Umbral Científico

ISSN: 1692-3375

umbralcientifico@umb.edu.co

Universidad Manuela Beltrán

Colombia

Varela Vélez, A. Oscar Iván; Gómez, B. Ernesto

PLATAFORMA DE COMUNICACIONES PARA LA MONITORIZACIÓN DE LA UNIDAD DE

CUIDADOS INTENSIVOS (UCI'S) HOSPITAL SANTA CLARA E.S.E

Umbral Científico, núm. 14, junio, 2009, pp. 107-118

Universidad Manuela Beltrán

Bogotá, Colombia

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=30415059010

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Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

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PLATAFORMA DE COMUNICACIONES PARA LA MONITORIZACIÓN DE LA UNIDAD DE CUIDADOS INTENSIVOS (UCI’S) HOSPITAL SANTA CLARA E.S.EA. Oscar Iván Varela Vélez M. Sc.*, B. Ernesto Gómez M. Sc. **

RESUMEN: Este artículo describe la elaboración y los resultados obtenidos en la construcción y puesta en marcha de la plataforma de comunicaciones para la monitorización de la unidad de cuidados inten-sivos del Hospital Santa Clara E.S.E. El cual se llevo a cabo a través de un portal basado en Dot Net Nuke sobre el Framework .NET de Microsoft y utilizando como elementos de telemonitoreo el protocolo de escritorio remoto (RDP) y el componente de computación en red virtual (VNC) todo soportado por la infraestructura de red del hospital, agregando elementos de seguridad y acceso. Como resultado de este proyecto, un medico autorizado, por medio de una conexión a Internet y utilizando un navegador Web, puede acceder remotamente y monitorear los signos vitales de sus pacientes los cuales se en-cuentran en la UCI, ofreciendo al mismo médico movilidad y a los pacientes una pronta respuesta a por parte de su medico cuando este no se encuentre presente.

PALABRAS CLAVES: Acceso Remoto, RDP, Telemonitoreo, Telesalud, VNC.

ABSTRACT: This article describes the development and results obtained in the construction of the com-munications platform for monitoring the intensive care unit of the Hospital Santa Clara ESE. This was carried out through a portal based on Dot Net Nuke and the Microsoft Framework. NET and using as an element of tele-monitoring the component Remote Desktop Protocol (RDP) and the Virtual Network Computing Component (VNC) all supported by the hospital’s network infrastructure, adding security features and access.As a result of this project, an authorized Doctor, through an Internet connection using a Web browser, can remotely access and monitoring vital signs of patients who are in the ICU, providing mobility a quick response to patients when their doctor is not present.

KEYWORDS: Remote Access, RDP, Telemonitoring, Telehealth, VNC.

1. INTRODUCCIÓN

La salud del individuo es definida por la OMS (Organización Mundial de la Salud) no solo como un es-tado de carencia de enfermedades, sino dentro de una noción de bienestar global, en el cual entra en consideración un conjunto de parámetros que influyen en sus condiciones vida. Es sabido que tanto la esperanza de vida como la baja prevalecía de patologías del individuo dependen también de su medio ambiente, de sus condiciones de vida y de sus hábitos, desde los alimenticios hasta los recreativos. [1] De este modo, la Telesalud responde de manera más amplia a este concepto de salud que una sola de sus áreas como, por ejemplo la Telemedicina, Las especialidades médicas implicadas en la Tele-salud corresponden a la mayoría de las especialidades tratadas bajo modalidades presénciales, sin el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC). Estas se relacionan con los aspectos asistenciales y educativos. Las especialidades, en función del grado de urgencia en el cual se

Umbral Científico, Bogotá Colombia No.14 p.107 - 118. Junio de 2009

Fecha de recepción: Noviembre 19 de 2008

Fecha de Aceptación: Abril 24 de 2009

*GIAT/ Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia

**GITEM/ Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia e-mail: oscar.varela@umb.edu.co

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deben atender los problemas, pueden ser correlacionados con las soluciones TIC, brindando servicios de valor agregado o “e-servicios”. Estos servicios basados en TIC buscan mejorar los que se brindan presencialmente, ya sea por un mejor conocimiento experto, por mayor eficacia en el manejo de los tiempos o una eficiencia aumentada, permitiendo brindar soluciones sin desplazar el individuo.

