Diseño de un quirófano inteligente. Análisis comparativo de las tecnologías disponibles y necesarias para realizar un quirófano inteligente

Abstract

El presente Trabajo Fin de Máster (TFM) comprende el estudio y justificación de una solución para reducir el número de cables en un quirófano, empleando para ello tecnología inalámbrica y tomando como escenario de partida el quirófano de neurocirugía de la clínica de Nuestra Señora del Rosario de Madrid.
En dicho quirófano, se utilizan numerosos equipos como endoscopio, neuronavegador, microscopio, robot, rayos, anestesia, etc., cuyos cables de alimentación y datos van por el suelo. A ellos, se pueden sumar los cables adicionales que implica el equipo de neurofisiología cuando la intervención lo requiere.
Esto supone un riesgo para los cirujanos y el personal sanitario, ya que, al circular por la sala de operación, deben caminar con cuidado para no tropezar con los abundantes cables. Además, el trabajo de conectar y desconectar los equipos, extendiendo y recogiendo los cables, es una labor tediosa que los médicos o el personal de enfermería tienen que realizar cada vez que hay una operación, y que suponen costes de tiempo de quirófano.
A esto, se le añade el hecho del deterioro de las conexiones como consecuencia de lo anterior, haciendo que, en ocasiones, los equipos se desconecten inesperadamente.
Este proyecto trata de utilizar tecnología inalámbrica de transmisión de imagen para eliminar los cables de alguno de los equipos empleados en quirófano evitando los problemas comentados previamente y focalizándose en el endoscopio, en primer lugar, pero también en el microscopio y el neuronavegador.
Actualmente, existen soluciones que eliminan los cables del suelo, características de quirófanos de tercera generación, que se basan en la ocultación del cableado por detrás de las paredes del quirófano y el empleo de torres colgadas del techo. Los principales inconvenientes de estas soluciones son que emplean frecuentemente más cableado que en otros casos, a veces redundantemente, para facilitar la conexión de los equipos y que, según las características de la operación, un elemento colgado del techo puede llegar a molestar a los doctores, como sucede en neurocirugía.
Así pues, esta necesidad, detectada por los neurocirujanos del hospital de La Princesa y de Nuestra Señora del Rosario, incide en el no empleo de elementos colgados del techo, sino, más convenientemente, en el uso de tecnología wireless que aporta versatilidad, facilidad de maniobra, movimiento e integración en el entorno quirúrgico, repercutiendo directamente en la comodidad y ergonomía en las intervenciones para los cirujanos, e indirectamente, en el beneficio del paciente y en la mejora del flujo de trabajo.
Para conseguir esto, se establecieron unos objetivos que guiaran y definieran los requisitos que había de cumplir dicha solución de diseño, de manera que:
• Permita eliminar cables del suelo del quirófano.
• Transmita imagen inalámbricamente con fiabilidad suficiente para usarlo en un entorno quirúrgico.
• Sea parte de un quirófano integrado.
• Tenga un coste reducido, en la medida de lo posible.
• Pueda ser utilizado por personal no técnico para su configuración.
• Cumpla las especificaciones de seguridad expuestas en el real decreto 1591/2009, del 16 de octubre por el que se regulan los productos accesorios en el entorno sanitario, incluido en el Boletín Oficial del Estado número 268, del 6 de noviembre de 2009.

