Conferencia

Sistema de monitoreo de salud para adultos mayores en Cuba. Arquitectura conceptual

Healthmonitoringsystemforseniors in Cuba. Conceptual architecture

Sistema de vigilância da saúde dos idososem Cuba. Arquiteturaconceitual

0000-0001-5573-3170Lidice Romero Amondaray^{1  *}  , 0000-0003-4977-2135Fernando José Artigas-Fuentes¹  , 0000-0002-1984-8963Maikel Noriega Alemán¹  , 0000-0002-5781-6938Caridad Anías Calderón² 

¹Centro de Estudios de Neurociencias, Procesamiento de Imágenes y Señales. Universidad de Oriente. Santiago de Cuba, Cuba.

²Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría”. La Habana, Cuba.

RESUMEN

En este artículo se propone el monitoreo remoto de salud, basado en Internet de las Cosas, para aumentar su probabilidad de supervivencia ante emergencias médicas y su calidad de vida. Se analizaron los diferentes escenarios donde los adultos mayores desarrollan su vida diaria y se presentó una arquitectura general del sistema. Con el monitoreo remoto de salud se recopilan datos sobre el estado del adulto mayor, de forma discreta y no invasiva, ante anomalías o situaciones de emergencia se notifica a sus familiares, cuidadores o al sistema de emergencia para asistirlo oportunamente. Con estos sistemas también se detectan caídas y se siguen y localizan a los ancianos que padecen demencia.

Palabras-clave: adulto mayor;monitoreo remoto de pacientes; IoT; computación en la niebla; computación en la nube

ABSTRACT

This article proposes remote health monitoring, based on IoT, to increase your probability of survival in medical emergencies and your quality of life. The different scenarios where older adults carry out their daily lives are analyzed and a general architecture of the system is presented. With remote health monitoring, data is collected on the status of the elderly adult, in a discreet and non-invasive way. In the event of anomalies or emergency situations, their family members, caregivers or the emergency system are notified to assist them in a timely manner. With these systems, falls are also detected and elderly people suffering from dementia are followed and located.

Key words: older adult; remote patient monitoring; IoT; fog computing; cloud computing

RESUMO

Este artigo propõe o monitoramento remoto da saúde, baseadoemIoT, para aumentar suaprobabilidade de sobrevivênciaememergências médicas e suaqualidade de vida. São analisados os diferentes cenáriosonde os idososrealizam o seudia a dia e apresentadaumaarquiteturageral do sistema. Com o monitoramento remoto da saúde, sãocoletados dados sobre o estado do idoso, de forma discreta e não invasiva. Em caso de anomaliasousituações de emergência, seus familiares, cuidadores ou o sistema de emergênciasão notificados para atendê-los de forma imediata. maneira oportuna. Comestes sistemas tambémsão detectadas quedas e acompanhados e localizados idososcomdemência.

Palavras-Chave: monitoramento remoto de pacientes; IoT; computaçãoem neblina; computaçãoemnuvem

Introducción

El envejecimiento de la población cubana ocurre a gran velocidad. En el año 2020, el 21,3 % de la población tenía 60 años o más, y los pronósticos indican que para el 2050 esa cifra será 34,9 %. ¹

En el 2017, el 80,6 % de las personas mayores en Cuba padecían al menos una enfermedad crónica y el 50,1 % dos o más. ²Los adultos mayores necesitan un control adecuado y cercano de sus patologías para evitar complicaciones de salud.

El envejecimiento provoca estrés al Sistema Nacional de Salud porque aumenta la demanda de asistencia sanitariaa la par que los recursos financieros y humanos disminuyen por los efectos de la situación económica. Las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC), y específicamente Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés), se han convertido en un recurso importante para los servicios de salud porque ayudan a reducir la carga de las instituciones y el personal de salud.

