DESARROLLO DE LA TELEMEDICINA PARA LA TRANSMISION E INTERACCION SINCRONICA DE IMAGENES CEREBRALES 3D ENTRE CENTROS HOSPITALARIOS DISTANTES Trabajo Científico Orellana, A. 1, Massaro, P. 1, Rivera, R. 1, Roncagliolo, P. 2, Donoso A. 2, Orrego C. 2 1 Facultad de Medicina U. de Valparaíso/ Neurocirugía Hospital C. Van Buren 2 Ingeniería Biomédica U. de Valparaíso RESUMEN El proyecto busca desarrollar un sistema médico de transmisión de imágenes neuroquirúrgicas que permita la interacción simultánea entre centros remotos. Se diseñó un modelo de procesamiento distribuido de imágenes DICOM3.0, en el cual, aplicaciones ejecutadas en red, acceden a un servidor central, desde el cual descargan las imágenes a ser procesadas y posteriormente intercambian las sentencias de control o comandos de procesamiento, los cuales son aplicados en el software a nivel local. Esto, sumado a un enlace de videoconferencia IP, permite que dos o más médicos puedan analizar imágenes en modo sincrónico y a una alta velocidad. Una segunda etapa involucra aspectos tecnológicos, como son el equipamiento de una sala de control del sistema, enlaces y redes de alta velocidad, y la habilitación de una unidad de transferencia. Otro elemento fundamental es la implementación de un pabellón de Neurocirugía del Hospital Van Buren, como el primer pabellón con la capacidad de transmisión multimedial de todos los aspectos involucrados en una operación neuroquirúrgica (enlace de voz, video y datos). Todo esto facilita la labor educativa y el aprendizaje de nuevas técnicas quirúrgicas, y posibilita una asistencia médica remota a cirugías en tiempo real. Finalmente, una vez validado el sistema, se espera su utilización en la transmisión de imágenes neuroquirúrgicas de urgencia y la asistencia remota para el manejo de estos pacientes, entre diversas unidades de los servicios de salud. Además, se considera la implementación de un portal WEB, con un banco de imágenes, documentación relacionada, descarga de software desarrollados, y acceso a cirugías transmitidas en línea vía Internet. INTRODUCCIÓN La transmisión de imágenes médicas a distancia ha sido desarrollada en los últimos años bajo el término de Tele radiología. En la actualidad, las imágenes transmitidas se obtienen a través de la digitalización de placas radiográficas o mediante la adquisición directa desde equipos que posean puertos digitales de comunicación bajo el formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). En décadas anteriores la Tele-radiología se ha sustentado sobre herramientas tecnológicas muy especializadas y de alto costo. Sin embargo, el explosivo desarrollo tecnológico, la universalización de los protocolos de transferencia (DICOM3.0), la masificación de Internet, la disminución del costo en redes de banda ancha y la gran capacidad de procesamiento de los computadores actuales, abren un espacio para el desarrollo de una nueva generación de aplicaciones en imágenes médicas. Es este nivel de desarrollo el que se ha puesto como objetivo el Centro de Telemedicina, creado en conjunto por el Hospital Carlos Van Buren y la facultad de Medicina de la Universidad de Valparaíso, Chile; en el marco del proyecto Desarrollo de la Telemedicina para la Transmisión e Interacción Sincrónica de Imágenes
