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Evaluación de transformaciones de intensidad para aumento del contraste en

imágenes de microscopia de fluorescencia

Chapter · October 2013

DOI: 10.22430/9789588743448

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Andrés Cardona

Université Côte d'Azur

18 PUBLICATIONS 7 CITATIONS

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Leandro F. Ariza-Jiménez

Universidad EAFIT

7 PUBLICATIONS 6 CITATIONS

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Diego Uribe

Instituto Tecnológico Metropolitano

20 PUBLICATIONS 40 CITATIONS

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Johanna Carolina Arroyave Ospina

University of Groningen

21 PUBLICATIONS 31 CITATIONS

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CATALINA TOBÓN ZULUAGACompiladora

APORTES EN CIENCIAS INGENIERILES BIOMÉDICASAPORTES EN CIENCIAS INGENIERILES BIOMÉDICAS

APORTES EN CIENCIAS INGENIERILES BIOMÉDICAS

APORTES EN CIENCIAS INGENIERILES BIOMÉDICAS

CATALINA TOBÓN ZULUAGACompiladora

Aportes en ciencia ingenieriles biomédicas / Compiladora Catalina Tobón Zuluaga. -- Medellín: Fondo Editorial ITM, 2013. 60 p. : il. (Textos académicos)

Incluye referencias Bibliográficas ISBN 978-958-8743-44-8

1. Ingeniería biomédica - Investigaciones 2. Procesamiento de imágenes3. Bioinstrumentación 4. Biomecánica 5. Bioseñales I. Tobón Zuluaga,Catalina, comp. II. Serie. 610.28 SCDD Ed.21

Catalogación en la publicación - Biblioteca ITM

Aportes en ciencias ingenieriles biomédicas

© CATALINA TOBÓN ZULUAGA -Compiladora© Fondo Editorial ITM

Edición: diciembre 2013ISBN: 978-958-8743-44-8Hechos todos los depósitos legales

Rectora LUZ MARIELA SORZA ZAPATA

Editora SILVIA INÉS JIMÉNEZ GÓMEZ

Secretaria TécnicaVIVIANA DÍAZ

Correctora de estiloLILA MARÍA CORTÉS FONNEGRA

Diagramación Ediciones Diario Actual

Editado en Medellín, Colombia

Fondo Editorial ITMInstituto Tecnológico Metropolitano Calle 73 No. 76A 354 Tel.: (574) 440 5197 www.itm.edu.co Las opiniones, originales y citaciones del texto son de la

responsabilidad del autor. El ITM salva cualquier obligación derivada del libro que se publica. Por lo tanto, ella recaerá única y exclusivamente sobre el autor.

Comité organizador

Catalina Tobón, PhD (Presidente) Juliana M. Fernández, MSc (Vicepresidente)

Lina M. Ramírez, MSc (Secretaria) Alfonso Restrepo, MBA

Juan G. Moreno, aspirante a MSc Luisa F. Restrepo, estudiante

Comité científico

Catalina Tobón, PhD Juliana M. Fernández, MSc

Lina M. Ramírez, MSc Diana Orrego, MSc

William Orozco, MSc Oscar A. Restrepo, PhD

Juan G. Moreno, aspirante a MScLeandro Ariza, aspirante MSc

Carlos J. Barrera, aspirante PhDBeatriz E. Valdés, PhD

Grupo organizador

Grupo de Investigación e Innovación Biomédica

Entidades financiadoras

Instituto Tecnológico MetropolitanoAlcaldía de Medellín

Agradecimientos

A la facultad de Ciencias Exactas y Aplicadas del INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO -ITM-, al Fondo Editorial ITM, a la Dirección de Comunicaciones y Publicaciones, Servicios Generales del ITM, al Departamento de Sistemas del ITM, a la Dirección de Cooperación y Relaciones Internacionales del ITM, a la Alcaldía de Medellín y a la rama estudiantil IEEE ITM.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

