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Diseño e Implementación de un Sistema Informático de Asistencia en la Clínica Neuropsicológica

P A Donnelly Kehoe1, 2, G L Stahringer1, 2, L G Escher1, 2 and E Labos2, 3

1 Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Entre Ríos 2 Grupo Neuropsi, Argentina 3 Laboratorio de Investigación de Funciones Cognitivas y Lenguaje – Universidad de Buenos Aires

E-mail: [email protected]

Resumen. La evaluación neuropsicológica es una de las técnicas mediante las cuales es posible detectar neuropatologías como la Enfermedad de Alzheimer. Aunque su avance ha sido muy grande en los últimos años, todavía una de sus grandes debilidades radica en que los protocolos de evaluación son complejos y es necesaria una gran experticia para poder controlar al mismo tiempo los estímulos, las temporizaciones y el registro de respuestas. Es por ello que en este trabajo se presenta el desarrollo de una aplicación informática para la asistencia en la evaluación neuropsicológica (SEN v1.0). El sistema permite la administración, almacenamiento de datos, cálculo de índices e impresión de informes clínicos de trece de las pruebas más usadas en la clínica neuropsicológica. Entre sus características debe destacarse que se ha tenido en cuenta una arquitectura de software de tres capas y que la interfaz ha sido diseñada íntegramente mediante los paradigmas de la ergonomía cognitiva. La aplicación ha sido testeada en una prueba de funcionamiento con 32 sujetos, corrigiéndose fallas y surgiendo futuras proyecciones.

1. Introducción A nivel mundial, y más específicamente en los países más desarrollados, la expectativa de vida en las últimas décadas se ha ido incrementado, es por ello que las poblaciones han ido envejeciendo. Consecuentemente, las alteraciones cognitivas (ej: Enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencias) han tenido una incidencia cada vez mayor de la sociedad. Según estimaciones publicadas por la revista científica británica The Lancet [1] en el año 2005 frente a los 27,5 millones de sujetos con demencia en ese momento, en el 2030 habrá 58,9 millones. Sin duda la detección temprana de la población de riesgo de desarrollar estas enfermedades, permitirá una intervención terapéutica más eficaz y precoz. Es por ello, que la evaluación neuropsicológica adquiere una relevancia fundamental en éste campo.

La Enfermedad de Alzheimer, que afecta al 8 por ciento de los mayores a 65 años [1], es una de las patologías que mayor interés ha despertado. Por esta razón, ha surgido una gran diversidad de pruebas de este tipo para su diagnóstico. Dado el alto grado de validación a nivel profesional, las pruebas “convencionales” en papel son la estrategia más usada en la clínica debido a que poseen buena especificidad y sensibilidad. Las debilidades de éstas residen en que, para su correcta administración, requieren un alto grado de entrenamiento en el área de la neuropsicología clínica, y aun así es muy difícil un registro rigurosos de las respuestas, temporización exacta de eventos, manipulación dinámica

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en la presentación de la información de acuerdo al accionar del paciente, realizar gráficos y cálculos numéricos, entre otras. Este hecho trae aparejado múltiples problemáticas a la hora de utilizar estas pruebas, tales como: errores en el cálculo de parámetros característicos de las pruebas, variabilidad en la temporización, formas de presentación inadecuada de la información, almacenamiento erróneo de los resultados, etc.

En cuanto a las pruebas informatizadas, si bien se cuenta actualmente con un gran número de pruebas informatizadas a nivel nacional, estas son de restringida o nula utilización clínica debido a la carencia de reconocimiento y validación científica, es decir, que los valores patrón no han sido hallados con el rigor que le compete.

2. Objetivos Obtener un primer módulo de un sistema informático para facilitar la administración de una batería de pruebas neuropsicológicas estandarizadas, aumentando así el grado de sistematización y objetividad. El módulo evaluará las funciones cognitivas en general, pudiendo profundizar en Memoria de Trabajo, Semántica y Episódica.

