Botón de pánico en una unidad de cuidado intensivo utilizando Jamaica

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1 1 Botón de pánico en una unidad de cuidado intensivo utilizando Jamaica GARCÍA VÁZQUEZ, CÉSAR AGUSTÍN; HERNÁNDEZ LEAL, PABLO FRANCISCO; COLMENARES GUILLEN, LUIS ENRIQUE Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Dirección de la Universidad: 4 sur # 104, Col. Centro, Puebla, Pue. C.P Dirección Personal: 14 sur y Circunvalación, Puebla, Pue. Correo electrónico: Mesa de participación: Herramientas para la Gestión de Sistemas de Información

2 2 BOTÓN DE PÁNICO EN UNA UNIDAD DE CUIDADO INTENSIVO UTILIZANDO JAMAICA García Vázquez, César Agustín; Hernández Leal, Pablo Francisco; Colmenares Guillen, Luis Enrique 1 En este proyecto se desarrolla una simulación de un sistema de tiempo real que permite el monitoreo de signos vitales de pacientes que además cuenta con un manejador de un botón de pánico. Se realizó el modelado del sistema con LACATRE. Este lenguaje de modelado permite visualizar lo que ocurre y facilita la modificación de variables. Se utiliza una interfaz gráfica programada con SWT, lo que permite una simulación precisa. Todo el proyecto fue desarrollado bajo Eclipse utilizando la maquina virtual Jamaica que proporciona el soporte a las clases que son necesarias en un sistema de tiempo real. I. INTRODUCCIÓN Una UCI (Unidad de Cuidados Intensivos) es una instalación especial de un hospital que proporciona medicina intensiva [1]. En muchos hospitales del país, el paciente, al encontrarse en una UCI, siente la necesidad de ser atendido todo el tiempo. Esto, puede ocasionar problemas en el caso de que el paciente se encuentre estable y éste realice una llamada a una enfermera o a un doctor, generando que estas llamadas sean en vano. También, puede darse el caso, que el paciente no se percate que sus signos vitales no son los correctos y necesite atención, en este caso, se puede salvar la vida del paciente si es atendido antes de que sus signos vitales se encuentren muy alejados del rango normal. Este tipo de incidentes se pueden solucionar por medio de un botón de pánico, el cuál analiza si es necesario llamar a una enfermera o a un doctor. El sistema debe actuar en tiempo real y ciertos factores deben ser considerados. II. TRABAJO RELACIONADO A continuación se detallan algunos casos relacionados con el trabajo presentado. En centros de cuidado (hospitales, centros de rehabilitación, etc.) se pueden presentar casos de violencia. Este tipo de tragedias pueden disminuir si se tienen las precauciones adecuadas. También, se presentan situaciones en las que el paciente necesita ser atendido inmediatamente y dado que la enfermera lo acaba de atender, su llamado es ignorado. En el trabajo [2], se presentan algunos casos y soluciones. De igual forma, los ataques al personal médico por pacientes así como también por visitantes son comunes [3]. Una de cada siete agresiones reportadas en el trabajo en el Reino Unido es cometida por pacientes o visitantes. Se tienen datos de que el 14% del personal médico examinado ha sido atacado por pacientes o familiares, y el 27% ha sido 1 Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Facultad de Ciencias de la Computación, BUAP FCC, Ciudad Universitaria, Apartado Postal J-32, Col. San Manuel, C. P , Puebla, Pue. México., correo electrónico del responsable del artículo:

3 3 víctima de agresiones o de impacto de bala [4]. El personal de enfermería, ambulancia y primeros auxilios son las víctimas más frecuentes. Las farmacias del hospital y las salas psiquiátricas son particularmente puntos vulnerables. La implementación de un sistema de tiempo real junto con beepers 2 y un sistema de alarma personal y cámaras de seguridad pueden ayudar a reducir la frecuencia de tales ataques y mitigar los efectos cuando estos ocurren. Otro escenario, en el trabajo [4], se abarca el uso de alarmas discretas, esto es, especialmente en instituciones psiquiátricas y cuidados de salud, es importante que las alarmas de incendio sean configuradas como alarmas silenciosas para prevenir el pánico. Al ser accionadas estas alarmas, en un sistema de tiempo real, el mensaje es enviado automáticamente a todos los beepers de manera inmediata. En el display del beeper, se muestra cierta información relacionada acerca del lugar donde fue activada la alarma (que dará una idea de donde se encuentra el incendio). De forma automática la persona indicada o un grupo de personas pueden ser localizados inmediatamente. Tal sistema integrado puede por lo tanto asegurar que el mensaje es directamente recibido por las personas apropiadas y se previene el pánico. El control de acceso es otra funcionalidad que puede ser integrada en la solución de la seguridad de un hospital por medio de un sistema de tiempo real o basado en el sistema de control de botón de pánico. Esto puede ser implementado de dos formas. En la primera, puede estar en el estacionamiento, para identificar a personas discapacitadas o que se encuentren en sillas de ruedas que requieran ayuda para salir del auto, un mensaje es enviado al localizador del portero del hospital más cercano para que pueda inmediatamente asegurar que la ayuda necesaria llegue rápidamente. Esto también se puede enfocar para impedir el acceso a personas no autorizadas en áreas restringidas. La segunda implementación se puede hacer al registrar que una persona ha entrado a un área restringida y no cuenta con algún dispositivo que desactive la alarma, o al entrar una cámara puede empezar a enviar un video del lugar al centro de control y un oficial de seguridad será advertido para que empiece a investigar. III. MÉTODO En esta sección se da la descripción del proyecto y las distintas plataformas utilizadas para la realización del mismo. De igual forma, se presentan las clases que se crean, así como también la distinción entre las tareas y eventos; finalmente se definen las acciones de cada clase a utilizar durante el proyecto y se presentan los diagramas generados con LACATRE [5]. Descripción del proyecto Los signos vitales (oxígeno y frecuencia cardiaca) de un paciente son monitoreados automáticamente y si existe algún problema de preocupación, se hace una llamada automáticamente a un doctor de guardia. También existe un botón de pánico al lado de la cama que puede ser presionado por el paciente o por un visitante si siente que es necesario. El botón de pánico es utilizado para el beneficio del paciente y de ayuda al 2 Durante este reporte se utiliza la palabra beeper, pager y localizador indistintamente.

4 4 visitante. El sistema de tiempo real responde al botón de pánico con los siguientes eventos: Si no hay ninguna llamada al doctor en los últimos cinco minutos, se realiza una prueba para ver si los signos vitales del paciente son fuertes, si son débiles, el doctor de guardia es llamado inmediatamente. Si los signos vitales son fuertes y una enfermera ha sido llamada en los últimos diez minutos, el botón es ignorado. Si los signos vitales son fuertes y una enfermera no ha sido llamada en los últimos diez minutos, la enfermera de guardia es llamada. Este sistema de monitoreo para eventos de emergencia del tipo médico, tales como ataques cardiacos o asmáticos, abarca también un CCM (centro de control médico), donde la información del paciente se encuentra guardada, y una unidad portable de monitoreo de rescate permite que el paciente transmita al CCM información como su identidad y sus síntomas y otros parámetros críticos [6]. Uno de los principales incentivos para soportar la concurrencia en un lenguaje de programación de sistemas de tiempo real es el facilitar el modelado del paralelismo en el mundo real [7]. Por ejemplo, con diseño de sistemas empotrados, los controles para objetos del mundo real son representados como hilos en el programa. La interacción entre los objetos y sus controles puede ser accionada por medio del tiempo o por medio de un evento. En un sistema activado por medio de un evento, sensores en el ambiente son activados cuando el objeto del mundo real cambia a cierto estado. Los eventos son señalados por medio de interrupciones. En algunos casos el diseñador del sistema tiene la opción de elegir entre implementar el algoritmo de control siendo activado por medio de un temporizador o por medio de un evento. Usualmente, estos últimos sistemas son más flexibles. En cualquier caso, la parte de control es representada como un hilo. Plataforma de desarrollo Este trabajo se realizó con el IDE (Integrated Development Environment) Eclipse [8] en su versión Este IDE permite trabajar con Jamaica, versión 3.0 [9], que es una biblioteca que permite programar sistemas de tiempo real. Se utilizo SWT (Standard Widget Toolkit), versión , para programar la interfaz gráfica, que pretende visualizar este proyecto en la vida real. De esta forma, las clases correspondientes al sistema de tiempo real en Jamaica se encuentran separadas de la interfaz gráfica SWT [10]. Si el desarrollador ya tiene algún conocimiento previo de algún IDE, como NetBeans, en el Cookbook [11] se tiene una guía rápida que permite empezar a trabajar con eclipse y en menos tiempo poder realizar un proyecto. Para poder realizar una instalación rápida de los jar externos que permitieron trabajar con SWT se revisó [12], para la realización de los diagramas se utilizó LACATRE (Langage d'aide à la conception de systèmes temps réel, lenguaje de ayuda a la concepción de sistemas de tiempo real), versión [13]. Todo el proyecto fue realizado para el sistema operativo Kubuntu, versión 8.04 [14] aunque se puede adaptar a otra distribuciones de Linux. Eventos y clases utilizadas

