Tesis:
Automated Trauma Management Evaluation for Knowledge Acquisition Through Simulation
- Autor: LARRAGA GARCÍA, Blanca
- Título: Automated Trauma Management Evaluation for Knowledge Acquisition Through Simulation
- Fecha: 2022
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: TECNOLOGIA FOTONICA Y BIOINGENIERIA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/71512/
- Director/a 1º: GUTIÉRREZ MARTÍN, Álvaro
- Director/a 2º: QUINTANA DÍAZ, Manuel
- Resumen: La lesión traumática es una de las principales causas de muerte en el mundo, siendo la principal causa de muerte para personas menores de 45 años; por lo tanto, aprender cómo manejar este tipo de lesiones es importante. En esta Tesis, se resaltan los aspectos principales a considerar antes de tratar a un paciente de trauma: entender la severidad de las lesiones; el país en el cual se aprende el manejo de estas lesiones, puesto que la exposición y los recursos disponibles pueden variar; y la respuesta fisiopatológica del cuerpo, en función del mecanismo y del tipo de lesión sufrida. La formación en trauma ha mejorado desde que se creó la primera formación específica en trauma en 1978, el Advanced Trauma Life Support (ATLS). Debido a la importancia de estas lesiones de trauma, se han llevado a cabo revisiones periódicas de esta formación y nuevas formaciones han surgido, centrándose en encontrar la mejor manera de formar a los clínicos. La simulación clínica ha apoyado el aprendizaje del manejo del trauma a lo largo del tiempo, ofreciendo experiencias prácticas, lo que supone un método de aprendizaje más rápido, incluyéndose como complemento a las clases tradicionales. En esta Tesis, se lleva a cabo un análisis exhaustivo sobre el estado actual de las formaciones en trauma basadas en simulación. En este análisis se presentan las principales áreas de mejora detectadas. Por lo tanto, se ha desarrollado una modalidad de simulación que pueda estar accesible para diferentes niveles de conocimiento y de experiencia. Esta modalidad, es un simulador de trauma web que permite incluir cualquier escenario de trauma así como cualquier acción que sea necesaria para estabilizar a un paciente con este tipo de lesión. Cuando una acción se lleva a cabo en el simulador, hay un impacto en las constantes vitales del paciente, dotando de realismo a la simulación. Además, todos los datos que se generan a lo largo de la simulación se guardan automáticamente en una base de datos y, nada más finalizar la simulación, un informe se genera también de forma automática. Finalmente, el simulador que se desarrolla en esta Tesis permite incorporar protocolos de manejo del trauma, lo que es clave para poder medir la adquisición de conocimiento. Definir protocolos de manejo del trauma es todavía un reto pero, es una necesidad clara para poder mejorar la atención a los pacientes de trauma. Por lo tanto, en esta Tesis se presentan protocolos de manejo del trauma. Para elaborarlos, guías generales del manejo del trauma tales como los manuales del ATLS y del Prehospital Trauma Life Support (PHTLS) se han tenido en cuenta, junto con la experiencia de clínicos especialistas en trauma. De esta manera, se han elaborado protocolos de actuación basados en acciones, en los cuales, todas las acciones a llevar a cabo se detallan, también cuándo se deben hacer y el orden en el que se deben llevar a cabo. Debido a que los protocolos de trauma precisan de flexibilidad por las circunstancias imprevisibles que pudieran darse, se proponen diferentes alternativas para cada protocolo de trauma. Finalmente, se presentan protocolos de actuación para cuatro escenarios diferentes de trauma. Incorporar los protocolos de trauma en el simulador web desarrollado es el paso siguiente en esta Tesis. Esto permite comparar cómo se ha realizado una simulación llevada a cabo por un alumno con respecto al protocolo de trauma correspondiente. Este es un aspecto importante para que sea posible construir un sistema de evaluación automático. Por otro lado, otro aspecto importante es, desarrollar unas métricas que permitan medir el nivel de cumplimiento con respecto al tratamiento que se debería dar a un paciente de trauma. Las métricas desarrolladas en esta Tesis tienen en cuenta todos los aspectos relevantes del manejo del trauma, lo que permite analizar cómo se ha llevado a cabo la simulación con respecto a las acciones que se deberían haber hecho en los primeros minutos del tratamiento, si las acciones mínimas que se deberían llevar a cabo se han hecho y cómo de bien se ha hecho todo el tratamiento completo con respecto al protocolo establecido. Por lo tanto, nuevas métricas se han desarrollado. Algunas de estas métricas provienen de la matriz de confusión; dos de ellas, las puntuaciones de subsecuencias y diagonales, se han desarrollado específicamente en esta Tesis y un alineamiento global se ha creado basado en el algoritmo de Needleman-Wunsch. Este algoritmo se ha modificado teniendo en cuenta las necesidades específicas del manejo del trauma. Estas necesidades son muy importantes puesto que, el tiempo para estabilizar a un paciente con una lesión de trauma es muy poco y se tiene que responder muy rápidamente. Por lo tanto, llevar a cabo acciones o tratamientos que no son exactamente los que se deberían llevar a cabo consume tiempo, lo que no deja mucho para poder corregirlos y actuar de nuevo. Es por esto que nuevos parámetros se incluyen en este algoritmo, para premiar las acciones que se hacen bien o que son similares a las