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Estado del Arte:
Aplicaciones de cómputo ubicuo
como apoyo al cuidado médico
Ricardo Acosta Díaz
Universidad de Colima
Facultad de Telemática
Colima, Colima | México
Octubre de 2004
Tabla de Contenido
I. Introducción
3
II. Cuidado médico mediante el uso de cómputo ubicuo
4
II.1 Cómputo Ubicuo
4
III. Antecedentes
5
IV. Problemas abiertos
8
IV.1 Ambientes inteligentes para cuidado médico
8
IV.2 Sensores y monitoreo del comportamiento
9
IV.3 Interfaz de usuario y evaluación
11
IV.4 Tecnologías de cómputo ubicuo para cuidado médico
12
V. Conclusiones
14
Bibliografía
15
2
I. Introducción
El problema de proveer cuidados médicos a ancianos en forma adecuada y
efectiva ha cobrado relevancia en los últimos años y al mismo tiempo se ha vuelto
un problema, debido al crecimiento exponencial de la población que tiene más de
65 años. Como ejemplo se puede mencionar el caso de Estados Unidos donde se
estima que para el año 2030 existirán más de 4 millones de personas mayores de
85 años(Anderson,99).
Como es de esperarse, esta población necesitará cuidados especiales,
entre los más comunes se encuentran la vigilancia por el riesgo que tienen de caer
(Allegrante,2003) o de sufrir desnutrición (MacCormack,97) y verificar que tomen
sus medicamentos (Fulmer,99). Debido al número de pacientes esta población
será tal vez la menos atendida por los médicos (Boise,99).
Más del 20% de las personas mayores de 85 años no están capacitadas
para vivir solas (Erickson,95) por lo tanto requieren que otras las vigilen y cuiden,
lo cual impacta directamente en la vida de sus familiares, aumenta los costos de
los cuidados médicos, y reduce la calidad de vida tanto para los ancianos como
para los que los cuidan.
Varios países están enfrentando problemas para proveer servicios médicos
a la creciente población de ancianos, lo cual, aunado al aumento del costos de los
servicios médicos podría hacer que existieran restricciones de servicios públicos
de salud en la próxima década. Una forma de enfrentar este problema sería
desarrollando sistemas preventivos efectivos que ayuden a la gente a permanecer
saludable tanto como sea posible y vivir sin ser una carga para el gobierno o el
sector salud.
3
II. Cuidado médico mediante el uso de cómputo ubicuo
El principal objetivo del cuidado médico es conservar y aumentar la calidad
de vida tanto para el paciente como para los prestadores del servicio. Estos
cuidados reforzados con sistemas de cómputo ubicuo, pueden aumentar la
independencia del paciente y proporcionar un servicio integrado y seguro
especialmente para los pacientes de edad avanzada y
personas con
discapacidades cognoscitivas.
El término “cuidado médico ubicuo” describe el uso de tecnologías de
cómputo ubicuo para proveer servicios de cuidado médico, dichos servicios
pueden definirse desde dos perspectivas:

Como la aplicación de tecnologías de cómputo ubicuo dentro de un ambiente
inteligente para ofrecer servicios de cuidado médico, salud y el bienestar.

Proporcionar servicio de cuidados médicos las veinticuatro horas de forma
ubicua
II.1 Cómputo Ubicuo
Cómputo ubicuo, es un término introducido por Mark Weiser, para describir su
visión sobre el incremento en el uso de sistemas de cómputo a través del
ambiente físico, haciéndolos disponibles y a la vez invisibles al usuario
(Weiser,91). La propuesta que nace de dicha visión se ha posicionado como la
tercera generación en la computación y cuenta con múltiples aplicaciones y
equipos de investigación que procuran su desarrollo (Weiser, 1993).
El concepto de ubicuo se refiere en general a la presencia de una entidad
en todas partes; pero en el área de computación adquiere la característica de ser,
además, invisible. Este paradigma pretende brindar sistemas de cómputo
4
inteligentes que se adapten al usuario, y cuyas interfaces permitan que éste
realice un uso intuitivo de los sistemas.
El cómputo ubicuo, se realiza en segundo plano (en forma invisible o
transparente), con tecnología que forma parte de las cosas o dispositivos que
usamos cotidianamente, como puede ser un sistema de navegación de automóvil,
el
cual
mediante
acceso
a
imágenes
embotellamientos, o un horno que se apaga
de
satélite
nos
alerta
sobre
cuando la comida termina de
cocerse(McCrory et al,2000).
