Tele-ICU Sistema de Telemedicina en Unidades de Cuidados Intensivos

1. X Reunión Foro de Telemedicina de la SEIS CHUAC, A Coruña 20 y 21 de Noviembre de 2012 Tele-ICU Sistema de Telemedicina en Unidades de Cuidados Intensivos De la Telemedicina Instrumental a la Telemedicina del Conocimiento Prof. Dr. Alejandro Pazos Grupo RNASA-IMEDIR INIBIC. Universidade da Coruña Servicio de Anestesiología y Reanimación CHU de Vigo - Hospital do Meixoeiro, Vigo

2. Introducción • Unidades de cuidados críticos (UCIs, UVIs) • Estabilizar a los pacientes • Recuperar situación basal • Monitorizaciónde constantes vitales • Decisiones sobre el tratamiento (fármacos) a suministrar

3. Introducción • Varios tipos de UCIs, dependiendo del tipo de paciente • General o Polivalente • Pediátrica • Coronaria • Quemados • Etc. • Este trabajo se centra en UCIs en las que se tratan pacientes sometidos a cirugía cardiovascular • UCIs generales o Unidades de Recuperación Cardíacas (URCs) • Recepción, vigilancia y cuidado de estos pacientes hasta que sean dados de alta a planta (24-48h tras llegada del quirófano)

4. Introducción • Unidad de Recuperación Cardíaca del Meixoeiro - CHUVI Universidad de A Coruña Hospital Meixoeiro, Vigo

5. Introducción • Unidades de Recuperación Cardíaca • Monitorización: Monitor que muestra las constantes vitales • Tratamiento: Bombas de infusión de fármacos • Monitor • PAM • FC • PVC • IC • SpO2 • Temperatura • Bombas de infusión • Vasodilatadores • Vasoconstrictores

6. Introducción Forma habitual de proceder: • El médico observa el estado del paciente con la ayuda de un monitor en la que se muestran sus constantes vitales • En base al estado del paciente, toma una decisión acerca de la dosis de fármacos que necesita • Realiza el ajuste de dosisen las bombas de infusión y los fármacos se inyectanal paciente

7. Introducción • El día a día en una UCI… • Elevada carga de trabajo • Turnos prolongados • Gran cantidad de información compleja • Situaciones de estrés, distracciones, errores de cálculo, etc. • Difícil analizar y tomar decisiones de la forma más correcta • Decisiones incorrectas o imprecisas del clínico impiden una óptima recuperación del paciente con riesgo real de su vida

8. Objetivos • Sistema de tele-asistencia inteligente que reproduzca la forma de proceder del clínico y le aconseje sobre la decisión a tomar en cada momento • Semi-automático: Nunca sustituyendo al clínico • Técnicas de Telemedicina para supervisión y control • A pie de cama • Centralizados en la UCI • A distancia • Técnicas y procedimientos de Inteligencia Artificial para asistir al clínico en la toma de decisión • Sistema Experto • Utiliza conocimiento formalizado mediante Ontologías • Facilita la reutilización, compartición y explotación eficiente del conocimiento • Un sistema de este tipo nos introduce en la Telemedicina del Conocimiento, superando la situación actual de Telemedicina Instrumental

9. Solución propuesta • Tele-ICU: sistema de tele-asistencia inteligente para la supervisión de pacientes con cardiopatías en UCIs Tele-ICU

10. Solución propuesta

11. Sistema propuesto Comunicación inalámbrica con monitor y bombas mediante adaptadores puerto serie-bluetooth (supervisión y control centralizados en la UCI)

12. Sistema propuesto Supervisión y control desde la UCI, o a distancia, mediante PC y dispositivos móviles

13. Sistema propuesto Conocimiento del experto representado y gestionado mediante ontologías y reglas de producción semánticas: facilita comprensión y reutilización del conocimiento en otros sistemas

15. ¿Qué son las Ontologías? • En Filosofía se denomina Ontología(del griego ontos = ser y logos = conocimiento) a la rama de la Ciencia que trata con la naturaleza y organización de la realidad • Iniciada por Aristóteles en su tratado Metafísica (Metaphysics, IV, 1) Aristóteles: 384 - 322 a.C.

16. ¿Qué son las Ontologías? • En IA y en Ciencias de la Computación, una Ontología es una técnica de ingeniería • Proporciona vocabulario relevante del dominio Extraído de: Horrocks, I., Scalable Ontology-Based Information Systems. 2009.

17. ¿Qué son las Ontologías? • En IA y en Ciencias de la Computación, una Ontología es una técnica de ingeniería • Proporciona vocabulario relevante del dominio • Proporciona una clasificación de dicho vocabulario Cells • BloodCells • Leukocytes • Basophils • Eosinophils • Neutrophils • Leukocytes, Mononuclear • Cytokine-InducedKillerCells • Lymphocytes • Monocytes Extraído de MeSH

18. ¿Qué son las Ontologías? • En IA y en Ciencias de la Computación, una Ontología es una técnica de ingeniería • Proporciona vocabulario relevante del dominio • Proporciona una clasificación de dicho vocabulario • Especifica el significado(semántica) de los términos • Def. El corazón es un órgano muscular que es parte del sistema circulatorio Extraído de: Horrocks, I., Scalable Ontology-Based Information Systems. 2009.

