RESUMEN El proyecto busca desarrollar un sistema médico de

DESARROLLO DE LA TELEMEDICINA PARA LA TRANSMISION E INTERACCION
SINCRONICA DE IMAGENES CEREBRALES 3D ENTRE CENTROS HOSPITALARIOS
DISTANTES
“Trabajo Científico”
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Orellana, A. , Massaro, P. , Rivera, R. , Roncagliolo, P. , Donoso A. , Orrego C.
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Facultad de Medicina U. de Valparaíso/ Neurocirugía Hospital C. Van Buren
2
Ingeniería Biomédica U. de Valparaíso
RESUMEN
El proyecto busca desarrollar un sistema médico de transmisión de imágenes
neuroquirúrgicas que permita la interacción simultánea entre centros remotos. Se
diseñó un modelo de procesamiento distribuido de imágenes DICOM3.0, en el cual,
aplicaciones ejecutadas en red, acceden a un servidor central, desde el cual
descargan las imágenes a ser procesadas y posteriormente intercambian las
sentencias de control o comandos de procesamiento, los cuales son aplicados en el
software a nivel local. Esto, sumado a un enlace de videoconferencia IP, permite que
dos o más médicos puedan analizar imágenes en modo sincrónico y a una alta
velocidad.
Una segunda etapa involucra aspectos tecnológicos, como son el equipamiento
de una sala de control del sistema, enlaces y redes de alta velocidad, y la habilitación
de una unidad de transferencia. Otro elemento fundamental es la implementación de
un pabellón de Neurocirugía del Hospital Van Buren, como el primer pabellón con la
capacidad de transmisión multimedial de todos los aspectos involucrados en una
operación neuroquirúrgica (enlace de voz, video y datos). Todo esto facilita la labor
educativa y el aprendizaje de nuevas técnicas quirúrgicas, y posibilita una asistencia
médica remota a cirugías en tiempo real.
Finalmente, una vez validado el sistema, se espera su utilización en la
transmisión de imágenes neuroquirúrgicas de urgencia y la asistencia remota para el
manejo de estos pacientes, entre diversas unidades de los servicios de salud.
Además, se considera la implementación de un portal WEB, con un banco de
imágenes, documentación relacionada, descarga de software desarrollados, y acceso
a cirugías transmitidas en línea vía Internet.
INTRODUCCIÓN
La transmisión de imágenes médicas a distancia ha sido desarrollada en los
últimos años bajo el término de Tele radiología. En la actualidad, las imágenes
transmitidas se obtienen a través de la digitalización de placas radiográficas o
mediante la adquisición directa desde equipos que posean puertos digitales de
comunicación bajo el formato DICOM (Digital Imaging and Communications in
Medicine).
En décadas anteriores la Tele-radiología se ha sustentado sobre herramientas
tecnológicas muy especializadas y de alto costo.
Sin embargo, el explosivo desarrollo tecnológico, la universalización de los
protocolos de transferencia (DICOM3.0), la masificación de Internet, la disminución del
costo en redes de banda ancha y la gran capacidad de procesamiento de los
computadores actuales, abren un espacio para el desarrollo de una nueva generación
de aplicaciones en imágenes médicas.
Es este nivel de desarrollo el que se ha puesto como objetivo el Centro de
Telemedicina, creado en conjunto por el Hospital Carlos Van Buren y la facultad de
Medicina de la Universidad de Valparaíso, Chile; en el marco del proyecto “Desarrollo
de la Telemedicina para la Transmisión e Interacción Sincrónica de Imágenes
Cerebrales 3D entre Centros Hospitalarios Distantes” financiado desde el año 2000
por FONDEF* (Proyecto D00I1107), por el cual se han logrado diversas aplicaciones
beneficiando tanto a los médicos como a los pacientes de la región.
ANTECEDENTES
Nuestro país posee una singular geografía, que provoca que cualquier lugar
esté muy alejado, y por supuesto los servicios de salud también. Por esta razón, Chile
reúne las condiciones ideales para el desarrollo de la telemedicina, además de la
creciente expansión de tecnologías en los últimos años.