Cerebrales 3D entre Centros Hospitalarios Distantes financiado desde el año 2000 por FONDEF * (Proyecto D00I1107), por el cual se han logrado diversas aplicaciones beneficiando tanto a los médicos como a los pacientes de la región. ANTECEDENTES Nuestro país posee una singular geografía, que provoca que cualquier lugar esté muy alejado, y por supuesto los servicios de salud también. Por esta razón, Chile reúne las condiciones ideales para el desarrollo de la telemedicina, además de la creciente expansión de tecnologías en los últimos años. Dentro de las primeras experiencias realizadas en nuestro país, se cuenta el proyecto de la Clínica Alemana. John MacKinnon, jefe del servicio de ecotomografía, cuenta que en un viaje hecho a Estados Unidos, vio lo que se realizaba entre la Universidad de Harvard y el Massachusetts General Hospital, le pareció interesante y en 1995 presentó un proyecto para crear una red interna de transmisión de datos que también permitiera intercambiar información médica con su similar en Temuco, mediante la retransmisión de radiografías y escáner. Si bien la Clínica invirtió en monitores de alta resolución y lectores de placas, le disminuyó la importancia porque no les quedó claro dónde se recuperaban los costos de la inversión. Distinto le fue al Hospital Clínico de la Universidad Católica. En 1993 se unió a través de fibra óptica con el Hospital Sótero del Río. Desde entonces, los especialistas comparten muestras radiológicas y exámenes de patología en un contexto más bien de intercambio académico. La tecnología a utilizar debe ser la más adecuada para las distintas aplicaciones, para que el margen de error no ponga en peligro la salud del paciente. En 1998, el Ministerio de Salud puso en marcha un proyecto piloto de telemedicina. Varios profesionales viajaron a especializarse a Francia y regresaron con los conocimientos necesarios para hacer funcionar una iniciativa que significó una inversión cercana al millón de dólares, y cuyo objetivo era evitar que los pacientes de zonas alejadas o rurales se desplazaran a los hospitales base provinciales y regionales. El proyecto consistía en la transmisión computacional de radiografías y biopsias (en video) para diagnóstico, desde un hospital satélite a un hospital central. En la Región de Coquimbo se implementó entre los hospitales de Coquimbo y La Serena, y los de Combarbalá e Illapel. En la Región del Maule, Talca se conectó con Linares y Cauquenes, y en la Región de La Araucanía, los hospitales de Villarrica, Nueva Imperial y Angol se comunicaron con el Hospital Base de Temuco. Los más entusiastas con este proyecto fueron los médicos que se desempeñaban en los hospitales pequeños, los que hacían de satélite. Por lo general eran profesionales jóvenes que advertían que el proyecto implicaba un ahorro no despreciable para sus pacientes, que a veces debían viajar más de cinco horas a los hospitales grandes. A pesar de los buenos resultados obtenidos en varios puntos, hubo diversos problemas para mantener a flote el proyecto debido a la reticencia de algunos radiólogos para trabajar con imágenes transmitidas electrónicamente. Problemas como éste llevaron a que en 2001 se retirara el proyecto de la zona norte, ya que a los radiólogos que diagnosticaban en La Serena y Coquimbo no les satisfizo la calidad de la imagen y no utilizaron la tecnología. * FONDEF fue creado en 1991, con el propósito de fortalecer y aprovechar las capacidades científicas y tecnológicas de las Universidades e institutos tecnológicos y otros institutos, para incrementar la competitividad de las empresas, y contribuir a mejorar la calidad de vida de la población. En 1992 la Contraloría General de la República tomó razón del D.S N 237 del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción que aprobó su operación por parte de la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (CONICYT).
