requieren el seguimiento en tiemporeal de pacientes en condiciones crıticas o Telemonitoreo [5].

El Telemonitoreo, en el contexto medico, se refiere a la vigilancia remotade un paciente [3,5,8,12], con el objeto de supervisar directamente la evolucionde un paciente, incluyendo el seguimiento de parametros fisiologicos basicos 2,por parte de un especialista. Uno de los servicios mas comunes en la literatura,es el telemonitoreo cardıaco o telecardiologıa, el cual tiene como proposito laprevencion, diagnostico y tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Estossistemas utilizan electrocardiografos estandar, capaces de almacenar la informa-cion y enviarla (a traves de internet) a un centro de referencia. Estos sistemasrequieren generalmente de conexiones constantes y estables, superiores a los 100Kbps, dado que son disenados para funcionar usando Ethernet[12].

En la literatura existen varios desarrollos en sistemas de monitoreo [8,12].Uno de los sistemas de telemonitoreo aplicado mas destacado, es el sistema deTelemedicina de las Fuerzas Armadas Espanolas [4], la cual utiliza circuitos te-rrestres dedicados, radioenlaces y comunicaciones via satelite que permiten hacerexploraciones en tiempo real en varias especialidades, como: oftalmologıa, der-matologıa, radiologıa, resonancia magnetica y telemetrıa de signos vitales contrasmision/recepcion de senales basicas (ECG, SPo2, NIBP y Temp.). Por otrolado, el proyecto del instituto Europeo de Tele-cirugia de Estrasburgo, y el pro-

2 Los signos vitales son indicadores que reflejan el estado fisiologico de los organosvitales. Expresan de manera inmediata los cambios funcionales que suceden en elorganismo. Su determinacion tiene particular importancia en los servicios de urgenciay unidades de cuidado intermedio - UCI

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grama ARGONAUTA (Austral On-line Network for Medical Auditing and Tele-asistance) que funciona en Argentina [7], permiten realizar tanto telemonitoreocomo asistencia remota directa a pacientes en estado critico, sin embargo, estossistemas requieren de conexiones de internet adecuadas, por lo cual su aplicaciondirecta usando red celular de baja capacidad no es posible.

Figura 1. La figura muestra el esquema general de la implementacion del sistema demonitoreo remoto de pacientes en estado crıtico, acoplado al sistema de Telemedicina”SARURO“ de la Universidad Nacional.

En este artıculo, se describe el desarrollo de un sistema de monitoreo remotode pacientes integrado al sistema de telemedicina ”SARURO“[9,10,11]3 de laUniversidad Nacional de Colombia (ver Figura 1), disenado para utilizar losmınimos recursos de red internet disponibles en el paıs (Red celular GSM - 9.6Kbps). El dispositivo desarrollado permite la vigilancia remota de los signosvitales basicos (ECG, NIBP, SPO2), usando diferentes canales de trasmision,desde redes de fibra optica hasta redes celulares e internet satelital. El uso deeste equipo, hasta la fecha, ha permitido la atencion de 420 pacientes, bajo laespecialidad de medicina interna, en lugares apartados de la geografia nacionalcomo: Guaviare, Caqueta, Magdalena, entre otros; los cuales fueron atendidosen hospitales de primer y segundo nivel de su municipios, bajo la supervision entiempo real de un especialista, ubicado en el centro de referencia en Bogota. Deacuerdo con los centros remisores, el 82 % de los pacientes tratados hubiesen sidoremitidos a centros de salud de mayor complejidad si no contaran con el servicioofrecido, lo cual demuestra el alto impacto tanto en la reduccion de costos,

3 Esta aplicacion ha sido desarrollada bajo arquitecturas Java J2EE, cumpliendo conlos estandares internacionales DICOM para el manejo de imagenes y Hl7.

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disminucion de tiempos de atencion y calidad del servicio de salud ofrecido a cadapaciente. En la seccion Metodologıa, se describe el diseno del sistema, en terminosde Hardware y Software. En la seccion Casos de uso, se presentan los resultadosobtenidos con el sistema en funcionamiento, mostrando las bondades del sistemaimplementado. Finalmente, se presentaran las conclusiones y perspectivas detrabajo futuro en la seccion Conclusiones y trabajo Futuro.

