Diseño e implementación robótica de un sistema de atención en cuidados en niños a propósito de la disfagia

Blanca Gonzalo de Diego(1) y Alexandra González Aguña(2)

(1) Enfermera. Estudiante del Master en Gestión y Aplicación del Conocimiento en Autocuidado en Enfermería. Investigadora Grupo MISKC (UAH). Miembro RIEI España.
(2) Enfermera en H.U. Príncipe de Asturias. Máster en Informática Pluridisciplinar (UAH). Profesora Asociada de la Universidad de Alcalá. Docente en Máster en Gestión y Aplicación del Conocimiento del Autocuidado en Enfermería (UAH). Investigadora y docente en Grupo MISKC (UAH). Miembro RIEI España.

La aplicación de las tecnologías a diversas disciplinas ha abierto campos de investigación interdisciplinar. Ejemplo de ello es el actual eHealth entre Enfermería y Tecnología. En concreto, un elemento tecnológico como la robótica ha ido adquiriendo una mayor importancia en los últimos años, y ya existen algunas aproximaciones en salud. En este sentido, es clave para la disciplina científica enfermera comenzar a inmiscuirse en el uso y diseño de estas tecnologías. Es por ello, que el objetivo del presente artículo es mostrar algunos aspectos relativos a la robótica y el cuidado, así como los proyectos que están desarrollándose en esta línea.

Palabras clave: Robótica, Autocuidado, Inteligencia Artificial, Atención de Enfermería, Sistemas de Computación, Teoría de Enfermería.

ABSTRACT

The application of technology to diverse disciplines has opened fields of interdisciplinary research. An example of this is the eHealth, a field between Nursing and Technology. Specifically, an element such as robotics technology has become more important in recent years, and there are some approaches in health. The use and design of these technologies is key in the development of the nursing field. Therefore, the purpose of this article is point out aspects in relation with robotics, care and the projects developed in this area.

Key words: Robotics, Self Care, Artificial Intelligence, Nursing Care, Computer Systems, Nursing Theory.

1. Introducción

Las Tecnologías de la Información y de la Comunicación, cuya máxima expresión actual se encuentra en internet y las aplicaciones móviles (app), han invadido de forma exponencial todo tipo de ámbitos desde el pasado siglo. La Enfermería no es una disciplina ajena a este cambio social porque afronta el cuidado de personas altamente conectadas y, paralelamente, debe aprender el uso de tecnologías para su desempeño laboral.

En este sentido, Enfermería ha utilizado herramientas tecnológicas (app, redes sociales,...) e incluso ha hondado en la aplicabilidad y efectividad de las mismas; sin embargo, está aún comenzando en su implicación como diseñadores y desarrolladores.

Así, el presente artículo muestra una investigación cuyo objetivo es construir un sistema basado en el conocimiento acerca del cuidado ante la disfagia, concretamente en el entorno de la robótica.

2. Estado del arte

La investigación se fundamenta en una serie de bases teóricas que se basan en el cuidado, delimitándolo al ámbito del problema de disfagia, y la robótica, como área integrada en los Sistemas Basados en Conocimiento de las Ciencias de la Computación.

2.1 El cuidado como eje central de estudio y de vida.

Tal y como se expresaba desde la corriente filosófica del existencialismo: la persona es cuidado. Son elementos relacionados entre sí y como tal, hablar de uno es hablar del otro, pero, ¿qué es el cuidado? (1)(2)

En primer lugar, atendiendo a la RAE, se define cuidado como "acción de cuidar". Y, este último, como "asistir, guardar, conservar" y "mirar por la propia salud, darse buena vida". (3)

Si vamos a una definición procedente de la disciplina enfermera encontramos la siguiente, propuesta por M.F. Collière, quién entiende cuidado como "acto de mantener la vida asegurando la satisfacción de un conjunto de necesidades indispensables, pero que son diversas en su manifestación. Las diferentes posibilidades de responder a estas necesidades vitales crean e instauran hábitos de vida propios de cada grupo o persona" (4). El cuidado entonces se compone de un conjunto de hábitos de vida que se mantienen en el tiempo.