7

Parte I 8 Introducción 9 Ingeniería Biomédica 10 Conferencistas y Empresas invitadas 11

Parte II Artículos 13

1. Evaluación de transformaciones de intensidad para aumento del contraste en imágenes de microscopía de fluorescencia 14

2. Diseño de un tubo endotraqueal para la prevención de infecciones nosocomiales 18

3. Diseño de implante a la medida para el tratamiento de la displasia de cadera 21

4. Reconocimiento de onda P300 en sistemas BCI basado en medidas de entropía: apEn, sampEn y fuzzyEn 24

5. Caracterización de gestos deportivos con sistemas digitales de captura de movimiento 28

6. Evaluación de herramientas para diseño de ARN interferente complementario al genoma del Vvirus de la Hepatitis C 32

7. Sistema ANFIS basado en señales EEG aplicado a una interfaz cerebro computador de propósito general 37

8. Diseño de un prototipo para la adquisición de ondas beta en EEG para un sistema BCI 41

9. Transmisión bluetooth de la señal de electrocardiografía a dispositivos móviles portátiles 46

10. Estudio de la gestión de tecnología biomédica implementando herramientas tecnológicas modernas 50

11. Diseño del acondicionamiento de los sensores y del software para un instrumento virtual multipatrón 56

Contenido

Parte I

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

9

Introducción

El Grupo de Investigación e Innovación Biomédica GI2B del INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO ITM, organizó el I Simposio de Ciencias Ingenieriles Biomédicas - SCIB 2013, en la ciudad de Medellín – Colombia, campus Robledo del ITM, los días 10 y 11 de octubre.

El simposio permitió divulgar el conocimiento y los avances en investigación en el área de las ciencias ingenieriles biomédicas, así mismo, promover el desarrollo de la investigación científica y tecnológica, conformar alianzas entre instituciones, grupos de investigación y empresas, para contribuir al desarrollo académico, científico y tecnológico de la región y el país.

Durante el simposio se realizaron conferencias magistrales de científicos reconocidos a nivel nacional e internacional; encuentros de discusión; ronda empresarial, donde participaron empresas relacionadas con el sector biomédico del país; sesiones orales y de póster, en las que investigadores nacionales presentaron trabajos científicos en las áreas de:

• Ingeniería Clínica• Bioinstrumentación• Procesamiento de bioseñales• Biomecánica y rehabilitación• Modelación y simulación biomédica

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

10

Ingeniería Biomédica

La ingeniería biomédica aplica los principios y las técnicas de la ingeniería en todos sus niveles de desarrollo y desempeño a las ciencias médicas y biológicas. El diseño y la creación de productos y tecnologías de la salud abarcan en esta nueva área del conocimiento el aporte de las nuevas creaciones y aplicaciones que en su progresivo desarrollo se emplean para el beneficio de la salud. Hoy, la ingeniería biomédica tiene la capacidad de intervenir desde todos los frentes y tópicos científicos para buscar la solución a los problemas que aquejan a los seres humanos.

Cuando en el área de operación vemos los equipos biomédicos, dispositivos utilizados en el día a día del ejercicio médico y especializado, surge la pregunta: ¿quién controla ese mercado en aspectos tan importantes como su calidad, sus parámetros de bioseguridad, su diseño y aplicación? Sabemos que detrás de cada equipo, máquina de anestesia, monitor de signos vitales, máquina de aféresis, de diálisis, analizador sanguíneo, entre otros, siempre hay un grupo de profesionales investigando he innovando, entregando su vida por completo a la ciencia. De cada producto de investigación y del gran esfuerzo de nuestros profesionales, surgen las más novedosas y sencillas aplicaciones que garantizan el bienestar de los seres vivos.

Para estar al nivel de la divulgación científica en el área de la ciencia biomédica, nuestra institución, ITM, y su programa de Ingeniería Biomédica, con responsabilidad y conciencia, le apuesta al desarrollo de eventos en el tema, preparando espacios de congruencia académica y científica que estimulan el desarrollo de las nuevas propuestas de investigación y desarrollo que el día de mañana se capitalizaran en el bienestar de todos».

