Bioingeniería On The Net. http://bioingenieros.com 1 de Mayo de 2001 ________________________________________________________________ R E V I S T A I N S U M O S & I N S T R U M E N T O S #10 ................................................................ C O N T E N I D O * El artículo de hoy: Telemedicina: Una Aplicación Multimedia * Telemedicina a través de ISDN * Transmisión de imágenes médicas a través de ATM * Telemedicina a través de Internet * Telemedicina a través sistemas móviles inalámbricos * Diccionario de Bioingeniería: "Biónica" ................................................................ .......El articulo de hoy....... TELEMEDICINA: UNA APLICACION MULTIMEDIA (PARTE 2) En el artículo anterior se enumeraron varias aplicaciones clínicas y no clínicas de telemedicina. Aunque quedó clara la necesidad de comunicación multimedia, la capacidad de ésta en términos de ancho de banda, potencia, movilidad y tipo de red de comunicaciones empleada diferirá de una aplicación a otra. Tradicionalmente, los servicios telefónicos comunes han proveído las redes físicas para las aplicaciones en telecomunicaciones. Sin embargo, las aplicaciones modernas de telemedicina utilizan enlaces avanzados de alta tecnología, tales como la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN), el Modo de Transferencia Asincrónico (ATM), Internet, y sistemas móviles inalámbricos. En el artículo de hoy se discutirá cómo pueden utilizarce los distintos enlaces de telecomunicaciones en las aplicaciones de telemedicina. Sobre las tecnologías de redes descriptas en este artículo existen libros enteros. Sólo se pretende realizar una introducción a los temas que impactan directamente en las aplicaciones de telemedicina. * Telemedicina a través de ISDN ________________________________________________________________ ISDN es esencialmente un servicio telefónico digital de alta velocidad que transporta información de voz, datos, vídeo, imágenes, texto, y gráficos sobre un sistema telefónico existente. La intención es crear una única red mundial de telecomunicaciones que reemplace las redes actuales, que no son totalmente compatibles entre los distintos países. Existen dos tipos principales de ISDN, clasificadas según su capacidad: ISDN de banda estrecha e ISDN de banda ancha (B-ISDN ó Broad-Band ISDN). La ISDN de banda estrecha puede proveer transmisiones a velocidades entre 64 Kbps y 1.544 Mbps. Los servicios ofrecidos por esta modalidad incluyen: * Canales de audio * Canales digitales end-to-end de alta velocidad a la velocidad básica de 64 Kbps y 384 Kbps a la máxima velocidad de transferencia. La B-ISDN permite velocidades de transmisión mucho más elevadas, en el orden de 100 Mbps. En 1988, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) definió a ATM como la tecnología con la cual la B-ISDN soporta el modo de conmutación de paquetes (Packet Switching). La velocidad de transmisión de la B-ISDN va desde 44.736 Mbps (DS3 en la jerarquía de señales digitales) hasta 2.48832 Gbps (OC48 en la jerarquía de transportadores ópticos SONET). La B-ISDN ofrece variedad de servicios interactivos y de distribución: * Telefonía y vídeoconferencia de banda ancha. * Vídeo-vigilancia. * Transferencia de archivos a alta velocidad. * Servicio de recuperación de vídeo y documentos. * Distribución de televisión. Las características de interactividad y multimedia de ISDN la llevan a que tenga una aplicación natural en telemedicina. Es evidente que los sistemas de ISDN son aplicables a la telemedicina. Sin embargo, las limitaciones actuales de ancho de banda confinan las aplicaciones principalmente a la teleconsulta a través de vídeoconferencia. En el futuro, con amplias redes mundiales B-ISDN, se esperan notables mejoras en la calidad de la comunicación. * Transmisión de imágenes médicas a través de ATM ________________________________________________________________ Las limitaciones en banda de las ISDNs son prohibitivas respecto de la transmisión de imágenes médicas de gran tamaño. Aún a una velocidad de 1.92 Mbps, la transferencia de imágenes médicas de 250 Mb sobre ISDN requeriría 130 segundos sin compresión y 6.5 segundos con compresión 20:1. Las aplicaciones de transferencia de imágenes médicas requieren de otra tecnología de red conmutada: ATM. En general, ATM es un modo rápido de conmutación de paquetes que permite operaciones asincrónicas entre los clocks del transmisor y del receptor. ATM ha sido