De esta forma se trata de "un acto individual dado por uno mismo y para uno mismo, en el momento en que la persona adquiere la autonomía precisa para ello. Igualmente es un acto recíproco que supone dar a toda persona que, temporal o definitivamente, tiene necesidad de ayuda para asumir sus cuidados de vida". (4)

Sin embargo, no ha sido objeto de estudio hasta principios del siglo XX cuando se comenzó a intentar responder a la pregunta del porqué del cuidado. Dado que el cuidado es un objeto conocido, que forma parte de nuestra realidad, es entonces un elemento ontológico de cuyo estudio se encarga la Enfermería ya que constituye el núcleo fundamental de la disciplina y profesión enfermera que se pregunta el porqué del cuidado y el cómo se aplica el cuidado. (6)

Los actos de cuidado pueden estar dirigidos hacia uno mismo (cuidarme) o hacia otros (cuidarte). Siendo el cuidado de uno mismo la base esencial para el cuidado del otro. (5) (7)

Dentro de los cuidados dirigidos hacia uno mismo encontraríamos los "cuidados innatos", el "autocuidado"o el "anticuidado"; donde el cuidado innato estaría supeditado a características biológicas de la personas como ser vivo sano, el anticuidado como acciones de cuidado contra la propia salud y, por el contrario, el autocuidado como un tipo de cuidado definido por D. Orem (7) (8).

En la Teoría del Autocuidado, Dorothea Orem, define los siguientes conceptos clave para entender el cuidado que una persona puede darse a sí misma: Autocuidado, Factores Condicionantes Básicos, Agencia de Autocuidado, Demanda de Autocuidado Terapéutico y Requisitos de Autocuidado. (5)(7)

Orem define el autocuidado como "la acción de las personas maduras y en proceso de maduración que han desarrollado las capacidades para cuidar de sí mismas en sus situaciones ambientales. Las personas que se ocupan de su autocuidado tienen las capacidades para el requisito de acción: la agencia o capacidad de actuar intencionadamente para regular los factores que afectan a su propio funcionamiento y desarrollo de forma que estas actividades sean iniciadas y realizadas para el mantenimiento de su propia vida, salud y bienestar". (7)

Este autocuidado queda comprendido en el equilibrio entre las capacidades y demandas de cuidado de cada persona: entre la Agencia de Autocuidado (AgAc) y la Demanda de Autocuidado Terapéutico (DAc). La agencia son un conjunto de competencias que incluyen conocimientos, destrezas, habilidades y motivación para satisfacer los requerimientos continuos del cuidado. Esta AgAc va a ser desarrollada por las personas en la vida diaria a través del proceso de aprendizaje(5)(7). Por su parte la demanda queda definida como "La cantidad de acciones de autocuidado a realizar, en un tiempo determinado, con el objetivo de satisfacer los requisitos de autocuidado" (7)

Así los requisitos de autocuidado son la formulación de condiciones apriorísticas, objetivos a lograr controlando factores humanos y ambientales que afectan a la salud, como funcionamiento y desarrollo humano. Entre los distintos tipos de requisitos, los requisitos universales de autocuidado (RAU) destacan por su transversalidad al ser humano, ya que son los mismos para todas las personas independientemente del sexo, edad o cultura. (5)(7)

Concretamente, para el presente estudio se recoge el segundo de los RAU, "Mantenimiento de un aporte suficiente de agua y alimentos"donde se detallan las condiciones humanas y del entorno que deben estar presentes para estar en disposición de dar por satisfecha la demanda que de este requisito se deriva. (7)

2.2. La disfagia como proceso vital en el cuidado

Sobre esta última, la deglución, será sobre la que se centre este trabajo y que requerirá de los dos mencionados anteriormente para que se dé de forma correcta.

La deglución consta una fase voluntaria oral y otra involuntaria que a su vez responde a la última fase oral, una fase orofaríngea y una fase esofágica, por ese orden. Concretamente la deglución orofaríngea está regulada por el centro de deglución localizado en bulbo raquídeo, y en el esófago medio y distal por un reflejo peristáltico autónomo coordinado por el sistema nervioso entérico. (9)

En cierto momento de la vida de la persona puede devenir un determinado proceso vital en relación con estas condiciones de acción necesarias para el mantenimiento del agua y alimento. Uno de los síndromes frecuentes que encontramos es la disfagia, término empleado para referirse a la dificultad o imposibilidad de tragar, es decir, dificultad para deglutir alimentos (líquidos y/o sólidos). (10)

Respecto a las posibles consecuencias y complicaciones de este proceso se pueden destacar la deshidratación, desnutrición con pérdida de peso, y complicaciones pulmonares debido a aspiraciones.