Dentro de las primeras experiencias realizadas en nuestro país, se cuenta el
proyecto de la Clínica Alemana. John MacKinnon, jefe del servicio de ecotomografía,
cuenta que en un viaje hecho a Estados Unidos, vio lo que se realizaba entre la
Universidad de Harvard y el Massachusetts General Hospital, le pareció interesante y
en 1995 presentó un proyecto para crear una red interna de transmisión de datos que
también permitiera intercambiar información médica con su similar en Temuco,
mediante la retransmisión de radiografías y escáner. Si bien la Clínica invirtió en
monitores de alta resolución y lectores de placas, le disminuyó la importancia porque
no les quedó claro dónde se recuperaban los costos de la inversión.
Distinto le fue al Hospital Clínico de la Universidad Católica. En 1993 se
unió a través de fibra óptica con el Hospital Sótero del Río. Desde entonces, los
especialistas comparten muestras radiológicas y exámenes de patología en un
contexto más bien de intercambio académico. La tecnología a utilizar debe ser la más
adecuada para las distintas aplicaciones, para que el margen de error no ponga en
peligro la salud del paciente.
En 1998, el Ministerio de Salud puso en marcha un proyecto piloto de
telemedicina. Varios profesionales viajaron a especializarse a Francia y regresaron
con los conocimientos necesarios para hacer funcionar una iniciativa que significó una
inversión cercana al millón de dólares, y cuyo objetivo era evitar que los pacientes de
zonas alejadas o rurales se desplazaran a los hospitales base provinciales y
regionales. El proyecto consistía en la transmisión computacional de radiografías y
biopsias (en video) para diagnóstico, desde un hospital satélite a un hospital central.
En la Región de Coquimbo se implementó entre los hospitales de Coquimbo y La
Serena, y los de Combarbalá e Illapel. En la Región del Maule, Talca se conectó con
Linares y Cauquenes, y en la Región de La Araucanía, los hospitales de Villarrica,
Nueva Imperial y Angol se comunicaron con el Hospital Base de Temuco. Los más
entusiastas con este proyecto fueron los médicos que se desempeñaban en los
hospitales pequeños, los que hacían de “satélite”. Por lo general eran profesionales
jóvenes que advertían que el proyecto implicaba un ahorro no despreciable para sus
pacientes, que a veces debían viajar más de cinco horas a los hospitales grandes. A
pesar de los buenos resultados obtenidos en varios puntos, hubo diversos problemas
para mantener a flote el proyecto debido a la reticencia de algunos radiólogos para
trabajar con imágenes transmitidas electrónicamente. Problemas como éste llevaron a
que en 2001 se retirara el proyecto de la zona norte, ya que a los radiólogos que
diagnosticaban en La Serena y Coquimbo no les satisfizo la calidad de la imagen y no
utilizaron la tecnología.
*
FONDEF fue creado en 1991, con el propósito de fortalecer y aprovechar las capacidades científicas y tecnológicas
de las Universidades e institutos tecnológicos y otros institutos, para incrementar la competitividad de las empresas, y
contribuir a mejorar la calidad de vida de la población. En 1992 la Contraloría General de la República tomó razón del
D.S N° 237 del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción que aprobó su operación por parte de la Comisión
Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (CONICYT).
Ese mismo año, 1998, se estableció una conexión entre la remota isla de Juan
Fernández y la Clínica Las Condes en Santiago. Así, los pacientes se evaluaban por
el médico general, quién decidía, si el caso lo ameritaba, solicitar una interconsulta
dermatológica remota. Para estos fines, el medico tomaba imágenes de la piel
afectada con una cámara digital, las imágenes se traspasaban desde la cámara al
disco duro de un computador conectado a Internet. El dermatólogo en Santiago recibía
la información con un sistema de registros digitales de pacientes que consta de una
historia clínica con los datos mas relevantes del paciente, además de las imágenes de
la piel, se analizaba el caso y enviaba la respuesta vía e-mail. Todo esto en forma casi
instantánea y vía modem.
