Evaluación de campos electromagnéticos originados por infraestructuras inteligentes en hospitales

José Ángel Hernández, Jefe de Ingeniería de Telecomunicaciones y Telemática, Hospital Universitario de Canarias; Victoria Ramos, Científica Titular de OPI. Unidad de Investigación en Telemedicina y Salud Digital, Instituto de Salud Carlos III | ABRIL 2021
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Este artículo fue publicado por primera vez en el anuario AEIH 2020.

 

Los hospitales están en plena transformación digital implementando infraestructuras de comunicaciones basadas en tecnologías de radiofrecuencia. La automatización con RFID y los sistemas Inteligentes basados en IoT incrementan el uso de comunicaciones inalámbricas. Los niveles de exposición deben evaluarse para verificar que cumplen las regulaciones sobre radiaciones no-ionizantes en cuanto a seguridad de las personas frente a la exposición, y compatibilidad electromagnética en dispositivos electromédicos para un uso seguro y fiable.

Actualmente los centros sanitarios, con los hospitales a la cabeza, están en plena transformación digital implementando nuevos sistemas de control de activos, recursos y localización usando tecnologías basadas en la Identificación por Radiofrecuencia (RFID). Por otro lado, la automatización y los sistemas inteligentes (SMART), basados en IoT, tienden a incrementar el uso de comunicaciones inalámbricas con señales de radiofrecuencia (RF). Desde el control y localización de productos sanitarios en quirófanos, consultas médicas, o almacenes de planta, hasta medidores de parámetros técnicos en las instalaciones, utilizan esta tecnología. Este progresivo aumento de elementos de las infraestructuras inteligentes implica una mayor cantidad de fuentes emisoras de campos electromagnéticos (CEM).

 

Introducción a los CEM y las radiaciones no-ionizantes

Se denominan CEM a los campos eléctricos y magnéticos en su conjunto, que son causados por radiación electromagnética debido al movimiento o aceleración de cargas eléctricas. Esta radiación, generada por la propagación de energía como ondas electromagnéticas, es invisible al ojo humano. Las radiaciones son una forma de propagación de energía originada de forma natural o artificial por cambios en el nivel energético de los átomos o las moléculas. Esto implica que las radiaciones interaccionan con la materia, y por ello podrían causar daños biológicos en función del tipo de radiación y su energía. Distinguimos dos tipos de radiación generados por los CEM:

  1. La radiación ionizante que puede alterar el ADN y las células humanas, correspondiente a CEM de alta frecuencia y suficiente energía para provocar una ionización del medio que atraviesan como los usados en los equipos de diagnóstico y tratamiento clínico (Rayos X, Rayos Gamma, etc.). Este tipo de radiación es la que está más estudiada en los centros sanitarios por los daños que pueden causar y la normativa que le es aplicable, y por tanto ampliamente conocida por los profesionales sanitarios.
  2. La radiación no ionizante (RNI) corresponde a campos electromagnéticos de más baja frecuencia que los anteriores, de menor energía y que no provocan ionización en el medio que atraviesan. Si bien hasta el momento no se conoce que produzcan los daños originados por las anteriores, sí se requiere una evaluación de sus efectos, ya que también se han establecido límites legales en base a la evidencia científica. En este tipo se incluirían las radiaciones generadas por los diferentes sistemas de comunicaciones inalámbricos basados en ondas de radio que abarcan desde los campos magnéticos de las líneas de transmisión de energía en baja frecuencia, señales de radiocomunicación, infrarrojos y hasta la luz visible. Como se muestra en la figura 1 se encontrarían en la parte baja del espectro electromagnético mostrado [1], y son en algunos de estos rangos en las que nos hemos centrado.

 

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Figura 1: Espectro Electromagnético (fuente www.cancer.gov)

 

Como recoge la OMS los campos electromagnéticos (CEM) de todas las frecuencias constituyen una de las influencias ambientales más comunes y de crecimiento más rápido sobre las que existe una creciente preocupación y especulación. Hoy en día, todas las poblaciones del mundo están expuestas a CEM en mayor o menor grado, y conforme avance la tecnología el grado de exposición continuará creciendo. [2]

En la exposición a CEM los criterios para la evaluación y establecimiento de límites legales se obtienen aplicando principalmente las recomendaciones de ICNIRP (Comisión Internacional para la Protección contra Radiaciones No Ionizantes) [3], distinguiendo al público en general y trabajadores por sus especificidades en cuanto al tipo y duración de las exposiciones a estas radiaciones. La Unión Europea estableció unos límites de exposición trasladadas a la legislación española en el Real Decreto 299/2016, de 22 de julio, sobre la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a campos electromagnéticos y el Real decreto, 1066/2001, de 28 de septiembre por el que se aprueba el Reglamento que establece condiciones de protección del dominio público radioeléctrico, restricciones a las emisiones radioeléctricas y medidas de protección sanitaria frente a emisiones radioeléctricas. Se establecen unos márgenes de seguridad con una prudencia sobre los límites, cumpliéndose los niveles de seguridad establecidos por ICNIRP y las recomendaciones de la Unión Europea.

Los niveles de referencia y los límites indicados en las anteriores normativas proporcionan un margen de seguridad para la protección de las personas ante los efectos biológicos que pudieran causar las RNI. Aun así los diferentes organismos científicos y regulatorios recomiendan seguir realizando estudios de campo que proporcionen mayor conocimiento sobre los niveles de exposición y sus efectos, más si cabe con el continuo cambio en el uso de las tecnologías de RF. Para esto se requiere la realización de diferentes evaluaciones sobre los niveles de campos electromagnéticos.