Dotar al sistema de las siguientes funcionalidades: 1. Obtener los datos generados a partir de las pruebas y almacenarlos automáticamente. 2. Asistir en el análisis de los resultados de pacientes individuales. 3. Almacenar los datos generales de los pacientes, los resultados de los estudios y los análisis

realizados en una base de datos, permitiendo a su vez su posterior visualización y modificación.

4. Posibilitar la visualización e impresión de informes clínicos inteligentes acordes a las necesidades del profesional con el fin de asistirlo en el diagnóstico.

3. Investigación y consideraciones previas al desarrollo Previamente al desarrollo del sistema se realizaron las investigaciones necesarias para la toma de decisiones de diseño. Las temáticas abordadas fueron:

• Estructura de la evaluación neuropsicológica clásica para la detección de Alzheimer. • Ergonomía cognitiva en el diseño de la interfaz. • Adaptación apropiada de formato en pruebas neuropsicológicas.

En esta sección sólo se describirán las consideraciones que se han tenido en cuenta para el desarrollo, pudiéndose observar los resultados del proceso de diseño en la Sección 4 (Desarrollo).

3.1. Estructura de la evaluación neuropsicológica clásica para la detección de Alzheimer Como resultado de la primera investigación realizada se obtuvo una batería de cuestionarios y

pruebas para la administración a pacientes, especialmente orientadas a la detección de alteraciones en la memoria. En total se seleccionaron cuatro cuestionarios, dos pruebas de screening o generales, una prueba de memoria de trabajo, tres de memoria semántica y tres de memoria episódica.

Los cuestionarios seleccionados indagan en los dominios funcionales, conductuales y cognitivos, siendo estos cuatro: Cuestionario Neuropsychiatric Inventory (NPI) [2], Actividades Básicas de la Vida Diaria – Índice de Barthel [3][4], Cuestionario de Memoria (Hechos Recientes) [5] y Cuestionario Short-Portable Mental State Questionnarie (SPMSQ) de Pfeiffer [4] [6] .

Además las pruebas son: Tipo de Pruebas Pruebas Citas

Generales • Mini Mental State Examination • Addenbroke´s Cognitive Examination (ACE)

[7] [8]

Memoria de Trabajo • Span de Dígitos [4] Memoria Semántica • Prueba de Conocimiento General

• Prueba de Denominación de la Escala [9] [10]


Montreal Toulouse Buenos Aires (MTBA). • Prueba de Evocación Léxica (Fluencia Verbal) con Categorías

[10]

Memoria Episódica • Prueba MIS • Prueba de Recuerdo Libre/Facilitado con Recuerdo Inmediato. • Prueba de Memoria de Texto - El Viejo Hombre.

[11] [12] [13]

Además se fijó la estructura de evaluación clásica en la siguiente secuencia: Entrevista Clínica, administración de cuestionarios, pruebas generales y luego, si es necesario, pruebas de evaluación de la memoria.

3.2. Ergonomía cognitiva en el diseño de la interfaz El diseño de la interfaz se realizó con fundamentos en la ergonomía cognitiva de manera de que ésta estuviese acorde a la forma en la que se desempeña el usuario en su tarea de trabajo habitual, pero además se intentó optimizar ciertos procesos que pudieran resultar mecánicos o tediosos para evitar errores por sobrecarga sensorial o fatiga mental. Para esto, el diseño de ella se separó en tres partes independientes entre sí y con características muy diferentes, el diseño de un “consultorios virtual”, el diseño de las pantallas para presentar las pruebas y el diseño de informes clínicos para su posterior impresión.

3.2.1. Diseño del consultorio virtual. Este módulo estuvo intencionado conceptualmente para que el usuario (administrador de las pruebas) pudiera acceder de forma rápida y ágil a las diferentes opciones y funcionalidades que el sistema tiene disponibles, para ello resulto primordial que la información estuviera organizada en la aplicación de la misma manera que está distribuida tanto en su consultorio como en su estructura del pensamiento, es decir buscando una estructura intuitiva.

Como resultado se diseñó una interfaz iconizada, organizada mediante “pestañas” o Ribbons que permitió una estructura conceptual jerárquica y una interacción rápida y ágil con el usuario.