En Enero del 2003, se comenzó a desarrollar en la Antártica un sistema de
Telemedicina que permitirá transmitir en un tiempo mínimo cualquier parámetro
fisiológico o fisiopatológico desde las bases Escudero y O'Higgins a un Centro de
Investigación universitario u hospitalario de primer orden, y recibir, también en un
tiempo mínimo, tanto datos experimentales como diagnósticos e indicaciones
terapéuticas. Para ello, se pretende desarrollar además un sistema de adquisición,
digitalización, compresión y transmisión vía modem de imágenes radiológicas de alta
resolución, imágenes ecocardiográficas y electrocardiográficas con 12 derivaciones y
alta resolución, además de transmitir parámetros fisiológicos durante actividad en
ambiente exterior como ECG, EEG, flujometría del 02, temperatura ambiente y
temperatura corporal.
Sin duda, estamos ad portas de una nueva generación de interacciones
medicas, la potencialidad de la telemedicina en Chile es enorme debido a sus
características, el futuro de la medicina ya no tendrá barreras geográficas y la lejanía
con los hospitales de primer orden ya no será un impedimento para un diagnostico
objetivo y una mejor decisión clínica en beneficio del paciente.
APLICACIONES EN DESARROLLO
A partir del desarrollo inicial del sistema de transmisión multimedial de cirugías
y del software de manejo sincrónico de imágenes 3D, están en desarrollo seis
aplicaciones del ámbito de la telemedicina:
1. Aplicación Tele diagnóstico “Mejorando la indicación de traslados”:
Visualización on line scanner remoto mediante transmisión vía Internet, diseño
y construcción de dispositivo ‘Dicomizador’.
2. Aplicación Tele asistencia “Una segunda opinión”: intercambio de imágenes
DICOM vía Internet entre especialistas de localidades remotas.
3. Aplicación “Hacia un Hospital sin Papeles”: Digitalización de protocolo
operatorio para Neurocirugía, sistema inalámbrico de acceso a datos y
funcionamiento cooperativo para el manejo de información médica.
4. Aplicación Interacción Sincrónica “La Planificación Quirúrgica”: Transmisión e
interacción sincrónica de imágenes 3D mediante software desarrollado.
5. Aplicación “Un primer paso hacia la Tele cirugía”: Transmisión multimedial e
interactiva de cirugías en tiempo real vía Internet.
6. Aplicación “Un segundo paso hacia la Tele cirugía”: Diseño de equipo
NEUROLOCALIZADOR robótico, controlado remotamente vía Internet.
1. Tele diagnóstico: “Mejorando la indicación de traslados”
La aplicación consiste en la visualización en "tiempo real" de imágenes de
equipos médicos (Tomógrafos), entre dos centros hospitalarios distantes. La idea es
adquirir la imagen del tomógrafo y “Dicomizarla” gracias a un equipo que toma la
señal de video y la convierte a formato DICOM manteniendo además una base de
datos en un servidor local, para que los exámenes estén siempre disponibles para el
personal médico. La visualización de las imágenes se realizará gracias a un Applet de
Java, por lo que no se necesitan softwares visualizadores DICOM, la gran limitante es
la velocidad de conexión, ya que esta debe ser veloz para obtener una imagen de una
resolución médica adecuada.
En la actualidad, los traslados entre los hospitales se realizan “a ciegas”, es
decir, el paciente se traslada junto con la tomografía hacia el servicio de Neurocirugía
del otro hospital, arriesgándose a volver con el paciente si el médico especialista
decide que aun no es momento de realizar la intervención. Según estadísticas internas
del servicio de Neurocirugía del Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso, 1 de cada 5
traslados son devueltos a su hospital de origen debido a decisión médica. Si el
especialista tuviera el examen a la vista en el momento en que se realiza, podría
decidir si es recomendable o no su traslado hacia el otro centro asistencial, una
decisión que incluso puede costar una vida humana.
Algunos beneficios son: Impacto en lo económico-social, mejorando la
indicación de traslados, el tratamiento y la sobrevida de pacientes con disminución de
costos de manejo tanto en el período pre como intra hospitalario.
Viña del Mar
Valparaíso
Figura 1.- Sistema Propuesto: Scanner ! Digitalización de Imágenes ! Software ! Red
!Visualizador.
2. Tele asistencia: “una segunda opinión”
Intercambio de imágenes DICOM vía Internet.