Acceder remotamente al equipo de monitoreo central de la Unidad de Cuidados Intensivos del hospi-tal Santa Clara a través de Internet puede llegar a ser una herramienta muy potente en las manos de las personas indicadas ya que permite brindar soporte al personal médico o pacientes, solucionando muchas veces problemas o emergencias sin siquiera trasladarse físicamente. Además un sistema de telemonitoreo puede proveer servicios adicionales a la salud como:

• Mejora la calidad asistencial.• Fomenta la equidad llevando la atención a las áreas aisladas. (Utilizando equipos móviles)• Favorece la universalidad del acceso a todos los niveles asistenciales.• Provee apoyo científico y tecnológico a los profesionales.• Facilita la atención integral del paciente.• Optimiza procesos administrativos al aumentar la eficiencia del sistema de salud.• Aumenta el conocimiento de salud de la población y fomenta el auto cuidado.• Facilita la formación continua de los profesionales.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Basados en el concepto de Telesalud y tomando como base una de las ramas de la telemedicina lla-mada Telemonitoreo se desarrolla la solución para la monitorización de la unidad de cuidados intensi-vos.

2.1. Telemedicina como apoyo a Telesalud

Un sistema de Telemedicina consta cuatro estructuras básicas [2]:

• Una estación de captura y envió de la información médica: maneja, digitaliza y envía la infor-mación a estaciones remotas• Red de comunicaciones de la información médica: Infraestructura de comunicaciones que permite, a través de medios físicos y mediante la utilización de protocolos específicos, transmitir la información médica.• Estación o estaciones de recepción de la información médica: Estructura informática que per-mite recibir y recuperar la información médica en su forma original, así como manejarla y reproducirla de acuerdo a las necesidades médicas.• Sistema de almacenamiento y consulta de información médica: estructura que almacena infor-mación médica para poder acceder a ella desde estaciones remotas.

2.2. Telemonitoreo como parte de la Telemedicina

El Telemonitoreo consiste en capturar información de forma remota de un objeto o persona, en este caso de un paciente que se encuentra en observación clínica.

Las funciones básicas para la operación de una aplicación de Telemonitorización Hospitalaria se pue-den clasificar en 3 etapas así:

a. La captura y emisión de las señales biomédicas del paciente que está siendo monitorizado, conformada básicamente por:

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- Adquisición de las señales biomédicas a monitorear.- Captación, digitalización, manejo y compresión de las señales adquiridas.- Generación y emisión de las señales a ser transmitidas a través del medio de comunicación a emplear.

b. La etapa de transmisión de las señales biomédicas del paciente monitoreado, la con¬forman básicamente las siguientes funciones:

- Aceptación de las señales a ser transmitidas.- Transmisión de las señales.- Entrega de las señales a la unidad de observación.

c. La etapa de recibo, reproducción y manejo en la unidad de observación, de las señales biomé-dicas del paciente monitoreado. La conforman básicamente las siguien¬tes funciones:

- Recibo de las señales transmitidas.- Conversión y despliegue de las señales recibidas.- Manejo. impresión y grabación de las señales biomédicas recibidas. [3]

2.3. Unidad de cuidado intensivo (UCI) hospital Santa Clara E.S.P. [4]

Esta unidad tiene como función principal la atención de pacientes P.O.P. (Post-operatoria) y pacien-tes en situación crítica. Cuenta con instalaciones adecuadas, teniendo una central de enfermería con una visión periférica que permite observar a los pacientes, además los pacientes se encuentran en cubículos especiales los cuales les permiten total aislamiento para una mejor recuperación. Además la U.C.I cuenta con unidades de broncoscopía, prueba de función pulmonar en paciente ventilado, ventilación mecánica invasivo y no invasivo, P.O.P. (Post-Operatorio) de tórax, monitores compactos para urgencias medicas (Datex-Ohmeda), un monitor central con capacidad de visualización sobre los monitores compacto, 18 Camas U.C.I. adultos (15 intensivas y 3 intermedias) y 11 camas U.C.I. pediátricas (8 intensivas y 3 intermedias).