5 5 La acción de presionar el botón de pánico es identificada por la cadena PanicButton. Un localizador es representado por un evento asíncrono; dutydoctor y dutynurse son los eventos para los localizadores del doctor y de la enfermera respectivamente. La ocurrencia del evento es asociada a un manejador. Este manejador inicia la llamada al localizador [15]. En este tipo de sistemas es muy útil distinguir entre las tareas y los eventos [7]. Esto permite mayor facilidad para implementar el sistema, al realizar la correspondencia de eventos de la vida real al software. Además, es importante coordinar la ejecución del programa con el tiempo actual. También es necesario evitar situaciones innecesarias e ineficientes de concurrencia. Las clases que se crearon para el trabajo son las siguientes: PatientO2Monitor.java Esta clase simula el monitor de oxígeno que tiene un paciente, esto es representado como un hilo de tiempo real periódico. El método más importante de la clase es vitalsignsgood() ya que indica si los signos vitales están en parámetros normales o no. PatientHeartMonitor.java Esta clase simula un monitor de frecuencia cardiaca que tiene el paciente. Es un hilo de tiempo real periódico. El método más importante de esta clase es vitalsignsgood() ya que éste indica si los signos vitales están en parámetros normales o no. Boton.java Esta clase realiza la creación de la interfaz gráfica del programa. Aquí se crean pacientes, además de una enfermera de guardia y un doctor de guardia, cada uno de ellos tiene asociado un localizador. Esta clase también coloca en la interfaz los monitores de cada paciente y se inicializan los parámetros de los monitores de oxígeno y frecuencia cardiaca. Esta clase es importante porque representa gráficamente los botones de pánico de cada paciente, que al ser presionados lanzarán el manejador adecuado junto con los parámetros necesarios. AutomaticMonitor.java Esta clase simula un monitor de monitores, esto es, se verifican los resultados del monitor de frecuencia cardiaca y el monitor de oxígeno. Esta clase es independiente del botón de pánico ya que genera un mensaje al doctor cuando ambos signos vitales están en parámetros no permisibles. DoctorPager.java Esta clase simula el Localizador del doctor, esta clase fue modelada como un evento asíncrono. El método más importante de esta clase es SendMsg() que sirve para invocar al evento y además del texto que recibirá el doctor. DoctorWork.java Esta clase es la encargada de simular el trabajo que realiza el doctor una vez que reciba un mensaje en su localizador. Primero se desplaza hacia al paciente, este desplazamiento se simula mediante un tiempo aleatorio y cuando llega con el paciente verifica los signos vitales y si no están en los parámetros normales, entonces el doctor realiza lo necesario para curarlo. Esta clase es un hilo de tiempo real que además trabaja en memoria scoped ya que solamente es útil por un periodo de tiempo; cuando el paciente se encuentra estable, el hilo termina su ejecución y se libera de la memoria. PanicButtonHandler.java Esta clase, se utiliza como el manejador de eventos asíncronos para el instante en que es presionado el botón de pánico. Su comportamiento es el siguiente: si hace unos segundos, ya se llamó al doctor, entonces se omite el