El cómputo ubicuo puede ser considerado como lo opuesto a la realidad
virtual, ya que en la realidad virtual, el usuario entra a un mundo creado por
computadoras y en el cómputo ubicuo es el cómputo quien entra al mundo real y
crea un puente entre los mundos virtuales y reales. Unas de las áreas más
comunes donde se aplica esta tecnología son el cuidado médico, el manejo de
enfermedades y el soporte para vida independiente (Stanford,2002, Kidd, C. et
al,1999, Mynatt et al,200).
III. Antecedentes
Estudios realizados en sistemas de cómputo aplicados a la medicina en
hospitales han revelado que la tecnología de cómputo convencional que se ha
desarrollado para las oficinas es inadecuada para su uso en hospitales (J.E.
Bardram,2003, J.E. Bardram & C. Bossen,2003, J.E. Bardram et al,2003,
C.Bossen,2000). Existen varios factores que hacen esta gran diferencia, entre
ellos podemos mencionar: la movilidad extrema (los doctores y enfermeras se
mueven por todo el hospital), la colaboración ad hoc, las interrupciones, el grado
alto de comunicación, etc.
5
Es por ello que existe la necesidad de crear nuevas metodologías para
desarrollar sistemas de cómputo ubicuos para ser utilizados en hospitales, que
puedan beneficiar el trabajo de médicos y enfermeras. En esta área se han
realizado varias investigaciones como es el caso de "Hospitales del Futuro"
(Jakob,2003) donde se muestra cómo los sistemas de cómputo médico pueden
apoyar directamente el trabajo de médicos en los hospitales.
Los desarrollos actuales con tecnología de sensores permiten obtener
información relacionada con la salud de diversas fuentes, por ejemplo, existen
sensores que podemos llevar incrustados en nuestro cuerpo o como parte de
nuestra vestimenta. La comunicación ubicua basada en redes de teléfonos
móviles, redes locales inalámbricas y algunas otras tecnologías inalámbricas
hacen posible en la actualidad transferir y acceder a cualquier tipo de información
personal o
médica dondequiera y en cualquier momento. La mayoría de los
dispositivos móviles modernos proveen actualmente interfaces de cómputo ubicuo
para los usuarios. Las posibilidades que estas tecnologías ofrecen para
proporcionar cuidados médicos son extensas y se están implementando
paulatinamente como se describe en I. Sachpazidis,2002, I. Sachpazidis,2001.
Además de los servicios de monitoreo y transferencia de datos biológicos,
el cuidado médico ubicuo puede utilizar la tecnología ambiental para interacción
social. Por ejemplo, se pueden utilizar dispositivos para los que los familiares de
personas que padecen enfermedades crónicas puedan estar en contacto con
ellas. Los servicios de cuidado médico ubicuo puede tener conciencia de cómo
ayudar al paciente a manejar mejor su enfermedad, así
mismo proporciona
medios de comunicación y colaboración entre ellos y el personal de servicios o
cuidados médicos.
El cómputo ubicuo combinado con inteligencia artificial es aplicado para
ayudar a las personas con discapacidades cognoscitivas a realizar actividades
6
diarias. El desarrollo de sistemas inteligentes que proporcionen cuidados de salud
inteligentes, podría ser utilizado por personas que tienen cierto tipo de
discapacidad cognoscitiva, como por ejemplo adultos jóvenes que tienen
inhabilidad para aprender, o ancianos
que padezcan de alguna forma de
demencia, tal como la enfermedad de Alzhaimer.
Recientemente investigadores y socios industriales en cómputo ubicuo e
inteligencia artificial han trabajado juntos en el desarrollo de sistemas que puedan
asistir a estas poblaciones especiales como se describen en (Kautz et al, 2002,
Adlam et al, 2001, Mihailidis et al,2001, Mynatt et al, 2001).
El uso de cómputo ubicuo para proporcionar cuidado médico ha traído
consigo nuevos desafíos ya que al manejar información privada relativa a la salud
de las personas es necesario crear sistemas que sean confiables, escalables,
seguros, que mantengan la privacidad y que sean configurables entre,
otras
cosas.
Al mismo tiempo se tiene que considerar que el usuario promedio de tales
sistemas no tienen acceso a lo último en tecnología, por lo que se deben
implementar en dispositivos de uso cotidianos que además puedan adaptarse a
ambientes heterogéneos.