2.3.1. Recursos técnicos de la U.C.I.

La unidad de cuidados intensivos cuenta con: ventiladores micro procesados, ventiladores con moni-tor gráfico, equipos modulares para monitoreo invasivo y no invasivo y máquina de electrolitos.

2.3.2. Recurso humano

El recurso humano con que cuenta la U.C. I es de más alta profesionalización como médicos especia-listas en medicina interna y/o pediatría, con especialidad en neumología y/o cuidado intensivo, enfer-meras jefes con especialidad en UCI, Terapista respiratorias con especialidad en UCI.

2.4. Arquitectura de red [5], [6]

La red del hospital Santa Clara es una red basada en una topología tipo estrella, y conformada por un switch principal (CORE); encargado de segmentar en la red en diferentes VLAN’s, generando privi-legios de acceso y reduciendo el tráfico por broadcast. La red de datos de la U.C.I. tiene acceso al switch principal (CORE) a través de un enlace de fibra óptica; proporcionando una excelente veloci-dad de transferencia de datos en la red del hospital. Un router conectado a este mismo switch prin-cipal es el encargado de interconectar la red de datos del hospital, a la red de la secretaria de salud y otros hospitales del distrito, como así mismo permitir el acceso a Internet a diferentes usuarios del hospital.

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Hay que anotar que la red de datos del hospital es independiente a la red S/5 de los equipos de moni-torización que se encuentra en la UCI; La cual requiere un tratamiento especial.

2.5. SOLUCIÓN [7], [8],[9]

Para la elaboración del proyecto se tuvo en cuenta que el sistema a desarrollar es una aplicación WEB por lo que se utilizó una arquitectura, Cliente-Servidor, y fue desarrollada bajo Visual .NET, con motor de persistencia SQL, todo esto soportado por un sistema operativo de la familia Windows Server, por consiguiente una aproximación de la arquitectura se puede observar en la figura 3.

Como prototipo se desarrolló una aplicación en Visual Scribe, en la que se agregó el protocolo de escri-torio remoto (RDP) como componente para acceder al sistema central de monitoreo. Luego se realizó

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lo mismo pero con el componente TightVNC adaptado a .NET. Estos componentes son los encargados de realizar el acceso remoto hasta el equipo central de la U.C.I y así poder visualizar la información.

2.5.1. Telemonitoreo a través de acceso remoto

Uno de los métodos para realizar el Telemonitoreo es a través de un acceso remoto este consiste en centralizar aplicaciones que se encuentran en modo de usuario en un sitio remoto ya sea a través de una Intranet o sobre Internet. A esto se le conoce como escritorio remoto en donde los eventos de pul-sación de teclas y movimientos del mouse se transmiten a un servidor central donde la aplicación los procesa como si se tratara de eventos locales. La imagen en la pantalla del servidor central es transmi-tida al cliente y refrescada por intervalos de tiempo.

El diseño de estos protocolos se basa en los siguientes principios:

• Latencia: el retardo de las comunicaciones es más importante que el ancho de banda. • Balanceo de funcionalidad entre cliente y servidor. • Tipo de primitivas de representación gráfica. Existen cuatro posibilidades: gráficos de alto nivel, gráficos de bajo nivel, primitivas de dibujo en 2D y píxeles en bruto. • Compresión de los datos relativos a las actualizaciones de la pantalla. • Sincronismo de dichas actualizaciones. Definido por dos parámetros: la política de actualización de pantalla y la política de sincronización.

