DISEÑO DE LA BASE DE DATOS DE UN SISTEMA PARA PRUEBAS ERGOMÉTRICAS

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1 DISEÑO DE LA BASE DE DATOS DE UN SISTEMA PARA PRUEBAS ERGOMÉTRICAS M. Cañizares, N. Gómez, O. I. Mora, M. de la Parte, A. Guía, J. A. Rodríguez Instituto Central de Investigaciones Digitales Calle 202 #1704 e/ 17 y 19 Siboney, La Habana, Cuba mcanizares@icid.edu.cu RESUMEN El presente trabajo analiza y expone los principios seguidos para el diseño de la base de datos (BD) de un Sistema para la Automatización de Pruebas Ergométricas basado en una PC, que fue desarrollado por los autores. La aplicación se ejecuta sobre el sistema operativo Windows y en su implementación se utilizaron las posibilidades que ofrece la herramienta de programación visual de BORLAND DELPHI V Se presentan y explican las características del subsistema de BD de la primera versión del software. Las pruebas realizadas por clientes interesados en el sistema demuestran que su asimilación es fácil y que se logra una manipulación adecuada de los datos. Palabras clave: bases de datos, electrocardiografía, manejo de información, prueba ergométrica, sistema basado en PC. DATABASE DESIGN IN A STRESS TEST SYSTEM ABSTRACT This paper explains the database design in a PC Based Stress Test System developed by the authors. The database was designed according to the modern database relational model concepts. The software runs under Microsoft Windows and was implemented using Borland Delphi Pascal Programming Suite version 5.0. This suite supports declarative integrity rules and allows data validations. System tests show that users are get rapidly familiar with the program interface. Also, the tests denote the adequacy use of the data. Keywords: databases, ECG, data management, stress test, PC based systems. 1. INTRODUCCIÓN Cuando un paciente posee manifestaciones clínicas de alguna enfermedad cardiovascular o se conoce que la padece, es frecuente realizarle diferentes exámenes de electrocardiografía para determinar exactamente cuál es su dolencia. Entre los estudios más frecuentes están las Pruebas Ergométricas (PE). En este tipo de investigación el paciente es sometido a una carga de ejercicio (común estrés fisiológico), que en ocasiones produce como respuesta anomalías cardiovasculares, que no 16

2 se observan en el electrocardiograma (ECG) de reposo, y que pueden ser utilizadas para determinar insuficiencia cardíaca [2]. Durante el tiempo del ejercicio el médico debe realizar numerosos cálculos, seguir un protocolo en el ergómetro (bicicleta o estera), medir la presión arterial del paciente y sobre todo monitorear constantemente su señal de ECG. Estos procedimientos resultan bastante engorrosos e incluso irrealizable con métodos manuales. Existen numerosos sistemas que simplifican estas tareas, es decir, se encargan de la completa automatización de la PE. Los más novedosos y actuales son los que aprovechan la configuración de un PC convencional y la convierten en un equipo médico con este fin, como es el caso del que estamos describiendo. Entre sus funciones está la adquisición y análisis en tiempo real del ECG, el control del ergómetro durante la PE, la creación de diferentes reportes resúmenes y el manejo de la BD. La información que se manipula abarca un conjunto de protocolos para el control de los ergómetros, los valores de la señal de ECG adquirida durante la prueba, los datos personales de los pacientes, los detalles de las condiciones en que fue realizado el estudio y los reportes con los resultados calculados, para que más tarde puedan ser analizados con más detenimiento por los especialistas. De un buen diseño e implementación de la BD del sistema depende el aprovechamiento posterior de la misma. El objetivo de este trabajo es presentar el diseño de la BD del Sistema para la Automatización de Pruebas Ergométricas desarrollado por los autores. 2. METODOLOGIA Es deseable que la estructura de la información que se almacena en una aplicación de este tipo sea compatible con los preceptos actuales en materia de BD. Su concepción se realizó de modo que facilitara el proceso de diseño de todo el programa, y que los tratamientos de la información sean rápidos, dando así la mayor flexibilidad posible a los usuarios. Para esto se tuvieron en cuenta, entre otras, las siguientes características [3]: Independencia entre los datos y los programas de aplicación: Las tablas que se crearon pueden ser utilizadas por otros sistemas médicos (por ejemplo de cálculos estadísticos), sin necesidad de modificar su estructura. Esto posibilitará que se realice gran variedad de estudios aprovechando la información recopilada. Además el programa de aplicación no debe sufrir cambios si se modificara la organización de los datos en la tabla, debido a que la estrategia de acceso continuará siendo la misma. Minimización de la redundancia: Se incluyó sólo la información necesaria. La redundancia no se elimina totalmente porque en ocasiones es indispensable para reducir los tiempos de acceso o para simplificar el método de direccionado de la información como se explicará más adelante. Integridad de los datos: Esta característica está muy relacionada con la redundancia y significa que se garantizó la consistencia o ausencia de contradicción entre los datos. Facilidad de manipulación de la información: El sistema cuenta con capacidad para búsquedas rápidas por diferentes criterios, permite que los usuarios planteen sus demandas de una forma simple, aislándolos de las complejidades del tratamiento de las tablas y del direccionado de los datos. 17