Ese mismo año, 1998, se estableció una conexión entre la remota isla de Juan Fernández y la Clínica Las Condes en Santiago. Así, los pacientes se evaluaban por el médico general, quién decidía, si el caso lo ameritaba, solicitar una interconsulta dermatológica remota. Para estos fines, el medico tomaba imágenes de la piel afectada con una cámara digital, las imágenes se traspasaban desde la cámara al disco duro de un computador conectado a Internet. El dermatólogo en Santiago recibía la información con un sistema de registros digitales de pacientes que consta de una historia clínica con los datos mas relevantes del paciente, además de las imágenes de la piel, se analizaba el caso y enviaba la respuesta vía e-mail. Todo esto en forma casi instantánea y vía modem. En Enero del 2003, se comenzó a desarrollar en la Antártica un sistema de Telemedicina que permitirá transmitir en un tiempo mínimo cualquier parámetro fisiológico o fisiopatológico desde las bases Escudero y O'Higgins a un Centro de Investigación universitario u hospitalario de primer orden, y recibir, también en un tiempo mínimo, tanto datos experimentales como diagnósticos e indicaciones terapéuticas. Para ello, se pretende desarrollar además un sistema de adquisición, digitalización, compresión y transmisión vía modem de imágenes radiológicas de alta resolución, imágenes ecocardiográficas y electrocardiográficas con 12 derivaciones y alta resolución, además de transmitir parámetros fisiológicos durante actividad en ambiente exterior como ECG, EEG, flujometría del 02, temperatura ambiente y temperatura corporal. Sin duda, estamos ad portas de una nueva generación de interacciones medicas, la potencialidad de la telemedicina en Chile es enorme debido a sus características, el futuro de la medicina ya no tendrá barreras geográficas y la lejanía con los hospitales de primer orden ya no será un impedimento para un diagnostico objetivo y una mejor decisión clínica en beneficio del paciente. APLICACIONES EN DESARROLLO A partir del desarrollo inicial del sistema de transmisión multimedial de cirugías y del software de manejo sincrónico de imágenes 3D, están en desarrollo seis aplicaciones del ámbito de la telemedicina: 1. Aplicación Tele diagnóstico Mejorando la indicación de traslados : Visualización on line scanner remoto mediante transmisión vía Internet, diseño y construcción de dispositivo Dicomizador. 2. Aplicación Tele asistencia Una segunda opinión : intercambio de imágenes DICOM vía Internet entre especialistas de localidades remotas. 3. Aplicación Hacia un Hospital sin Papeles : Digitalización de protocolo operatorio para Neurocirugía, sistema inalámbrico de acceso a datos y funcionamiento cooperativo para el manejo de información médica. 4. Aplicación Interacción Sincrónica La Planificación Quirúrgica : Transmisión e interacción sincrónica de imágenes 3D mediante software desarrollado. 5. Aplicación Un primer paso hacia la Tele cirugía : Transmisión multimedial e interactiva de cirugías en tiempo real vía Internet. 6. Aplicación Un segundo paso hacia la Tele cirugía : Diseño de equipo NEUROLOCALIZADOR robótico, controlado remotamente vía Internet. 1. Tele diagnóstico: Mejorando la indicación de traslados La aplicación consiste en la visualización en "tiempo real" de imágenes de equipos médicos (Tomógrafos), entre dos centros hospitalarios distantes. La idea es
adquirir la imagen del tomógrafo y Dicomizarla gracias a un equipo que toma la señal de video y la convierte a formato DICOM manteniendo además una base de datos en un servidor local, para que los exámenes estén siempre disponibles para el personal médico. La visualización de las imágenes se realizará gracias a un Applet de Java, por lo que no se necesitan softwares visualizadores DICOM, la gran limitante es la velocidad de conexión, ya que esta debe ser veloz para obtener una imagen de una resolución médica adecuada. En la actualidad, los traslados entre los hospitales se realizan a ciegas, es decir, el paciente se traslada junto con la tomografía hacia el servicio de Neurocirugía del otro hospital, arriesgándose a volver con el paciente si el médico especialista decide que aun no es momento de realizar la intervención. Según estadísticas internas del servicio de Neurocirugía del Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso, 1 de cada 5 traslados son devueltos a su hospital de origen debido a decisión médica. Si el especialista tuviera el examen a la vista en el momento en que se realiza, podría decidir si es recomendable o no su traslado hacia el otro centro asistencial, una decisión que incluso puede costar una vida humana. Algunos beneficios son: Impacto en lo económico-social, mejorando la indicación de traslados, el tratamiento y la sobrevida de pacientes con disminución de costos de manejo tanto en el período pre como intra hospitalario. Viña del Mar Valparaíso Figura 1.