Marcelo Risk, Juan P. Suárez, Alejandro Marcelo Risk, Juan P. Suárez, Alejandro Panelli,Panelli,

Alejandro Soba, Mariano Pérez Alejandro Soba, Mariano Pérez RodríguezRodríguez

y Guillermo Marshall y Guillermo Marshall

Laboratorio de Sistemas ComplejosLaboratorio de Sistemas ComplejosDepartamento de ComputaciónDepartamento de ComputaciónFacultad de Ciencias Exactas y Facultad de Ciencias Exactas y

NaturalesNaturalesUniversidad de Buenos AiresUniversidad de Buenos Aires

Procesamiento de Datos y Procesamiento de Datos y Señales Biomédicas en Señales Biomédicas en

TelemedicinaTelemedicina

ÍndiceÍndice

Introducción al procesamiento de Introducción al procesamiento de datos y señales biomédicas.datos y señales biomédicas.

Introducción a la telemedicina.Introducción a la telemedicina. Proyecto DIKHAE.Proyecto DIKHAE. Estudio LOBOS.Estudio LOBOS. Futuros desarrollos.Futuros desarrollos. Minería de datos con HPC con MS Minería de datos con HPC con MS

CCS.CCS. Discusión.Discusión.

Procesamiento de datosProcesamiento de datos y señales biomédicas y señales biomédicas

Dato:Dato:Unidad de información básica que Unidad de información básica que describe un parámetro determinado, describe un parámetro determinado, por ejemplo edad, sexo, nombre, por ejemplo edad, sexo, nombre, apellido, etc.apellido, etc.

Señal:Señal:Información de la evolución de una Información de la evolución de una magnitud en función de otra, por magnitud en función de otra, por ejemplo la actividad cardiaca del ejemplo la actividad cardiaca del corazón en función del tiempo (ECG).corazón en función del tiempo (ECG).

Señales de PA, ECG y VPISeñales de PA, ECG y VPI

Extracción de la FC del Extracción de la FC del ECGECG

PA en función del tiempoPA en función del tiempo

Descomposición frecuencial con Descomposición frecuencial con WaveletsWavelets

TelemedicinaTelemedicina DefiniciónDefinición

La tLa telemedicina es el uso de tecnologías avanzadas de

sistemas de información para cuidados de salud y

educación.

AplicacionesAplicaciones

• • Transmisión de datos, información, pruebas, estudios,

señales e imágenes, tanto offline como online.

• • Procesamiento de la información transmitida..

• • Videoconferencia, para la consulta online con

especialistas.

• • Educación a distancia, tanto para profesionales como

para pacientes.

Beneficios para los pacientes y Beneficios para los pacientes y profesionalesprofesionales

Facilita el acceso a cuidados de salud sofisticados y de

alta calidad.

Incrementa la satisfacción de los pacientes.

Reduce los viajes de los pacientes a centros de salud

sofisticados.

Reduce los costos del cuidado de salud.

Acceso a la interconsulta entre profesionales de la salud.

Facilita el acceso a especialistas médicos.

Facilita el acceso a la educación médica continua.

El médico de familia mantiene el rol central en el

cuidado de la salud en su comunidad.

Historia de la telemedicina:Historia de la telemedicina: primeros hitos primeros hitos

1906: el Dr. Einthoven, el padre de la 1906: el Dr. Einthoven, el padre de la

electrocardiografía, fue el primero en utilizar lineas electrocardiografía, fue el primero en utilizar lineas

telefónicas para transmitir ECG (telefónicas para transmitir ECG (Le telecardiogramme, Le telecardiogramme,

Archives Internationales Physiologie 4:132, 1906Archives Internationales Physiologie 4:132, 1906).).

1920: médicos en la costa pueden asistir a pacientes en 1920: médicos en la costa pueden asistir a pacientes en

ultramar con comunicaciones de radio.ultramar con comunicaciones de radio.

1924: la revista Radio News1924: la revista Radio News

de EEUU publica un artículo sobre de EEUU publica un artículo sobre

telemedicina. telemedicina.