3 Entre un diseño orientado a ficheros o un diseño relacional de la BD se escogió este último, debido a que minimiza el tiempo y los accesos para realizar búsquedas y facilita la implementación de procedimientos que se encarguen de mantener la integridad de los datos[1]. Fig. 1. Diagrama Entidad Relación del ERGOCID-PC. Cada recuadro representa una de las tablas creadas. PACIENT 1 M ESTUDI M M 1 ERGÓMETR 1 1 PROTOCOLOS BICICLE ESTER M El Diagrama Entidad Relación resultado del análisis se muestra en la Fig. 1. Cada tabla posee una llave primaria que identifica unívocamente a cada una de las ocurrencias de sus artículos. Las relaciones entre dos tablas se representan físicamente colocando la llave del extremo uno (1) como campo del extremo muchos (M). El resto de los campos que se incluyeron en las tablas fueron cuidadosamente seleccionados a partir de los que aparecen en los formularios que se llenan habitualmente en los hospitales. El análisis sobre poner o no algunos de ellos, resulta de particular interés: Fecha de Nacimiento y Edad: Si con ambos campos se obtiene la misma información entonces, por qué incluirlos a los dos? Para algunos usuarios resulta un poco incómodo teclear la cantidad de caracteres que abarca la Fecha de Nacimiento y prefieren escribir sólo la Edad. El sistema permite que se llene sólo uno o ambos campos. En caso de ser introducida la Fecha de Nacimi ento, automáticamente la Edad será calculada y aparecerá donde le corresponde. Frecuencia Cardiaca Máxima y Consumo Máximo de Oxígeno: Como sus valores son obtenidos a partir de otros datos, no debieran ser incluidos, pero en ocasiones los usuarios, después de analizar las características físicas de los pacientes desean modificarlos. Por esta razón es imprescindible que permanezcan en la BD para que la reproducción de la prueba se haga exactamente con las condiciones originales. Peso, Talla, Tipo de Actividad, Diagnóstico: Aunque estos campos reflejan en la vida real características físicas de los pacientes, pueden variar de un estudio a otro, por tanto fueron incluidos como campos en la tabla ESTUDIOS. Cuando se le realiza un nuevo estudio a un paciente, estos campos se inicializan con los valores correspondientes al estudio anterior. La información de los resultados para confeccionar los reportes y la señal de ECG recogida durante la prueba son almacenados en ficheros independientes. El valor de la llave del artículo en la tabla ESTUDIOS determina los nombres que llevaran los ficheros correspondientes y su contenido se describe a continuación: 18

4 Fichero de Observaciones: Incluye un récord por cada observación de la prueba (El tiempo entre las observaciones es un parámetro de instalación del sistema). Contiene datos relativos al momento y duración de la observación, el ciclo promedio y la medición de algunas variables en todas las derivaciones adquiridas. Fichero de Resultados por Etapa: Como su nombre lo indica, en este fichero se guarda un resumen de la información recopilada en toda una etapa. Además de los cálculos referentes al estado del paciente, se almacenan los parámetros con que trabajó el ergómetro durante la misma. Fichero de Conclusiones: Incluye un resumen general que ofrece el sistema y anotaciones o criterios que sean introducidos por el especialista. Fichero de Arritmias: Contiene la información necesaria para que se indiquen y se clasifiquen las arritmias detectadas durante la prueba. Fichero de ECG: En él se almacenan todas las muestras tomadas en las doce derivaciones monitoreadas. El conjunto de estos ficheros requiere de aproximadamente 2 Mb por estudio y son creados durante o al concluir la PE. Refiriéndonos a la parte de programación, podemos decir que la elección de Borland Delphi 5.0, que no es propiamente un Gestor de BD, se basó en que ofrece magníficas herramientas para el cálculo científico y el procesamiento de señales, que constituyen el grueso de la aplicación. Este lenguaje de programación posee una maquinaria para el manejo de BD (Borland Database Engine) que ofrece un rico y robusto conjunto de características para ayudar a los desarrolladores de aplicaciones. Mediante su uso se facilitan las operaciones y es posible declarar reglas de integridad para garantizar que los datos permanezcan completos y correctos todo el tiempo [4]. Entre los objetos y componentes no visuales que posee se utilizaron los siguientes: TTable: Se utilizó un objeto de este tipo para cada tabla creada. TQuery: Sirvió para realizar agrupaciones de datos de diferentes tablas. Si por ejemplo se desea conocer el nombre del protocolo ejecutado durante una prueba, se necesita conformar una relación entre las tablas PROTOCOLOS y ESTUDIOS porque en esta última sólo se almacena el código del protocolo. También jugaron un papel importan en el filtraje de las tablas por determinados criterios. TDataSource: Estos objetos constituyen la interfaz entre los datos físicos de la BD y los controles para su visualización. Se utilizó uno para cada objeto TTable y uno para cada objeto TQuery. TDataBase: Es el componente que brinda Borland Delphi para representar la base de datos en su conjunto. Se utiliza en este caso para operaciones de actualización que incluyen a la mayoría de los otros objetos mencionados (Ejemplos: Cerrar todas las tablas y hacer efectivas todas las actualizaciones). DataModule: Este objeto centraliza en una única localización la manipulación de todos los objetos descritos anteriormente. En su estructura aparece el código que representa las acciones a seguir y las estrategias de acceso a las tablas. 19

