Future work

KUSIVAR es un sistema experto para ventilación mecánica de pacientes adultos que padecen insuficiencia respiratoria [68]. Incluye tanto conocimiento cualitativo en forma de bases de reglas como conocimiento cuantitativo expresado como modelos matemáticos usados para la predicción y la optimización.

3.5.1 Metas del sistema

El principal objetivo de KUSIVAR es servir como guía en la gestión respiratoria, apoyándose en la idea de que un sistema de soporte a la decisión debe ayudar al personal clínico para recomendar la terapia de una forma más eficiente y puede reducir potencialmente la duración del tratamiento y los porcentajes de mortalidad. Las razones son sencillas: (1) el conocimiento experto puede estar siempre disponible a miembros del “staff” clínico de cuidados intensivos menos experimentados, (2) se soluciona el problema de la sobrecarga de datos que puede llevar a errores terapéuticos y de diagnóstico, y (3) se libera al clínico de funciones adecuadas para control automático como la estabilización de la concentración de CO2 arterial. Además, el sistema integra un mecanismo de optimización que intenta alcanzar el valor deseado de un parámetro optimizando el índice fisiológico asociado a través de la modificación de una serie de variables de control. Por todo ello, la performance de las dos tareas de control, estabilización y optimización, aumenta con relación a los expertos humanos.

3.5.2 Arquitectura del sistema

KUSIVAR es un sistema en tiempo real que usa los datos del sistema de monitorización para la invocación de las reglas. La Figura 3-2 muestra una visión del flujo de datos en el sistema.

La base de conocimientos del sistema cubre tres fases:

• fase pre-respiratoria en la que se consideran indicaciones para conectar el paciente al respirador,

• fase de mantenimiento o ventilación mecánica continuada, y

• fase weaning, que define la estrategia para finalizar el soporte respiratorio. KUSIVAR usa además modelos matemáticos del sistema respiratorio para simular los efectos de la terapia y también para propósitos de optimización y control.

Médico Sistema Paciente-Respirador Base de Conocimientos Mecanismo Inferencial y Explicatorio Medidas Tendencias Base de Datos Sistema de Monitorización Sistema Experto

Figura 3-2: Flujo de datos en el sistema experto KUSIVAR

3.5.3 Descripción y representación del conocimiento

KUSIVAR usa varias formas de conocimiento en las distintas situaciones de decisión, como son el comienzo de la terapia, el ajuste de los parámetros del ventilador para una terapia óptima, la detección e identificación de complicaciones del paciente o del equipo, y la propuesta de terapias adecuadas. El conocimiento representado por variables de entrada y parámetros del modelo es bien de naturaleza discreta, con rangos de valores simbólicos como pueden ser los síntomas, bien de naturaleza continua, como la presión y el flujo espiratorio. El esquema de representación elegido, las reglas de

en una arquitectura para la monitorización inteligente del paciente crítico

producción, es capaz de representar las decisiones y controlar el modelo matemático del sistema. Todo ello aparece representado en la Figura 3-3.

Tablas de Transformación Reglas Modelos Matemáticos Variables Contínuas Variables Simbólicas Soporte Decisión CONOCIMIENTO CUALITATIVO CONOCIMIENTO CUANTITATIVO

Figura 3-3: Representación del conocimiento en la base de conocimientos de KUSIVAR

Para llegar a cabo estas decisiones es necesario que las variables numéricas continuas sean transferidas a una escala de valor simbólico mediante el uso de tablas de transformación específicas para cada variable y estado del paciente [81]. La alternativa del uso del valor numérico directamente en las reglas habría incrementado la complejidad de la base de conocimientos.

La evolución temporal del valor de algunas variables es más interesante que el valor en sí mismo, sobre todo cuando esta tendencia es un indicador de un proceso del paciente o bien un evento del ventilador, como puede ser una desconexión accidental. Además, y como resultado del proceso de transformación simbólica, se usan dichas tendencias sobre ciertos intervalos como variables separadas en las reglas.

En algunos casos, por ejemplo en lo relacionado con los parámetros de funcionamiento del ventilador, la terapia resultante puede contener componentes numéricos que se calculan a través de los algoritmos del modelo fisiológico controlado por la base de reglas.

En los referente a la estrategia de razonamiento implementada, el sistema KUSIVAR está dirigido por los datos. Ello significa que si el valor de una variable medida cambia, se activa el correspondiente algoritmo de transformación, y si como resultado el valor simbólico cambiara, se activarían las reglas relacionadas con la variables. El proceso inferencial termina con una sugerencia terapéutica en forma de

cambio de settings, computados a través del modelo actual, o en forma de una alarma que muestra una complicación detectada combinada con una acción sugerida.