Actualmente existe una gran dificultad al momento de compartir experiencias y
opiniones médicas entre los diferentes centros asistenciales de la región, debido tanto
a las grandes distancias como a la falta de sistemas de comunicación adecuados.
Esto, potenciado a la existencia de pocos servicios de Neurocirugía en la zona, hace
imperante la búsqueda de una forma de transmisión de datos rápida y efectiva.
Por esto se ha desarrollado un sistema que permite utilizar Internet como
medio de intercambio de archivos DICOM, en donde médicos especialistas pueden
interpretar, desde su lugar de trabajo o desde su hogar; exámenes realizados en
lugares donde trabajan médicos sin la experticia suficiente para tomar una decisión
adecuada, a través de un interfaz simple, implementado en el sitio web
http://telemedicina.uv.cl, la llamada “ventanilla digital” trabaja por intermedio de un
“Java Applet”, así se prescinde de un software especializado para visualizar las
imágenes. Este sitio, también contiene acceso a otros servicios, además de
información especializada. Por otra parte se cuenta con una base de datos con cada
uno de los exámenes transmitidos y con el respectivo caso clínico del paciente.
De esta manera se comunicarán los hospitales de Coquimbo (IV región),
Gustavo Fricke de Viña del Mar, San Camilo de San Felipe y Carlos Van Buren (V
región).
Figura 2: Esquema general del sistema.
Figura 3.- Portada del sitio Web de Telemedicina, http://telemedicina.uv.cl
Figura 4.- Interfaz gráfica de la aplicación “Ventanilla Digital”, creada para la visualización de
imágenes DICOM, sin la necesidad de un visor específico.
3. “Hacia un Hospital sin Papeles” Digitalización del Protocolo Operatorio.
Digitalización del Protocolo Operatorio: diseño de sistema inalámbrico y
cooperativo para el manejo de información médica.
El protocolo operatorio es el documento más importante de los servicios de
Neurocirugía, debido a que en el se especifican los detalles de la cirugía, insumos, y
otras observaciones relevantes del neurocirujano. Con esta aplicación se busca
implementar un sistema de información médica bajo protocolos y sistemas abiertos,
basado en el concepto de interoperabilidad, es decir, compatible con cualquier
sistema operativo (Windows, Linux, Mac, etc.) y soportable por distintos tipos de
hardware (PC, PDA, Teléfonos Celulares, etc.).
Algunos de los objetivos son la creación de formularios digitales, los cuales
deberán manejar funciones de manejo de datos programados en lenguaje PHP
(debido a su gran afinidad con bases de datos en lenguaje SQL), para esto, se deberá
hacer un estudio acabado del protocolo operatorio para crear el “Árbol de Decisiones”
del modelo de sistemas expertos. Para la optimización real del manejo de
información del protocolo, se incluirá en la aplicación el concepto de “Consistencia de
Datos o Replicación de Datos” y la “Resolución de Conflictos” (caching en
computación móvil), que son básicamente, decisiones que tomará el programa cuando
le llegan dos archivos con el mismo nombre y destino pero de diferente procedencia, él
debe darle prioridad a alguno, sobrescribir o mezclar la información de acuerdo a
parámetros dados por el programador, la idea es que la información siempre van a
estar en la base de datos, de forma óptima, consistente y sin datos innecesarios o
faltantes. El manejo de usuarios y de la información se realizará a través de MySQL, la
cual será accesible mediante una red inalámbrica instalada en el Hospital Carlos Van
Buren de Valparaíso.
La situación actual involucra muchos papeles, dificultades de lectura, de
análisis, tiempo, etc. Según estudiantes de medicina, alrededor del 70% de los
papeles de protocolo operatorio son ilegibles parcialmente, siendo que este papel es
muy importante en una revisión posterior de la cirugía y muy relevante además si esa
revisión la realiza otro especialista.
Beneficios: sistema en línea, estadísticas en línea, acceso desde “cualquier”
lugar del hospital, etc.
El próximo desafío será la implementación de la firma digital (legalmente válida
en Chile), para la eliminación definitiva de las impresiones de los documentos. Además
se busca avanzar en la digitalización de otros “papeles” de carácter hospitalario.