seleccionado por la ITU como la tecnología de conmutación o el modo de transferencia para la futura B-ISDN, que intenta convertirse en una red mundial para el transporte de información multimedia a una velocidad muy elevada. ATM es visto como la tecnología del siglo XXI a causa de aptitud para manejar futuros servicios multimedia. Sus principales ventajas son el elevado ancho de banda, el multiplexado estadístico, y la relativa sencillez de integración de redes de área local (LANs) y redes más amplias (WANs). El elevado ancho de banda que provee ATM es suficiente para cubrir todo el rango de aplicaciones de telemedicina, incluyendo la transferencia de grandes imágenes médicas. Para transmitir imágenes de 250 Mb sobre ATM a la velocidad primaria de 155 Mbps, se requieren sólo 1.6 segundos sin compresión y 0.8 segundos con compresión 20:1. El multiplexado estadístico puede integrar varios tipos de datos, como vídeo, audio, imágenes, e información del paciente, de manera que el costo del transporte puede reducirse y el ancho de banda puede asignarse de acuerdo a las medidas estadísticas del tráfico de la red. El multiplexado estadístico permite que una conexión obtenga un ancho de banda mayor sólo cuando sea necesario. Las desventajas de los sistemas de telemedicina basados en ATM son el elevado costo actual y la escasa proliferación de redes de este tipo. Se espera que los costos disminuyan mientras ATM gane aceptación entre los usuarios y se incremente el mercado. Un ejemplo exitoso de transmisión de imágenes médicas a través de ATM es el proyecto HIM3 (European High-Performance Information Infrastructure in Medicine), comenzado en marzo de 1996 y concluido en julio de 1997. El objetivo de este proyecto era probar la utilización de la red ATM europea en el área de la medicina, en este caso para la transmisión de imágenes DICOM y telediagnóstico. Este proyecto cooperativo fue llevado a cabo por el Departamento de Radiología de la Universidad de Pisa (Italia) y el Hospital Universitario St-Luc de Bruselas (Bélgica). DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) refiere al estándar desarrollado principalmente por el Colegio Americano de Radiología (ACR) y la Asociación NEMA (National Electrical Manufacturers Association) de los Estados Unidos, con colaboración de entidades de estandarización de Europa y Asia. Este estándar regula el intercambio de imágenes médicas e información relacionada entre equipos de diferentes fabricantes. En el proyecto mencionado, el uso de DICOM estuvo limitado a la transferencia de archivos desde servidores de imágenes accedidos a través de un backbone ATM. Los usuarios podían seleccionar y transferir imágenes médicas a su propia estación de trabajo compatible con DICOM para poder realizar estudios sobre las mismas. Se concluyó que el proyecto de telemedicina sobre ATM fue exitoso, tanto desde el punto de vista técnico como médico. ================================================================ AL LIMITE Hemos descubierto un hueco de seguridad en Internet y queremos que sea el primero en enterarse. http://www.bioingenieros.com/al-limite ================================================================ * Telemedicina a través de Internet ________________________________________________________________ Las comunicaciones a través de ISDN y ATM ofrecen networking conmutado para las aplicaciones de telemedicina. Para muchas aplicaciones, el ancho de banda garantizado y la calidad del servicio (QoS) son factores críticos. Sin embargo, los conmutadores brindan, fundamentalmente, conexiones exclusivas eficientes en términos de compartición de recursos de red. Para algunas aplicaciones de telemedicina en las que pueden estar comprometidas la exclusividad de las conexiones entre los partícipes, los enlaces pueden establecerse a través de redes enrutadas. De hecho, la mayoría de las WANs de hoy en día son redes enrutadas. Una característica importante de este tipo de redes es su capacidad de trabajar a alto nivel en la jerarquía de protocolo e intercambiar eficientemente paquetes de información entre redes de cualquier arquitectura. Una red enrutada gigante es Internet, la red de redes mundial. Internet comenzó como un proyecto de la Agencia ARPA (Advanced Research Project Agency) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos en 1969; fue primeramente conocida como ARPANet. La idea original era conectar a los científicos que trabajaban en proyectos