6 6 evento. Si alguno de los signos vitales es bajo y se oprime el botón, entonces se llama a la enfermera. Si ambos signos vitales son fuertes pero se oprimió el botón y no se ha llamado a la enfermera en un tiempo nursetime entonces se avisa a la enfermera. El valor de nursetime y de doctortime pueden ser diferentes y modificables. NursePager.java Esta clase es similar a la clase DoctorPager, sólo que se encarga de gestionar el localizador de la enfermera. NuserWork.java Esta clase es similar a la clase DoctorWork, con la diferencia, de que simula el trabajo de la enfermera cuando recibe un mensaje. Diagramas en Lacatre Lacatre (LA4) es un lenguaje que presenta un modo gráfico y un modo texto, destinado a facilitar la concepción preliminar y detallada de aplicaciones basadas en la puesta en marcha de procesos multitareas en tiempo real. Por esta razón, LA4 ha sido utilizado para modelar este proyecto. En la Fig. 1 se muestra el diagrama de la clase PatientO2Monitor donde se puede apreciar las tareas principales que realiza, encargado de notificar sobre el nivel de oxígeno del paciente. El diagrama de la clase PatientHeartMonitor tiene la misma estructura. Fig. 1: Diagrama de la clase PatientO2Monitor En la Fig. 2 se presenta, la clase DoctorPager donde se aprecia que recibe un mensaje y luego ese mensaje es desencolado para crear DoctorWork que tiene la tarea de revisar al paciente y curarlo si es necesario. Los diagramas para NursePager y NurseWork tienen el mismo modelado.

7 7 Fig. 2: Diagrama de la clase DoctorPager En la Fig. 3, se presenta el diagrama de la interfaz gráfica donde se genera el botón de pánico. En este diagrama se puede apreciar que de acuerdo a la condición del paciente, se decide mandar un mensaje al doctor, a la enfermera o ignorar el botón. Fig. 3: Diagrama del Botón de Pánico En la Fig. 4, se muestra el diagrama de la clase AutomaticMonitor donde se observa, que al no cumplir la condición de que el paciente se encuentre bien, de acuerdo al nivel de oxígeno o al ritmo cardiaco, el doctor en guardia es llamado.

8 8 Fig. 4: Diagrama de la clase AutomaticMonitor En la Fig. 5, se muestra una parte de la interfaz donde el usuario puede modificar las condiciones en las que se encuentra cada paciente. El botón del signo '+' aumenta el valor de la condición que se desee y el botón del signo '-' la reduce. En el botón '?' se informa sobre las condiciones del paciente. Fig. 5: Interfaz de control En la Fig. 6, se observa el botón de pánico que cada paciente tiene, así como la imagen de un monitor. Al lado del botón hay un cuadro de texto donde aparecen los mensajes referentes a como se encuentra el paciente y si es necesario avisar al doctor o a la enfermera. Figura 6: Interfaz gráfica del botón de pánico

9 9 IV. CONCLUSIONES A continuación se presentan las conclusiones y resultados obtenidos a partir de este proyecto, así como también un trabajo a futuro donde se presenta hacia dónde está encaminado este proyecto. Resultados En este proyecto se ha podido aplicar la teoría de sistemas de tiempo real en la creación de un sistema que puede ser llevado a la práctica con la utilización de LACATRE. Además se pudo generar una interfaz gráfica multiplataforma para el este mismo sistema gracias a la programación con SWT. Por medio de [6] se pudo programar una interfaz que pudo ser ejecutada en todas las computadoras de los miembros del equipo. Se ha empezado a trabajar con JNI (Java Native Interface), para poder comparar con qué interfaz funciona mejor el sistema. Algunos problemas que se presentaron es la falta compatibilidad de bibliotecas de sistemas de tiempo real con algunos IDE s, en [16] se presentan algunos inconvenientes al trabajar con estas bibliotecas y cómo se pueden realizar distintas implementaciones de una interfaz gráfica con ayuda de SWT. El trabajo se realizó con algunas entrevistas realizadas a doctores que se encuentran trabajando en diversos hospitales de la región. Gracias a la colaboración de éstos y las unidades hospitalarias donde laboran se han podido determinar más aplicaciones a este tipo de sistemas de tiempo real y cómo pueden llevarse a la aplicación directa al cambiar el entorno de este sistema, pero la base, que en este caso es el botón de pánico que funciona como una alarma, no requiere muchas modificaciones. Inclusive, se pueden programar clases estándares que servirían para cualquiera de los ejemplos mencionados en la sección de trabajos relacionados, y de esta forma sólo se tendrían que modificar ciertos parámetros dependiendo de la aplicación deseada. Esto es, programar un sistema generador de sistemas de tiempo real para monitoreo. Durante la elaboración de este proyecto se tocaron temas muy importantes referentes a la programación de sistemas de tiempo real para java como es la administración de memoria al trabajar con la memoria scoped, los eventos asíncronos y sus manejadores y los hilos periódicos. Trabajo a futuro Se pretende llegar a las autoridades competentes, la información suficiente para que se acepte llevar a cabo estos proyectos en diversos hospitales de la región. Así como también, se realizarán pruebas sobre la plataforma Android [17] de Google, que utiliza también Java. Es importante remarcar, que también se está tomando en consideración los recientes descubrimientos referentes al uso de sistemas inalámbricos en hospitales y el peligro que pueden representar para ciertos instrumentos médicos [18]. Agradecimientos Se agradece a las siguientes personas: Vedha Iván Barrientos Pantoja, Sergio Martínez Medel, Alberto Garduño Flores, Ulises Aguirre Hernández, por su valiosa participación durante el desarrollo del proyecto.