- Sistema Propuesto: Scanner! Digitalización de Imágenes! Software! Red!Visualizador. 2. Tele asistencia: una segunda opinión Intercambio de imágenes DICOM vía Internet. Actualmente existe una gran dificultad al momento de compartir experiencias y opiniones médicas entre los diferentes centros asistenciales de la región, debido tanto a las grandes distancias como a la falta de sistemas de comunicación adecuados. Esto, potenciado a la existencia de pocos servicios de Neurocirugía en la zona, hace imperante la búsqueda de una forma de transmisión de datos rápida y efectiva. Por esto se ha desarrollado un sistema que permite utilizar Internet como medio de intercambio de archivos DICOM, en donde médicos especialistas pueden interpretar, desde su lugar de trabajo o desde su hogar; exámenes realizados en
lugares donde trabajan médicos sin la experticia suficiente para tomar una decisión adecuada, a través de un interfaz simple, implementado en el sitio web http://telemedicina.uv.cl, la llamada ventanilla digital trabaja por intermedio de un Java Applet, así se prescinde de un software especializado para visualizar las imágenes. Este sitio, también contiene acceso a otros servicios, además de información especializada. Por otra parte se cuenta con una base de datos con cada uno de los exámenes transmitidos y con el respectivo caso clínico del paciente. De esta manera se comunicarán los hospitales de Coquimbo (IV región), Gustavo Fricke de Viña del Mar, San Camilo de San Felipe y Carlos Van Buren (V región). Figura 2: Esquema general del sistema.
Figura 3.- Portada del sitio Web de Telemedicina, http://telemedicina.uv.cl Figura 4.- Interfaz gráfica de la aplicación Ventanilla Digital, creada para la visualización de imágenes DICOM, sin la necesidad de un visor específico.
3. Hacia un Hospital sin Papeles Digitalización del Protocolo Operatorio. Digitalización del Protocolo Operatorio: diseño de sistema inalámbrico y cooperativo para el manejo de información médica. El protocolo operatorio es el documento más importante de los servicios de Neurocirugía, debido a que en el se especifican los detalles de la cirugía, insumos, y otras observaciones relevantes del neurocirujano. Con esta aplicación se busca implementar un sistema de información médica bajo protocolos y sistemas abiertos, basado en el concepto de interoperabilidad, es decir, compatible con cualquier sistema operativo (Windows, Linux, Mac, etc.) y soportable por distintos tipos de hardware (PC, PDA, Teléfonos Celulares, etc.). Algunos de los objetivos son la creación de formularios digitales, los cuales deberán manejar funciones de manejo de datos programados en lenguaje PHP (debido a su gran afinidad con bases de datos en lenguaje SQL), para esto, se deberá hacer un estudio acabado del protocolo operatorio para crear el Árbol de Decisiones del modelo de sistemas expertos. Para la optimización real del manejo de información del protocolo, se incluirá en la aplicación el concepto de Consistencia de Datos o Replicación de Datos y la Resolución de Conflictos (caching en computación móvil), que son básicamente, decisiones que tomará el programa cuando le llegan dos archivos con el mismo nombre y destino pero de diferente procedencia, él debe darle prioridad a alguno, sobrescribir o mezclar la información de acuerdo a parámetros dados por el programador, la idea es que la información siempre van a estar en la base de datos, de forma óptima, consistente y sin datos innecesarios o faltantes. El manejo de usuarios y de la información se realizará a través de MySQL, la cual será accesible mediante una red inalámbrica instalada en el Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso. La situación actual involucra muchos papeles, dificultades de lectura, de análisis, tiempo, etc. Según estudiantes de medicina, alrededor del 70% de los papeles de protocolo operatorio son ilegibles parcialmente, siendo que este papel es muy importante en una revisión posterior de la cirugía y muy relevante además si esa revisión la realiza otro especialista. Beneficios: sistema en línea, estadísticas en línea, acceso desde cualquier lugar del hospital, etc. El próximo desafío será la implementación de la firma digital (legalmente válida en Chile), para la eliminación definitiva de las impresiones de los documentos. Además se busca avanzar en la digitalización de otros papeles de carácter hospitalario. Figura 5.- Sistema Propuesto: Dispositivos inalámbricos conectados a una Red Wireless para acceder a la base de datos.
