TARJETA ADAPTADORA A UNA RED DE COMPUTADORAS PARA

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
TARJETA ADAPTADORA A UNA RED DE COMPUTADORAS
PARA EL SERVOVENTILADOR SV-900C
Ma. del C. Tellería, R. Rivas, I. Vega, O. Corbillón
Grupo de Informática en Salud de Pinar del Río (GISPRI)
Martí #174 e/ Comandante Pinares y Ciprián Valdés, 20100, Pinar del Río.
e-mail: [email protected]
RESUMEN
En el presente trabajo se desarrollan los medios
electrónicos necesarios para la comunicación del
respirador artificial SV900C con una computadora,
transfiriendo hacia ella los parámetros analógicos que
mide y calcula. Esta información puede ser procesada
por la computadora posibilitando la visualización de
los resultados del análisis de la función respiratoria del
paciente. Además, a partir de los resultados obtenidos
del procesamiento de esa información, se puede decidir
cómo ejercer el control, desde la computadora, sobre el
modo de trabajo del respirador, para mantener las
condiciones de ventilación deseadas para el paciente.
La comunicación del respirador SV 900C con la
computadora permite acercarlo en prestaciones a sus
similares más actuales y con ello elevar el nivel en la
atención a los pacientes de las UCI sin la necesidad de
hacer grandes inversiones en nuevos equipos de
ventilación.
Palabras claves: servoventilador, respiración artificial,
función respiratoria.
1. INTRODUCCIÓN
La medicina moderna, con el objetivo de elevar la
calidad de los servicios que se brindan a los pacientes,
mejorar los niveles de salud y de vida de la población,
así como agilizar y facilitar la labor de los especialistas
en la atención de sus enfermos, utiliza y estimula el
desarrollo de nuevos instrumentos y tecnologías de
avanzada que posibilitan extender su poder de
observación, manipulación y control de las
enfermedades.
En Cuba, paralelamente con la producción de nuevos
equipos, se trabaja en el mejoramiento de las
potencialidades de los equipos existentes hoy en los
hospitales. La vía principal para potenciar la operación
de estos equipos es su conexión a una computadora, la
cual recibe la información procedente del equipo y es
capaz de analizarla con profundidad, proponiendo las
conductas de tratamiento más adecuadas ante la evolución de la enfermedad. Un área de la salud donde
potenciar el equipamiento reviste una gran importancia
es en los Cuidados Intensivos.
En la vigilancia y aseguramiento de las funciones
vitales de los enfermos en la Unidad de Cuidados
Intensivos (UCI) intervienen fundamentalmente
equipos
como
el
respirador
artificial,
el
monitorcardiaco, el oxímetro de pulsos y el gasómetro
[1], entre otros. Lograr la comunicación de estos
equipos con la computadora significa mejorar
considera-blemente los servicios en la UCI y las
condiciones de trabajo del personal médico, que podrá
contar con medios técnicos más avanzados para
desarrollar su labor.
Por la importancia del respirador artificial en la
vigilancia de las funciones vitales de los pacientes en
estado grave, se ha escogido para iniciar los trabajos de
automatización de Unidades de Cuidados Intensivos.
Como el bloque electrónico del respirador artificial
SV-900C [2] es totalmente analógico, y en el mismo no
se tuvo en cuenta su posible comunicación con equipos
para el procesamiento digital de información como las
computadoras, se desarrolla una tarjeta que permite
dicha comunicación. Esto posibilita el empleo posterior
del respirador en la deseada red de equipos [3] que se
diseña para la Unidad de Cuidados Intensivos del
Hospital Universitario Clínico Quirúrgico “General
Calixto García”.
2. METODOLOGÍA
El respirador artificial es el equipo encargado de
apoyar, controlar y, en algunos casos, sustituir en sus
funciones a los órganos respiratorios cuando éstos
están dañados o su función es insuficiente [1]. Para
realizar estas funciones el respirador artificial SV900C,
de la firma Siemens-Elema, cuenta con ocho
modalidades de ventilación diferentes, las que son
seleccionadas por el médico en dependencia de las
necesidades del paciente [4].
Se ha escogido el servoventilador SV900C para la
comunicación con la computadora por ser el más
frecuente en los hospitales del país. Como el diseño de
su bloque electrónico es totalmente analógico, se hace
necesario contar con medios electrónicos que permitan
su interfaz con la computadora, para su empleo
posterior en la red de equipos de la Unidad de
Cuidados Intensivos que se muestra en la Fig. 1 [5].