2.5.2. TECNOLOGÍA A UTILIZAR

Remote Desktop Protocol (RDP) [10] Es un protocolo basado en la familia de protocolos existente en la ITU T.120 y en la recomendación ITU T.136. Diseñado para proveer visualización remota y el envío de eventos, como funciones del mouse y teclado, a través de redes de comunicaciones hasta una aplicación que se ejecuta en un servidor Windows. Este sistema se considera de gran efectividad sobre todo tipo de redes, ya sea LAN, WAN o sobre conexiones vía telefónica (Dial-up). Soporta más de 64.000 canales de transmisión de datos separados y está diseñado para realizar transmisiones multipunto [11].

Muchas de la preocupaciones a la hora de utilizar un sistema de acceso remoto es relacionado con la seguridad, RDP utiliza un sistema de seguridad RSA y cifrado SC4 utilizando llaves de 56 y 128 bits. Una llave de 56 bits como seguridad bidireccional y 128 bits para habilitaciones de usuario.

RDP puede ser descargado y utilizado con Microsoft Internet Explorer o sobre cualquier otra aplicación que permita utilizar controles ActiveX, como Visual Basic, Visual C++, C#, etc.

Virtual Network Computing (VNC) [12]

VNC es una aplicación de acceso remoto que trabaja con el servidor http, y a través de una red permite el manejo de un computador, además permite realizar acciones como si se estuviera frente a él. Fun-ciona sobre varias plataformas por medio de un navegador Web y en conexiones de baja velocidad lo cual ofrece una gran ventaja ya que se puede acceder desde casi cualquier parte del mundo. El com-putador que se desea manejar se conoce como Server y al computador cliente que es el que accede al servidor se le conoce como Viewer ver Figura 4.

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Para la utilización de cualquiera de los dos componentes de desarrollo, RDP o VLC, se hace necesario utilizar el mecanismo NAT (Network Address Translation)1 o implantar un servicio VPN (Virtual Private Network)� esto porque las IP publicas del hospital se encuentran en uso y los equipos de red existentes permiten estas configuraciones, además se agrega una barrera más de seguridad.

Al final la plataforma de comunicaciones para la monitorización de la UCI se desarrolló de la siguiente manera:

a. La captura de los signos vitales del paciente es realizada por los monitores compactos datex-omeda y estos son centralizados en el equipo de monitoreo central a través de una red LAN Ethernet 802.3, 100BTX, este equipo central se conecta a la red del Hospital por medio de un enlace de fibra óptica 1000BSX (ver Figura 5).

b. Se implementó un mecanismo NAT para redirigir las peticiones del servicio de la Intranet y de Internet.

c. Se implanto una VPN para acceso desde Internet al aplicativo desarrollado.

d. Se desarrolló un aplicativo WEB con las siguientes características:

- Framework de desarrollo: Microsoft Visual Studio .NET 2003.- ServidordeAplicaciones:InternetInformationServer.- SistemaOperativo:Windows2003,WindowsXPoWindowsNT.1NAT (Traducción de Dirección de Red) permite acceder desde internet a direcciones privadas. �VPN (Red Privada Virtual) además de tener acceso desde internet se agrega seguridad adicional.

Figura 5. Arquitectura de red para la plataforma de comunicaciones en la UCI Hospital Santa Clara E.S.E.

Figura 4. VNC [12]

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- Navegador: Internet Explorer 6.0 o superior.- Componente MSRDP.cap- Componente TightVNC adaptado a .NET

3. RESULTADOS

3.1. Desarrollo

La versión Beta del producto se puso en marcha desde el 20 de septiembre de 2006, este mismo día se realizó la implementación en ambiente de pruebas y se impartió la capacitación al administrador de la plataforma Ing. Boris Orlaff Hernández.