2. Metodologıa

Los sistemas de telemedicina permiten monitorear permanentemente y demanera remota a un paciente en estado crıtico, mientras es trasladado o esta ala espera de la atencion de un medico especialista en el hospital rural en el quese encuentre [3,8,12]. Sin embargo, estos sistemas son disenados bajo el supuestode contar con una infraestructura de comunicaciones adecuada, por lo cual, nopueden ser implementados en lugares geograficamente apartados de los centrosurbanos. Esta seccion muestra el diseno de un sistema de monitoreo remoto quese adapta a la infraestructura de comunicaciones colombiana. El diseno propuestoconsta de dos fases: Diseno de Hardware y Diseno de Software:

2.1. Diseno de Hardware

El sistema de monitoreo remoto desarrollado, permite la adquisicion y visua-lizacion automatica de los tres signos vitales basicos: Electrocardiografıa (ECG),Presion Arterial no Invasiva (NIBP) y Oximetrıa de pulso (SpO2). Para esto, seutilizaron modulos de adquision independientes o modulos OEM para cada unade las senales biologicas mencionadas. Estos modulos, cumplen con los estandaresinternacionales mınimos para su uso en pacientes, y obedecen las especificacionestecnicas de comunicacion referenciadas en el cuadro 1.

Cuadro 1. Caracterısticas protocolos de comunicacion Modulos OEM. Las tramasgeneradas por cada una de los modulos tienen un tamano de 8 bits, en la cual seenvıan tanto datos como ordenes de control.

Modulo OEM Caracterısticas

Modulo ECG Estandar RS 232 a 9600 Baudios.Modulo SpO2 Estandar RS 232 asıncrono a 115.200 BaudiosModulo NIBP Estandar RS 232 a 4800 Baudios

Cada uno se los modulos, se acopla utilizando un sistema embebido (Kernelde Linux 2.4), en el cual se sincronizan y organizan las tramas. De esta forma,es posible controlar y procesar el sistema, y trasmitir las senales biologicas delpaciente, como se observa en la figura 2.

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Figura 2. La figura muestra el esquema general de las fases del Diseno del Hardware

El monitor disenado puede ser controlado localmente a traves de una pan-talla tactil que permite visualizar las senales en tiempo real (ver figura 3), obien puede controlarse de manera remota a traves de internet con una aplica-cion disenada para tal fin. Este control es utilizado por los especialista (en elcentro de referencia) para modificar los parametros de visualizacion y obtener lainformacion especıfica que requiere del paciente.

Figura 3. El sistema de monitoreo remoto permite visualizar de una forma agradablelas ondas de ECG (I, II, y III) y SpO2, datos de frecuencia cardıaca, calculo de PresionArterial no invasiva. El sistema permite modificar parametros de visualizacion, demanera local como remota.

Este sistema utiliza un adatador Wifi para conectarse a una red local, con elcual obtiene el acceso a internet necesario para el monitoreo y control remoto delas funciones basica del monitor. Este acceso se hace directamente vıa Ethernet,o traves de modems de proveedores de red celular.

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2.2. Diseno de Software

El diseno del software incluye los modulos requeridos para la adquision, visua-lizacion y trasmision de los datos capturados por los componentes electronicospara permitir la monitorizacion remota del paciente. Cada una de estas fasesconstituye un modulo:

Modulo de adquisicion de senales: Se refiere hardware y software quepermiten la captura de las senales biologicas.La interfaz de visualizaciontanto local como remota fueron desarrolladas en JAVA, lo cual da al siste-ma desarrollado la portabilidad requerida por el sistema de informacion detelemedicina ”SARURO”[9,10,11].Modulo de monitorizacion local y trasmision: Software que permiteal medico tratante la visualizacion de las senales capturadas y la trasmisionde estas al centro de referencia, para el manejo del medico especialista.Modulo de Almanenamiento y Servidor de Comunicaciones: Softwa-re que permite el almacenamiento centralizado de la informacion y establecela comunicacion entre el transmisor y el receptor. Existen dos formas detransmitir la informacion: sin compresion y con compresion. En la primera,la trama es transmitida con una secuencia temporal de los datos de ECG,SpO2 y Presion Arterial. Para el caso de transmision con compresion, elprocesamiento de estas secuencias se divide en tres pasos: Aplicacion de latransformada wavelet sobre las tramas, seleccion de coeficientes y codifica-cion de Huffman [1,6].La transformada wavelet permite descomponer la senal en un conjunto decoeficientes a partir de los cuales se puede reconstruir la senal [1,6]. Cuando seobtienen los coeficientes, se procede desde las bajas frecuencias a seleccionarel subconjunto de coeficientes que seran transmitidos, con lo cual es posiblereconstruir la senal en el servidor. Antes de ser transmitidos, los coeficientesseleccionados son comprimidos mediante un codificador de Huffman [1,6], quepermite la construccion de un codigo de mınima redundancia dependiendode la probabilidad de ocurrencia de los diferentes coeficientes. Esta estrategiapermite tasas de compresion de aproximadamente el 80 % [1,6] comparandoel tamano de la trama comprimida con la trama inicial.Modulo de Monitorizacion Remota y Recepcion: Software que permi-te la visualizacion remota de las senales y la operacion remota del dispositi-vo. Este modulo despliega una interfaz grafica (ver figura 3), presentadas deforma similar tanto en el centro de remision como en el centro de referencia.

