Ciencia UANL Universidad Autónoma de Nuevo León ISSN (Versión impresa): MÉXICO

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1 Ciencia UANL Universidad Autónoma de Nuevo León ISSN (Versión impresa): MÉXICO 2005 Vidal Díaz Prado INFORMACIÓN BIOMÉDICA. UN ÁREA TECNOLÓGICA CON FUTURO Ciencia UANL, julio-septiembre, año/vol. VIII, número 003 Universidad Autónoma de Nuevo León Monterrey, México pp

2 INNOVACIÓN Y TECNOLOGÍA Información biomédica. Un área tecnológica con futuro VIDAL DÍAZ PRADO Tradicionalmente los científicos del campo de la biotecnología y medicina se caracterizaron por su ciberfobia a las nuevas tecnologías, pero la nueva generación de investigadores ha roto dicho estereotipo, con el objetivo de lograr avances en campos ligados a la informática. Actualmente son pioneros en la bioinformática y en el desarrollo de interfaces entre el cerebro y la computadora. Los avances tecnológicos más apasionantes que se gestan en estas especialidades son: los cuidados sanitarios electrónicos, la biología sintética y diagnósticos ultrasensibles a través de nanotecnología. 1 La informática biomédica (IBioMed) pretende unir disciplinas como biología, medicina e informática, tradicionalmente distantes, y coadyuvar a la explotación del espectro de información y conocimiento que en torno a éstas se gesta, para desarrollar un mejor proceso de innovación, ya sea conjunta o aisladamente. Asimismo, generar un incremento en la productividad de actividades de investigación sobre el cáncer, genoma humano, epidemias, etc. Desde el principio de las ciencias y de la producción del conocimiento a través de imágenes y de manera explicita en textos, los medios formalsimbólicos han sido utilizados en la representación y producción del conocimiento. Por lo tanto, dado que gran parte de la información médica Fig. 1. Disciplinas que sustentan a la informática biomédica. se constituye por imágenes biomédicas digitales o análogas, producidas en diferentes modalidades como tomografía computarizada, resonancia magnética, radiografía computarizada, exámenes de medicina nuclear y ultrasonido, entre otras, la IBioMed encuentra gran aplicabilidad en la administración, manejo, transmisión, recepción y en el análisis tanto de las imágenes biomédicas como de las tecnologías e innovaciones que en torno a éstas se desarrollen. La función de la IBioMed va más allá de un simple proceso de almacenamiento de imágenes para la representación de información médica. Su función principal se enfoca en el análisis, control y disposición en bases de datos de conocimiento y memorias organizacionales que posteriormente serán utilizadas en intranets o en ambientes externos de e-sciences. La computación enlaza a las ciencias naturales y a la medicina La biomedicina asistida por la computación se basa en los principios de las ciencias naturales, en las tecnologías computacionales y lase comunicaciones (TCC). La biomedicina constituye un área prioritaria científi- CIENCIA UANL / VOL. VIII, No. 3, JULIO-SEPTIEMBRE