Telemedicina en AsiaTelemedicina en Asia 2003: proyecto de emergencias médicas en la 2003: proyecto de emergencias médicas en la

India.India.La telemedicina ayuda a asistir pacientes en La telemedicina ayuda a asistir pacientes en estado crítico en Bankura, Silliguri y Udaipur, estado crítico en Bankura, Silliguri y Udaipur, India.India.Desde 2001 al 2003 fueron asistidos 1427 Desde 2001 al 2003 fueron asistidos 1427 pacientes, 80% de ellos con infarto agudo de pacientes, 80% de ellos con infarto agudo de miocardio, 18% con insuficiencia cardiaca, y miocardio, 18% con insuficiencia cardiaca, y 2% con arritmias. Los resultados fueron 2% con arritmias. Los resultados fueron equivalentes al cuidado tradicional realizado equivalentes al cuidado tradicional realizado en Kolkata.en Kolkata.

Garg S, Gupta VK, et al. Managment of Cardiac Garg S, Gupta VK, et al. Managment of Cardiac Emergencies Through Telemedicine. Indian Emergencies Through Telemedicine. Indian Heart Journal, 2003.Heart Journal, 2003.

Telemedicina en EuropaTelemedicina en Europa

2004: la Agencia Espacial Europea 2004: la Agencia Espacial Europea (ESA) comienza un programa de (ESA) comienza un programa de telemedicina.telemedicina.Sistema de Sistema de telecaretelecare para el hogar: para el hogar:este sistema opera en Canadá, este sistema opera en Canadá, utilizando un TV con una caja especial, utilizando un TV con una caja especial, las enfermeras incrementaron la las enfermeras incrementaron la cantidad de pacientes tratados de 6-8 cantidad de pacientes tratados de 6-8 con la visita tradicional, a 16-20 con la con la visita tradicional, a 16-20 con la telemedicina.telemedicina.

Telemedicina en EuropaTelemedicina en Europa 2005:2005:

proyecto I-DISCAREproyecto I-DISCAREde la ESA fue de la ESA fue utilizado para asistir utilizado para asistir las víctimas de un las víctimas de un tsunami en el sureste tsunami en el sureste de Asia.de Asia.Los equipos móviles Los equipos móviles se conectaron vía se conectaron vía satélite para la satélite para la asistencia de los asistencia de los pacientes en el lugar pacientes en el lugar de la catástrofe.de la catástrofe.

Proyecto de telemedicina Proyecto de telemedicina de de

Boston Medical Boston Medical TechnologiesTechnologies 2002: Boston Medical Technologies, Wakefield, 2002: Boston Medical Technologies, Wakefield,

MA, EEUU, construyó una plataforma para MA, EEUU, construyó una plataforma para pruebas del sistema nervioso autonómico pruebas del sistema nervioso autonómico utilizando una plataforma de telemedicina.utilizando una plataforma de telemedicina.

Risk MR, Cohen A, Kaplan DT. United Risk MR, Cohen A, Kaplan DT. United States Patent 6,416,473: Methods and States Patent 6,416,473: Methods and Apparatus for Providing an Indication of Apparatus for Providing an Indication of Autonomic Nervous System Function, Autonomic Nervous System Function, 2002. 2002.

Risk MR, Bril V, Broadbridge C, Cohen A. Risk MR, Bril V, Broadbridge C, Cohen A. Heart Rate Variability in Diabetic Heart Rate Variability in Diabetic Neuropathy: Review of Methods. Diabetes Neuropathy: Review of Methods. Diabetes Technology and Therapeutics, Vol 3:63-76, Technology and Therapeutics, Vol 3:63-76,

2001 .2001 .

Proyecto de telemedicina en Proyecto de telemedicina en ArgentinaArgentina

Educación médica continua (UTN FRBA) : Educación médica continua (UTN FRBA) : en en 20042004 obtuvimos un grant de Microsoft Research para el desarrollo del proyecto “Mathematical Whiteboard using ConferenceXP”.

Risk M. R et al. Continuing medical education virtually and Risk M. R et al. Continuing medical education virtually and collaboratively using ConferenceXP. 9th annual world collaboratively using ConferenceXP. 9th annual world congress on the internet in medicine, MEDNET 2004, congress on the internet in medicine, MEDNET 2004,

Buenos Aires, Argentina.Buenos Aires, Argentina.

