ESTACIÓN DE MONITOREO CARDIACO A TRAVÉS DE UNA RED LAN. Chirino A., Rascón L., López D.A., Oliva M.S.

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1 ESTACIÓN DE MONITOREO CARDIACO A TRAVÉS DE UNA RED LAN Chirino A., Rascón L., López D.A., Oliva M.S. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Henry Dunant 4016, Zona Pronaf Cd. Juárez Chih. México, C.P Tel: (656) alexchirino23@yahoo.com.mx Resumen: Este artículo muestra el monitoreo del pulso cardiaco a uno (o varios) paciente(s) por medio de una aplicación que fue diseñada con el software de LabVIEW 8.5. La aplicación se basa en una tarjeta de adquisición de datos 6024E y un conector BNC-2120, el cual simula la señal cardiaca a través de un generador de funciones utilizando una onda senoidal. La señal generada es adquirida por la aplicación del paciente, en donde se analiza. Los resultados del análisis serán enviados a través de una red de área local (LAN) utilizando el protocolo TCP, hacia la aplicación del enfermero para el monitoreo constante del paciente. Las variables monitoreadas son pulso cardiaco, estado del paciente, la señal de alerta. También se registra el número de cuarto en donde está internado el paciente. Palabras Clave monitoreo cardiaco, adquisición de datos. 1. INTRODUCCIÓN Hoy en día la ingeniería biomédica ha tenido un avance enorme a través del tiempo, con el diseño de aparatos que ayudan desde revisar a una persona, hasta mantener viva a la misma (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, 2007). Uno de esos avances es el electrocardiograma, el cual monitorea los pulsos del corazón. Un monitoreo preciso y a tiempo sobre un paciente es muy importante, ya que, este procedimiento podría salvarle la vida. El principal problema que podría presentarse en este tipo de monitoreo, es debido, a que generalmente los pacientes se les monitorea mediante rondas, al momento en que un paciente entra en crisis, es posible que el personal no se percate de inmediato, pudiendo su respuesta ser demasiado tarde para el paciente. Como una solución a este problema se encuentra la Telemedicina, la cual consiste en el monitoreo de pacientes a distancia. Un ejemplo se encuentra en el artículo presentado por la revista mst news Wealthy (2005). En particular presentan un aparato que puede realizar un monitoreo de un electrocardiograma (ECG), donde las señales son mandadas en modo inalámbrico en una transmisión basada en un protocolo TCP/IP hacia una computadora o PDA. 1.1 Electrocardiograma Un electrocardiograma (ECG), como el que se muestra en la figura 1, es un registro de la actividad eléctrica que ocurre en el corazón cada vez que se contrae. Y gracias a estas actividades eléctricas se puede medir el comportamiento del corazón como la frecuencia cardiaca, oxigenación de la sangre y la presión arterial (Dale Davis, 1998). Figura 1. Electrocardiograma Frecuencia Cardiaca La frecuencia cardíaca (FC) es el número de latidos del corazón o pulsaciones por unidad de tiempo.

2 Su medida se realiza en unas condiciones determinadas (reposo o actividad) y se expresa en latidos por minutos (lpm), (wikipedia, 2008). La frecuencia cardiacas de acuerdo a la edad según (Robert Hurd, 2007), se presenta en la tabla 1. Tabla1. Clasificación de Personas. Tipo de Paciente Pulsos por Minuto Adulto Niños Atletas Recién Nacido HERRAMIENTAS DE SIMULACIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO La emulación de los pulsos del corazón en el sistema propuesto, la realiza una senoidal producida por el generador de funciones del bloque conector BNC-2120, la señal es adquirida por medio de la tarjeta de adquisición de datos PCI-6024E como se muestra en la figura 3. La señal senoidal emula la función del corazón. 1.2 Protocolo TCP Es un servicio de transporte de flujo confiable que garantiza la entrega de los datos enviados de una máquina a otra sin pérdida o duplicación (Douglas Comer, 1995). La mayoría de los protocolos confiables utilizan una técnica conocida como acuse de recibo positivo con retransmisión (Douglas Comer, 1995). La técnica requiere que un receptor se comunique con el origen y le envié un mensaje de acuse de recibo (ACK) conforme recibe los datos. El transmisor guarda un registro de cada paquete que envía y espera un acuse de recibo antes de enviar el siguiente paquete. El transmisor también arranca un temporizador cuando un envía una paquete y lo retransmite si dicho temporizador expira antes de que llegue un acuse de recibo. Un esquema general de un protocolo TPC, se muestra en la figura 2. Figura 2. Técnica de acuse de recibo positivo con retransmisión. Figura 3. Tarjeta de Adquisición de Datos PCI-6024E y bloque conector BNC Los pulsos por minuto del corazón son calculados a través de la frecuencia que se le asigna a la onda. Debido a que la frecuencia mínima que puede asignar la tarjeta es de 100 Hz, y a que en la práctica, se requieren frecuencias menores de 3 Hz, ya que el corazón en reposo de un adulto tiene de 60 a 100 pulsos por minuto con una frecuencia de 1.00 a 1.67 Hz (Robert Berkow, 1997). Por tanto, la frecuencia estimada de la onda seinodal resultante debe ser ajustada con la fórmula 1. F r = (Señal adquirida - 100)*60 (1) 3. DESARROLLO DE LA APLICACIÓN Para el desarrollo del sistema se utilizó un modelo de programación, esquematizado en la figura 4, que se denomina máquina de estados, la cual se define de la siguiente manera: La máquina consta de 7 estados, donde el primer estado es la configuración del puerto del paciente, en el cual se introduce el puerto donde se encuentra el servidor. Después pasa al estado de la definición del paciente, en este estado se introducen los datos personales del paciente. Inmediatamente pasa al estado de adquisición, la tarjeta de adquisición de datos adquiere la señal senoidal. Adquirida la muestra pasa a al