3.2.2. Diseño de pantallas para presentar las pruebas. Se diseñó considerando un agrupamiento lógico de la información en secciones, como las propuestas para un formulario por Kendall & Kendall [14] y teniendo como referencia que para diseñar formularios útiles, es necesario seguir los siguientes lineamientos:

• Deben ser fáciles de contestar. • Debe validarse que cumplan el propósito para el cual se diseñaron. • Deben diseñarse para garantizar que se contesten con precisión. • Deben ser dotados de un gran atractivo.

3.2.3. Diseño de informes clínicos. Se diseñó siguiendo los lineamientos mencionados en 3.2.2 y además se trató de darle un atractivo específico para la impresión de los mismos y se los dotó de gráficas inteligentes que pudieran mostrar la información de una manera más intuitiva, facilitando así la interpretación de los resultados.

3.3. Adaptación apropiada de formato en pruebas neuropsicológicas La evaluación neuropsicológica se caracteriza por la utilización de Cuestionarios y Pruebas. Estos se aplican de una manera interactiva entre el profesional que realiza la tarea de evaluación (en adelante el Usuario) y el paciente que está siendo evaluado (en adelante el Sujeto). La dinámica de esta interacción hace difícil encuadrar el proceso como una instancia puramente de salida o entrada de datos. Más bien se podría considerar como una actividad intermedia que posee entradas y salidas de datos simultáneamente.


Entre las salidas de datos podemos destacar las siguientes:

• Tipo o nombre de la prueba o cuestionario • Instrucciones de cómo debe realizar el Usuario instancias particulares • Instrucciones de los materiales que deberá usar el Usuario • Ordenes que el Sujeto deberá percibir • Temporización de eventos

Las entradas de datos que podemos destacar son:

• Calificación objetiva del Usuario respecto de una actividad del Sujeto. • Entrada de audio de una respuesta del Sujeto. • Entrada de una respuesta del Sujeto.

Es por ello que el objetivo de esta etapa fue diseñar las pantallas de las versiones informatizadas de las pruebas y cuestionarios neuropsicológicos seleccionados. Para ello se realizaron esquemas de cuadros de texto que sirvieron para modelar la organización y estructura en la cual se implementó finalmente la interfaz visual. Se abordaron los aspectos cognitivos de la interacción tanto del Usuario como del Sujeto con el sistema informático, atendiendo a los posibles sesgos de información que pudieran llevar a los errores por parte del Usuario o del Sujeto.

4. Desarrollo El desarrollo se dividió en varias etapas, las cuales pueden resumirse en:

• Definición de la arquitectura del software • Implementación de la base de datos • Implementación del consultorio virtual • Informatización de las pruebas neuropsicológicas • Generación de informes clínicos

4.1. Definición de la arquitectura del software El software está concebido con una arquitectura de tres niveles y la metodología de programación es orientada a objetos.

La arquitectura de tres niveles se seleccionó para poder independizar etapas de desarrollo y para posibilitar el agregado de nuevas funcionalidades de forma sencilla en un futuro. Es decir, de esta manera es posible cambiar la interfaz con el usuario sin que el procesamiento de la información cambie, posibilitando utilizar algoritmos ya probados y validados. Además una de las ventajas que fue importante a la hora de la elección de este tipo de arquitectura es la facilidad para la detección de errores y corrección de los mismos en la programación del sistema, ya que puede individualizarse de acuerdo a las respuestas del mismo en qué capa y en qué clase, y hasta en qué función de ésta, se encuentra una determinada falla.

En la figura 1 se presenta un esquema que resume la arquitectura diseñada, marcando relaciones de contención, herencia e interacción entre los elementos.

4.2. Implementación de la base de datos Se fijaron los objetivos de la base de datos, que puede resumirse en:

1) Almacenar de forma organizada y funcional todos los datos necesarios para poder reconstruir toda la información que quedaría plasmada en un test en papel. 2) Que la información se encuentre organizada de manera que pueda ser procesada fácilmente para hacer estudios poblacionales 3) Almacenar los enunciados de cada prueba: de este modo la interfaz es adaptativa a la base de datos y así al modificar una tabla se podrán corregir errores de manera sencilla. 4) Almacenar la configuración de cada uno de los formularios del sistema, de modo que se vaya adaptando a las preferencias del usuario.