Como se aprecia en dicha figura, la UCI contará con
una computadora en cada cubículo, para el control de
los equipos que participan en la vigilancia de los
pacientes hospitalizados en ellos. Además, una
computadora central se encargará de la supervisión
general de la Unidad, y en caso de fallo de ésta la
computadora espejo asumiría el control de la Unidad
[6].
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00140
1
5. El establecimiento y mantenimiento constante de
esos valores en el respirador artificial.
6. El análisis del comportamiento de algunas variables
del equipo [4] para detectar posibles alarmas
médicas y/o tecnológicas.
7. El envío a la computadora de la información
relativa a los fallos médicos y/o tecnológicos.
8. El análisis del comportamiento electrónico de la
TANET.
3. RESULTADOS
Fig.1 Red de Equipos para la Unidad de Cuidados Intensivos.
La Tarjeta Adaptadora a la Red de Computadoras
(TANET) del respirador artificial tiene como
principales tareas:
1. La adquisición de las señales analógicas desde el
respirador artificial y sus accesorios, el Analizador
de CO2 (CA930) y el Calculador de la Función
Pulmonar (LMC940).
2. La digitalización y posterior almacenamiento de las
señales adquiridas.
3. La transmisión de esa información almacenada
hacia la computadora del cubículo donde se
encuentra el paciente.
4. La recepción, desde la computadora o el panel
frontal del respirador, de los valores deseados para
los conmutadores del panel frontal [7], a partir de
los cuales se calculan las referencias de los lazos de
control del flujo, la presión de inspiración y la
presión de espiración en el respirador artificial.
Tabla I
Comandos para la interfaz Computadora-TANET
La Tarjeta Adaptadora a la Red de Computadoras del
respirador artificial (TANET) se ha diseñado siguiendo
los requerimientos planteados anteriormente.
Por ello, para la comunicación de la computadora, que
servirá como amo de la red de equipos del cubículo,
con el respirador artificial, se ha establecido un
intercambio de comandos que tienen, de forma general,
la trama con la estructura mostrada en la Fig. 2. Esto
posibilita el flujo de datos en código ASCII entre ellos.
Fig. 2 Trama de los comandos de la Interfaz
Los comandos (instrucciones desde la computadora y
respuestas desde la TANET) definidos para la interfaz
aparecen en la Tabla I.
La tarjeta diseñada puede estructurarse en bloques
funcionales, tal y como aparece en la Fig. 3. Estos
bloques y los programas en lenguaje ensamblador
2
mediante los cuales ellos pueden operar permiten a la
TANET cumplir con las diferentes tareas a ella
asignadas y enunciadas anteriormente.
Fig. 3 Bloques funcionales de la TANET
Los bloques que conforman la TANET son:
PROCESAMIENTO: Constituye el soporte de toda la
TANET, pues se encarga de dirigir y controlar todas
las operaciones que se realizan sobre el respirador. El
microcontrolador 80C32 es la unidad de procesamiento
central utilizada. Además, los puertos han sido
utilizados como buses de direcciones (P0 y P2), datos
(P0) y control (P1 y P3), por lo que se dice que el
microcontrolador trabaja como microprocesador. En
este caso todos los dispositivos conectados a los buses
de direcciones, datos y control son considerados por el
microcontrolador como memoria de datos externa.
MEMORIA: Formado por la memoria de programa
EPROM de 32 kbytes y la memoria de datos RAM de
32 kbytes donde se almacenan las variables medidas y
calculadas en el respirador, así como los parámetros
procedentes del panel frontal del respirador o desde la
computadora.
COMUNICACIÓN: Permite la comunicación con la
estación local empleando la norma RS-485.
SELECCIÓN: Posibilita la selección del dispositivo
adecuado para cada operación de lectura o escritura en
memoria de datos externa.
INTERFASE DIGITAL: A través de él el
microcontrolador puede conocer qué fase del ciclo
respiratorio se está desarrollando en el respirador o qué
tecla de operación ha sido oprimida por el personal
médico.
DIRECCIÓN: Establece la dirección correspon-diente
a la TANET dentro del cubículo.
ALARMA: Permite conocer la causa de alarma desde
el respirador.
ADQUISICIÓN: Responsabilizado con la adquisición
de las señales analógicas desde el respirador.
CONTROL: Encargado de mantener en el respirador
los valores analógicos a partir de los cuales se
determinan las referencias de los lazos de control de las
variables controladas.