Alfonso Restrepo JuradoJefe de Programa de Ingeniería Biomédica del ITM

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

11

Conferencistas y empresas invitadas

Conferencistas

PhD, Francisco Javier Saiz Rodríguez (España)

Ingeniero industrial, Magíster y Doctor en Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Valencia, con un postdoctorado en la Universidad Johns Hopkins en EEUU. Es catedrático de la Universidad Politécnica de Valencia y director del Grupo de Bioingeniería (GBioe) del Instituto Interuniversitario de Investigación en Bioingeniería y Tecnología Orientada en el Ser Humano (I3BH) de dicha universidad. Tiene una larga trayectoria en investigación, enfocada principalmente en modelos multi-escala del corazón.

Conferencia: «Virtual Heart. Modelización y simulación de arritmias cardiacas»

MD, PhD, John Bustamante Osorno (Colombia)

Médico y cirujano, Doctor en Cardiología, con un postdoctorado en Prótesis y Bioimplantes Cardiacos. Miembro fundador de la Asociación Colombiana de Bioingeniería, capítulo Antioquia. Docente de la Universidad Pontificia Bolivariana y Director del Grupo de Dinámica Cardiovascular de la Universidad Pontificia Bolivariana y del Centro Cardiovascular Colombiano, Clínica Santa María. Presidente del Comité de Bancos de Tejidos y Órganos de Antioquia.

Conferencia: «El sistema cardiocirculatorio en el entorno de la bioingeniería: aplicaciones de una disciplina técnica en la cardiología clínica y quirúrgica».

Ingeniero Ignacio Escobar Mejía (Colombia)

Ingeniero electricista, especializado en Electrofisiología de Membranas. Ha sido miembro de importantes sociedades internacionales, presidente honorario de la Asociación Colombiana de Bioingeniería y Electrónica Médica, capítulo Antioquia. Merecedor de numerosas distinciones. Proclamado «Pionero de la Ingeniería Biomédica en Colombia» en el Congreso de Bioingeniería e Ingeniería Biomédica en 2005; recibió ese mismo año Mención de Honor por la Comisión Segunda Constitucional Permanente del Senado de la República de Colombia.

Conferencia: «Ignacio Escobar, mi experiencia en el campo Biomédico en Colombia».

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

12

MSc, aspirante a PhD, Norman Harold Machado Ramírez (Colombia)

Físico médico del servicio de Radioterapia, del San Vicente Fundación Hospital Universitario. Con una amplia trayectoria de investigación en el área de física médica.

Conferencia: «Detectores de radiación estereotácticos y su importancia en la aplicación de técnicas modernas de tratamiento del cáncer con radiaciones ionizantes».

Ing. aspirante a MSc, John Alexander Muñoz Montenegro (Colombia)Presidente de Actividades Profesionales, IEEE, sección Colombia

Conferencia: «La disciplina de la Ingeniería Biomédica».

Empresas invitadas

• Dometal – Mobiliario clínico y hospitalario• GEMEDCO S.A. – General Médica de Colombia S.A.• Bioservicios S.A.S – Tecnología para la vida• Laboratorio de Metrología Biomédica ITM• Laboratorio de Análisis de Movimiento – IPS Fundación Universitaria María Cano• Equipos y Controles Industriales S.A - ECI• Ingenieros Biomédicos de Colombia• El Comité de Rehabilitación • Neurotrauma Center

Parte IIArtículos

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

14

Evaluación de transformaciones de intensidad para aumento del contraste en imágenes de

microscopía de fluorescencia «Premio al mejor Póster»