4. Interacción Sincrónica: La Planificación Quirúrgica Transmisión e interacción sincrónica de imágenes 3D La dificultad en la realización de juntas médicas a distancia llevó a la creación de un software, basado en un modelo de procesamiento distribuido de imágenes DICOM3.0, en el cual las aplicaciones ejecutadas en diversos equipos remotos acceden a un servidor central, desde el cual descargan las imágenes a ser procesadas. Posteriormente, intercambian las sentencias de control y comandos de procesamiento de imágenes, los cuales son aplicados en el software a nivel local. La descarga de datos se realiza sólo al iniciar la conexión y posteriormente sólo se transmiten pequeños paquetes de datos (TCP/IP), que contienen los comandos que los usuarios desean ejecutar de manera sincrónica. Lo anterior, sumado a un enlace de videoconferencia IP, permite que dos o más médicos puedan analizar imágenes de exámenes, en modo sincrónico y a una alta velocidad. Figura 6.- Interfaz gráfica del Software UvDICOM, para la visualización de imágenes 5. Un primer paso hacia la Tele cirugía Transmisión multimedial de cirugías en tiempo real vía Internet Como una forma de complementar el concepto de telecomunicación se aplica el concepto de tele cirugía. Este primer paso tiene como fin el desarrollo de la educación, el aprendizaje de nuevas técnicas quirúrgicas y la asistencia en cirugías a través de la implementación de un pabellón neuroquirúrgico, con todo lo necesario para la transmisión multimedial de una cirugía de forma integral (enlace de voz, video y datos), además de una sala de teleconferencias, en la cual los médicos pueden interactuar (mediante voz y video) simultáneamente con el pabellón y con especialistas de otras latitudes, pudiendo compartir exámenes como tomografías o resonancias magnéticas. De esta forma se contempló la visualización de imágenes digitales de a lo menos 5 cámaras (microscopio, endoscopio, superior, general, vista monitores de signos vitales, etc.), además del enlace inalámbrico de audio con el neurocirujano y el acceso a la planificación neuroquirúrgica digital en 3D, en la Figura 8 se muestra su disposición espacial en el pabellón.
Figura 7.- Imágenes de una experiencia en la transmisión de cirugías desde el pabellón de Neurocirugía del Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso. Figura 8.- Disposición espacial de los dispositivos de transmisión multimedial en el pabellón de Neurocirugía del Hospital Carlos Van Buren de Valparaíso.
6. Un 2º paso hacia la Tele cirugía Diseño de equipo neurolocalizador robótico, controlado vía Internet. El Software desarrollado tuvo un impacto bastante positivo entre la comunidad médica pero un pequeño detalle hizo que el proyecto tomara una dirección estratégica e inesperada en sus inicios. El problema de la realidad nacional (y en general de Latinoamérica) es que los exámenes (tomografías) que se realizan tanto a nivel público como privado, siempre están restringidos por aspectos económicos, lo cual se traduce en que el número normal de cortes o imágenes que se obtienen en un examen es no mayor a 16. En algunos casos el médico puede solicitar 20 cortes, pero aunque fueran el doble, no son suficientes para operar los software de reconstrucción en 3D. Todos los softwares que realizan esta tarea, requieren a lo menos 120 o 150 cortes. Cada corte o imagen del examen equivale a un disparo del tubo del tomógrafo lo repercute en el gasto del equipo. Cada tubo posee un número finito de disparos, por lo que en todos los centros hospitalarios, por lo menos del sector público, se vela por maximizar el tiempo de vida de los equipos, para no incurrir en los enormes gastos que implica el repuesto del equipo. Esto hace muy difícil el uso de los softwares de reconstrucción 3D en el país, así como ha dificultado el uso de otras tecnologías como los conocidos Neuronavegadores, que también requieren la misma cantidad de imágenes. El paradigma fundamental de la planificación quirúrgica consiste en que el médico al visualizar toda la reconstrucción 3D, analiza y decide el mejor lugar de abordaje para la craneotomía. Es