El portal fue desarrollado sobre arquitectura Dot Net Nuke [13], [14], con las siguientes características:

o Security and Membership Provider (Proveedor de Seguridad y de Admisión).o Text/HTML Provider (Proveedor de Texto/HTML)o Logging Provider (Proveedor de Acceso)o Scheduler (Planificador)o Friendly URLs

Además el portal WEB tiene políticas de acceso escalables de seguridad, según sea el usuario (estudiante, médico, administrador, visitante). Estos pueden acceder desde Internet o a través de la Intranet

3.2. Pruebas

Se realizaron pruebas con los diferentes niveles de usuario obteniendo un comportamiento adecuado con los parámetros de diseño como:

- Usuarios no registrados no pueden acceder a la plataforma.- Una vez registrado un usuario se valida por el médico su nivel de acceso.- Los niveles de usuarios han sido respetados siendo el administrador y el médico los de más alto

nivel, en donde estos pueden manipular el sistema de monitoreo central.- La plataforma se configuró para que puedan acceder más de 500 usuarios al portal, pero solo 3

usuarios simultáneos en el sistema de monitoreo central, esto por efectos de funcionalidad y para proporcionar una presentación adecuada de la información.

Al sistema de monitoreo central solo se puede acceder una vez se haya registrado como usuario y este debe poseer los respectivos privilegios de seguridad. Ver Figura 6.

Tabla�.RelaciónActorvsUsuario

NUMERO ACTOR (ROL) USUARIO0� Visitante Estudiantedemedicina02 Médico Dr.GuillermoOrtiz03 Estudiante WilliamSarmiento04 Administrador BorisHernández

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En las pruebas de acceso remoto, una vez realizados los pasos para acceder al monitor central se puede observar que:

a. De acuerdo a la calidad de la conexión que posea el usuario, este debe seleccionar, el tamaño de la captura. Por ejemplo si tiene una conexión de 2Mbps puede realizar una captura en pantalla completa de 1024x768 píxeles.

b. La cantidad de usuarios concurrentes que pueden acceder al sistema depende del número de CAL (Client Access License), si utilizamos el componente RDP, además hay que tener en cuenta la capacidad de procesamiento del equipo.

c. Cuando se utiliza TightVNC [15] adaptado a .NET no es necesario obtener las “CAL” sino instalar la aplicación VNC server.

d. Cada vez que se realiza una nueva conexión se producen ráfagas de datos, estos se estabilizan aproximadamente en uno o dos segundos después.

En las tablas 2 y 3 se puede observar el comportamiento de la plataforma con ambos componentes RDP y TightVNC.

En la Tabla 2 y en la Figura 8 se observa claramente los efectos esperados, a medida que se aumenta el número de conexiones, la tasa promedio de Kbps aumenta pero no considerablemente, siendo que, con tres usuarios y una resolución 800x 600 la máxima velocidad registrada fue de 64Kbps.

Figura 6. Pantalla del portal una vez se ha ingresado con el rol “Médico”.

Tabla 2. Resultados prueba componente RDP

# Usuarios Resolución Promedio Kbps

% Utilización

CPU

0 0 0 3

1 640x480 10 12

� 640x480 18 17

3 640x480 �� 21

1 800x600 27 19

� 800x600 31 25

3 800x600 42 34

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Con el componente TightVNC los resultados obtenidos tienen el mismo comportamiento mostrado por el componente RDP, claro está, con una diferencia en la tasa de promedio de Kbps, dando como resultado máximo una tasa de 102 Kbps cuando se tienen 3 usuarios.

Comparando las pruebas de los dos componentes RDP y TightVNC (Figura 9 ) podemos considerar que RDP tiene un mejor compartimento en relación al ancho de banda consumido, en cambio TightVNC tiene un mejor comportamiento en cuanto al factor de utilización en los recursos de procesamiento.

Figura 8. Representación gráfica resultados obtenidos para el componente RDP

Tabla 3. Resultados prueba componente TightVNC adaptado a .NET

#Usr.

TipodeConexión

PromedioKbps

%Utilización

CPU

%Memoria

RAMFísica

0 0 0 � 34� 640x480 �� �5 392 640x480 79 �7 393 640x480 94 �9 404 640x480 �78 32 405 640x480 269 46 40� 800x600 70 �0,58 392 800x600 �36 2�,26 393 800x600 236 26,93 404 800x600 24� 30,06 405 800x600 365 36,5� 40

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4. DISCUSIÓN

Los resultados obtenidos son la respuestas a muchas horas de trabajo y esfuerzo, pero para tener una mejor aproximación a la realidad, se requiere incrementar el tiempo en la toma de las muestras en cada prueba, (Las pruebas fueron realizadas durante 18 horas cada una por 2 fines de semana) para posteriormente realizar su respectivo estudio.

