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DISEÑO DE UN SISTEMA INTEGRADO PARA TELEREHABILITACIÓN PULMONAR.
M. Pardo, J. Marval y M. Angulo
Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”.
Centro de Ingeniería Biomédica. Puerto Ordaz, Venezuela.
[email protected]
Resumen: En Venezuela, en los últimos años, se ha observado un incremento en el número de casos de patologías respiratorias,
representando un grave problema que afecta alrededor de un 15 a 25% de la población, esto debido a distintas causas tales como la
contaminación ambiental, el cigarrillo, o el auge de enfermedades infecciosas, entre otras. El objetivo de este trabajo es el diseño de
un sistema software-hardware como aplicación de Telemedicina y basada en tecnologías libres, que permita no solo la captura de
parámetros biológicos del paciente asociados a sus volúmenes de funcionamiento pulmonar, sino que también logre almacenar y
visualizar exámenes como: resultados de laboratorio, radiografía, oximetría, espirometría, biopsia, y dando paso a la conformación de
una ficha resumen de la Historia Clínica Electrónica del paciente lo que permitirá efectuar la correspondiente valoración de función
pulmonar para establecer las acciones de rehabilitación más convenientes en cada caso. Los resultados obtenidos de las pruebas del
sistema integrado para telerehabilitación pulmonar muestran su amplia aplicabilidad, factibilidad, y alto desempeño, por lo que
representa una alternativa con numerosas ventajas en la atención de pacientes con patologías respiratorias.
Palabras clave: Telerehabilitación pulmonar, software libre, espirómetro.
Abstract: In Venezuela, in recent years have seen an increase in the number of cases of respiratory diseases, represent a serious
problem that affects about 15 to 25% of the population, that due to different causes such as environmental pollution, smoking, or the
rise of infectious diseases, among others. The aim of this work is to design a software-hardware implementation of Telemedicine and
free technologies based on allowing the capture of patient's biological parameters related to lung function volumes, and to achieve
store and view tests as laboratory results, radiography, oximetry, spirometry, biopsy, and giving way to the creation of a summary of
the patient's electronic health records will allow for making the assessment of lung function, to establish the most appropriate
rehabilitation actions in each case. The result of testing the integrated system for lung telerehabilitation show its wide applicability,
feasibility, and high performance, and thus represents an alternative with several advantages in the care of patients with respiratory
diseases
Keywords— Lung Telerehabilitation, free software, spirometer.
1.
INTRODUCCIÓN.
La población del país esta propensa a sufrir enfermedades del aparato respiratorio debido a distintas causas tales como: gran altitud,
abundante humedad, alta contaminación atmosférica, además de ser el 3 er país americano con mayor consumo de cigarrillos por
persona. Es un hecho que en Venezuela la asistencia médica de algunas localidades es limitada y en algunos casos inexistentes, por lo
que los pacientes deben trasladarse, a veces, grandes distancias hasta los centros asistenciales donde puedan prestarle un buen servicio,
generando una inversión de dinero, tiempo y comprometiendo además el estado de salud pulmonar del paciente; Es en estos casos
donde la Telemedicina representa una alternativa viable [1], [2].
Con el fin de continuar aprovechando las nuevas tecnologías en informática y telecomunicaciones para mejorar el sistema de salud
pública en Venezuela [3], surge el presente trabajo cuyo objetivo principal es diseñar y desarrollar un sistema software-hardware
basada en tecnologías libres, que permita la captura de parámetros biológicos del paciente asociados a sus volúmenes de
funcionamiento pulmonar, así como también logre almacenar y visualizar otros exámenes y estudios de interés, estableciendo altas
políticas de seguridad para el acceso a los datos, brindando el nivel de privacidad requerida al momento de manejar información
médica del paciente, y ofreciendo así una solución eficaz a un problema que afecta directamente a una gran cantidad de la población
con problemas de tipo respiratorio.
El trabajo está estructurado básicamente en tres secciones. En la sección II se presenta el diseño del sistema, partiendo de la
descripción general y especifica del hardware implementado como equipo prototipo de espirometría, y la plataforma software de
interfaz que es capaz de capturar, almacenar y visualizar exámenes como: resultados de laboratorio, radiografía, oximetría,
espirometría, biopsia, entre otras funciones como el establecimiento de las correspondientes recomendaciones para la terapia de
rehabilitación para cada caso médico en estudio. En esta sección también se muestran los resultados de las pruebas realizadas y
correspondientes análisis. Finalmente en la sección III se presentan las conclusiones del trabajo.
2. DESARROLLO.
1.
Métodos y Materiales.
1.1 Descripción General del Sistema.
En la Ffigura 1 se muestra un diagrama de bloques indicando la estructura general de la propuesta: del lado del servidor se tiene una
base de datos MySQL que contendrá los registros tanto de los usuarios como de los pacientes. La aplicación web esta realizada con
los lenguajes de programación HTML, XHTML, PHP, CSS, JavaScript y AJAX. El cliente, es el ordenador con acceso a internet el
cual deberá estar bajo sistema operativo Linux. El hardware de obtención de datos médicos, en nuestro caso es un espirómetro
digital prototipo que es conectado al ordenador vía USB, para la captura y envío de información.