Cualquier muestra de signos de disfagia que presentase una persona o que estuviera registrado en su historia clínica nos estaría aportando información de que es susceptible de realización de un test de una prueba de valoración de la misma, y que por lo tanto actuaría como campo llave para su diagnóstico. (11)

2.2.1. El test clínico volumen-viscosidad (MECV-V)

De los múltiples métodos de cribado para la valoración clínica del individuo con disfagia se escogió el test clínico de volumen-viscosidad (MECV-V) dado que se trata de una prueba que indica la existencia de un trastorno de deglución pudiendo, de esta forma, identificar precozmente a las personas con problema de disfagia, así como con riesgo de presentar alteraciones de la eficacia y seguridad de la deglución. (9)

El fundamento de este método se basa en que la disminución del bolo alimenticio y el aumento de la viscosidad mejoran la seguridad de la deglución. Con alimentos viscosos se aumenta la resistencia al paso del bolo y el tiempo de tránsito por la faringe, a la vez que aumenta el tiempo de apertura del esfínter cricofaríngeo. (9)

Durante la realización de esta prueba se emplean bolos de tres viscosidades (néctar, líquido y pudding) y tres volúmenes (5, 10 y 20 ml) diferentes de alimento como se puede observar en este esquema tomado como referencia para el presente trabajo. (Figura 1)

Figura 1: Algoritmo del método de exploración clínica volumen-viscosidad (MECV-V) (16)

La prueba de valoración se inicia con la toma de 5 ml de néctar y se aumenta en dificultad, por el incremento del volumen a controlar en la deglución, hasta los 20 ml de néctar. Si se completan satisfactoriamente todas las fases se pasa a consistencia líquida, si por el contrario se detecta algún signo de disfagia con cualquiera de los tres volúmenes de néctar, se pasa a la consistencia pudin. Así, con la textura líquida se procedería de igual forma: tomando ordenadamente 5 ml, 10 ml, 20ml. Si no existe alteración durante el incremento de volumen se completaría la fase y se pasaría a la textura pudin, pero si en alguna toma se observan signos de disfagia se apuntaría la cantidad máxima tolerada y se pasaría a pudin directamente.

Los signos clínicos a detectar con el MECV-V son (9):

• Inadecuado sello labial, es decir incapacidad de mantener el bolo en la boca.

• Presencia de residuos orales.

• Existencia de deglución fraccionada.

]]> • Sospecha de presencia de partículas del bolo en la faringe manifestadas por presencia de tos y cambios en el tono de voz

Se escogió concretamente este test porque es considerado como un método sencillo y, en gran medida, seguro de realizar además de aportar información sobre la viscosidad y volumen más seguro para cada persona. Así como su fácil representación formal.

El juicio de valoración de cuidados a emitir a través de este procedimiento MECV-V, enfocado desde las taxonomías de lenguaje enfermero, se encuentra asociado a la etiqueta diagnóstica NANDA: "Deterioro de la deglución"(12), el resultado NOC "Estado de deglución"(13) y la intervención NIC "Terapia de deglución". (14)

2.3. La robótica

La RAE define la robótica como "técnica que aplica la informática al diseño y empleo de aparatos que, en sustitución de personas, realizan operaciones o trabajos, por lo general en instalaciones industriales"(3). Mientras que la palabra robot es definida en su primera acepción como "máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas". (3)

Uno de los pilares argumentativos introductores a este proyecto es la Inteligencia Artificial (IA), y es que es innegable que su avance es progresivo y que se involucra cada vez más en nuestra vida cotidiana.

La Inteligencia Artificial es definida por Minsky como "el arte de construir máquinas capaces de hacer cosas que requerirán inteligencia en caso de que fuesen hechas por los seres humanos". (5)

Una de las áreas pertenecientes a la Inteligencia Artificial son los Sistemas Basados en Conocimiento, los cuales son denominados comúnmente como Sistemas Expertos, si bien tiene características distintivas. (5)(15)

Un Sistema Experto es definido por Stevens (en palabras de Santamaría) como "máquinas que piensan y razonan como un experto lo haría en una cierta especialidad o campo". (5)

En su construcción se pasan por diferentes etapas: (5)(15)

1. Definición del problema.
2. Adquisición del conocimiento.
3. Representación del mismo.
4. Selección de la herramienta.
5. Desarrollo del prototipo.
6. Prueba; lo que requiere de validación y verificación.
7. Instalación, implantación y mantenimiento.