3 INFORMACIÓN BIOMÉDICA. UN ÁREA TECNOLÓGICA CON FUTURO co-tecnológica, su actual desarrollo se relaciona con los avances computacionales y las tecnologías de información emergentes. Esta mezcla de disciplinas pretende potenciar la investigación en áreas como la genómica y postgenómica, así como en la bioinformática (figura1). Asimismo, son prioritarios, en el proceso de conexión de la informática y la biomedicina, los profesionales que seleccionen, extracten, sinteticen, codifiquen, clasifiquen y evalúen el conocimiento tácito de la biomedicina y lo coloquen a disposición de los demás como conocimiento explicito, para que éste sea un apoyo en la toma de decisiones (tabla I) y satisfaga las necesidades de información del profesional en cualquiera de las áreas de especialidad de la informática biomédica. Desde finales de los noventa ha habido avances en el proceso de enlace entre datos, conocimientos e información médica, con la finalidad de desarrollar nuevos métodos de aplicación en la medicina genómica y en otros campos científicos. Actualmente, los sistemas computacionales han entrado en campos tecnológicos en los que la mezcla inteligente de diferentes disciplinas y la aplicación de un proceso de innovación entre éstas ha hecho que soluciones a necesidades de información clínica en tiempo real sean, día a día, más susceptibles de investigación y desarrollo. Algunas de estas soluciones son los sistemas de GPS (Global Position System), y las soluciones a través de telefonía celular donde pacientes que sufran accidentes o decaimiento podrán recibir los primeros auxilios, gracias a la medición directa y en tiempo real de sus síntomas de salud. Los sistemas de GPS permitirán saber la posición exacta donde el paciente pudiese haber sufrido un infarto o accidente, y proporcionarán información clínica confiable y actualizada a los primeros cuerpos de auxilio que atiendan al paciente (figura 2). Al enlazarse la genómica, la informática y la medicina se crean áreas innovadoras de investigación y desarrollo, donde antes había un estrecho aislamiento y falta de coordinación para lograr objetivos de mutuo interés. Ahora las nuevas disciplinas especializadas se han gestando en torno al desarrollo del trabajo conjunto de la informática y la biomedicina. Dichas áreas (figura 1) pueden detallarse de la siguiente manera: 2 Medicina basada en la genómica: La medicina genómica es el uso rutinario de análisis genotípicos para mejorar los cuidados de salud del individuo, tiene sus pilares en la capacidad de conocer los polimorfismos de los nucleótidos de cada individuo y de modificar su medio ambiente. 3 Informática médica: La informática médica (IM) es el conjunto de técnicas destinadas a tratar automáticamente la producción, el depósito, la transferencia y la recepción de la información médica, utilizando para ello computadoras, la microelectrónica y otras TCC. Los grandes problemas que se solucionan mediante la aplicación de la IM son cinco: recolección de información, manejo de posibilidades, comunicación precisa, búsqueda de datos para avances científicos y aplicación en procesos clínicos. Para la IM, la administración de la información es intrínseca a las prácticas médicas, ya que la informática aliviana la carga del tratamiento de grandes cantidades de información y coadyuva a los esfuerzos de administrar las tecnologías encaminadas a soluciones óptimas en el campo de cuidados médicos. Bioinformática: La bioinformática, disciplina formada en la frontera de la biología y la informática, aborda la adquisición, almacenamiento, procesamiento, distribución, análisis e interpretación de información biológica, mediante la aplicación de técnicas y herramientas procedentes de las matemáticas, la biología y la informática, con el propósito de comprender el significado biológico de una gran variedad de datos. 4 Algunos grupos científicos en Reino Unido, apoyados por su gobierno, trabajan en conjunto en la creación de un registro electrónico de salud para cada paciente existente en el territorio, el cual contendrá el historial 380 CIENCIA UANL / VOL. VIII, No. 3, JULIO-SEPTIEMBRE 2005

4 VIDAL DÍAZ PRADO clínico de todas las enfermedades y tratamientos de dicho paciente durante toda su vida, permitiendo con esto no sólo una radical mejora en tratamientos clínicos futuros, sino facilitar el trabajo en la investigación genómica. Este proyecto de investigación biomédica se denomina CLEF (Clinical e-sience framework) y su tarea principal es desarrollar un repositorio de información seguro, genérico, de alta calidad, ínteroperable, derivado de registros electrónicos médicos que puedan ser accedidos por investigadores de biociencias o medicina, como cualquier otro recurso Grid. Estos recursos podrán ser requeridos por cualquier otro Grid 5 para aplicaciones en la salud, investigaciones de ciencias biomédicas, sin descuidar uno de los objetivos de calidad de la Grid Computing: la seguridad operacional y la ética en el uso de conocimiento, información y datos. La convergencia entre la informática médica y la bioinformática se da en las aplicaciones de la informática en la medicina y la biología, respectivamente. Para muchos médicos, los informáticos médicos son profesionales de la tecnología que construyen software y bases de datos para ayudarlos en su práctica habitual. Un argumento similar puede explicar la relación entre biólogos y bioinformáticos. No obstante, se pretende crear una nueva área interdisciplinaria entre la IM y la BI. La última podría Tabla I. Bondades de la informática biomédica. aportar valiosos resultados de investigación y desarrollo en gestión y modelación de la información en el ámbito molecular, mientras la primera puede proporcionar su experiencia en desarrollo de aplicaciones clínicas. Se necesita una nueva estrategia en el desarrollo de software para transferir de forma óptima cantidades enormes de datos que los investigadores genéticos están obteniendo en sus laboratorios no obstante que éstos estén muy distantes geográficamente. Los médicos tendrán que acostumbrase a manejar un nuevo tipo de información, con características especiales y auspiciados por las bondades de los desarrollos tecnológicos que les brindaran privacidad en actividades donde información valiosa tenga que ser compartida. Privacidad en la informática biomédica En la comunidad científica mundial existe un consenso en el hecho de que la integración de la IM y la BI conducirán una evolución científica sin precedentes, que se sustenta en la visión de que una combinación de información en todos los niveles (molecular, celular, individual y poblacional) conducirá a un mejor cuidado de la salud de manera individualizada y bajo un proceso altamente mejorado. No obstante, el aumento del manejo de información personalizada y el in- CIENCIA UANL / VOL. VIII, No. 3, JULIO-SEPTIEMBRE