Esta plataforma permitió a demás de la conexión al sistema de monitoreo central, la transmisión de video en formato IP sobre UDP lo cual fue de gran ayuda puesto que permitía una monitorización sobre el entorno de la UCI sin violar la privacidad de los pacientes.

Dentro del estado del arte se encuentran varios antecedentes relevantes [16], [17], [18] que aportaron al diseño de la plataforma, y se pudo determinar que en Colombia es el primer proyecto que integra en un portal especializado para Telemedicina módulos de Tele-educación, Telemonitoreo e historia clínica.

En relación, los costos de implementación comparados con los costos de movilidad para el personal calificado son adecuados generando sostenibilidad al proyecto.

Con el componente RDP el usuario debe soportar páginas ActiveX y estas deben ser habilitadas por él mismo para su correcto funcionamiento, además con RDP solo es posible tener 3 conexiones simultáneas sin necesidad de tener que incurrir en más costos de licencias como las llamadas CAL; que permitirían una mayor cantidad de usuarios concurrentes. En cambio con TightVNC se pueden tener un gran número de usuarios pero cada vez que entra un nuevo usuario este solo puede visualizar la pantalla y no puede realizar consultas directas en el monitor central.

Como trabajos futuros se requiere no solo monitorizar los signos vitales, sino agregar cámaras para la monitorización del paciente, el almacenamiento de imágenes diagnosticas sería de gran ayuda a este tipo de desarrollos.

Figura 9. Comparación Componentes RDP vs. TightVNC

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5. CONCLUSIONES

El sistema desarrollado con esta herramienta permite al personal médico autorizado acceder desde cualquier punto que posea una conexión a Internet, permitiéndole al médico movilidad y una pronta respuesta a sus pacientes o personal a cargo en el momento que lo necesiten.

Los usuarios pueden acceder al sistema utilizando diferentes tipos de conexiones desde la red privada de 100Mbps hasta conexiones de baja tasa de transferencia como líneas telefónicas de 33.6Kbps, aunque en este caso es recomendable utilizar una conexión de banda ancha.

Existen diferentes soluciones a la hora de realizar un sistema de Telemonitoreo y todas ofrecen diferentes aplicaciones, la solución planteada utilizando RDP permite controlar un equipo de forma remota permitiendo no solamente visualizar el contenido de los sistemas de monitores, sino poder ejecutar acciones a distancia sobre el equipo remoto.

La calidad de las imágenes visualizadas por el cliente dependen del ancho de banda que se posea siendo recomendable sistemas de banda ancha para obtener imágenes con mejor calidad y sin interrupciones, con anchos de banda menores a 33.6Kbps las imágenes se visualizan con algunas interrupciones.

Se recomienda no realizar muchas conexiones simultaneas al sistema cuando el equipo remoto no posee un ancho de banda que las soporte, esto es porque cada usuario conectado consume recursos de la red y puede tornarse lento o en su peor caso perder la conexión.

Teniendo en cuenta los componentes utilizados para el desarrollo del proyecto RDP, se tiene un menor consumo sobre la red permitiendo accesos desde redes con anchos de banda bajos.

TightVNC permite acceder a más usuarios sin necesidad de incurrir en más costos pero el ancho de banda requerido debe considerarse como debilidad ya que puede llegar a ser muy grande.

Dot Net Nuke es un administrador de contenidos que se puede adaptar perfectamente a la generación de portales de Telemedicina, permitiendo centrarse en el desarrollo del módulo específico requerido y no en otros temas como el manejo de usuarios, manejo de archivos, conexiones a bases de datos, sentencias a las mismas y otros.

6. BIBLIOGRAFÍA

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