Andrés Cardona,1 Leandro Ariza-Jiménez,1 Diego Uribe,1,2

Johanna C. Arroyave Ospina,1 Fabián M. Cortés-Mancera1

fabiancortes@itm.edu.co

Introducción

La microscopía de fluorescencia permite evidenciar la presencia de proteínas y la localización en compartimentos subcelulares. La calidad de las fotografías tomadas depende no solo del rango dinámico del instrumento sino de la expresión y distribución del marcador que se evalúa, entre otros. Cuando se compromete la calidad de estas imágenes por uno o más de estos factores, se genera una disminución de su contraste, entendiéndose como una marcada concentración de información exhibida en un su histograma para determinados niveles de intensidad (Dougherty, 2009) afectando la realización de medidas cuantitativas. Las transformaciones de intensidad son técnicas de procesamiento digital de imágenes usadas para mejorar la distribución de información del histograma (González, 2002; Dougherty, 2009).

Con el fin de mejorar el contraste de imágenes de fluorescencia, se evaluaron tres trasformaciones de intensidad que se aplicaron sobre imágenes de tres líneas celulares con marcaje nuclear (Hoechst) y citoplasmático (anti-b-catenina con Alexa Fluor-488). Al revisar los resultados obtenidos, todas las transformaciones de intensidad mejoraron el contraste de los marcadores fluorescentes independientemente de la línea celular utilizada y del nivel de expresión del marcador. La transformación gamma fue la técnica que generó imágenes con una mejor calidad visual, sin embargo esta mejora subjetiva no se correlacionó con los valores del contraste después del pre-procesamiento.

1Grupo de Investigación e Innovación Biomédica-GI2B, INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO (ITM), Medellín-Colombia.2Grupo Genética Regeneración y Cáncer-GRC, Universidad de Antioquia, Medellín-Colombia.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

15

Materiales y métodos

Cultivo celular e inmunofluorescencia

Se utilizaron dos líneas celulares derivadas de cáncer de hígado (HepG2 y SkHep1) y una de cáncer cérvico-uterino (HeLa). El cultivo se realizó en cajas de 25cm2 utilizando medio de cultivo de DMEM y/o HAM-F12, suplementado con 10% de suero fetal bovino (SBF). Las células fueron tratadas con Tripsina, cuantificadas (cámara neubauer) y sembradas en platos de 96 pozos, a razón de 6.000 células por pozo.

Para la obtención de la base de datos, las células cultivadas fueron fijadas (Paraformaldehído 4%), permeabilizadas (Tween-20 0.2%) y cada pozo fue bloqueado con una solución de proteínas para disminuir la inespecificidad del marcaje (background). Las células pre-tratadas se incubaron con el anticuerpo primario anti-b-catenina, y luego de lavados sucesivos (PBS 1X) fue adicionado el anticuerpo conjugado con Alexa Fluor-488 y el marcaje Hoechst 33258 (Invitrogen) para núcleo. Como control negativo, se utilizaron células incubadas solo con el anticuerpo conjugado. La visualización se realizó con microscopio invertido de fluorescencia (Nikon-Eclipse) mediante una lámpara de mercurio y filtros dicroicos que permitían observar el marcaje para Alexa Fluor-488 (496-519nm; emisión verde) y Hoechst (352-461nm; emisión azul). Luego se adquirieron 30 imágenes de fluorescencia (resolución 1280x960 píxeles) con aumento de 10X (amplitud numérica 0.25) y 40X (amplitud numérica 0.60), utilizando la cámara digital Nikon DSFi1c.

Transformaciones de intensidad

Aunque el modelo de color HSV (Hue, Saturation, Value) es mucho más apropiado para llevar a cabo tareas de mejoramiento (Xiao y Ohya, 2007), por defecto las imágenes adquiridas estaban codificadas con el modelo RGB (Red, Green, Blue). Con base en esto, cada imagen fue convertida al modelo HSV y se obtuvo el histograma de su componente lumínica (plano V). Luego se extrajo el intervalo de los niveles de intensidad que utilizaba cada imagen (Pmin y Pmax) y donde se concentraba la información del histograma. El mejoramiento del contraste se realizó con tres transformaciones de intensidad para el plano V: lineal (TL), anti-logarítmica (TAL) y Gamma (TG), esta última con un parámetro de control (V) mayor a uno; y todas ellas centraron su efecto en redistribuir los niveles de intensidad comprendidos entre los valores Pmin y Pmax del plano V (Tabla 1). Luego la imagen pre-procesada y codificada en HSV (con los planos H y S no modificados, y el V con un contraste mejorado) fue devuelta al modelo RGB.