En Cuba son poco los casos de uso de dispositivos IoT, teléfonos móvilesy otros dispositivos inalámbricospara el monitoreo de pacientes. Entre las propuestas están un sistema inalámbrico de monitorización electrocardiográfica para dispositivos Android ³, una propuesta de plataforma y red de sensores inalámbricos para el monitoreo de bioseñales ⁴ y un paquete tecnológico SharExam/FortAM/EPS con la app SharExam utilizado por familiares y cuidadores de personas mayores, el equipo básico de salud (EBS) y estudiantes de la Filial de Ciencias Médicas de Colón (FCMC) en la realización del Examen Periódico de Salud (EPS) a nivel de Atención Primaria de Salud (APS). ⁵

En este artículo se describe la arquitectura conceptual del sistema de monitoreo de salud para personas mayores (HeMSS) que tiene como objetivo mejorar la calidad de vida de los adultos mayores en Cuba con la detección temprana de complicaciones de salud.

Resultados

La adopción de IoTen el sector salud crece a un ritmo rápido y, una de las áreas de mayor crecimiento, es la monitorización remota de pacientes(RPM, por sus siglas en inglés). ⁶ La RPM es un subconjunto de la telesalud, que permite el seguimiento de pacientes, en tiempo real y fuera de los entornos clínicos tradicionales, para darles asistencia temprana ante situaciones de emergencia o para seguir un tratamiento.Entre sus aplicaciones están el control del nivel de glucosa en sangre, la presión arterial y medidas de saturación de oxígeno en sangre, la frecuencia cardíaca, los patrones de sueño, entre otras muchas aplicaciones. ⁷En el caso de los adultos mayores, la RPM se utilizan también en la detección de caídas y para el seguimiento y localización de los que padecen demencia.

La RPM utiliza una red dedicada de dispositivos IoT que registran las señales biomédicas del paciente al sentarse, levantarse, ir al baño, ver la televisión, al caminar dentro y fuera del hogar, al dormir, entre otros; con las menores molestias para el usuario porque los sensores portátiles afectan mínimamente estas actividades (Ejemplo:las pulseras inteligentes). Los datos se transmiten a un servidor o la nube a través de diferentes redes que se encargan de acceder y establecer las conexiones entre las diferentes partes del sistema desde el extremo del cliente hasta el extremo del servidor.

Mishra y Pandey ⁸⁾ clasificaronlos sistemasRPMen tres clases, en dependencia del acceso a la red: sistemas sin acceso a la red, sistemas de acceso directo a la red y sistemas con acceso a la red a través de una pasarela.

Los sistemas sin acceso a la redalmacenanlos datossobre la salud del paciente en un teléfono inteligente, tableta u otro dispositivo destinado a la señalización y generación de alertas para pacientes o cuidadores. Entre ellos están HealthGear y BioHarness™. ^9,10) Estos sistemas son cerrados e independientes. Los datos, mecanismos de análisis y otras utilidades residen en el dispositivo propiedad del paciente, que se diseña exclusivamente para ese fin.

En los sistemas de acceso directo a la red no se utilizan dispositivos intermedios, los sensores acceden directamente, por una interfaz de red incorporada,a un hospital u otro centro salud. Entre las propuestas están las que se hacen mensiónNiyato y Kheirkhahan. ^11-13

Los sistemas con acceso a la red a través de una pasarela son aquellos que utilizan un dispositivo intermedio ya sea un enrutador de propósito específico, un teléfono inteligente, una tableta o una PC. En trabajos como los de Iranpaky Yıldırım ^14,15, la pasarela recopila los datos de los dispositivos sensores y los transfiere al sistema de monitoreo remoto ubicado en la nube, o en un hospital u otra institución, para su procesamiento, análisis y posterior visualización a cuidadores o personal de salud.

En otros sistemas ^16-19) el procesamiento y análisis de datosse realiza en la pasarela, para responder rápidamente ante de emergencias de salud. Este último enfoque se ha adoptado recientemente con la aparición de la computación en la niebla.

La niebla está compuesta por una red de nodos interconectados entre sí que agregan, procesan y almacenan los datos más cerca de los dispositivos finales. ²⁰ Los nodos analizan los datos y toma de decisiones en tiempo real.²¹Esta tecnología aporta una mejor interoperabilidad, escalabilidad, distribución geográfica, baja latencia, rápido procesamiento y geolocalización.

Sistema de monitoreo de salud para personas mayores en Cuba

En Cuba la atención al adulto mayor se articula en los escenarios principales donde realizan sus actividades diarias: en los hospitales, en instituciones como hogares de ancianos y en la comunidad. ^22,23

En los hogares de ancianos un equipo multidisciplinario realiza controles cada tres meses a los adultos mayores con enfermedades crónicas o factores de riesgo y, cada seis, a aquellos en riesgo por la edad. ²⁴En caso necesario se realizan estos controles con mayor frecuencia.