de investigación relacionados con la defensa, a lo largo del país. En la década de 1980, la NSF (National Science Foundation) se ocupó de extender esta red para incluir las Universidades y los sitios de investigación más importantes. Hoy en día, Internet es un sistema público, cooperativo y auto-sostenido accesible a cientos de millones de personas en todo el planeta (la mayoría de los países están enlazados de alguna manera a Internet). El protocolo básico de comunicaciones de Internet es el TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), un protocolo de dos capas. La capa más alta de TCP/IP es el Protocolo de Control de Transmisión (TCP). Él maneja la división de un mensaje en pequeños paquetes de información que son transmitidos a través de Internet para luego ser reensamblados en el equipo receptor para restituir el mensaje original. El nivel más bajo corresponde al Protocolo de Internet (IP), el cual maneja la dirección de cada paquete de manera que pueda ser transmitido al destino correcto. De esta manera, un mensaje puede reconstituirse correctamente aún si los paquetes son enrutados por distintos caminos. Algunos protocolos a nivel de la capa de aplicación (alto nivel) basados en TCP/IP son: * Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) para información multimedia. * GOPHER, para menúes jerárquicos. * Protocolo de transferencia de archivos (FTP). * USENET NewsGroups (NNTP) para discusiones públicas. * Correo electrónico (SMTP). Con sus conexiones distribuidas en todo el mundo y sus recursos de red compartidos, Internet está teniendo un tremendo impacto en el desarrollo de sistemas de telemedicina. Existen muchas ventajas en la implementación de aplicaciones de telemedicina a través de Internet. Primero, el costo de implementación es mínimo debido a que se pueden utilizar las redes públicas existentes. Segundo, como los navegadores web (Netscape, Explorer, etc.) son soportados por casi todos los tipos de computadoras, la información puede ser accedida independientemente de la plataforma de los usuarios. Más aún, la World Wide Web (WWW) soporta intercambio de información multimedia, incluyendo audio, vídeo, imágenes y texto, que pueden integrarse fácilmente con los HIS y PACS (ver el artículo anterior) para numerosas aplicaciones en telemedicina. Un proyecto exitoso que hizo uso de Internet y de los servicios web para aplicaciones de telemedicina con intercambio de información médica es reportado en el siguiente trabajo: J. Bai, Y.Zhang, and B. Dai, "Design and development of an interactive medical teleconsultation system over the World Wide Web", IEEE Trans. on Information Technology in Biomedicine, vol. 2, no. 2, pp. 74-79, 1998. El sistema, programado principalmente en el lenguaje Java, fue desarrollado por un grupo de investigadores chinos y es capaz de proveer varias herramientas básicas para aplicar en el ámbito médico. Consiste de un administrador de archivos, una herramienta de visualización de imágenes, un foro, y un módulo de comunicación digital de audio punto a punto. El manejador de archivos administra las imágenes médicas almacenadas en el servidor web. La herramienta para imágenes muestra las imágenes bajadas del servidor y establece conexiones multipunto con otros clientes para proveer interactividad; por ejemplo, un dibujo hecho por un médico sobre una imagen puede verse inmediatamente en las pantallas de todos los clientes conectados. El foro permite consultas entre médicos. La herramienta de audio digital punto a punto permite la comunicación directa entre médicos vía voz. El citado sistema de telemedicina se implementó sobre una LAN conectada a la red del Campus de la Universidad de Tsinghua (China). * Telemedicina a través sistemas móviles inalámbricos ________________________________________________________________ El acceso a las redes de comunicación ha estado limitado durante mucho tiempo a conexiones físicas a través de cables. Por ello, la mayoría de las aplicaciones de telemedicina discutidas en las secciones previas han sido implementadas mediante enlaces físicos (cables y fibras ópticas). Sin embargo, la infraestructura a través de medios tangibles puede no ser posible en algunas situaciones de emergencia médica o en campos de batalla. Una extensión natural de los servicios de telemedicina sería hacer uso de enlaces inalámbricos que abarquen sistemas de radio móviles o portátiles. Históricamente, los sistemas móviles