El efecto de las transformaciones en cada imagen se evaluó mediante una comparación visual y cuantificando el valor del contraste, antes y después del procedimiento descrito, por medio del cálculo de la desviación estándar del histograma del plano V.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

16

Línea Marcador Imagen Pmin (SD)

Pmax (SD)

Rango de γ

Cuantificación del contraste IO (SD) TG (SD) TAL

(SD) TL (SD)

HeL

a

Alexa Fluor-488 A1 - A5 0.23

(± 0.1119) 0.50

(± 0.1452 ) 1.5 - 2.0 11.81 (± 4.3864 )

36.35 (±

14.1631)

40.02 (±

11.6049)

43.90 (± 11.3725)

Hoechst B1 - B5 0.03 (± 0.0397)

0.81 (± 0.2636 ) 1.5 - 3.0 46.12

(± 15.3299) 47.60

(± 6.7911) 53.22

(± 7.9043) 58.95

(± 7.5684)

SkH

ep1 Alexa Fluor-

488 C1 - C5 0.11 (± 0.1263)

0.47 (± 0.3524 ) 1.5 - 2.5 15.34

(± 17.5221) 28.25

(± 8.0909)

32.43 (±

10.3298)

35.48 (± 11.6078)

Hoechst D1 - D5 0.02 (± 0.0114)

0.77 (± 0.1789 ) 1.5 - 2.0 32.43

(± 10.7980) 31.46

(± 8.7888) 36.97

(± 6.6564) 42.53

(± 7.1186)

Hep

G2 Alexa Fluor-

488 E1 - E5 0.13 (± 0.1289)

0.69 (± 0.2541 ) 1.5 - 2.5 25.04

(± 9.3339)

36.87 (±

13.7742)

40.63 (±

10.1048)

43.81 (± 8.8126)

Hoechst F1 - F5 0.05 (± 0.0370)

0.74 (± 0.2575 )

1.35 - 4.0

30.18 (± 16.1896)

29.22 (± 5.8529)

38.46 (±

11.1004)

42.85 (± 12.1163)

IO (Imagen original), TL (Transformación lineal), TAL (Transformación anti-logarítmica), TG

(Transformación gamma), SD (desviación estándar). Imágenes adquiridas en magnitud de 10X y 40X

Resultados y discusión

Al observar los valores Pmin y Pmax, las imágenes teñidas con Hoechst presentaron histogramas con niveles de intensidad menos concentrados en comparación con las imágenes con el marcador Alexa Fluor-488, indicando un mejor contraste en las imágenes del marcador con tinción nuclear, lo que se corroboró con los valores del contraste (Tabla 1).

Igualmente, se observó que los valores más altos de contraste se obtuvieron para las imágenes mejoradas con TL, seguidos de los valores obtenidos al aplicar TAL y TG, sin importar la línea celular y la intensidad del marcaje empleado. Sin embargo, en algunos casos el valor de contraste con TG no superó el valor de las imágenes originales, situación más evidente con el marcaje Hoechst (Tabla 1).