10 1 0 V.BIBLIOGRAFÍA [1] Definición de UCI: [2] Salvando vidas en tiempo real: [3] Botón de pánico para enfermeras: [4] Un hospital integrado más seguro: [5] Guía de referencia de LACATRE: [6] Tim Hatton, SWT: A Developer's Notebook, O'Reilly Media, Inc, 2004, USA. [7] Alan Burns, Andy Wellings, Concurrent and Real Time Programming in Ada, Cambridge Press, 2007, USA. [8] Berthold Daum, Professional Eclipse 3 for Java Developers, Wrox, 2004, USA. [9] Página de Aicas para descargar Jamaica: [10] Robert Harris, Rob Warner, The Definitive Guide to SWT and JFACE, Apress, 2004, USA [11] Steven Holzner, Eclipse Cookbook, O'Reilly Media, Inc, 2004, USA. [12] John Arthorne, Chris Laffra, Official Eclipse 3.0 FAQs, Addison-Wesley Professional, 2004, USA. [13] Página para descargar LACATRE: [14] Página oficial de Kubuntu: [15] Andy Wellings, Concurrent and Real-Time Programming in Java, Addison Wesley, 2004, USA. [16] Implementation Strategy for Java Natives: 1/SWT-Design-1.html [17] Página oficial de Android: [18] Sistemas inalámbricos podrían ser peligros:

11 1 1 César Agustín García Vázquez Ingresó a la Ingeniería en Ciencias de la Computación en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en el año En otoño del 2007 realizó una estancia de estudios en Université de Montréal, en Québec, Canada. Tiene la asistencia a varios congresos de computación y matemáticas, así como también la ponencia de diversos trabajos en la UAM y en el Congreso de la Sociedad Matemática Nacional. Actualmente es candidato a titularse con mención Cum Laude. Cuenta con el dominio de los idiomas inglés y francés, así como un nivel básico de alemán. Sus intereses principales son la programación en Cython y Cocoa, así como también la plataforma Android y el añálisis y diseño de algoritmos utilizando Sage. Pablo Francisco Hernandez Leal Ingresó a la Ingeniería en Ciencias de la Computación en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en el año 2004, realizó una estancia de estudios en Université de Montréal, en Quebec, Canadá en el año de Durante los meses de junio a agosto del presente año, participó en el programa Verano de Investigación Científica en el Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica (INAOE) en el departamento de Ciencias de la Computación. Actualmente está por terminar sus créditos de la carrera y además se encuentra realizando prácticas profesionales en la Dirección General de Innovación Educativa de la BUAP. Tiene la asistencia a diversos congresos de computación e informática, así como el dominio de los idiomas francés e inglés. Sus intereses principales son las Imágenes Digitales, la Inteligencia Artificial, y las aplicaciones Web. Luis Enrique Colmenares Guillén Realizó sus estudios de Licenciatura en Computación en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en la Facultad de Ciencias Físicomatemáticas. Los estudios de Maestría en la Universidad de las Américas Puebla obteniendo el título de Maestro en Ciencias. El doctorado fue realizado en la Universidad Politécnica de Cataluña en Barcelona España, en la especialidad de Sistemas distribuidos en el Departamento de arquitectura de computadoras. Actualmente es profesor investigador de tiempo completo en la Facultad de Ciencias de la Computación de la Benemérita Universidad autónoma de Puebla. Imparte asignaturas de las currículas de Licenciatura, Ingeniería y Postgrado. Pertenece al cuerpo académico de Sistemas de Información, y colabora con la Dirección General de Innovación educativa. Esta en diferentes proyectos de Sistemas Distribuidos, Sistemas de Tiempo Real, Computo Pervasivo y Cómputo Ubicuo.

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