Como se mencionó anteriormente es necesario realizar un cambio metodológico
en la forma de realizar investigación en cómputo ubicuo ya que actualmente se
utilizan métodos de ciencias de la computación experimental, donde los
investigadores diseñan, desarrollan, programan y evalúan prototipos de nuevas
tecnologías Sin embargo el desarrollo se vuelve problemático cuado se trata de
investigación relacionada con la salud. ¿Qué pasa si el experimento sale mal?.
7
La medicina moderna se basa en evidencia, es decir está basada en
significado estadístico y se debe comprobar que un tratamiento realmente trabaja
o cura, y que los efectos secundarios son limitados. Estos ensayos clínicos
involucran a un gran número de pacientes los cuales son incluidos en varios
grupos de pruebas, incluyendo un grupo de control.
Para realizar semejante
experimento es necesario un largo período de pruebas clínicas el cual puede durar
varios meses o años, lo cual claramente toma mucho más tiempo que un prueba
de concepto de un prototipo de un sistema de cómputo ubiquo.
El propósito de este documento es mostrar los resultados obtenidos al
hacer una revisión en la literatura sobre los avances en el área del cuidado médico
ubicuo e identificar problemas abiertos en los que se puede realizar investigación
en esta área.
IV. Problemas abiertos
En las siguientes secciones se presenta en forma clasificada por áreas, un
resumen del estado del arte de algunos proyectos de
investigación sobre la
aplicación de cómputo ubicuo al cuidado médico y se hace énfasis en problemas
abiertos u oportunidades para realizar investigación
IV.1 Ambientes inteligentes para cuidado médico
En la actualidad se está realizando investigación para crear sistemas
distribuidos que permitan reforzar la calidad de vida de los pacientes y de los
prestadores de servicios médicos (Stefan and Andrew, 2003), sin embargo es
necesario realizar investigación profunda sobre los problemas técnicos, sociales y
cognoscitivos que implica el desarrollo de aplicaciones de cómputo ubicuo
8
conscientes del contexto que permitan a los ancianos y personas con
discapacidades realizar actividades cotidianas.
Las personas que sufren discapacidades tienen serios problemas para
llevar una vida independiente, lo cual es inherente a sus impedimentos.
Actualmente se encuentran en desarrollo prototipos que utilizan tecnología de
cómputo ubicuo para lidiar con estas dificultades, por ejemplo (Vlad and
Felix,2003) han desarrollado un ambiente ubicuo de chat que funciona con la voz,
el cual permite utilizar este canal alternativo de audio para presentar información
visual a las personas que sufren algún tipo de discapacidad visual.
Sumi et al,2003 han desarrollado aplicaciones cognoscitivas basadas en
teléfonos inteligentes para aumentar la independencia de pacientes que padecen
de Alzheimer, demencia o que desean saber sobre eventos que suceden
alrededor del área donde se encuentran en determinado momento.
Mihailidis et al,2003 han desarrollado un ambiente inteligente para apoyar
la seguridad e Independencia de ancianos con demencia mediante el uso de un
servicio de mensajes que les recuerdan actividades o tareas que deben realizar.
Floerkemeier and Siegemund, 2003 se encuentran desarrollado repositorios
inteligentes de medicamentos que monitorean el consumo de medicina y brindan
servicios adicionales a los pacientes como son: recordarles cuándo deben tomar
los medicamentos, avisar a sus familiares cuando no tomó los medicamentos,
indicarles si algún medicamento ha caducado, etc.
Una preocupación en las aplicaciones ubicuas para el cuidado médico es
la confiabilidad, por lo que es necesario realizar investigación sobre la posibilidad
de fallas en dispositivos móviles, así como en la infraestructura. Con este tipo de
tecnologías es necesario realizar largos períodos de pruebas clínicas antes de
9
implementarse en el ambiente real de trabajo. Otro problema interesante es el
que plantean Vlad and Felix,2003 sobre ¿Cómo se pueden minimizar los costos
de comunicación en el cómputo ubicuo y mantener la calidad adecuada de la
transmisión?
IV.2 Sensores y monitoreo del comportamiento
La tecnología de cómputo ubicuo puede ser explotada para entender la actividad y
patrones de comportamiento de los pacientes. Allin et al,2003 realizaron pruebas
para evaluar la utilidad del cómputo ubicuo en la valoración de perturbaciones
conductuales de ancianos con demencia para lo cual utilizaron videocámaras,
micrófonos y sensores vestibles, lo cual ayudó a determinar el número de
interacciones interpersonales, cambios realizados por los pacientes en sus
actividades cotidianas, el número de veces que se perdió un paciente al regresar
a su cuarto después de una caminata y el número de agresiones físicas o verbales
entre los pacientes.