5 INFORMACIÓN BIOMÉDICA. UN ÁREA TECNOLÓGICA CON FUTURO tercambio de ésta a través de un entorno global y científico de Grids creará la gran necesidad de regular el acceso tanto a la información de los pacientes como de repositorios de datos, información y conocimiento, con la finalidad de que no se viole su privacidad. Todo esto bajo un entorno de ética y regulación legal que salvaguarde dichas prácticas. Los datos biomédicos son, generalmente, de naturaleza sensible y aunque fundamentalmente se utilizan para ofrecer ventajas a la ciencia y a la comunidad, esta información también se expone a abusos de personas sin ética profesional. El abuso de la información personalizada de pacientes será siempre susceptible de las bondades financieras que conlleva el dar un mal uso de dicha información. No es difícil imaginarse el impacto que tendría en la sociedad el que los bancos, las compañías de seguros, los patrones, etc., pudieran tener acceso a datos sobre el historial clínico de sus clientes, que revelan sus condiciones de salud. De hecho, el abuso de datos médicos nos afecta a todos, dado que prácticamente todos nos enfrentamos, en un cierto punto de la vida, con procesos cotidianos como: solicitud de empleo, de préstamos, contratación de un determinado seguro, etc. Un acercamiento clásico para salvaguardar el enfoque computacional de transferencia de información se centra en el hecho de que los creadores y los administradores de los datos deben prohibir la divulgación inadecuada de información compartida a terceros. Básicamente, esto se debe centrar en las medidas de seguridad tradicionales (control de acceso y autorización) y en la incorporación de técnicas de privacidad (TP) durante la recolección y aplicación de datos en actividades biomédicas. Sin olvidar la definición básica de TP (según J. Borking): Un sistema coherente de medición de tecnologías de información y comunicación para la protección, aislamiento o reducción de datos personales en procesos no deseados sin perder en esencia la funcionalidad del sistema de información. 3 Minería de datos geonómicos Un tema en el manejo de la información médica de todo tipo es el desarrollo tanto de plataformas a través de Internet, así como de plataformas Grid 5 que facilitan el intercambio dinámico de información. Si dicha información contiene exclusivamente imágenes, entonces el sistema de almacenamiento y administración de imágenes ideal es una conexión al Sistema de Almacenamiento e intercambio de Imágenes o PACS (Picture Archiving and Communication System). El almacenamiento masivo se puede realizar mediante grabadores de CD-ROM o Tape Backup. Luego, es necesaria una aplicación que gestione el manejo de imágenes en una base de datos, almacene la información en un formato estándar (DICOM) y envíe los datos con opción de compresión de forma confiable a la estación receptora. La explosión de información médica a nivel mundial ha ocasionado la necesidad de desarrollar herramientas que faciliten una búsqueda unificada de esta información en bases de datos remotas heterogéneas y de uso simultaneo de usuarios. Asimismo, es importante extraer información de las bases de datos médicas de forma que se puedan obtener reglas de predicción clínica que relacionen outcomes con variables clínicas. De aquí que un problema muy específico de la información médica sea la existencia de diversos vocabularios, por lo que se han comenzado a desarrollar servidores de vocabularios que faciliten el manejo de éstos en aplicaciones informáticas cuando se estén efectuando tareas de minería de datos médicos. 4 Tendencias en la innovación científica y tecnológica de la IbioMed Las tecnologías de la información jugarán un papel fundamental en la aplicación de los desarrollos tecnológicos en el campo de la genética y la práctica médica, como refleja la pre- 382 CIENCIA UANL / VOL. VIII, No. 3, JULIO-SEPTIEMBRE 2005