Figura 1. Diagrama esquemático y simplificado de las interrelaciones diseñadas para la implementación del sistema. Nótese: en el área azul se encuentran las clases de procesamiento puro (P2) y el módulo de datos (clases sin componentes visuales), en verde se encuentran las clases hibridas (P1) que se encargan del procesamiento de entrada y además de administrar la secuencia de clases visuales. En rojo se recuadran las clases únicamente visuales.

5) Almacenar las normas de cada uno de las pruebas y los perfiles cognitivos encontrados en diferentes patologías para que puedan actualizarse cambiando los valores en una tabla.

En la fase de implementación de la base de datos, la primera etapa fue la elección de un sistema de gestión de bases de datos (DBMS). Al analizarse las diferentes alternativas se fijaron lineamientos generales de las características deseadas para el DBMS, la cual debía cumplir con:

1. Ser un sistema de gestión de bases de datos relacionales.

2. Ser muy utilizada a nivel mundial y contar con mucha documentación para resolver los posibles problemas de forma rápida.

3. Posibilitar el trabajo en entornos cliente servidor.

4. Ser rápido, fiable y fácil de usar.

5. Contar con herramientas de desarrollo visual gratuitas.

6. Ser gratuita para fines no comerciales.

7. Poder integrarse adecuadamente al entorno de desarrollo (C++ Builder 2010)

A partir de ello decidió utilizarse el DBMS MySQL Server 5.1 que cumplía con cada uno de los requisitos. Una vez escogido el DBMS se seleccionó un programa para diseñar la base de datos, el software MySQL Workbench 5.2 CE. Este posibilita programar en forma simple, completa y gráfica la base de datos.

Para la selección de campos se hizo un análisis funcional de los datos que el neuropsicólogo necesita o que podrían serle de utilidad. Como resultado se obtuvo una base de datos compuesta por 57 tablas, cuya estructura se presenta en la figura 2.


Figura 2. Diagrama de la Base de Datos exportado desde MySQL Workbench 5.2 CE.

4.3. Implementación del consultorio virtual Uno de las características que se cree más innovadora del software diseñado es la implementación del concepto de “Consultorio Virtual”, esta repartimiento de la información y de la accesibilidad a la misma tiene como objetivo primordial que la información este distribuida en la aplicación de la misma manera que está distribuida tanto en su consultorio como en su estructura del pensamiento. Es por eso que a la hora de poder volcarlo en el software se tuvo que indagar sobre la manera en la que los neuropsicólogos realizan sus actividades y de qué manera estudian la temática, ya sea en cursos de grado como de posgrado.

A partir de ello se obtuvo una lista de todas las secciones y subsecciones que debían estar disponibles en los menús para que los usuarios interactúen con el sistema, seguidamente se graficaron todos los iconos a ser incluidos en las pestañas. En la figura 3 pueden observarse algunas de las secciones obtenida de la interfaz.

4.4. Informatización de las pruebas neuropsicológicas La implementación de los tests se dividió en 3 procesos principales:

• Aspectos funcionales de la información de las pruebas y de su interacción con la base de datos (BD).

• Aspectos de la implementación visual de las distintas pantallas. • Aspectos de la dinámica lógica de llenado de las pruebas.

En la figura 4 se presentan ejemplos de las pantallas de la aplicación; pueden observarse en ellas la distribución funcional de adoptada.


Figura 3. Implementación del consultorio virtual en SEN v.1.0

4.4.1. Aspectos funcionales de la información de las pruebas y de su interacción con la base de datos (BD). Para dotar al sistema de las funcionalidades establecidas en los objetivos, se consideró que era importante contar con un objeto Paciente Activo, el cual contiene, además de los datos personales del paciente evaluado, todos los tests que se le hubiesen administrado cargados en su estructura; es por ello que estos tests son almacenados dentro de un vector dinámico perteneciente al objeto paciente.