Proyecto DIKHAEProyecto DIKHAE El proyecto DIKHAE se desarrolló por un El proyecto DIKHAE se desarrolló por un

grant otorgado por Microsoft Research, grant otorgado por Microsoft Research, Redmond, WA, EEUU.Redmond, WA, EEUU.

El objetivo principal es proveer una forma El objetivo principal es proveer una forma rápida de comunicación entre médicos y rápida de comunicación entre médicos y pacientes en zonas apartadas, tanto pacientes en zonas apartadas, tanto rurales como urbanas, utilizando rurales como urbanas, utilizando tecnologías móviles, la cuales permite la tecnologías móviles, la cuales permite la adquisición de señales de pacientes y la adquisición de señales de pacientes y la recolección de datos, los cuales no pueden recolección de datos, los cuales no pueden acercarse a centros de salud acercarse a centros de salud especializados. especializados.

Proyecto DIKHAEProyecto DIKHAE

El kit para telemedicina que desarrollamos El kit para telemedicina que desarrollamos consiste en módulos de adquisición consiste en módulos de adquisición portables, tales como ECG y presión portables, tales como ECG y presión arterial, conectados a un dispositivo móvil, arterial, conectados a un dispositivo móvil, tal como una PDA o télefono celular tal como una PDA o télefono celular avanzado, con un opcional de GPS.avanzado, con un opcional de GPS.

La PDA o celular corre Windows Mobile, y La PDA o celular corre Windows Mobile, y una base de datos almacena los datos y una base de datos almacena los datos y señales de cada paciente, basada en SQL señales de cada paciente, basada en SQL Server 2005, Windows Server 2003 e IIS Server 2005, Windows Server 2003 e IIS 6.0 para el acceso vía web services.6.0 para el acceso vía web services.

Proyecto DIKHAEProyecto DIKHAE

El proyecto DIKHAE ya está El proyecto DIKHAE ya está operativo.operativo.

DIKHAE puede ser utilizado para DIKHAE puede ser utilizado para estudios epidemiológicos y clinical estudios epidemiológicos y clinical trials.trials.

Una prueba piloto de DIKHAE Una prueba piloto de DIKHAE (versión beta) está siendo utilizada (versión beta) está siendo utilizada en el estudio LOBOS.en el estudio LOBOS.

Proyecto DIKHAEProyecto DIKHAE Los dispositivos móviles, tales como el ECG entre

otros, permite recolectar datos y construir una base de datos clínica para por ejemplo medicina preventiva, en aplicaciones como enfermedades cardiovasculares, diabetes y cáncer.

Adicionalmente se construyó un Cluster Virtual (VC), para el procesamiento en paralelo de la información.

Finalmente la plataforma ConferenceXP de Microsoft será utilizada para la comunicación entre los centros de salud, tanto para la interconsulta como para la educación médica continua.

Internet

Investigator Unit

Desktop

GPRS

Wireless

Docking

LAN/WAN

SQL Server 2005Data Model 1

SQL Server 2005Data Model 2

SQL Server 2005Data Model n

Virtual Cluster .

.

.

.

SQL Server 2005Data Store of XMLs

Service Provider .Windows 2003 Server

IISWeb Services

Arquitectura de SoftwareArquitectura de Software

Portal Web:Portal Web:- User Profile Prototype- User Profile Prototype- XML Web Services- XML Web Services

Base de datos:Base de datos:- Simple Data Model Prototype- Simple Data Model Prototype- Stored Procedures Interface- Stored Procedures Interface

Cliente Mobile:Cliente Mobile:

- Tranferencia de datos del paciente usando - Tranferencia de datos del paciente usando Web ServicesWeb Services

- Unidad de adquisición de ECG con Bluetooth- Unidad de adquisición de ECG con Bluetooth

Co

mp

act Fram

ewo

rk .NE

T

Mobile C

lient

Windows Server 2003

IIS 6.0

SQL Server 2005

Stored Procedures Assemblies

Basic Data Model

XML Web Services .NET

ASP .NET

Web Portal

Base de datosBase de datos Base de datos clínica:

- datos demográficos, alimentación y estilo de vida.

- ECG, presión arterial e imágenes para el estudio del riesgo cardiovascular.

Región geográfica: para el análisis de enfermedades locales y políticas de prevención.