que se deberían llevar a cabo, o para penalizar las acciones que no son adecuadas en un determinado momento, o que tienen un impacto negativo en las contantes vitales del paciente o que, simplemente, no se hacen. Finalmente, las métricas que se han desarrollado en esta Tesis se han usado en una prueba experimental con el simulador web desarrollado, obteniendo resultados satisfactorios. Estos resultados miden el nivel de aprendizaje adquirido usando el simulador web desarrollado, presentando una mejora en el manejo de casos de trauma tras dos semanas de entrenamiento. Los resultados que se han obtenido en esta Tesis confirman las hipótesis y los objetivos de investigación. ----------ABSTRACT---------- Trauma is one of the leading causes of death in the world, being the main cause of death in people under 45 years old; therefore, learning how to manage traumatic injuries is of great importance. Within this Thesis, the main aspects to consider prior to trauma treatment are highlighted: understanding the severity of the lesions; the country in which a training takes places, as the exposure and resources available may be different; and the pathophysiology response of the body, due to the mechanism of the injury and the types of lesions suffered. The current trauma management training landscape has improved since the first ATLS training was created in 1978. Due to the importance of trauma injuries, continuous improvements are developed on how to better train clinicians. Clinical simulation has supported trauma management learning along time, providing a hands-on experience which supports a faster knowledge acquisition method to incorporate in traditional lecture courses. Within this Thesis, a deep analysis on the current state of simulation-based trauma trainings is presented, in which the main gaps detected are addressed. Therefore, a simulation modality that can be available to different levels of knowledge and expertise has been developed. This is a Web-based Trauma Simulator (WBTS) which allows to include any trauma scenario as well as all the necessary actions to stabilize the trauma patient. Once an action is accomplished, there is an impact on the vital signs of the patient, providing realism to the simulation. Additionally, all the data generated along the simulation is automatically gathered into a database and a report is automatically generated after the simulation. Finally, the simulator developed within this Thesis supports to incorporate trauma management protocols which is key to measure knowledge acquisition. It is still a challenge to define trauma management protocols but, it is a clear need to provide a quality treatment to trauma patients. Therefore, trauma protocols are objectified in this Thesis. To develop them, general trauma management guidelines such as ATLS and PHTLS manuals are considered, together with the experience of trauma experts. This supports the translation from general guidelines to the local real clinical practice. Therefore, an action protocol is set, in which all the actions to accomplish, when are they done and the order in which they should be accomplished is designed. Due to the flexibility needed in trauma protocols considering the unpredictable circumstances that they may appear, several possibilities for each trauma protocol are envisioned. Finally, this is done for four different trauma scenarios. Incorporating trauma protocols into the WBTS developed is the next step taken on this Thesis. This allows to compare how a trainee performed with respect to the trauma protocols set in an automated manner. This is an important aspect to be able to build an automated evaluation system. On the other hand, another essential part is to develop metrics that allow to measure the level of performance with respect to the treatment that should be provided to the simulated trauma patient. The metrics developed in this Thesis consider all trauma relevant aspects allowing to analyze how the performance was done with respect to the actions accomplished during the first minutes of treatment, whether the minimum actions to take along the treatment are done and how well the whole treatment compared to the trauma management protocol set was performed. Therefore, new metrics have been developed. Some of these metrics come from the confusion matrix; two of them, the subsequences and the diagonal scores have been developed specifically within this Thesis and a global alignment has been created based on the Needleman-Wunsch algorithm. This algorithm was modified according to specific trauma management requirements. These requirements are very relevant, as the time to stabilize a trauma patient is short and quick actions need to be taken. Therefore, to take actions that are not exactly the ones that should be accomplished will take time, which will not leave enough to counteract. Consequently, new parameters are included within this algorithm to reward actions that are correctly done or that are similar to the ones to accomplish, or to punish the actions that are not correctly performed or that have a negative impact on the vital signs of the patient or that are, simply, not done. Finally, the developed metrics in this Thesis are used in an experimental test obtaining successful results. These results measure the knowledge acquired using the WBTS presented and show an improvement after a two weeks training period. The results obtained in this Thesis confirm the investigated research hypotheses and objectives.