Tabla 1: Contraste en imágenes microscópicas después de aplicar transformaciones de intensidad

Fuente: Elaboración del autor

Aunque los valores de contraste para las imágenes mejoradas con TG no fueron los mayores, esta transformación dio lugar a imágenes con mejores resultados visuales (Figura 1), ya que su naturaleza no lineal permite revelar detalles no discernibles inicialmente en las regiones más iluminadas de la imagen, al tiempo que las demás regiones sufren una atenuación en su intensidad lumínica (González y Woods, 2002). Por último, se observó que el parámetro de control para las imágenes con TG osciló entre 1.5 y 2.5 para las tres líneas celulares, e independiente del tipo de tinción, salvo algunas excepciones.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

17

Figura 1: Comparación visual y cuantitativa en dos imágenes representativas con marcaje fluorescente en las que

se aplicaron trasformaciones de intensidad. Imágenes representativas de la línea celular HeLa con el marcador de

Alexa Fluor-488 de distribución citoplasmática (Imagen A1 panel superior) en aumento de 10X (emisión verde), y

el marcador Hoechst tinción nuclear (Imagen B1; panel inferior) tomada en aumento de 40X (emisión azul) a) IO, b)

YL, c) TAL, d) TG. En la parte inferior de cada imagen se especifica el valor del contraste.

Fuente: Elaboración del autor

Conclusiones

Se demostró que el contraste de las imágenes de fluorescencia puede mejorarse al convertirlas a un modelo de color HSV y al aplicar transformaciones de intensidad sobre la componente de luminancia (plano V). La TG exhibió los mejores resultados visuales para todas las líneas celulares y ambos tipos de marcaje fluorescente, aunque esto no se correlacionó con los valores del contraste después del pre-procesamiento (Grant: P10242).

Referencias

Dougherty, G. (2009). Digital image processing for medical applications. New York: Cambridge University Press.

González, R. C., y Woods, R. E. (2002). Digital Image Processing. (2a Ed.). New Jersey: Prentice Hall.

Xiao, D., y Ohya, J. (2007). Contrast enhancement of color images based on wavelet transform and human visual system. Proceedings of the IASTED International Conference, 58–63.

Waters, J.C. (2009). Accuracy and precision in quantitative fluorescence microscopy. The Journal of Cell Biology. 185(7), 1135–1148.

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18

Diseño de un tubo endotraqueal para la Prevención de Infecciones Nosocomiales

Claudia Marcela Aguirre Vásquez, Camilo Andrés Rojas Cifuentes, Jessica Nathalia Sierra Agudelo

Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia.

bioclamar@gmail.com

Introducción

Los efectos adversos asociados a la succión de secreciones con la implementación de catéter cerrado, desencadenan episodios de Neumonía Asociada a Ventilador Mecánico (NAVM) (Ministerio de Salud de Chile, 2008) siendo esta la responsable de más del 50% de las neumonías que poseen una alta mortandad (Ministerio de Salud de Chile, 2008), incluyendo la aparición de infecciones nosocomiales, la colonización bacteriana y las lesiones en la mucosa traqueal.

Esto ha sido confirmado por estudios in vivo en ovejas intubadas (Berra, 2004), las cuales fueron sometidas a aspiración subglótica continua y ventilación mecánica durante 3 días, demostrando con ello la presencia de lesiones en la mucosa traqueal, incluyendo necrosis y la consecuente exposición del cartílago traqueal. Además, un estudio clínico demuestra que el 43% de 40 pacientes (Berra, 2004) sometidos a aspiración subglótica que fueron evaluados endoscópicamente, revelan hernia de la mucosa traqueal en el lumen subglótico.

Con el objeto de prevenir la aparición de los efectos adversos que conlleva la aspiración de secreciones con catéter de succión cerrado, se establece el diseño de un Tubo Endotraqueal (TET) compacto, el cual reemplazaría este sistema convencional integrando un novedoso modelo de succión que mantiene las propiedades mecánicas y funcionales del TET, logrando la disminución significativa de las lesiones en la mucosa traqueal, puesto que no es necesaria la introducción de una sonda adicional para efectuar el proceso de succión de secreciones, evitando con ello la aparición de infecciones nosocomiales, la reducción en las tasas de mortalidad asociadas con la praxis de este tipo de procedimientos, la eliminación de los riesgos sobre la salud de los pacientes y por tanto una mejora en la calidad de los tratamientos. Finalmente, tomando como base que la incidencia de NAVM da lugar a un incremento en los costos por procedimiento y de estancia hospitalaria, este nuevo dispositivo brinda una mejora significativa en la calidad de los procedimientos y además la reducción en los costos intrahospitalarios.