1
Figura 1. Estructura general del sistema.
1.2 Diseño del Espirómetro Digital.
El equipo biomédico prototipo diseñado es capaz de medir la capacidad pulmonar de un paciente [4], [5], [6]. Su principio de
funcionamiento se basa en el movimiento de una turbina, que gira por efecto del aire espirado por el paciente, de tal manera de
excitar a un par de optoacopladores cuya señal va a un circuito de acondicionamiento y posteriormente a un microcontrolador
PIC18F4550 para procesar la información [7]. Luego del procesamiento, se pueden observar los valores obtenidos de Capacidad
Vital Forzada (FVC), Volumen Espirado Máximo (FEV1) y %FEV1 como la relación entre FEV1/FVC, en una pantalla LCD;
además, estos valores son enviados al ordenador a través de la conexión USB y visualizados a través de una interfaz gráfica
desarrollada de manera particular para el equipo, o a través de la plataforma web para telerehabilitación pulmonar. En la figura 2, se
puede observar el diagrama del circuito electrónico del espirómetro diseñado.
Figura 2. Diagrama del circuito electrónico del espirómetro digital.
2
A continuación se presentaran los distintos modos de trabajo del equipo diseñado. En primer lugar, el usuario debe elegir si desea
trabajar con o sin la conexión USB, luego de lo cual se le presenta dos opciones: calibrar el equipo, o realizar directamente la
prueba de espirometría forzada. Para la realización de la prueba, el procesamiento lo realiza el PIC18F4550 a través del software
desarrollado. En la Figura 3 se muestra un diagrama de flujo con esta sección del programa considerando la previa declaración e
inicialización de variables, configuración de puertos, configuración de timer, inicialización de la LCD, y configuración del USB.
La lógica en general del programa está basada en la hipótesis de que la cantidad de pulsos enviados por el sensor en cada intervalo
de tiempo, es directamente proporcional al flujo de aire espirado por la persona, y al integrar el flujo de aire en un intervalo de
tiempo se obtiene el volumen medido en ese tiempo.
3
Figura 3. Diagrama de flujo de la lógica del programa del PIC. Sección Prueba
Se desarrollo también una interfaz gráfica propia para el equipo que permite visualizar los valores obtenidos a través de la prueba de
espirometría, así como los correspondientes valores teóricos calculados en función de la talla, masa corporal, edad, y sexo del
paciente. En la Figura 4, se puede observar los resultados obtenidos con el equipo para un paciente promedio.
4
Figura 4. Interfaz gráfica para el espirómetro digital diseñado.
1.3 Diseño de la plataforma Web.
La aplicación web está desarrollada con los lenguajes de programación HTML, XHTML, PHP, CSS, JavaScript y AJAX. El servidor
Web trabaja con sistema operativo Ubuntu, Apache 2, y base de datos en MySQL [8], [9]. En la Figura 5, se muestra el diagrama
de flujo de la aplicación web diseñada, con las principales funcionalidades de usuario desde crear una cuenta nueva, hasta moverse
entre las opciones del menú principal tales como: Inicio (volver a la pantalla principal), Mis pacientes (registrar, buscar, o eliminar),
Mis correos (enviar, recibir, revisar, eliminar), Mis exámenes (ingresar y guardar datos de: examen físico, exámenes de laboratorio,
radiografías, espirometrías, oximetrías, resultados de biopsias), Mis resultados (ingresar y guardar acciones terapéuticas
recomendadas), Ayuda (menú desplegable de ayuda), Cerrar sesión.
5
INICIO
3
No
No
¿Registrado?
Registrarse
¿Registro
exitoso?
Si
Si
Ingresar Datos
No
¿Datos
correctos?
2
Si
¿Edo.
Bloqueado?
No
Activar Sesión
1
Menú Principal
Inicio
Mis Pacientes
Mis Correos
Mis Examenes
Mis Resultados
Cerrar Sesion
Desactivar sesión
Si
¿Sesión
activa?
Ayuda
1
No
3
2
Figura 5. Diagrama de flujo general para la plataforma Web.
En la Figura 6 se muestra la pantalla de inicio de la aplicación, y en la Figura 7 el menú principal.
Figura 6. Pantalla página de inicio de la aplicación
6
Figura 7. Pantalla Menú principal de la aplicación.
2.
Resultados y Análisis.
Se realizaron pruebas al equipo y a la plataforma web a través del registro y carga de datos de pacientes. En la Figura 8, se muestra una
pantalla como resultado de la búsqueda del expediente de un paciente y en donde se observa los principales datos personales,
directorio para: exámenes físicos del paciente, exámenes de laboratorio, imágenes radiológicas, resultados de oximetría, espirometría,
biopsia, así como link para acceso a plantilla con sugerencias terapéuticas o de rehabilitación especificas, organizadas por fecha.