Figura 5.- Sistema Propuesto: Dispositivos inalámbricos conectados a una Red Wireless para
acceder a la base de datos.
4. Interacción Sincrónica: “La Planificación Quirúrgica”
Transmisión e interacción sincrónica de imágenes 3D
La dificultad en la realización de juntas médicas a distancia llevó a la
creación de un software, basado en un modelo de procesamiento distribuido de
imágenes DICOM3.0, en el cual las aplicaciones ejecutadas en diversos equipos
remotos acceden a un servidor central, desde el cual descargan las imágenes a ser
procesadas. Posteriormente, intercambian las sentencias de control y comandos de
procesamiento de imágenes, los cuales son aplicados en el software a nivel local. La
descarga de datos se realiza sólo al iniciar la conexión y posteriormente sólo se
transmiten pequeños paquetes de datos (TCP/IP), que contienen los comandos que
los usuarios desean ejecutar de manera sincrónica.
Lo anterior, sumado a un enlace de videoconferencia IP, permite que dos o
más médicos puedan analizar imágenes de exámenes, en modo sincrónico y a una
alta velocidad.
Figura 6.- Interfaz gráfica del Software “UvDICOM”, para la visualización de imágenes
5. “Un primer paso hacia la Tele cirugía”
Transmisión multimedial de cirugías en tiempo real vía Internet
Como una forma de complementar el concepto de telecomunicación se aplica
el concepto de tele cirugía.
Este primer paso tiene como fin el desarrollo de la educación, el aprendizaje de
nuevas técnicas quirúrgicas y la asistencia en cirugías a través de la implementación
de un pabellón neuroquirúrgico, con todo lo necesario para la transmisión multimedial
de una cirugía de forma integral (enlace de voz, video y datos), además de una sala de
teleconferencias, en la cual los médicos pueden interactuar (mediante voz y video)
simultáneamente con el pabellón y con especialistas de otras latitudes, pudiendo
compartir exámenes como tomografías o resonancias magnéticas.
De esta forma se contempló la visualización de imágenes digitales de a lo
menos 5 cámaras (microscopio, endoscopio, superior, general, vista monitores de
signos vitales, etc.), además del enlace inalámbrico de audio con el neurocirujano y el
acceso a la planificación neuroquirúrgica digital en 3D, en la Figura 8 se muestra su
disposición espacial en el pabellón.
Figura 7.- Imágenes de una experiencia en la transmisión de cirugías desde el pabellón de
Neurocirugía del Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso.
Figura 8.- Disposición espacial de los dispositivos de transmisión multimedial en el pabellón de
Neurocirugía del Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso.
6. “Un 2º paso hacia la Tele cirugía”
Diseño de equipo neurolocalizador robótico, controlado vía Internet.
El Software desarrollado tuvo un impacto bastante positivo entre la comunidad
médica pero un pequeño detalle hizo que el proyecto tomara una dirección estratégica
e inesperada en sus inicios. El problema de la realidad nacional (y en general de
Latinoamérica) es que los exámenes (tomografías) que se realizan tanto a nivel
público como privado, siempre están restringidos por aspectos económicos, lo cual se
traduce en que el número normal de “cortes” o imágenes que se obtienen en un
examen es no mayor a 16. En algunos casos el médico puede solicitar 20 cortes, pero
aunque fueran el doble, no son suficientes para operar los software de reconstrucción
en 3D. Todos los softwares que realizan esta tarea, requieren a lo menos 120 o 150
cortes. Cada corte o imagen del examen equivale a un “disparo” del tubo del
tomógrafo lo repercute en el gasto del equipo. Cada tubo posee un número finito de
disparos, por lo que en todos los centros hospitalarios, por lo menos del sector público,
se vela por maximizar el tiempo de vida de los equipos, para no incurrir en los
enormes gastos que implica el repuesto del equipo.
Esto hace muy difícil el uso de los softwares de reconstrucción 3D en el país,
así como ha dificultado el uso de otras tecnologías como los conocidos
Neuronavegadores, que también requieren la misma cantidad de imágenes.