Tras este proceso de construcción un sistema, fuera de tipo Basado en el Conocimiento o de tipo Experto, se obtendría una herramienta con las siguientes partes: Entradas de información (inputs), base de conocimiento, motor de inferencia, salidas de información (outputs) y, en muchos casos, un componente explicativo para el usuario. (5)(15)

A este contexto de Inteligencia Artificial que se encargaría de la parte más analítica, se le añade la robótica, palabra acuñada por Asimov como "ciencia que estudia los robots" y que se encarga de la mecánica de los mismos, pudiendo de esta manera llegar a conseguir comportamientos casi humanos. (16)

La Inteligencia Artificial será implementada en robótica en el campo de la enfermería de diversas formas. Uniendo con lo anterior, dado que el cuidado es el objeto de estudio de la disciplina científica enfermera, se recurre a algunos expertos que recalcan lo siguiente "el impacto de la digitalización ha de ser tenido en cuenta en las teorías de enfermería/cuidado". (18)

La implementación de la robótica en el campo del cuidado lleva al planteamiento en cuanto a las formas de llevarla a cabo y lo que supondrá. En ese sentido, se recurre de nuevo a Asimov quién, en la década de los 40, se encargó de desarrollar la Leyes de la Robótica. Dichas leyes, en aquel momento parecían pertenecer a la ficción, sin embargo, se discuten en la actualidad como realidad. Ejemplo de ello fue la "International Robot Fair" en la que se propuso la Declaración Mundial del Robot que incluía los siguientes aspectos: (18) (19)

1. Los robots serán compañeros que coexistan con los seres humanos.

2. Ayudarán a los seres humanos física y psicológicamente.

3. Contribuirán a la realización de una sociedad segura y pacífica.

En cualquier caso, el robot constituye un sistema que interactúa con el entorno, asemejándose así a la forma en que los seres humanos se relacionan continuamente con el entorno que les rodea. El robot, al igual que la persona, puede ser observado y analizado como si de un sistema permeable se tratara.

En este sentido, la Teoría General de Sistemas (TGS) de Bertalanffy, se refiere a los organismos vivos como sistemas abiertos y enuncia lo siguiente: "...un sistema abierto es definido como sistema que intercambia materia con el medio circundante, que exhibe importación y exportación, constitución y degradación de sus componentes materiales." El intercambio de materia con el entorno se realiza a través de lo que se denominan entradas (Inputs) y salidas (Outputs)(20).

Arduino es una plataforma electrónica en código abierto que se basa en una placa input/output y un entorno de desarrollo (IDE) basado lenguaje de programación ARDUINO. (21)

3. Material y método

Este estudio de tipo deductivo empleó en una primera fase la técnica de adquisición del conocimiento de extracción mediante el análisis de fuentes bibliográficas.

Posteriormente se continuó con la metodología reconocida de construcción de sistemas expertos que consta de la representación formal del conocimiento, elección de una herramienta e implementación.

La representación formal partió de un conocimiento ya esbozado en el algoritmo de desarrollo del test MECV-V (Figura 1) para con ello realizar una representación formal gráfica.

La herramienta para este sistema está habilitada en un sistema robótico, el robot Zowi^®, el cual emplea Arduino como sistema de interacción para implementar las representaciones formales. Dicho robot consta de sensores (ultrasonidos, micrófono, botones), un microcontrolador y una serie de efectores (servomotores, un matriz led y un zumbador).

Gracias a ellos y al programa de reglas del tipo condición acción es posible la construcción de un agente robótico reactivo simple que interactúe con su medio, es decir ejecute una serie de acciones, en función de la percepción actual de ese ambiente utilizando lenguaje de programación Arduino. (5)

4. Resultados

4.1. Entradas del sistema: inputs

El interfaz de comunicación, en su vertiente de inputs, consta de dos sensores que recogen la información introducida por el usuario: sonido y acercamiento.

Por un lado, el micrófono detecta la tos de la persona (signos de problema en la deglución), dirigiéndola a un paso más seguro. Por otro, si no ha habido problema en el paso se le pide al usuario que acaricie por la parte de la cara del robot, lo que sería detectado como un acercamiento por los ultrasonidos y le dirigiría al siguiente nivel de complejidad.

4.2. La base de conocimiento y el motor de inferencia

Se probaron varias versiones del programa hasta dar con una cuya representación e implementación del proceso permitiera la obtención de un ouput en forma de valoración conjunta del test MECV-V.

En una primera versión, se logró realizar el primer paso del test, es decir, se guiaba a la persona en la deglución para la consistencia néctar desde los 5 ml a los 10 ml. Entendiendo que la deglución ante 5 ml de néctar era adecuada y podría procederse al aumento de volumen.

A continuación, se trataron de concatenar los 3 pasos: desde los 5ml, a los 10 ml y finalmente, los 20 ml. Sin embargo, se producía la saturación del sistema.