En la comunidadestá previsto el seguimiento y controlde los ancianos con enfermedades crónicas, a través del examen periódico de salud por equipo básico de salud (EBS). ²⁵ Este examen va dirigido a la búsqueda de los elementos que permitan evaluar el estado de sus enfermedades. Si agravan, los ancianos se ingresan en el hogar si las condiciones lo permiten.

El sistema HeMSS utiliza IoT, inteligencia artificial y computación en la nube para mejorar el diagnóstico y seguimiento del adulto mayor en Cuba, tanto en la comunidad como en instituciones de salud.

En el proyecto se desarrollaron además siete prototipos de dispositivos, de bajo costo, para la supervisión y evaluación de las condiciones de salud del adulto mayor. Como primera versión, se desarrolló un sistema de monitorización electrocardiográfica que funciona en una red de área local inalámbrica (WLAN, por sus siglas en Inglés). ²⁶Un dispositivo inalámbrico adquiere y transmitela señal electrocardiográfica, de uno o varios pacientes, a un servidor para su almacenamiento y procesamiento, en tiempo real o no. Un punto de acceso inalámbrico conecta a los dispositivos sensores a la red. Los datos transmitidos y su análisis pueden ser consultados por el especialista médico en una computadora (de escritorio o portátil), tabletas o dispositivos de comunicaciones móviles desde un navegador Web.

En la Figura 1 se muestra la visión general de la arquitectura del sistema de monitoreo propuesto. Los principales componentes son los dispositivos físicos, las pasarelas inteligentes y la plataforma de monitoreo remoto de pacientes.

Fig. 1 Arquitectura del sistema de monitoreo remoto adultos mayores en Cuba basado en IoT. 

Los dispositivos sensores adquieren señales biomédicas, y donde sea posible también del entorno, para el monitoreo continuo de la salud de los adultos mayores en hospitales, hogares de ancianos y en el hogar. En aquellos espacios donde existan varios pacientes, los dispositivos sensores se pueden comunican entre sí formando redes. Los dispositivos médicos se adhieren al cuerpo del paciente, ya sea en la ropa o en el cuerpo. Con ellos se obtienedatos sobre la temperatura, la frecuencia cardíaca, la actividad física, la presión arterial, el nivel de saturación de oxígeno en la sangre (SpO₂), la electrocardiografía (ECG), entre otros. Los sensores ambientales proporcionan información contextual sobre el entorno y las actividades del paciente. Ejemplos de estos son los sensores de presencia, sonido, presión (para la cama o silla de ruedas), luminosidad, proximidad, temperatura y humedad, etc.

Las señales del paciente se transmiten a una red de pasarelas inteligentes distribuidas geográficamente para formar la capa de niebla. Estas soportan diferentes protocolos de comunicación y actúan como puentes entre los dispositivos sensores y la nube. Reciben datos de distintas subredes, realizan la conversión de protocolos y prestan otros servicios de nivel superior. Ejemplo de estos son las tareas de preprocesamiento de los datos como el filtrado, limpieza, extracción de características, comprensión, técnicas de reducción de las dimensiones de datos, para reducir el volumen de los datos que seenvían a las aplicaciones. ²⁷

Un sistema de monitorización continua de salud necesita decisiones rápidas y respuestas ágiles para varias enfermedades crónicas y situaciones de emergencias. En estos casos, el tiempo de procesamiento y transmisión de datos debe reducirse al mínimo. En la computación en nube los datos en bruto se transfieren de los nodos sensores a la nube, pero cuando las condiciones de la red son impredecibles existe incertidumbre en cuanto a la latencia de las respuestas. ¹⁷ La situación es más crítica en aquellos sistemas que necesitan un procesamiento de datos en tiempo real, por ejemplo, el procesamiento de señales de ECG. ^19,27 El análisis de datos de alta prioridad en las pasarelas inteligentes, y la toma de decisiones críticas y sensibles en el menor tiempo posiblehacen que el sistema sea más robusto y predecible.