3. Casos de uso

El sistema de telemonitoreo remoto de pacientes en estado crıtico presentadoen este articulo, ha sido utilizado en los ultimos anos en proyectos de Telemedici-na de la Universidad Nacional de Colombia, en conjunto con entidades estatalescomo Caprecom y la Fuerza Aerea Colombiana. Esta seccion muestra el impactopositivo del monitor de signos vitales en la poblacion y el uso del mismo en losservicios de Telemedicina mencionados.

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3.1. Red Telemedicina - Ministerio de Proteccion Social/Caprecom

El Centro de Telemedicina de la Universidad Nacional de Colombia, en elmarco de los convenios suscritos entre la Universidad, Ministerio de la ProteccionSocial (MPS) y Caprecom EPS desde el ano 2008, ha implementado la prestacionde servicios de consulta medica especializada y cuidados intermedios bajo lamodalidad de telemedicina en 43 municipios de 11 departamentos a lo largo detodo el territorio nacional. El sistema de telemonitoreo remoto de pacientes fueutilizado en 3 unidades de cuidado intermedio en los departamentos de Guaviare,Caqueta y Magdalena, y en algunas brigadas de salud realizadas por el Centrode telemedicina. Un total de 420 pacientes fueron atendidos remotamente porun especialista en medicina Interna, distribuidos de acuerdo al cuadro 2.

Cuadro 2. El cuadro muestra la distribucion de casos atendidos en los hospitales enlos cuales estuvo en funcionamiento el sistema de monitoreo remoto desarrollado.

Centro Remisor Cantidad de casos reportados

San Jose del Guavire - Guaviare 352San Vicente del Caguan - Caqueta 28

Plato - Magdalena 29Brigada de Salud 6

Del total de casos reportados, el 82 % de los pacientes hubiese sido trasladadoo remitido a un hospital de mayor complejidad, lo cual demuestra el beneficiosocial y sobre todo economico generado por el sistema desarrollado.

3.2. Trasferencia tecnologica Fuerza Aerea Colombiana

El Centro de Telemedicina de la Universidad Nacional de Colombia, fue elencargado de disenar la red de telemedicina que utilizara la Fuerza Aerea Co-lombiana (FAC) para la atencion en consulta medica especializada y cuidadointermedio de las poblaciones aledanas a las principales bases aereas. Esta redincluye el monitoreo a distancia de pacientes en condiciones crıticas durante sutraslado desde las areas rurales hasta los hospitales de tercer nivel de atencionen las principales ciudades. El sistema fue instalado en un total de 13 basesde las Fuerzas Armadas. El objetivo de este proyecto es reducir el numero deremisiones ejecutadas a diario por el personal de la fuerza aerea, con el fin deoptimizar los recursos de infraestructura y presupuesto. El sistema se encuentraactualmente en vigencia, sin embargo, no fue posible acceder a datos de uso.

4. Conclusiones y trabajo futuro

El sistema de telemonitoreo remoto de pacientes en estado crıtico, desarrolla-do en este artıculo permitio atender a la fecha un total de 420 pacientes. En cada

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caso, un medico especialista guio su atencion y tratamiento en tiempo real desdeel centro de referencia en Bogota. El sistema logro disminuir en 82 % el total deremisiones y costos generados en el traslado del paciente. El sistema de monito-reo es acoplado al sistema de Informacion para telemedicina “SARURO” de laUniversidad Nacional de Colombia, complementando la prestacion del serviciomedico a distancia ofrecido por la Universidad. Como trabajo futuro se planteael desarrollo de sistemas de monitoreo remoto que ofrezcan mayor portabilidad,de modo que puedan ser utilizados tanto en los centro de salud de primer nivelubicados en los lugares geograficamente mas alejados e inaccesibles, como en losmedios de trasporte durante el traslado de un paciente (Ambulancias terrestreso aereas).

Referencias

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