- Problema detectado (Figura 2): En un principio se detectó que la velocidad a la que opera el robot era muy alta (milisegundos) por lo que se añadió un "delay" o retraso en el tiempo de respuesta. Sin embargo, el sistema era muy impreciso ya que requería de la interacción en el momento justo en el que estaba programado el "delay".

Figura 2: Problema de secuenciación en el proceso

- Solución planteada: Para resolver este problema se recurrió a ciclar continuamente cada función, o paso en el que se encuentra el usuario en la realización del test, a la espera de una respuesta. Esta secuencia permite continuar las fases del proceso y obtener un resultado funcional.

Con la resolución dada para la valoración con néctar, se procedió a realizar la misma operación con el resto de consistencias. (Figura 3)

Figura 3: Construcción de subsistemas de valoración

La cuestión que surgía entonces era cómo unir los distintos subsistemas y su consiguiente resultado. Debía tenerse presente la secuencia ya determinada del test MECV-V que sigue criterios de seguridad, es decir, ante un problema de deglución derivar a consistencias de mayor facilidad y, por ende, más seguras para evitar peligros.

Figura 4: Concatenación de subsistemas de valoración por consistencia

4.3. Salidas del sistema: outputs

Al finalizar, el test devuelve dos códigos e informa mediante locución de las consistencias y volumen de alimento para una deglución segura. (Figura 5)

4.4. Interfaz

En último término, aunque es una parte fundamental del sistema porque con ella interacciona el usuario (profesional o persona a valorar) con la máquina, se presenta la interfaz. ¿Cómo interactúa el robot con un individuo?

El robot consta de una propia interfaz de entrada de información, concretamente para este caso los sensores de ultrasonidos (acercamiento por caricia), micrófono (audición de la tos) y botones (encendido-apagado). Sin embargo, se precisaba de un sistema de interfaz para que el usuario comprendiese qué es el test, qué va a obtener, así como le guiase por las distintas fases de valoración.

A la misma, posteriormente, se le incorporaron locuciones verbales y una pregunta de confirmación tras cada detección de alteración de la deglución para la reducción de falsos positivos.

Sin embargo, para la versión posterior que actualmente se está desarrollando la obtención de dos códigos supondría un mayor coste computacional a posteriori. Para reducir dicha carga y aumentar la eficiencia computacional del sistema, se simuló la incorporación de memoria al sistema cargando cada una de las posibles líneas por las que se puede pasar en el test. De este modo, el robot recoge la información de los pasos dados y determina el nivel de disfagia con menor coste. (Figura 7)

En esta última versión, el sistema se inicia con una página de Excel^® en la que se registra el nombre, la edad del usuario y la fecha de realización del test para guardar valoraciones y resultados como fichas personales de cada usuario. (11)(9) (Figura 8)

Tras pulsar el botón "Iniciar test"en una hoja de cálculo se carga la guía del test en una presentación, momento en el cual el usuario encendería el robot para comenzar el proceso.

De manera que, finalizado el test, el sistema retorna a la hoja de calcula que solicita ingresar el código equivalente al resultado del estado de deglución.

4.5 Componente explicativo

La interfaz permite visualizar como salida tres informes:

- Uno de ellos para el niño en el que se le felicita por la realización del test y se le informa de su estado de deglución y con qué alimentos debería de tener una especial precaución o evitarlos. Así como una invitación para volver a jugar con el robot.

- Otro para los padres con el estado de deglución, así como de recomendaciones dietéticas sobre volúmenes y consistencias a la hora de preparar la comida de su hijo.

5. Conclusiones

Esta herramienta robótica permite evidenciar el logro del objetivo de construir de un sistema experto para la valoración del deterioro de la deglución en edad infantil bajo un formato de robot.

Esta investigación destaca por su aplicabilidad dentro de la clínica dado que recoge datos relevantes para la valoración, diagnóstico, seguimiento y manejo del deterioro de la deglución en la infancia de una forma amigable, ya que no perciben esta prueba como tal sino como si de un juego se tratase.

También fuera de la clínica tiene su aplicación. Por ejemplo, sirviendo para progenitores o, en el campo educativo, podría emplearse esta herramienta por maestros de educación infantil/primaria o para la enseñanza a estudiantes de Ciencias de la Salud en el diagnóstico, valoración y manejo de la deglución.

Como línea futura se plantea su validación clínica, cuyo resultado podría permitir su implantación en centros sociosanitarios.

En la misma línea de investigación, el Grupo MISKC de la Universidad de Alcalá y la Red Internacional de Enfermería Informática trabajan actualmente en diversos proyectos relacionados con la robótica del cuidado, como es la programación sobre placa de hardware libre.

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