El paradigma fundamental de la planificación quirúrgica consiste en que el
médico al visualizar toda la reconstrucción 3D, analiza y decide el mejor lugar de
abordaje para la craneotomía. Es decir, el médico actúa sobre las imágenes del
software. Sin embargo, dada la restricción mencionada anteriormente, se propuso un
cambio fundamental en este paradigma, que consiste en invertir la relación de acción:
son las imágenes del software las que actúan sobre la planificación. En otras
palabras, para un examen en particular, probablemente se tendrán aproximadamente
20 cortes, entonces, para una adecuada planificación quirúrgica se debe tener un
procedimiento que a partir sólo de las imágenes existentes se pueda ayudar al médico
en el proceso de planificación quirúrgica. Fue así como el objetivo inicial, de
desarrollar sólo el software de planificación quirúrgica se amplió al desarrollo de un
equipo denominado NEUROLOCALIZADOR.
El Neurolocalizador es una extensión robotizada del software inicialmente
desarrollado. Permite que un médico, pueda manejar las imágenes del examen del
paciente (aunque sean menos de 20 imágenes) y a partir de esas imágenes pueda
realizar “consultas” respecto de la ubicación de ciertos puntos del cerebro. Para ello el
sistema diseñado tiene un brazo robótico que en su extremo posee “punteros láser”.
Cuando el médico selecciona un punto específico de la imagen en el software, el
brazo robótico apunta el láser exactamente en dirección a ese punto específico en el
paciente. De esta manera el médico puede visualizar el mejor punto de abordaje para
la craneotomía. Este equipo lo denominamos Neurolocalizador pues sólo está
orientado a localizar los puntos para la craneotomía, que fueron definidos en la
planificación quirúrgica. Es como una extensión “física” y robotizada del software
desarrollado e incluso puede ser manejado a través de Internet, transformándose así
en un “ayudante digital” en la cirugía con Teleasistencia.
Es cierto que en el mercado existen equipos destinados a esta labor y que son
mucho mas complejos y precisos como los Neuronavegadores, pero en el mercado
latinoamericano estos tienen dos grandes barreras de entrada: primero su alto costo
(>$US 150.000) y segundo no existe la capacidad de realizar a diario exámenes con
120 cortes. Dado esto, el equipo propuesto posee dos ventajes, su bajo costo (<$US
20.000) y su adaptación a la realidad nacional y latinoamericana, pues no posee
limitaciones en cuanto al número de cortes o imágenes, es decir, se basa en la
información que tiene.
Figura 9. Posible diseño proyectado y funcionamiento del Neurolocalizador.
CONCLUSIONES
Las aplicaciones y proyectos que se están desarrollando en Telemedicina
vienen a solucionar grandes desventajas de nuestra geografía y están cambiando
nuestra forma ver la medicina convencional, dando un gran paso al incluir de una vez
por todas la tecnología en el ambiente hospitalario y contribuyendo además a disminuir
los niveles de rechazo natural a la inclusión tecnológica en los hospitales.
Dentro de las principales ventajas se encuentran:
- La alianza estratégica Hospital Público-Universidad, fomentando la creación
de proyectos que van en directo beneficio de la población.
- El desarrollo de las actividades involucradas en el proyecto es “a la medida”
del hospital, así no se sobredimensionan recursos.
- El proyecto está basado en la problemática tecnológica local por tanto
soluciona un problema real, ya que no se registran precedentes de proyectos similares
en la zona y menos en un Hospital Público.
- No se esta "importando" una solución, esta se crea, y se ajusta a las
necesidades clínicas de los neurocirujanos.
- Los costos del proyecto son relativamente bajos comparados con tecnología
existente en el mercado y que no satisfacen todas las necesidades del hospital.
- Los estándares de calidad son óptimos, y se mantienen en crecimiento
paralelo al desarrollo tecnológico, por lo tanto la obsolescencia tecnológica es mínima.
REFERENCIAS
[1] Centro de desarrollo de la Telemedicina. Hosp. Carlos Van Buren – Universidad de
Valparaíso. Chile. Web: http://telemedicina.uv.cl.
[2] Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico, FONDEF. Web:
http://www.fondef.cl
Contactos: [email protected], [email protected],
[email protected]