Automatic and Early Detection of the Deterioration of Patients in Intensive and Intermediate Care Units: Technological Challenges and Solutions

Abstract

In the Intensive and Intermediate Care Units of healthcare centres, many sensors are connected to patients to measure high frequency physiological data. In order to analyse the state of a patient, the medical staff requires both appropriately presented and easily accessed information. As most medical devices do not support the extraction of digital data in known formats, medical staff need to fill out forms manually. The traditional methodology is prone to human errors due to the large volume of information, with variable origins and complexity. The automatic and real-time detection of changes in parameters, based on known medical rules, will make possible to avoid these errors and, in addition, to detect deterioration early. In this article, we propose and discuss a high-level system architecture, an embedded system that extracts the electrocardiogram signal from an analog output of a medical monitor, and a real-time Big Data infrastructure that integrate Free Software products. We believe that the experimental results, obtained with a simple prototype of the system, demonstrate the viability of the techniques and technologies used, leaving solid foundations for the construction of a reliable system for medical use, able to scale and support an increasing number of patients and captured data.

En las unidades de cuidados intensivos e intermedios de centros de salud, muchos sensores están conectados a los pacientes para medir datos fisiológicos de alta frecuencia. Para analizar el estado de un paciente, el personal médico requiere información presentada de manera apropiada y de fácil acceso. Como la mayoría del equipamiento médico no admite la extracción de datos digitales en formatos conocidos, el personal médico completa formularios manualmente. Esta metodología es propensa a errores humanos debido al gran volumen de información, con orígenes y complejidad variable. La detección automática y en tiempo real de cambios en los parámetros, basados en reglas médicas conocidas, permitirá evitar estos errores y, además, detectar el deterioro de forma temprana. En este artículo, proponemos una arquitectura de alto nivel del sistema, un sistema embebido que extrae la señal del electrocardiograma de una salida analógica de un monitor médico, y una infraestructura Big Data de tiempo real que integra productos Software Libre. Creemos que los resultados experimentales, obtenidos con un prototipo, demuestran la viabilidad de las técnicas y tecnologías utilizadas, dejando sólidas bases para la construcción de un sistema confiable para uso médico, y capaz de escalar para soportar un número creciente de pacientes y datos capturados.