Disponibilidad: esta información está disponible a los médicos para la consulta y estadística.

Acceso a la base de datos: a través de web services y en los sistemas móviles.

Patient information exchange and database model interaction:1. An XML with patient data is generated in the smart device or Pocket

PC.2. The XML is sent via web service (with a security model).3. The transaction is stored storing the XML in the SQL Server 2005.4. Later, the XML is processed and patient data is incorporated in the

predefined relational model.

SQL Server 2005Data Storage of XMLs

Sending information - Interacting with database

<xml><name>John Smith</name>

</xml>

XML File

using de HL7

standard

with the data

of patient

SQL Server 2005Relational Data Model

<xml></xml>

Investigator

Patient

XML-WebService

<xml></xml>

B

A

C

D Name: John Smith varchar(50)

DNI: 27281664 numeric(9)

Age : 27 numeric(3)

...

Basic D

ata Model

(Support Entities)

(Core Entities)

Patient

Visit

Center

Investigator

Location

MS MapPoint

Dispositivos móbilesDispositivos móbiles El dispositivo móvil permite al médico

ingresar los datos y señales de los pacientes in situ a través de una aplicación especialmente desarrollada.

Un módulo de ECG se conecta al dispositivo móvil utilizando la tecnología wireless bluetooth.

Si están disponibles servicios GSM o GPRS services in situ, los registros se envian directamente al servidor de la base de datos.

En otros casos, los registros se almacenan en el dispositvo móvil para luego ser descargados cuando este disponible el acceso a Internet.

Los dispositivos móviles utilizados fueron el Los dispositivos móviles utilizados fueron el Imate smartphone y la HP Ipaq Pocket PC.Imate smartphone y la HP Ipaq Pocket PC.

GP

S L

ink

GPS Module

A/D Module

Bluetooth Module

µController

ECG Electrodes

Smartphone – Investigator Unit

Instrumentation Amplifier

Bluetooth Link

Mobile Application

Patient

Aplicación Aplicación MobileMedicalClientMobileMedicalClient

VISITA

Estudio LOBOSEstudio LOBOS El estudio LOBOS es la prueba piloto de El estudio LOBOS es la prueba piloto de

nuestro sistema de telemedicina.nuestro sistema de telemedicina. Una base de datos clínica se construyo con Una base de datos clínica se construyo con

pacientes de la ciudad de Lobos, provincia pacientes de la ciudad de Lobos, provincia de Buenos Aires, localizada a 205 km de la de Buenos Aires, localizada a 205 km de la ciudad de Bs As.ciudad de Bs As.

El estudio LOBOS permitirá el seguimiento El estudio LOBOS permitirá el seguimiento y control de un grupo de pacientes, de sus y control de un grupo de pacientes, de sus estados de salud general, pero estados de salud general, pero especialmente de sus factores de riesgo especialmente de sus factores de riesgo cardiovascular.cardiovascular.

Un total de 170 pacientes fueron Un total de 170 pacientes fueron estudiados a la fecha en esta fase piloto. estudiados a la fecha en esta fase piloto.

Resultados preliminaresResultados preliminares estudio LOBOS estudio LOBOS

VariableVariable MujeresMujeres HombresHombres

NN 9797 7373

Edad (años)Edad (años) 57 57 ± ± 13.713.7 54.5 54.5 ±± 13.7 13.7

Peso (kg)Peso (kg) 68.7 68.7 ±± 11.1 11.1 86.6 86.6 ±± 14.4 14.4

IMC (kg/m2)IMC (kg/m2) 26.1 26.1 ±± 3.9 3.9 28.8 28.8 ±± 3.6 3.6

Cintura (cm)Cintura (cm) 95.1 95.1 ±± 13.5 13.5 104.5 104.5 ±± 12 12

Colesterol total Colesterol total (mg/dL)(mg/dL)