Una característica de las RNI es la atenuación con la distancia del nivel de exposición, lo que supone que aumentos de la distancia entre la fuente de emisión y el posible receptor provocan un descenso de los niveles de señal. Esto es por otro lado un problema técnico en relación a la implantación de infraestructuras inteligentes basadas en señales inalámbricas dado que requiere mayor potencia o mayor número de emisores para cubrir una determinada zona de cobertura con cierta calidad de servicio, que a su vez deben estar siempre acorde a los límites establecidos.

Estas infraestructuras inteligentes promueven el aumento de la calidad y la eficiencia de la atención médica [4]. Se está llevando a cabo una acelerada adopción de tecnologías inalámbricas, y ahora más si cabe a partir de la crisis de la COVID-19 se prevé su incremento con tecnologías sin contacto en aras de reducir elementos de contagio. Pero a su vez estas implantaciones suponen una variedad de radiaciones, y por tanto el posible aumento de exposición a las personas.

 

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Figura 2: Lector de mano RFID AB 700

 

Proyecto de investigación sobre RNI

Dentro del proyecto FIS PI14CIII/00056, “Caracterización electromagnética en entornos inteligentes de cuidados de salud y su implicación en la salud personal, laboral y ambiental”, liderado por el Instituto de Salud Carlos III, y en el que colaboran el Hospital Universitario de Canarias, el Hospital Universitario Ramón y Cajal, y la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones e Infraestructuras Digitales se han abordado algunas de estas cuestiones.

Uno de los objetivos del proyecto era evaluar los niveles de campo electromagnético generados por diferentes sistemas de comunicaciones y de identificación por RFID usados en localización, control, medición y seguimiento de activos, recursos e instalaciones. Este proyecto ha sido la continuación de otro anterior donde se evaluaron los campos electromagnéticos producidos por el equipamiento médico, y cómo estos a su vez podían afectar o verse afectados por fuentes externas.

La metodología seguida se ha basado en la caracterización de la influencia de Radio Frequency IDentification (RFID) en recintos cerrados a través de diversas medidas de los niveles de emisión de Campo E. Por otro lado, se han medido los niveles de señal de RF emitidos por medidores inteligentes (Smart Meters) de consumo en instalaciones de agua y electricidad. Para estas medidas de (RF) se ha usado un equipo de medición en diferentes bandas, y otro con análisis de espectro centrado en las frecuencias portadoras. Se ha usado una antena omnidireccional dado que la propagación en el interior de los edificios tiene características multitrayecto por la naturaleza de las estructuras, la disposición de los recintos y la diversidad de los materiales con los que están construidos.

 

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Figura 3: Armario de productos sanitarios RFIDDyane Smartself (ETSI)

 

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Figura 4: Lector fijo RFID xArray Gateway R680

 

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Figura 5: Equipo RFID fijo en techo xArray: diagramas de radiación

 

Así mismo para los Smart Meters o medidores inteligentes se realizaron medidas a varios dispositivos, que hacían uso de la red móvil para las transmisiones de datos. En la casuística encontrada había dispositivos que realizaban comunicaciones puntuales cada cierto tiempo según la programación (normalmente basadas en el ahorro de batería) como unos medidores de consumo de agua, y otros dispositivos permanecían continuamente conectados a la red móvil emitiendo señal y permitiendo la comunicación bidireccional. A pesar de que en nuestro caso los equipos o antenas de emisión estaban a cierta altura sobre el suelo, lo que garantizaba la seguridad de las personas, se realizaron medidas para determinar los niveles de radiación y verificar que estos estuvieran dentro de los límites legales.

El objeto del proyecto era obtener información de niveles de exposición para el caso peor, es decir, en las condiciones de funcionamiento a la mayor potencia emitida y el máximo tiempo de actividad. La finalidad era comprobar los valores máximos y su cumplimiento de los límites indicados para garantía de condiciones normales de uso seguras. Para esta evaluación se forzó en el programa de control en el caso de RFID a transmitir a la máxima potencia el mayor tiempo posible, y realizando diferentes medidas a diferentes distancias de la fuente de emisión. Para los Smart Meters se forzó la comunicación con los medidores.

Como complemento de las medidas, se realizaron simulaciones de propagación e interacción electromagnética, con el fin de determinar los niveles de exposición dependiendo de la disposición de los emisores y las personas, tanto profesionales sanitarios como pacientes. Los datos medidos en campo se comparan con los calculados de forma teórica para evaluar los niveles de exposición en los entornos indicados.

Como consecuencia de la característica de multitrayecto, los rayos llegan al receptor a través de múltiples caminos, cada uno con su propio ángulo de llegada, retardo y atenuación y dependiendo de la naturaleza de las estructuras, la disposición de las salas y la variedad de los materiales de construcción que son utilizados, siendo necesario un modelado de la propagación en interiores. La densidad de potencia obtenida se ha estimado mediante un código de lanzamiento de rayos 3D (3D-RL) determinístico. Se consideran los fenómenos relevantes en términos de propagación e interacción electromagnética, que determinan los niveles de exposición en función de la ubicación del transceptor dentro de estos escenarios de atención médica.


 

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