En esta área existen varias preguntas de investigación, por ejemplo,
¿Cómo manejar la privacidad de los pacientes? Y evaluar la posibilidad de que los
sistemas de cómputo ubicuo contribuyan a la paranoia
e inseguridad de los
pacientes. Otra área de investigación sería el estudio o desarrollo de algoritmos
que ayuden a determinar a través de audio o video cuando un paciente está
extraviado o instancias de agresiones físicas o verbales.
Se ha comprobado la utilidad de aplicar sistemas para observar y entender
las actividades cotidianas realizadas por las personas, basado en ello Fishkin, et
al,2003, han desarrollado el sistema Carnac que tiene como objetivo entender
actividades rutinarias desarrolladas dentro del hogar. Carnac funciona sobre
objetos (utensilios, muebles, ropa, etc.) a los que les han colocado etiquetas de
identificación de radiofrecuencia
RFID (Finkenzeller,98, Patterson et al). Los
10
usuarios que quieren que las actividades realizadas queden registradas, deben
utilizar un guante que pueda leer RFID lo cual permite al sistema observar y
registrar la secuencia en que los objetos fueron tocados y deduce la naturaleza de
las actividades que está realizando.
Los avances recientes en materia de redes inalámbricas, cómputo ubicuo y
tecnologías de sensores ofrecen la oportunidad de mejorar la calidad de vida y
salud no sólo a los ancianos, sino también a los que proporcionan los servicios de
cuidado médico (Hayes,2003 et al). Sin embargo para desarrollar sistemas que
ofrezcan estos servicios es necesario identificar y entender qué cambios de los
que ocurren en las personas con el envejecimiento son de alto riesgo y utilizar
modelos basados en inferencia estocástica para crear tecnologías capaces de
realizar predicciones y poder tomar medidas preventivas.
Un campo emergente para los investigadores de cómputo ubicuo es el desarrollo
de tecnologías pro-activas para el cuidado de la salud tales como : -sistemas para
detectar crisis en los pacientes, -sistemas para detectar deterioros de la salud y
sistemas para motivar comportamientos saludables (Intelle,2003).
IV.3 Interfaz de usuario y evaluación
Las tecnologías de cómputo ubicuo han provocado cambios en la forma de
prestar servicios de cuidado médico y social, por lo tanto es necesario realizar
algunos cambios en las casas y los hospitales para que sean apropiadas para
personas con discapacidades cognoscitivas, así mismo es necesario realizar
cambios en la infraestructura tanto organizacional como
técnica para la
especificación instalación y soporte de cuidados médicos y sociales tanto en las
casas e instituciones ya que en la actualidad no son las apropiadas.
11
Para ello es necesario investigar y definir ¿Qué estándares deben utilizarse para
comunicar dispositivos dentro de la casa?, ¿Cómo transmitir los datos y comandos
de control para aparatos médicos dentro de un hospital? (Adlam y Orpwood,2003).
En este sentido un reto es determinar cuáles son las necesidades reales que
pueden solucionarse con tecnología de cómputo ubicuo, ¿Cómo debe diseñarse
instalarse, dar soporte y mantenimiento a esta tecnología? Y ¿cómo se hará la
transferencia de estos sistemas y dispositivos experimentales del laboratorio a los
hospitales y hogares?.
La mayoría de los modelos y dispositivos usados en los hogares para el cuidado
de la salud se enfocan en un pequeño grupo de parámetros fisiológicos (glucosa
en la sangre, peso, presión sanguínea, etc.), sin embargo para personas adultas
con enfermedades crónicas es necesario considerar una gama más amplia, que
incluya además aspectos sociales y emocionales de la salud las cuales tienen un
efecto profundo en las expectativas de vida, cuidado médico y nivel de
independencia.
Probablemente la barrera más significativa a la que se enfrenta la tecnología para
el cuidado de la salud es el desarrollo de interfases adaptativas para pacientes de
edad avanzada que padecen condiciones crónicas que afectan la movilidad,
conocimiento y auto confianza (Jimison,2003).
IV.4 Tecnologías de cómputo ubicuo para cuidado médico
La cantidad de sistemas de cómputo que existen en la actualidad para el
cuidado médico es extraordinaria. Existen numerosos sistemas en los cuales se
almacena y se maneja información médica de los pacientes, por ejemplo, en
farmacias, hogares, clínicas y mayormente en hospitales. Sin embargo crear y
administrar repositorios de datos médicos de los pacientes es una enorme tarea
de integración.