Para posibilitar que todos los tests estuvieran almacenados en la misma estructura, y así usar las funcionalidades del polimorfismo, se creó una clase madre virtual Test, de la cual descienden todas las demás clases de tests. Cada una de estas clases implementadas cuenta con las siguientes características y funcionalidades:

• Estructura del tipo Struct con todos los datos propios de la prueba. • Variables de Control.

Figura 4. Pantallas de las pruebas informatizadas del SEN v.1.0


• Funciones para almacenamiento de los datos en la BD. • Funciones para la lectura de los datos de la BD. • Funciones para Guardar el test en un paciente. • Funciones de entrada y salida de información. • Funciones para el cálculo de índices complementarios o procesamiento de la información.

4.4.2. Aspectos de la implementación visual de las distintas pantallas. Para realizar la implementación visual de las pantallas y poder controlar de una manera sencilla los atributos visuales de las mismas se procedió a implementar un esquema de clases visuales con herencia de la siguiente manera:

1. Se creó una clase abstracta FMadre, hija de una clase propia del software de desarrollo (TFrame), de la cual descienden todas las pantallas implementadas.

2. Se creó una hija de FMadre por cada uno de los tests, que implementa cuestiones más específicas de cada uno de estos. Estas clases también son abstractas.

3. Se creó una tercera generación de clases propias, las cuales son las mostradas al usuario; siendo estas instanciadas en las clases contenedoras descriptas en la sección 4.4.3.

4.4.3. Aspectos de la dinámica lógica de llenado de las pruebas. Para implementar la secuencia en que se muestran las pantallas y controlar los estímulos de cada uno de los tests, se implementó una clase contenedora de frames para cada una de las pruebas, teniendo a cargo lo siguiente:

• Control dinámico de presentación y almacenamiento de la información. • Cálculo de los índices obtenidos en cada etapa de la prueba.

4.5. Generación de informes clínicos Para la generación de informes se analizaron varias tecnologías como archivos de texto con un formato determinado, uso de una tecnología propia del entorno de desarrollo (RAVE) y generación de archivos en formato de Microsoft Excel (.xls) para una implementación más atractiva.

Finalmente, se utilizó la solución mediante archivos .xls, usando como entrada un archivo de texto (.txt) codificado por la aplicación desarrollada. Implementando en el documento de Excel una Hoja para el ingreso de información y otra Hoja de Informe Terminado, listo para imprimir. En la figura 5 se puede observar un ejemplo de un informe generado por la aplicación.

5. Prueba de funcionamiento Se realizó una prueba piloto en 32 sujetos. El criterio de inclusión para esta muestra fue: rango etario de 50 a 80 años, ausencia de antecedentes neuropsiquiátricos y no haber presentado quejas cognitivas en el último año.

El objetivo fue evaluar el funcionamiento de la aplicación y detectar errores en la

Figura 5. Informe producido en SEN v.1.0


misma, así como cuantificar la opinión de los potenciales pacientes.

A partir de los errores detectados en la prueba se corrigieron fallas lógicas, de programación de la interfaz y de almacenamiento en BD.

Además se administró un cuestionario a los sujetos para obtener una retroalimentación en cuanto al diseño de la aplicación y su posible uso en poblaciones comprendidas en el rango etario antes mencionado, éste puede verse en la figura 6.

Los resultados fueron favorables, lograndose recolectar información para futuras mejoras y proyecciones.

6. Conclusiones Se desarrolló una primer versión de un software para la asistencia en la evaluación neuropsicológica, que será de gran utilidad para aumentar la sistematización en la administración de las pruebas y reducir la variabilidad inter examinador, cumpliendo con los objetivos planteados.

Además, la aplicación promoverá el uso intensivo de los datos de la clínica neuropsicológica para ser volcados a la investigación clínica y epidemiológica, ya que se ha proyectado un módulo para el análisis de resultados poblacionales.

Finalmente, se quiere resaltar que una buena planificación de la arquitectura en el desarrollo de una aplicación informática posibilita la ampliación y actualización de sus funcionalidades de manera sencilla. Esto ha dotado al proyecto de una trascendencia y permanencia en el tiempo que los autores creen de vital importancia para posibilitar la mejora continua.

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Figura 6. Cuestionario de realimentación usado en la prueba piloto.


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