Materiales y métodos

Se efectuó un estudio descriptivo en el cual se tuvo en cuenta la incidencia de pacientes con infecciones nosocomiales y lesiones en la mucosa traqueal; esto como consecuencia de la praxis de succión de secreciones empleando el sistema cerrado convencional.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

19

Se plantearon cambios estructurales en el sistema estándar, donde se diseñaron dos prototipos en los que se propuso un modelo de succión lineal y en espiral a lo largo del espesor del tubo. Así mismo, se empleó SolidWorks como software para el desarrollo del bosquejo de un sistema de succión cerrado convencional y de los prototipos propuestos.

Resultados y discusión

Diseño de sistema de succión cerrado estándar

Se desarrolló un bosquejo estándar empleando SolidWorks, en el cual se tuvo en cuenta sus características estructurales, tales como: el balón y la curvatura del tubo endotraqueal, la sonda de succión, la válvula de control y el sistema de conexión al ventilador mecánico (Figura 1).

Figura1: Estructura del tubo endotraqueal estándar

Fuente: Elaboración del autor

Diseño del sistema de succión lineal y en espiral a lo largo del espesor del tubo

Se diseñaron dos prototipos de extracción de secreciones con la finalidad de reemplazar el sistema de succión cerrado convencional, cuyo objetivo es garantizar que los estándares de presiones se ajusten a las necesidades del paciente, evitando los efectos adversos generados por el sistema de succión cerrado estándar. Así mismo se busca garantizar el soporte del tubo evitando el colapso de este, por lo que se propone, además, integrar una nueva propuesta en la que el espesor del tubo tiene una estructura en espiral (Figura 2) y lineal (Figura 3) que permite llevar a cabo la extracción de secreciones.

Figura 2: Diseño de sistema de succión espiral a lo largo del espesor del tubo

Fuente: Elaboración del autor

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

20

Figura 3: Diseño de sistema de succión lineal a lo largo del espesor del tubo

Fuente: Elaboración del autor

Conclusiones

Se realizó el diseño estructural del sistema de succión cerrado convencional con el fin de caracterizar similitudes y diferencias que permitan la optimización del procedimiento y la reducción en los costos por procedimiento.

Se efectuaron modificaciones en el diseño del sistema cerrado de succión estándar, acondicionando un medio de succión lineal y en espiral a lo largo del espesor del tubo con el fin de reducir la incidencia de infecciones nosocomiales.

En los diseños propuestos se pretende conservar las condiciones estructurales y funcionales del tubo, evitando su colapso, dadas las presiones internas establecidas durante la práctica del procedimiento de succión de secreciones.

El diseño más apto que permite reemplazar el sistema de succión cerrado convencional corresponde al modelo en espiral a lo largo del espesor del tubo, dado que esta estructura probablemente presente una distribución de presiones en forma homogénea al paso de las secreciones, proporcionando una mayor estabilidad y reducción de fractura y/o colapso del tubo.

Referencias

Ministerio de Salud. Gobierno de Chile. Subdepartamento de Salud Valdivia. (2008). Norma 10. Prevención de infecciones intrahospitalarias asociadas a procedimientos sobre la vía respiratoria. Chile: Comité de I.IH.

Deem, S., y Treggiari, M. (2010). New Endotracheal Tubes Designed to Prevent Ventilator – Associated Pneumonia: Do they Make a Difference? Respiratory Care, 55.

Berra, L., De Marchi, L., Paningada, M., Yu, Z.X., Baccarelli, A., y Kolobow, T. (2004). Evaluation of continuous aspiration of subglottic secretion in an in vivo study. Crit Care Med, 32(10), 2071-2078.