fueron ampliamente utilizados en actividades militares. Recientemente, las comunicaciones inalámbricas incrementaron su popularidad en aplicaciones civiles. El ejemplo más conocido es el teléfono celular. Aunque las comunicaciones móviles inalámbricas, comparadas con las redes cableadas, tienen algunas limitaciones, como baja velocidad de transmisión debido al limitado espectro de frecuencias, la capacidad de acceso universal y ubícuito las vuelven extremadamente útiles para muchas aplicaciones de telemedicina que requieren conexiones inmediatas a hospitales centrales y acceso móvil a bases de datos médicas. La característica más atractiva de las comunicaciones inalámbricas es su inherente habilidad para establecer enlaces con vehículos móviles, situaciones de desastre, y campos de batalla. Un sistema exitoso de telemedicina a través de Comunicaciones Móviles Satelitales (MSC) fue establecido en Japón a través de la cooperación entre el Laboratorio de Investigación en Comunicaciones del Ministerio de Correo y Telecomunicaciones, el Instituto de Investigación en Navegación Electrónica del Ministerio de Transporte, y la Agencia Nacional de Desarrollo Espacial de Japón. El sistema de telemedicina incluía el satélite geoestacionario ETS-V, una estación terrena fija que proveía servicios de salud básicos, y una estación móvil con pacientes en un barco pesquero o sobre un Jet Boeing 747. El sistema fue capaz de establecer comunicaciones multimedia, transmitiendo vídeo en color, señales de audio, electrocardiogramas, y presión sanguínea simultáneamente desde la estación móvil hacia la estación terrena, a través del satélite. Se pueden avizorar muchas aplicaciones de telemedicina basadas en comunicaciones móviles inalámbricas. Un ejemplo de tales aplicaciones es en medicina de emergencia sobre un vehículo móvil, tal como un avión, un barco, o una ambulancia. ================================================================ BIBLIOGRAFIA ================================================================ Multimedia Image and Video Processing Ed. Ling Guan et al. Boca Raton: CRC Press LLC, 2001 Redes de computadoras - Tercera edición Andrew S. Tanenbaum Prentice-Hall, 1997 ================================================================ ________________________________________________________________ ¿ D E S E A C O M P A R T I R S U E X P E R I E N C I A ? Si quiere escribir un artículo sobre algún item relacionado con la temática de la Revista I&I, puede hacerlo! Tal artículo debe ser un resumen de algún tema especifico o de alguna experiencia en el uso o reparación de equipos biomédicos o de laboratorio (no más de 3 hojas A4). Envíelo a feedback@bioingenieros.com junto a sus datos personales y un resumen de su currículum. * D I C C I O N A R I O D E B I O I N G E N I E R I A ---------------------------------------------------------------- BIÓNICA --> Palabra que surge de la contracción de los términos Biología y Electrónica. Aunque algunos la definen casi como un sinónimo de Bioingeniería, la Biónica es una especialización dentro de aquella. La Biónica se basa en el estudio de los seres vivos para hacer aplicaciones ingenieriles que imiten a la naturaleza. La Naturaleza ha conseguido desarrollos técnicamente superiores a los generados por el ser humano. Por ejemplo, el hombre no ha podido reproducir el vuelo en zig-zag de la mosca, ni la bioluminiscencia de algunos gusanos y peces de las profundidades marinas. La biónica se encarga de encontrar explicaciones a hechos como éstos, para luego crear aplicaciones útiles a los propósitos de la humanidad. ---------------------------------------------------------------- © Bioingeniería On The Net, 2000-2001 http://www.bioingenieros.com http://www.bioingenieros.com.ar Sus opiniones son importantes, por favor acérquelas a feedback@bioingenieros.com ---------------------------------------------------------------- ================================================================ ¿YA SE REGISTRO A INTER-KONSULTAS? ================================================================ El consultorio virtual de Ciencia y Tecnología de Bioingeniería On The Net. Más de 500 personas de unos 20 países están dispuestas a ayudarlo, esperando a cambio que usted haga lo mismo por ellas. Si aún no lo ha hecho, obtenga más detalles y regístrese GRATIS desde http://www.bioingenieros.com/inter-konsultas.asp ================================================================