Figura 8. Pantalla resultado de la búsqueda de un paciente registrado.
7
De la misma manera se trabajo con el espirómetro diseñado. En primer lugar se compararon los valores arrojados por el prototipo y se
compararon con los valores de un equipo comercial VITALOGRAPH, modelo ALPHA III, según muestran las tabla 1 y 2,
observándose buena exactitud.
La otra prueba consistió en verificar la captura de los datos, y su envío por medio de la conexión USB a la PC, para ser visualizados en
la plataforma Web. Al finalizar la prueba el programa habrá captado los datos del equipo, mostrando las graficas de Volumen/Tiempo y
Flujo/Tiempo (Figura 9).
Tabla I. FVC prototipo y FVC Equipo Comercial
Edad
Sexo
Masa C.
Estatura
FVC
FVC Equipo
Error
(años)
(Kg)
(cm)
Prototipo
Comercial
(L)
(L)
Persona 1
19
F
55
170
3,70
3,60
2.7%
Persona 2
25
F
47
155
3,22
3,33
3.3%
Persona 3
22
M
70
170
4,97
4,97
0%
Persona 4
20
M
85
175
4,70
4,62
1.7%
Persona 5
27
M
80
182
4,75
4,80
1.04%
Persona 6
19
F
47
160
3,51
3,51
0%
Persona 7
26
M
95
187
5,10
5,23
2.4%
Persona 8
20
M
80
171
4,32
4,20
2.8%
Persona
Persona
Persona
Persona
Persona
Persona
Persona
Persona
1
2
3
4
5
6
7
8
Edad
(años)
Sexo
19
25
22
20
27
19
26
20
F
F
M
M
M
F
M
M
Tabla II. FEV1 prototipo y FEV1 Equipo Comercial
Masa C.
Estatura
FEV1
FEV1 Equipo
(Kg)
(cm)
Prototipo
Comercial
(L)
(L)
55
170
3,00
3,10
47
155
2,82
2,89
70
170
3,72
3,67
85
175
3,89
3,80
80
182
3,99
3,91
47
160
2,61
2,61
95
187
4,11
4,01
80
171
3,69
3,69
Error
3.2%
2.4%
1.3%
2.3%
2.04%
0%
2.5%
0%
Figura 9. Pantalla para mostrar los resultados de los pruebas de Espirometría.
8
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
III.CONCLUSIONES
La aplicación de las tecnologías de información y comunicación en salud, ha demostrado ser una alternativa viable para la
mejora de los procesos, los sistemas y los servicios, al hacer más eficiente y práctico el manejo de información médica del
paciente.
El espirómetro digital diseñado es robusto, portátil y fácil de utilizar. La medición de FVC y FEV1 se obtiene de forma
rápida con buena exactitud. Sin embargo, la realización de la prueba de espirometría requiere de un entrenamiento
especializado.
3. La plataforma web posee una interfaz sencilla de fácil manejo, que permite el acceso y análisis de los datos médicos del
paciente para el seguimiento y control de patologías de tipo respiratoria a través de las terapias recomendadas en cada caso.
IV.REFERENCIAS
Telerehabilitación: Una propuesta para el diagnosticoy tratamiento de enfermedades pulmonares. Disponible en:
http://www.hab2001.sld.cu/arrepdf/00342.pdf Consultada en 2010.
“Telemedicina y sus aplicaciones en las enfermedades respiratorias. Disponible en:
http://archivo.revistaesalud.com/index.php/revistaesalud/article/viewArticle/81/292
Consultada en 2010.
Pardo M., Patete J., et al., “Sistema para monitoreo remoto de los signos vitales de un paciente”. Cartagena Telemedicine
Conference. Cartagena – Colombia. Octubre 2009.
“Un Espirómetro Virtual: Diseño e implementación basados en análisis estructurado, transformada Wavelet discreta y
Matlab”.
Disponible
en:
http://campusv.uaem.mx/cicos/imagenes/memorias/6tocicos2008/Articulos/Cartel%207.pdf
Consultada en 2010.
“Modulo de instrumentación electrónica y software sobre Linux para espirometría”. Disponible en:
http://tesis.pucp.edu.pe/tesis/ver/1169 . Consultada en 2010.
“Manual
de
entrenamiento
en
espirometría”.
Disponible
en:
http://www.ssmn.cl/gestionred/ALAT%20Manual%20Espirometria.pdf Consultada en 2010.
Angulo, J., Angulo, I. Microcontroladores PIC: Diseño práctico de aplicaciones. McGraw-Hill, 1997.
“Un proyecto de código abierto en PHP para administrar la base de datos MySQL a través de una interfaz web. Descripción
funcionalidades y ayudas para la instalación.”; Disponible en: http://www.desarrolloweb.com/articulos/844.php Consultada
en 2010
“Tutorial de Apache, servidor web”; Disponible en: http://www.ayuda-internet.net/tutoriales/desarrollo/apache/index.html
Consultada en 2010
9