ALIMENTACIÓN: Permite la alimentación de la
TANET, así como la protección contra sobrevoltajes, y
picos de corriente. Además, alimenta la memoria de
datos con la batería en caso de fallo de voltaje,
asegurando que no se pierda la información.
Los programas en ensamblador se han realizado
aprovechando las potencialidades de las interrupciones
externas, los temporizadores y el puerto serie con que
cuenta el microcontrolador.
4. DISCUSIÓN
El trabajo desarrollado ha permitido dotar al respirador
artificial de los medios electrónicos necesarios para su
comunicación con la computadora del cubículo,
encargada del control de los equipos que participan en
la vigilancia de los pacientes hospitalizados en él.
La tarjeta propuesta permite adquirir desde el
respirador, de forma automática, un número mayor de
parámetros que los que actualmente pueden leer los
médicos en el equipo, ya que contarán con las señales
de flujo, presión y volumen en las vías respiratorias del
paciente. A partir de estas señales se obtienen los lazos
de presión-volumen y volumen-flujo, los que tienen
una gran importancia para el análisis del
comportamiento de la complianza y la resistencia en
los pulmones del paciente. Ello posibilita que se cuente
con una información más amplia sobre el estado del
paciente crítico para realizar el análisis de su función
3
respiratoria en la computadora. A partir de los
resultados obtenidos de este análisis, la computadora es
capaz de predecir el estado del paciente crítico,
avisando al médico, mediante alarmas, en caso de
detectar anomalías en el proceso de respiración.
8.
.
5. CONCLUSIONES
La posibilidad que brinda la TANET, de obtener de
forma automática los datos desde el respirador, libera
al médico de realizar tareas tediosas y engorrosas,
como la lectura de datos en el equipo y su
procesamiento matemático posterior. Con ello se logra
que el médico cuente con más tiempo para la atención
directa al paciente, y se garantiza que los errores de
cálculo sean casi nulos.
El hecho de que el respirador se conecte a la
computadora mejora las condiciones de trabajo del
personal médico y de ingeniería, responsabilizados con
salvaguardar la vida de los pacientes hospitalizados en
la UCI. Además, permite realizar nuevas investigaciones médicas en el campo de los cuidados intensivos,
a partir de la información que se va almacenando de los
pacientes.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al personal médico de la Unidad
de Cuidados Intensivos del Hospital Universitario
Clínico Quirúrgico “General Calixto García” que
hicieron posible desarrollar la parte médica de este
trabajo, en especial a los Doctores Abilio Hernández
García y Hubert Rivero Martínez. También
agradecemos al personal técnico del Hospital Clínico
Quirúrgico “Abel Santamaría” quienes permitieron el
desarrollo técnico del trabajo, en especial el Ingeniero
Ariel Crespo Hernández.
REFERENCIAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
J. E. Sampliner, “Hemodynamic and Respiratory Monitoring”,
Critical Care Management, vol. 20, no.10, 1992.
Siemens-Elema, “Sistema SV900C - Circuitos Eléctricos”, Life
Support Systems, 1990.
Ma. del C. Tellería, “Sistema de Redes de Computadoras para
Unidades de Cuidados Intensivos”, Electrónica, Automática y
Comunicaciones, no. 3, 1999.
Siemens-Elema, “Sistema SV900C – Manual de Operación”,
Life Support Systems, 1990
Ma. del C. Tellería, R. Rivas, “Sistema de Control Integral para
el Análisis de Pacientes Críticos en Unidades de Cuidados
Intensivos”, Electrónica, Automática y Comunicaciones, no. 1,
1999.
A. S. Tanenbaum, “Computer Networks”, Mc Graw Hill, 1997.
R. C. Dorf, “Modern Control Systems”, Addison Wesley
Publishing Company, 1995
4
ADAPTING CARD TO A COMPUTERS NETWORK FOR
THE SERVOVENTILATOR SV 900C
ABSTRACT
In the present work necessary electronic means are developed to allow the communication of the artificial
respirator SV900C with a computer, transferring toward it the analogical parameters that it measures and it
calculates. This information can be processed by the computer facilitating the visualization of the results of
patient's respiratory function. Also, starting from the obtained results of the processing of that information, it
can decide how to exert the control, from the computer, on the way of work of the breather, to maintain the
ventilation conditions wanted for the patient. The communication of the SV 900C with the computer allows to
bring near it in benefits to its similar ones more current and this way the level in the attention to the patients
of the UCI can be increased without the necessity of making big investments in new ventilation equipments.
Keywords: artificial respirator, servoventilator, respiratory function.