5 Para minimizar los errores durante la entrada de información al sistema, muchos de los datos son introducidos seleccionando con el ratón en listas donde aparecen valores predefinidos o tomados de otras tablas. Ejemplo de esos valores son: Sexo, Tipo de Actividad, Nombres de Protocolos. También se habilitan o no determinadas opciones que podrían implicar un uso inadecuado de la BD. El resto de la información entrada es chequeada en los siguientes aspectos: Sintaxis: En fechas y datos numéricos. Dominio: Rango de valores para la Edad, Talla, Peso y los parámetros del ergómetro. Consistencia: Por ejemplo las observaciones en la etapa de recuperación de los protocolos no deben estar en orden ascendente. Integridad: Fundamentalmente se valida que estén llenos todos los campos obligatorios como son: Nombre del Protocolo, Talla, Peso, etc. En el momento que se desea eliminar alguna información se muestra un mensaje de confirmación y se chequea que no existan artículos en otras tablas que la estén usando en ese momento. Borland Delphi, como toda herramienta creada para desarrollar aplicaciones en Windows, se basa en la programación orientada a eventos que facilita estas operaciones de validación. También brinda una gama de controles que permite concebir las pantallas similares a las que habitualmente manejan los usuarios, y así minimizar el tiempo de adiestramiento en el uso del sistema. 3. RESULTADOS Se obtuvo un sistema con un potente mecanismo para manipular la BD cuya interfaz se describirá a continuación: Fig. 2. Pantalla de visualización de los datos de Pacientes y Estudios. La Fig. 2 representa la pantalla principal de visualización. En ella aparecen 2 listas: la primera muestra los pacientes cuyos datos están almacenados en el sistema y la segunda los estudios que corresponden al paciente que esté seleccionado en la primera. Desde esta pantalla se puede pasar a otras que permiten revisar un estudio, ver sus reportes o borrarlo. También aparecen funciones para copiar información del sistema, previamente compactada, desde o hacia disquetes. 20

6 La pantalla que se muestra en la Fig. 3 permite que sean incluidos nuevos pacientes y estudios a la BD, o que se modifiquen los datos de los ya existentes. En dependencia del objetivo que se persiga al llegar aquí algunos de los campos permanecerán habilitados o no. Fig. 3. Pantalla de entrada y modificación de los datos de los pacientes y los estudios. Fig. 4. Pantalla para visualizar y actualizar los protocolos. Por su parte la pantalla que aparece en la Fig. 4 se utiliza para visualizar, insertar, modificar o eliminar los protocolos utilizados para ambos tipos de ergómetros. El aspecto de la pantalla varía de acuerdo al ergómetro instalado en el sistema. Si es la bicicleta, se mostrarán valores de Carga y si es la estera, se representarán valores de Velocidad y Pendiente. En todas las pantallas aparecen accesos a la ayuda del sistema. 4. DISCUSIÓN Como se puede apreciar a los usuarios del sistema se les ofrece una interfaz agradable y cómoda. Se enviaron copias demostrativas a algunos clientes potenciales y se comprobó que les resultó fácil su asimilación, debido a que el ambiente Windows les resulta familiar. Estos usuarios expresaron con beneplácito que la forma en que se manejó el tratamiento de la BD les permite acceder a la información de manera simple y rápida. El empleo de opciones para obtener la ayuda fueron de gran utilidad en este sentido. 21

7 Durante las pruebas realizadas para validar el sistema se comprobó que es mínima la posibilidad de introducir errores. Esto se debe fundamentalmente a la utilización de las reglas de integridad que ofrece Borland Delphi y los chequeos realizados en todo momento. 5. CONCLUSIONES La BD desarrollada para el sistema cumple con los conceptos modernos que se definen en la literatura especializada. Fue posible conformar una aplicación que posee internamente complejos manejos de la información, y sin embargo le muestra al usuario mecanismos simples para su utilización. Además se puede asegurar que no se necesita ser un experto para llegar a familiarizarse con el sistema. REFERENCIAS [1] C. J.Date, An introduction to database systems, 5th Edition, Vol. 1. Editorial Pueblo y Educación. [2] G. F. Fletcher et al., Exercise Standards A Statement for Health Professionals from the American Heart Association, Circulation, [3] W. H. Inmon, Effective Database Design, Prentice Hall Inc., [4] S. Ricciardi, A Guide to Data Integrity Rules, PC Magazine, Vol. 13, pp ,