202.2 202.2 ±± 41.2 41.2 198.9 198.9 ±± 32.3 32.3

HDL (mg/dL)HDL (mg/dL) 46.4 46.4 ±± 7.5 7.5 44.2 44.2 ±± 13.3 13.3

LDL (mg/dL)LDL (mg/dL) 131.9 131.9 ±± 37.1 37.1 129.3 129.3 ±± 29.6 29.6

PAS (mmHg)PAS (mmHg) 126.2 126.2 ±± 16.1 16.1 126.3 126.3 ±± 13.5 13.5

PAD (mmHg)PAD (mmHg) 76.7 76.7 ±± 9.9 9.9 78.6 78.6 ±± 8.8 8.8

Todos los valores con medias ± DE

Resultados preliminaresResultados preliminares estudio LOBOS estudio LOBOS

SP con la edad P < 0.001 DP con la cintura P = 0.037DP con el IMC P = 0.003

Resultados preliminaresResultados preliminares estudio LOBOS estudio LOBOS

SP con LDL P = 0.002 DP con LDL P = 0.012

Factores de riesgo Factores de riesgo coronario (CHD)coronario (CHD)

Framingham risk scoringFramingham risk scoring Categorías de riesgo:Categorías de riesgo:

• CHD establecido y CHD • CHD establecido y CHD equivalenteequivalente• factores de riesgo múltiples (2+)• factores de riesgo múltiples (2+)• 0-1 factores de riesgo• 0-1 factores de riesgo

Categorías de riesgo a 10 años:Categorías de riesgo a 10 años:• >20% (CHD equivalente)• >20% (CHD equivalente)• 10 – 20%• 10 – 20%• <10%• <10%

Estimación del riesgo a 10-Estimación del riesgo a 10-años para hombresaños para hombres

Estimación del riesgo a 10-Estimación del riesgo a 10-añosaños

para mujeres para mujeres

Factores de riesgo CHD en Factores de riesgo CHD en el estudio LOBOSel estudio LOBOS

PP = 0.015 = 0.015 PP < 0.001 < 0.001

Desarrollos futurosDesarrollos futuros Microsoft Research ya nos ha otorgado un Microsoft Research ya nos ha otorgado un

grant para la segunda fase del proyecto.grant para la segunda fase del proyecto. Los desarrollos futuros serán:Los desarrollos futuros serán:

• Dispositivos móviles conectados a la Pocket • Dispositivos móviles conectados a la Pocket PC o teléfono, tales como dispositivos de PC o teléfono, tales como dispositivos de terapia y de screening.terapia y de screening. • Georeferenciación utilizando tecnologías • Georeferenciación utilizando tecnologías GPS.GPS. • Los objetivos serán enfermedades • Los objetivos serán enfermedades cardiovasculares y cáncer.cardiovasculares y cáncer. • Uso intensivo de procesamiento de señales • Uso intensivo de procesamiento de señales e imágenes en ambos dispositivos: Pocket PC e imágenes en ambos dispositivos: Pocket PC y servidor central.y servidor central. • Uso del SQL Server mobile 2005. • Uso del SQL Server mobile 2005. • Minería de datos de la base datos utilizando • Minería de datos de la base datos utilizando Microsoft Compute Cluster Server (CCS).Microsoft Compute Cluster Server (CCS).

HPC con MS Compute Cluster HPC con MS Compute Cluster Server (CCS)Server (CCS)

HPC en HPC en computadoras computadoras Dual-Core Intel Dual-Core Intel Xeon 64 en red Xeon 64 en red de baja latencia de baja latencia (infinity)(infinity) cluster cluster (40 nodos) con (40 nodos) con Microsoft Microsoft Compute Cluster Compute Cluster Server 2003.Server 2003.

AgradecimientosAgradecimientos Microsoft Research y Microsoft Corporation.Microsoft Research y Microsoft Corporation. Departamento de Computación, FCEyN UBA.Departamento de Computación, FCEyN UBA. Dra. Laura Brandani de Fundapres.Dra. Laura Brandani de Fundapres.

© 2007 Microsoft Corporation. All rights reserved. Microsoft, Windows, Windows Vista and other product names are or may be registered trademarks and/or trademarks in the U.S. and/or other countries. The information herein is for informational purposes only and represents the current view of Microsoft Corporation as of the date of this presentation. Because Microsoft must respond to changing market conditions, it should not be interpreted to be a commitment on the part of Microsoft, and Microsoft cannot guarantee the accuracy of any information provided after the date of this presentation. MICROSOFT MAKES NO WARRANTIES, EXPRESS, IMPLIED OR STATUTORY, AS TO THE INFORMATION IN THIS PRESENTATION.