decir, el médico actúa sobre las imágenes del software. Sin embargo, dada la restricción mencionada anteriormente, se propuso un cambio fundamental en este paradigma, que consiste en invertir la relación de acción: son las imágenes del software las que actúan sobre la planificación. En otras palabras, para un examen en particular, probablemente se tendrán aproximadamente 20 cortes, entonces, para una adecuada planificación quirúrgica se debe tener un procedimiento que a partir sólo de las imágenes existentes se pueda ayudar al médico en el proceso de planificación quirúrgica. Fue así como el objetivo inicial, de desarrollar sólo el software de planificación quirúrgica se amplió al desarrollo de un equipo denominado NEUROLOCALIZADOR. El Neurolocalizador es una extensión robotizada del software inicialmente desarrollado. Permite que un médico, pueda manejar las imágenes del examen del paciente (aunque sean menos de 20 imágenes) y a partir de esas imágenes pueda realizar consultas respecto de la ubicación de ciertos puntos del cerebro. Para ello el sistema diseñado tiene un brazo robótico que en su extremo posee punteros láser. Cuando el médico selecciona un punto específico de la imagen en el software, el brazo robótico apunta el láser exactamente en dirección a ese punto específico en el paciente. De esta manera el médico puede visualizar el mejor punto de abordaje para la craneotomía. Este equipo lo denominamos Neurolocalizador pues sólo está orientado a localizar los puntos para la craneotomía, que fueron definidos en la planificación quirúrgica. Es como una extensión física y robotizada del software desarrollado e incluso puede ser manejado a través de Internet, transformándose así en un ayudante digital en la cirugía con Teleasistencia. Es cierto que en el mercado existen equipos destinados a esta labor y que son mucho mas complejos y precisos como los Neuronavegadores, pero en el mercado latinoamericano estos tienen dos grandes barreras de entrada: primero su alto costo (>$US 150.000) y segundo no existe la capacidad de realizar a diario exámenes con 120 cortes. Dado esto, el equipo propuesto posee dos ventajes, su bajo costo (<$US 20.000) y su adaptación a la realidad nacional y latinoamericana, pues no posee limitaciones en cuanto al número de cortes o imágenes, es decir, se basa en la información que tiene.
Figura 9. Posible diseño proyectado y funcionamiento del Neurolocalizador. CONCLUSIONES Las aplicaciones y proyectos que se están desarrollando en Telemedicina vienen a solucionar grandes desventajas de nuestra geografía y están cambiando nuestra forma ver la medicina convencional, dando un gran paso al incluir de una vez por todas la tecnología en el ambiente hospitalario y contribuyendo además a disminuir los niveles de rechazo natural a la inclusión tecnológica en los hospitales. Dentro de las principales ventajas se encuentran: - La alianza estratégica Hospital Público-Universidad, fomentando la creación de proyectos que van en directo beneficio de la población. - El desarrollo de las actividades involucradas en el proyecto es a la medida del hospital, así no se sobredimensionan recursos. - El proyecto está basado en la problemática tecnológica local por tanto soluciona un problema real, ya que no se registran precedentes de proyectos similares en la zona y menos en un Hospital Público. - No se esta "importando" una solución, esta se crea, y se ajusta a las necesidades clínicas de los neurocirujanos. - Los costos del proyecto son relativamente bajos comparados con tecnología existente en el mercado y que no satisfacen todas las necesidades del hospital. - Los estándares de calidad son óptimos, y se mantienen en crecimiento paralelo al desarrollo tecnológico, por lo tanto la obsolescencia tecnológica es mínima.
REFERENCIAS [1] Centro de desarrollo de la Telemedicina. Hosp. Carlos Van Buren Universidad de Valparaíso. Chile. Web: http://telemedicina.uv.cl. [2] Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico, FONDEF. Web: http://www.fondef.cl Contactos: claudio.orrego@bioingenieros.com, alvaro.donoso@terra.cl, pablo.roncagliolo@uv.cl