Con el objetivo de llegar a la solución buscada de manera eficiente, se ha establecido un proceso de cinco etapas: análisis de requisitos, definición de cuestiones, desarrollo, integración e implementación y líneas futuras.
El análisis de requisitos se centra en identificar las características y circunstancias a cumplir para lograr el objetivo principal; esto es, conocer bien la necesidad de la que surge el proyecto, analizar el ámbito de aplicación y el estado del arte, en este caso, tecnología quirúrgica y transmisión de imagen inalámbrica, sin olvidar el aspecto económico. Este estudio no solo ha sido teórico, sino que se ha complementado y enriquecido con visitas al mencionado quirófano de Nuestra Señora del Rosario y a los quirófanos de tercera generación del hospital Príncipe de Asturias de Alcalá de Henares.
Una vez conocido el estado de la técnica, surge la pregunta de cómo realizar un quirófano integrado y que permita, al mismo tiempo, la eliminación de los cables; en lo cual, juega un papel fundamental la tecnología inalámbrica. Para dar respuesta a eso, se ha diseñado un manual a partir de las dudas que se plantearon en la etapa de definición de cuestiones, con una serie de pasos a seguir según la circunstancia de partida, que acaban en la selección de alguno de los equipos estudiados en el estado del arte para la transmisión de imagen inalámbrica; lo cual constituye la fase de desarrollo.
Dicha selección, se hace en base a unos criterios elegidos para valorar el desempeño y bondad de los equipos. La decisión final supone la elección de un equipo de grado médico, pensado y diseñado para funcionar en quirófano, y un equipo de grado no médico, con un propósito más generalista pero que también puede funcionar en quirófano. Dicha elección de ambos equipos se justifica y se detalla pormenorizadamente dentro de esa misma etapa de desarrollo.
La integración e implementación se pone de manifiesto en los ejemplos de aplicación que se comentan, donde se aprecia cómo funcionarían los equipos elegidos en un quirófano real. También se describen las pruebas que han de realizarse para conocer la bondad de comportamiento de los mismos, es decir, la calidad de sus prestaciones.
Como líneas futuras de investigación y desarrollo, se han identificado algunas mejoras que se podrían realizar al sistema, en aspectos como la integración del sistema en el Internet de las cosas médicas y el uso de machine learning, el empleo de la tecnología 5G, el control de la conexión de los equipos mediante una interfaz de configuración, o el diseño de instrumental quirúrgico con transmisión inalámbrica, entre otros.
Aparte, se han identificado algunas oportunidades de negocio derivadas de la carencia de equipos y adaptadores de transmisión inalámbrica de vídeo, como ocurre con los formatos VGA y BNC. Análogamente, pocos dispositivos, ninguno médico, funcionan con el códec de compresión de imagen H265, más eficiente y de mayor calidad que sus versiones antecesoras, por lo que también podría ser un interesante campo de desarrollo, investigación y negocio.
Por último, se ha realizado un análisis de los impactos del proyecto a nivel social, sanitario, económico y ambiental. El impacto social tiene dos vertientes: por un lado, la supresión del riesgo de tropiezo o caída y la eliminación de la necesidad de conectar y desconectar los quipos, esto es, las mejoras en las condiciones de trabajo para el personal de quirófano y, por otro lado, la posibilidad y facilidad de poder transmitir una operación en vivo al exterior con una finalidad didáctica.
El impacto sanitario radica en la mejora del flujo de trabajo en quirófano y en la comodidad de poder tener monitores inalámbricos móviles situados a voluntad del cirujano, evitando forzar posturas y permitiendo que este esté más vigilado por el resto del personal, de forma que cualquiera pudiera avisar de algo que el doctor no apreciase. Además, no existe ya la necesidad de que el personal de enfermería deba tener una formación específica para saber montar los equipos de neurocirugía. Todo esto repercute, en definitiva, en el desempeño de la operación.
En cuanto al nivel económico, el impacto está en la reducción del coste derivado de la disminución de cables, del menor uso de latiguillos y del menor desgaste de los cabezales de conexión; también en no tener que convertir el rack de conexiones a grado médico, ya que puede situarse fuera de quirófano gracias a que hay equipos que se pueden conectar a un monitor directamente o, después de pasar por el rack, conectarse sin cables a una pantalla. Otro impacto económico importante, que supone un ahorro de tiempo de quirófano y, en consecuencia, de dinero, es el que se deriva de no tener que extender y recoger los cables antes y después de cada operación.
Por su parte, el impacto ambiental tiene como aspecto positivo la disminución del material necesario, tanto en cables y latiguillos como en conectores, alargando su vida útil gracias al menor desgaste que sufren; siendo el sistema reutilizable y válido para distintos equipos del quirófano, mediante la interposición de adaptadores, si es necesario. El aspecto negativo es la necesidad de alimentación de emisores y receptores, si bien estos no tienen un elevado consumo.
Por todo lo anteriormente expuesto, cabe concluir que, en este Trabajo de Fin de Máster, se han proporcionado dos soluciones detalladas y justificadas para la eliminación de cables del quirófano, una de grado médico y otra de grado no médico, mediante la transmisión de imagen inalámbrica, de fácil integración y uso en un quirófano, con los consiguientes beneficios de ahorro de costes y mejora del entorno de trabajo quirúrgico comentados en párrafos previos.