3 estado de análisis, después de analizar la señal se genera una alerta o no alerta. Alerta si hay un peligro, este pasa al estado de guardar registro en donde guarda los datos personales del paciente, su estado de salud y el tipo de alerta que presentó, y luego de pasar por este procedimiento, fluye al estado de mandar datos, que este se encarga de mandar el estado del paciente, tipo de alerta que tiene y en el cuarto que está internado hacia el servidor. No alerta, si no hay peligro solamente pasara al estado de mandar datos y luego de mandar los datos, fluirá al último estado para verificar el tiempo, que solamente controlara el flujo de los datos. Pero a continuación se explicara con más detalle la máquina de estados. Figura 4. Diagrama de Estados. 3.1 Configurar el puerto del paciente En este estado se define el puerto del servidor, es decir, el puerto de la computadora en donde se encuentra la aplicación del enfermero y permite monitorear al paciente; si este puerto está disponible, la aplicación del paciente empezará a enviar los datos en tiempo real. 3.2 Definición del paciente En este estado se introducen los datos personales a la aplicación del paciente, que son: Nombre completo Edad Peso Número de cuarto Tipo de persona que pueden ser: niño, adulto, atleta, recién nacido. Independientemente de la selección, se asignan automáticamente los pulsos máximos y mínimos del paciente en reposo, como se mostró en la tabla Adquisición de la señal de pulso cardiaco La señal de pulso cardiaco es emulada por una señal senoidal generada con el bloque conector BNC La señal senoidal es adquirida con la tarjeta de adquisición de datos PCI 6024E para ser procesada en el estado análisis. 3.4 Análisis Este estado toma las decisiones con respecto a la señal adquirida, la cual regresa dos variables, una que es el estado del paciente y otra que son las alertas que generan. Estas dos variables están relacionadas directamente, es decir si el paciente está en peligro, el estado de paciente va decir Critico y en las alertas pueden ser dos Taquicardia o Infarto, y si no hay peligro, el estado del paciente regresará tres posibles estados Estable, Pulso Bajo o Pulso Alto y su alerta es No alerta. Cuando el paciente está en peligro, es decir en estado crítico, se almacena la información en un registro y si no hay peligro, sólo se envía la información al enfermero. 3.5 Guardar registro Este estado sólo se activa, si el análisis marca un estado crítico. Y cuando llegue a suceder, este estado almacena la información en un registro para generar un reporte un reporte, en donde se registran los datos personales del paciente (nombre completo, edad y peso), el número de infartos y taquicardia que presentó el paciente con su respectiva hora y fecha. 3.6 Enviar Datos al enfermero Aquí se envían los datos hacia la estación del enfermero, que estará monitoreando al paciente constantemente, ya

4 que le llegan tres datos importantes que son: estado del paciente, el tipo de alerta y el número de cuarto. Solamente son estos tres, porque si el paciente llega a tener un estado crítico, el personal ya va saber en qué cuarto está el paciente y su condición: taquicardia o infarto. 3.7 Verificar tiempo Al programa se le asignó un tiempo de ejecución o tiempo de muestreo, el cual permite tener un control sobre el flujo de los datos a través del sistema, por ejemplo, el sistema aquí presentado fue programado para que se ejecute en medio segundo, es decir, que en medio segundo el programa adquiere la muestra, la analiza, toma las decisiones, genera o no el registro, y manda los datos a la interfaz del enfermero, y cuando llegue a este estado verificará si ya transcurrió el medio segundo, y si no pasado el medio segundo, esperará hasta que se cumpla el tiempo, una vez cumplido el tiempo, brincará de nuevo al estado de adquisición. Tal como se puede apreciar en la figura 5. Figura 6. Interfaz de Paciente. 4.1 Área en donde se define al paciente y el puerto de entrada En esta parte se introducen los datos personales del paciente y se define el puerto del servidor de la estación del enfermero y el tipo de persona. Como se explicó anteriormente el tipo de persona define los pulsos máximos y mínimos del paciente como lo muestra la figura 7. Figura 7. Definición del paciente. Figura 5. Esquema de Verificación de Tiempo 4. INTERFAZ DEL PACIENTE En la figura 6 se puede observar la interfaz de usuario de la aplicación del paciente en donde se indican todos los datos, como las decisiones que fueron tomadas en la aplicación, y estas son enviadas al servidor, y más adelante se explica a detalle cada sección de esta aplicación. Como se puede observar el área de la definición del paciente está directamente relacionado con la de los pulsos máximos y mínimos. Por ejemplo, en la parte de Tipo se indica que es un adulto y automáticamente en pulso máximo marca 100 y en mínimo 60, como lo muestra la figura 8. Figura 8. Pulsos máximos y mínimos.