La interoperabilidad desempeña un papel clave para el éxito de los sistemas RPM. ¹⁹ Con una mezcla tan heterogénea de tecnologías de red y protocolos la integración de estos es un reto evidente.Las pasarelas inteligentes proporcionan interoperabilidad al sistema. Los dispositivos sensores se conectan a ellas utilizando diferentes estándares (por ejemplo, ZigBee, 6LoWPAN, Bluetooth, Wifi). Estas disponen de múltiples interfaces, el adaptador de protocolos facilita el intercambio de mensajes entre protocolos y la conversión de formatos, de esta forma se garantiza la interoperabilidad técnica y la sintáctica en el sistema.

Enla nube se almacenan los datos de cada paciente en una base de datos para su posterior análisis. También se ejecutan algoritmos, de inteligencia artificial o Big data, que interpretan los datos recogidos y extraen información sobre el estado de salud del paciente para predecir el agravamiento de una enfermedad. Los servidores en la nube ofrecen ventajas como accesibilidad, escalabilidad, alta disponibilidad y rápido tiempo de recuperación ante problemas.

La plataforma de monitoreo proporciona una interfaz gráfica de usuario (GUI) que convierte la información procesada en contenido enriquecido y la muestra para que el personal médico y los cuidadores sigan en tiempo real el estado del paciente. Se accede a ella desde dispositivos como: computadora, tableta o teléfono inteligente. Desde la plataforma también se generan alertas en caso de emergencia.

En una primera fase las alertas del sistema son sonoras. En una segunda fase se deben implementar SMS a médicos y cuidadores y en un futuro sería importante valorar la integración con el Sistema Integrado de Urgencias Médicas (SIUM) del país.

Conclusiones

Los sistemas de monitoreo remoto permiten que los cuidadores informales (familia, amigos, vecinos, etc.) y/o los profesionales (en instituciones de salud o sociales) estén pendientes de las personas dependientes sin la necesidad de encontrarse en el mismo lugar. Los familiares no tienen que dejar de trabajar para atenderlos, por lo tanto, la economía familiar y del país se benefician. En el caso de las instituciones, con estas tecnologías los cuidadores pueden atenderuna mayor cantidad de pacientes.

Para los servicios de salud, una acción preventiva permite reducir el número de hospitalizaciones y visitas médicas y con ellos los costos de atención médica.

En el artículo se presentan los conceptos computación en la niebla y pasarelas inteligentes en el contexto de los sistemas RPM basados en IoT. Las pasarelas inteligentes situadas en las proximidades de los nodos sensores en hogares, hogares de ancianos u hospitales pueden aprovechar su posición estratégica única para hacer frente a los retos de los sistemas de salud para atender el envejecimiento de la población.

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Financiación:

Los autores recibieron financiación para el desarrollo del proyecto de:

Programa Territorial de Ciencia e Innovación Tecnológica: Desarrollo de Productos y servicios de salud. Proyecto “Monitoreo del adulto mayor con enfermedades crónicas, en ambientes controlados”.

Programa Nacional de Telecomunicaciones e Informatización de la Sociedad. Proyecto “Plataforma para el seguimiento y asistencia al adulto mayor”.

Neu-Ulm University of Applied Sciences. Proyecto “Estudio multinacional cruzado sobre la aceptación de los adultos mayores a las pulseras inteligentes”.

Centro Universitario de Bavaria para América Latina (BAYLAT). Proyecto “Adopción de recursos digitales por personas mayores frágiles en Cuba”.

Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) de Alemania. Proyecto “Sistemas de monitoreo de salud para personas mayores (HeMSS)”.

Recibido: 04 de Mayo de 2024; Aprobado: 18 de Septiembre de 2024

^*Autora para la correspondencia: [e-mail]

Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.

Lidice Romero Amondaray: conceptualización, investigación, metodología, redacción-borrador original, redacción-revisión y edición.

Fernando José Artigas-Fuentes: metodología, supervisión, redacción-borrador original y redacción-revisión y edición.

Maikel Noriega Alemán: metodología, supervisión, redacción-borrador original y redacción-revisión y edición.

Caridad Anías Calderón: metodología, supervisión, redacción-borrador original y redacción-revisión y edición