Conocimiento cualitativo

Las reglas de producción se clasifican en tres niveles diferentes atendiendo a la fases de la terapia actual: (1) conexión al respirador, (2) en el respirador, y (3) weaning.

La primera fase de la terapia se aplica a la situación en la que se considera la conexión del paciente al respirador. En esta fase se tiene en cuenta información general sobre el paciente, variables numéricas y discretas (síntomas). La salida de esta fase es una indicación o contraindicación concerniente a la conexión del paciente al respirador.

La segunda fase se refiere a la terapia respiratoria en marcha. Para evaluar el estado actual del paciente, de nuevo hay que tener en cuenta cierta información general sobre el paciente, valores actuales de las variables y cambios de variables con su referencia temporal (tendencias). Estos datos pueden interpretarse desde el punto de vista fisiológico tan sólo o llevar a cabo una diagnosis de las complicaciones, ya sean del paciente o del ventilador. En un nivel posterior, el sistema define el estado deseado del paciente y una terapia adecuada teniendo en cuenta además los settings iniciales del respirador. En ausencia de complicaciones, la terapia tan sólo ajustará los parámetros del respirador. En caso contrario, se requerirán más acciones terapéuticas. En todo caso, el sistema adopta la postura de consejero de la terapia respiratoria, aunque los autores incluirán sugerencias sobre administración de fármacos en versiones posteriores.

Cuando el paciente alcanza el estado deseado final para la segunda fase de la terapia, es posible la transición a la tercera fase, que necesita tener en cuenta idénticos factores que la segunda fase. Las alternativas de terapia representan distintos procedimientos de weaning hasta que el paciente pueda respirar espontáneamente. En caso de complicaciones serias, el weaning se abandona y se retorna a la fase anterior de terapia durante un período más largo.

Conocimiento cuantitativo

La estabilización de las concentraciones de O2 y CO2 en sangre arterial es la meta de la ventilación mecánica. Dicho proceso es un método de prueba y error que modifica los settings del ventilador sobre la base de las concentraciones de dichos gases. La

en una arquitectura para la monitorización inteligente del paciente crítico

optimización de este proceso se ha llevado a cabo, no a través del modelo matemático fisiológico del paciente, difícil de construir por la complicada mecánica de intercambio gaseoso, sino a través de una aproximación estadística, en la cual a partir del conocimiento de valores de variables de entrada y salida para una cierta población, se determinaron los coeficientes de las ecuaciones del modelo matemático [68].

La aplicación principal del modelo constituye la simulación de los cambios de las variables fisiológicas causados por modificaciones en los parámetros de funcionamiento del ventilador y la optimización de la terapia.

3.5.4 Ciclo de ejecución del sistema

Uno de las cualidades esenciales que debe tener un sistema de soporte a la decisión es no ralentizar los procedimientos de trabajo del clínico. De esta forma, KUSIVAR funciona principalmente como consejero, aunque otros modos de interacción con el usuario, como el modo automático, semiautomático o crítico, también han sido implementados.

Como el sistema ha sido diseñado bajo la condición de no sobrecargar de información innecesaria al personal clínico tan sólo muestra el diagnóstico del paciente y los parámetros de funcionamiento del ventilador. A medida que surgen complicaciones, y dependiendo de la severidad, aparece más información en forma de complicaciones detectadas, sugerencias terapéuticas, tendencias y valores anormales que el usuario puede ir seleccionando. En cualquier caso, el cambio de los parámetros ventilatorios es responsabilidad única del clínico. Sin embargo, y a diferencia del anterior, en los modos semiautomático y automático el sistema es el responsable de cambiar los parámetros del ventilador, si bien tan sólo en el primero es el médico quien prescribe la nueva terapéutica ventilatoria.

La capacidad de explicación con que ha sido diseñado se manifiesta tanto en la detección de complicaciones ya comentada, como en situaciones de decisión, llegando incluso a justificar sus conclusiones visualizando las reglas activadas.

3.5.5 Comentario crítico

monitorización integrada, que incluye una visualización eficiente de datos y una interpretación de valores que reduce fundamentalmente el riesgo de sobrecarga de información y, como consecuencia, el riesgo errores diagnósticos y terapéuticos. KUSIVAR proporciona además soporte experto en lo que respecta a la prescripción y optimización de terapias, incluso en situaciones que requieren una acción rápida. Además, y merced a la reducción de la duración del tratamiento, el sistema demuestra un descenso en el coste de la terapia respiratoria.

Las sucesivas ampliaciones del sistema irán incorporando mayor funcionalidad en el modo automático de funcionamiento del sistema, en especial en el control de concentración de gases arteriales.