19. ¿Qué son las Ontologías? <owl:Class rdf:about="#Diastolic_Pressure"> <rdfs:label rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">Diastolic Blood Pressure</rdfs:label> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Blood_Pressure"/> <DEFINITION rdf:parseType="Literal"><ncicp:ComplexDefinition><ncicp:def-definition>The blood pressure after the contraction of the heart while the chambers of the heart refill with blood.</ncicp:def-definition><ncicp:def-source>NCI</ncicp:def-source></ncicp:ComplexDefinition> </DEFINITION> <...> <UMLS_CUI rdf:datatype= "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">C0428883</UMLS_CUI> <code rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">C25299</code> <Contributing_Source rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">CDISC</Contributing_Source> <Semantic_Type rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">Clinical Attribute</Semantic_Type> <Preferred_Name rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">Diastolic Blood Pressure</Preferred_Name> <...> </owl:Class> • En IA y en Ciencias de la Computación, una Ontología es una técnica de ingeniería • Proporciona vocabulario relevante del dominio • Proporciona una clasificación de dicho vocabulario • Especifica el significado(semántica) de los términos • Se escribe en un lenguaje estándar, procesable por un computador

20. ¿Qué son las Ontologías? • En IA y en Ciencias de la Computación, una Ontología es una técnica de ingeniería • Proporciona vocabulario relevante del dominio • Proporciona una clasificación de dicho vocabulario • Especifica el significado(semántica) de los términos • Se escribe en un lenguaje estándar, procesable por un computador • El conocimiento ha de ser consensuado por expertos del dominio

21. ¿Qué son las Ontologías? • Funcionalmente, una Ontología es un conjunto de conceptos (términos) y de relaciones entre ellos, que representan el conocimiento de un determinado dominio • Se pueden representar en forma de grafos (nodos = términos; aristas = relaciones) y árboles (nodos y hojas = términos; ramas = relaciones, incluso jerárquicas) Fragmento de Gene Ontology Fragmento de ICD

22. ¿Por qué utilizar Ontologías? • Permiten tener una visión clara, unificada de un dominio y procesable por las máquinas • Es más fácil identificar errores y resolver desacuerdos • Facilitan compartir, reutilizar y extender el conocimiento • Reutilización parcial o total • Enlaces entre Ontologías (Ontologyalignment) • Método más utilizado actualmente para la representación del conocimiento biomédico • Grandes esfuerzos en el desarrollo de lenguajes, herramientas, motores de razonamiento, repositorios de Ontologías, etc. • Elemento clave de la Web Semántica (Berners-Lee, 2001) • Linked Data

23. Ontologías - Evolución • Ocurrencias de “Ontology” en títulos/abstracts de PubMed • Actualmente, más de 300 Ontologías biomédicas • BioPortal: http://bioportal.bioontology.org/

24. Sistema propuesto: Representación del Conocimiento • Ontología C3O (CriticalCardiacCareOntology) • La primera sobre el tratamiento de pacientes con cardiopatías en UCIs • Conceptos utilizados en la UCI y sus relaciones • Construida siguiendo METHONTOLOGY (Fernández M., 1997) y los principios OBO Foundry • Siguiendo estrategia bottom-up • Se ha evitado la redefinición de conceptos ya definidos en otras Ontologías  Reutilización del conocimiento • Implementada en OWL usando Protégé

25. Sistema propuesto: Representación del conocimiento • C3O Ontology

26. Sistema propuesto: Representación del conocimiento • C3O Ontology Constantes vitales Decisiones Dispositivos

27. Sistema propuesto: Representación del Conocimiento • Reglas de inferencia: IF..……AND…AND…. THEN…AND…AND…. • Reglas extraídas de los expertos, basadas en… • Instrucciones de guías clínicas • Experiencia previa • Representadas usando SWRL, en base a los conceptos de la ontología C3O • Hasta el momento… • 40 reglas • 8 decisiones diferentes • Motor de razonamiento utilizado • Pellet (http://clarkparsia.com/pellet/)

28. Sistema propuesto: Representación del conocimiento • Ejemplo de regla de inferencia de Tele-ICU

29. Conclusiones • Los especialistas de las UCIs tienen interés en disponer de herramientas que les proporcionen apoyo en sus decisiones sin perder su capacidad de decisión • Facilitan su trabajo y le ayudan a evitar errores, sobre todo por omisión • Desarrollar sistemas expertos que interactúan con equipamiento de UCI supone un reto considerable.Entorno crítico, elevada carga trabajo • Dificultad de extracción del conocimiento de los expertos • Pruebas en el entorno real especialmente delicadas • Terminologías y protocolos médicos presentan gran heterogeneidad • Las Ontologías son útiles para afrontar este problema, facilitando la unificación, reutilización y comparticiónde conocimiento • La aplicación de técnicas de telemedicina ayudan a mejorar la calidad asistencial por evitar errores y reducir los tiempos de respuesta en la atención a los pacientes • Ante una situación crítica, el especialista recibe una notificación a distancia y puede reaccionar de inmediato, rompiendo la barrera espacio-temporal

31. Agradecimientos