5 4.2 Sección de la grafica En la grafica se muestra la señal adquirida por la tarjeta de adquisición de datos, en este caso aparecerá una onda senoidal, como se observa en la figura 9. Figura 11. Registro. 5. INTERFAZ DEL ENFERMERO Aquí solo se necesita como datos de entrada el número de IP de la máquina que se va a conectar en la ventana de address, es decir, el número IP de la computadora del paciente, y asignarle un número de puerto en port. Y con esos datos empieza a recibir los datos del paciente vía TCP en tiempo real, tal como lo muestra la figura Sección de Alertas Figura 9. Grafica En esta sección se muestran el estado y las alertas del paciente. Y si se presenta un estado crítico el LED rojo se activará, como se aprecia en la figura Área de registro Figura 10. Sección de alertas En esta sección se realiza el reporte con su respectiva fecha, como se muestra en la figura 11. Y con el botón de stop termina ejecución del programa. Figura 12. Interfaz del enfermero. 6. RESULTADOS Se genero una aplicación para los pacientes llamada interfaz de usuario del paciente y otra aplicación para el enfermero llamada interfaz de usuario del enfermero. La validación del prototipo se realizó en el laboratorio de redes utilizando una red de área local (LAN) con poco tráfico. En seis ocasiones se simuló el monitoreo de tres pacientes utilizando tres computadoras con la interfaz del paciente (cada computadora tiene asignada una dirección IP y un número de puerto). La interfaz del enfermero se corrió en otra computadora y se comunica vía TCP con las interfaces de los pacientes cuando reconoce los puertos asignados en la computadora del paciente. Una vez que se establece la comunicación TCP el enfermero sólo debe monitorear las alertas para cada paciente.

6 7. CONCLUSIONES En el sistema propuesto los pacientes se pueden monitorear desde un punto fijo, a tiempo real, ya que la información llega en menos de un segundo, y la atención hacia el paciente sería más rápida, debido principalmente a que el personal sabe de la urgencia del problema, gracias a que la salida del sistema le permite determinar al momento si el paciente presenta un ataque u otro. Es importante mencionar que al sistema propuesto se le pueden incorporar otro tipo de señales de interés para el personal con tan solo ver la oxigenación de la sangre, presión arterial puedan tener un mejor monitoreo del paciente, todo esto se puede obtener gracias a un pulsioximetro, baumanometro digital y una tarjeta de adquisición de datos, ya que con el pulsioximetro se puede medir la oxigenación de la sangre, el baumanometro se utilizaría para medir la presión arterial y todo sería adquirido por la tarjeta de adquisición de datos y analizado por la aplicación. 7. BIBLIOGRAFIA Berkow, Robert (1997). The Merck Manual of Medical Information. Merck,New Jersey Comer, Douglas E. (1995). Redes globales de información con internet y TCP/IP. Principios básicos, protocolos y arquitectura. Prentice Hall Davis, Dale (1998). Interpretación del ECG. Su dominio rápido y exacto. Editorial médica panamericana S.A, Argentina Hurd, Robert: Medline Plus: Home Pages / htm National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering: Ingeniería Biomédica: Tecnologías para mejorar la salud Home Page: IngenieriaBiomedica Wikipedia: Frecuencia cardiaca: Home Page. 3%ADaca Alejandro Chirino Holguín Estudiante de la carrera de Ingeniería en sistemas digitales y comunicaciones, graduado como técnico en sistemas en el Centro de Bachillerato Tecnológico industria y de servicios No 114. Labora actualmente como Ing. Jr.de Sistemas en la empresa Lexmark Internacional en donde desempeña las siguientes tareas: Control de la entrada y salida de desperdicio de sistemas de computo scrap La selección, limpieza y soporte a computadoras que van a donación a empleados y de uso administrativo Soporte técnico a usuarios Instalación de líneas telefónicas Instalación de nuevos puertos de red Manejo y control de inventarios M.C. Lidia H. Rascón Madrigal es profesor investigador de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez de 1998 a la fecha. En 1997 obtuvo el grado Maestría en ciencias de la ingeniería Electrónica por el Instituto Tecnológico de Chihuahua. Cuenta con más de 10 años de experiencia en la docencia a nivel pregrado. Es autora de artículos publicados en revistas y congresos nacionales e internacionales. Su área de investigación son los sistemas digitales. Delia López es Ingeniero en Sistemas Digitales y Comunicaciones egresada de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez en Su área de especialidad es la administración de redes y los sistemas digitales.