12
La estrategia ideal sería crear un sistema que soporte la información en
cualquier formato. En la actualidad existen varios estándares, por ejemplo el
estándar US-based “Health-Level 7” (HL 7), el estándar EU-based “Health
Informaticon System Architecture” (HISA) y el estándar de nacional de Dinamarca
llamado “G-EPJ”. Sin embargo crear un repositorio centralizado que integre todos
los formatos y que sea capaz de intercambiar datos con otros sistemas es una
tarea gigantesca y difícil de alcanzar.
Bardram,2004 se encuentra trabajando en el sistema “The Personal
Medical Unit” el cual utiliza infraestructura de cómputo ubicuo para el cuidado de la
salud, permitiéndole al usuario almacenar y llevar consigo su expediente médico,
sincronizar su información con otros sistemas médicos y dispositivos de
monitoreo. Sin embargo este sistema también necesita sujetarse a estándares por
ejemplo para las anotaciones de los pacientes, para conectarlo a dispositivos de
monitoreo y a otros dispositivos que
utilizan formatos de archivos de marcas
propietarias, etc.
En años recientes ha habido avances en el desarrollo de artefactos
electrónicos flexibles, como es el caso de sensores y transmisores inalámbricos
que pueden ser incluidos en prendas de vestir, lo cual permite crear prendas
inteligentes (Sungmee,2002).
Safari,2004 et all, han desarrollado un chaleco utilizado en aplicaciones
médicas como son las lecturas fisiológicas, este chaleco es
controlado por
software y permite regular electrónicamente la aplicación de medicamentos a
través de la piel.
Riisgaard,2004 y su equipo están trabajando en dos proyectos que tienen
como finalidad reducir la brecha entre realizar trabajo físico y trabajo digital uno de
13
ellos es el “Awarephone” el cual utiliza teléfonos móviles para proveer a otros
colegas conciencia del contexto de situaciones del trabajo para evitar las
interrupciones
y el otro es “The interactive operating theatre” que permite
manipular dispositivos de cómputo en ambientes especiales utilizando la voz o
mediante el reconocimiento de gestos.
En la actulidad se ha popularizado el uso de prototipos de implantes y
dispositivos de monitoreo de pacientes con enfermedades crónicas, diabetes
aguda, monitorear el nivel de glucosa en la sangre. Para epilepsia y otros
desórdenes neurológicos ya existen en el mercado implantes, estimuladores
cerebrales multiprogramables.
Aplicaciones similares se han desarrollado para el área de cardiología para
la predicción e identificación de episodios que amenacen la vida. Laerhoven,2004
et all, están trabajando en el proyecto UbiMom, donde utilizan redes de sensores
híbridos que combinan nodos de sensores vestibles e implantados para
monitorear a los pacientes en su vida cotidiana. En este sentido es necesario
realizar investigación en el diseño de interfases prácticas y confiables que
permitan realizar la fusión obtenida por multi-sensores que operan en ambientes
distribuidos
Tsai,2000 et al. Han desarrollado “MiCARE”, una plataforma para proporcionar
servicios de cuidado médico ubicuo, el cual brinda autorización consciente del
contexto para proteger la privacidad de los pacientes y el acceso a los datos.
V. Conclusiones
Después de haber realizado una revisión selectiva en la literatura publicada en
los últimos dos años sobre el tema “Aplicaciones de cómputo ubicuo como
apoyo al cuidado médico” podemos concluir que en lo que respecta a la
aplicación del cómputo ubicuo existen varios problemas abiertos que pueden
14
tomarse como temas de investigación, algunos de ellos se presentaron en las
secciones anteriores y algunos otros se listan a continuación.
Es necesario realizar pruebas y propuestas sobre los estándares que actualmente
son utilizados para brindar servicios de cuidados médicos ubicuos como es el
caso
de:
HIPPA,
el
contenido
semántico
del
dominio:
HL7/DICOM,
ORDL/XrML/XACML y sobre la integración de sistemas remotos de Webservices
(SOAP/UDDI/WSCI/WSS).
Así mismo es necesario investigar y realizar nuevas propuestas sobre: políticas
de acceso para objetos distribuidos P2P, realizar estudios comparativos entre
DRM(Digital Right Management) vs PRM (Private Right Management) y realizar
estudios sobre el problema de conciencia del contexto en cómputo ubicuo y el
control de acceso basado en autorización dinámica para niveles de confianza.
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