6 VIDAL DÍAZ PRADO sencia de la bioinformática médica y la telemedicina dentro de las principales líneas de I+D en biomedicina. Por un lado, dentro del tratamiento y análisis de imágenes, la informática biomédica se nutrirá de las bondades de la inteligencia artificial (IA), la cual coadyuvará tanto al desarrollo de ciertos filtros morfológicos no lineales, como al desarrollo y diseño de métodos de separación (segmentación) de patologías y regiones de interés. Otra de las bondades de la IA en la IBioMed se está desarrollando en la visualización médica tridimensional, centrándose en el desarrollo de entornos de navegación interna de aquellos datos que permitan registrar trayectorias de acceso al interior, con vistas a la planificación de intervenciones. Un área relacionada es la de sistemas de bases de datos inteligentes de imágenes, que facilitarán el acceso, transmisión y control sincronizado de datos a través de quipos internos y externos que requieran de un diagnóstico remoto preciso en tiempo real. La IBioMed pretende cambiar paradigmas de diferentes campos mediante nuevos sistemas que empleen modelos informáticos de células humanas para la realización de pruebas y comprobación de la eficacia de nuevas medicinas. Se prevé la adquisición de un gran soporte para el logro de avances científicos en el campo de la medicina, facilitando en un futuro que los médicos puedan determinar el tratamiento adecuado para su paciente con sólo medir la actividad molecular en el cuerpo e introducir dicha información en la computadora. La tecnología celular, inalámbrica y el Internet revolucionarán paulatinamente muchos aspectos primordiales de la IBioMed, permitiendo un eficiente acceso a bases de datos de conocimientos médicos de diferentes instituciones de salud, necesario para que el paciente no tenga que ser trasladado hasta un centro de salud o a un hospital en especial, gracias a la oportuna transferencia de registros médicos de determinado paciente de hospital a hospital para una pronta valoración, diagnostico y posterior tratamiento. Todo esto a través de sistemas de información con buena in- Fig. 2. Aplicaciones tecnológica de la IBioMed. teroperabilidad de registros personalizados en un entorno de alta seguridad y privacidad para una creciente sociedad de usuarios móviles (figura 2). Conclusiones El objetivo de la IBioMed es unir aquellas disciplinas que se encontraban distantes en lo referente a su entorno científico y explotar el gran espectro de información relacionada con la salud desde el punto de vista de células, moléculas, órganos, organismos y poblaciones. La IBioMed toca los campos de aplicación de las ciencias biomédicas y trabaja estrechamente con tecnologías de información. Primordialmente en las áreas de computación y comunicación para proveer la infraestructura científica y tecnoló- CIENCIA UANL / VOL. VIII, No. 3, JULIO-SEPTIEMBRE

7 INFORMACIÓN BIOMÉDICA. UN ÁREA TECNOLÓGICA CON FUTURO gica idónea que la comunidad científica de la salud requiere para la ejecución de actividades de investigación y desarrollo en grupos multidisciplinarios y multiculturales que requieran visualizar, analizar y controlar resultados de manera simultanea. Así como para la rápida evaluación, valoración y toma de decisiones en tiempo real en situaciones críticas. El segundo factor es el destacado incremento de capacitación de profesionales sin bases sólidas en medicina (técnicos, ingenieros o especialista en área no referentes a la salud), quienes deben ser entrenados para que comprendan mejor la cantidad de aplicaciones que sus respectivas áreas de especialidad tienen en el campo de la medicina a través de la informática. Los especialistas en sistemas computacionales que comprendan mejor la medicina serán capaces de diseñar con mejor precisión sistemas que respondan a las necesidades actuales. Por otra parte, el personal médico que reciba un entrenamiento formal en informática médica será capaz de construir sistemas utilizando técnicas bien establecidas. Eliminando con ello los errores radicales que, anteriormente, otros desarrolladores carentes de visión y con poco o nulo conocimiento en una de las dos áreas no permitían consolidar la generación óptima de sistemas robustos. En tanto más se incremente el número de profesionales entrenados en aspectos relacionados con ambos campos, se podrán resolver de manera más eficiente tareas de administración de la información y de conocimiento con fines médicos. Referencias 1. Erb, Ulrike. (1996). Frauenperspektiven auf die Informatik. Informatikerinnen im Spannungsfeld zwischen Distanz und Nähe, Münster: Westfälisches Dampfboot. 2. Schmitz, Sigrid & Britta Schinzel. (2002). GERDA: A brain research information system for reviewing and deconstructing gender differences. In: Ursula Pasero/Anja Gottburgen (Hg.): Wie natürlich ist geschlecht? Westdt. Verlag, Wagner, Ina 1989: Regulierung der Krankenhausarbeit. Ein Vergleich des Computereinsatzes in Österreich, Frankreich und den USA aus der Perspektive der Organisation von Pflegearbeit und Labortätigkeiten. In: Journal für Sozialforschung, 29.Jg., Heft 2, Weber, Jutta 2002a: Berechenbare Organismen, wildgewordene Maschinen? Heilsvisionen und Apocalyptica der Artificial-Life- Forschung. In: Zentrum für Interdisziplinäre Frauenforschung (Hg.): Cyberfeminismus. Feministische Visionen mit Netz und ohne Boden. In: Bulletin Nr. 24. Texte. Berlin: Universitätsdruckerei der HU, April 2002, Vid. Vidal Díaz Prado. La estructura de la Grid Computing. CIEN- CIA-UANL, Volumen VIII, No. 2, abril-junio 2005, CIENCIA UANL / VOL. VIII, No. 3, JULIO-SEPTIEMBRE 2005