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21

Diseño de implante a la medida para el tratamiento de la displasia de cadera

Alejandra Bojacá Londoño, Carolina Pimentel Gutiérrez, Leidy Rodríguez Rojas,

MSc Carlos Andrés Pérez Angarita

Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia

Dahib_kapa@hotmail.com

Introducción

La articulación de cadera constituye en nuestro cuerpo una región muy importante, ya que permite gran cantidad de movimientos en nuestras extremidades inferiores, pero también presenta un sinnúmero de patologías, sea por desgaste óseo (frecuente en adultos) o principalmente por la displasia de cadera, que se evidencia en el momento del nacimiento y evoluciona negativamente obstruyendo la movilidad normal de los miembros inferiores, si no es tratada a tiempo (Sánchez, 1998). Este trabajo se realiza con el principal objetivo de llevar a cabo una metodología práctica para el diseño de una prótesis estable y resistente que pueda asegurar una mejor calidad de vida para el paciente. El estudio anatómico, clínico y biomecánico realizado a través de imágenes obtenidas por TAC (Tomografía Axial Computarizada), que se reconstruyeron con el software 3D-Doctor, generaron un resultado óptimo y un diseño final de una prótesis física y otra manipulable de acuerdo a las características de cada paciente.

Materiales y métodos

Para el diseño de un implante de cadera (Figura 1) de un paciente con trastornos crónicos como la displasia de cadera, se lleva a cabo después de tener análisis clínicos pertinentes, como lo son: pruebas físicas e imágenes radiológicas. Se dispone a realizar el diseño de la prótesis que se pretende implantar. Este trabajo se dividió en 3 fases:

Fase de modelamiento: se realiza un TAC (Tomografía Axial Computarizada) de un paciente con displasia de cadera, con estas imágenes en 2D, se crea el diseño en 3D de la cadera. En el software especializado 3D-DOCTOR. El diseño resultante se importa en un fichero STL, que puede ser abierto en otro software de análisis CAD. El archivo importado se abre en un nuevo software llamado CATIA, el cual crea una malla que cubre el diseño previamente obtenido.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

22

Figura 1: Imágenes axiales de cadera y modelo de reconstrucción

Fuente: Elaboración del autor

Fase de diseño: se crean las piezas correspondientes al implante de acuerdo con las dimensiones antropométricas, por otro lado, se busca la unión de todos los elementos de la prótesis de la cadera utilizando herramientas de SolidWorks.

Fase de ensamble: SolidWorks simula la extrusión dentro de los huesos de esta articulación y se inserta sobre el modelo generado a partir de la reconstrucción del acetábulo y el fémur.

Resultados y discusión

El resultado obtenido luego de ensamblar correctamente, fue el siguiente (Figura 2).Al momento de realizar una prótesis de cadera se deben tener en cuenta medidas específicas

para cada paciente que tenga esta patología, ya que cada persona según su contextura, edad y lo avanzada que se encuentre la displasia de cadera, necesitara una prótesis diferente (Comin, 1998), la cual será implantada y cumplirá el funcionamiento adecuado para el movimiento normal de la extremidad, brindándole así una mejor calidad de vida. La realización de las prótesis se determina a través de un análisis anatómico, clínico y biomecánico.

Figura 2: Prótesis Total de cadera insertada

Fuente: Elaboración del autor

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23

De igual manera, con el paso del tiempo, muchos investigadores han estado estableciendo parámetros y pautas mejorando los métodos de realización de prótesis adecuadamente para cada paciente (Dimián, 2005). Con estos parámetros se busca evitar errores o grandes desviaciones al momento de implantar cualquier prótesis, ya que varios de los componente de la prótesis necesitan un acople y una resistencia para poder conseguir con ello un mejor agarre de la prótesis en el paciente.

Conclusiones

Se diseñó un prototipo de prótesis de cadera como tratamiento de la displasia de cadera usando distintos software, los cuales permitieron observar qué tipos de correcciones son las que llevaba el implante deseado.

Se evidenció, mediante exámenes realizados a pacientes, las características de una cadera en un paciente normal y otra que presentaba la patología, por medio de la comparación entre estas se llegó a la realización de un diseño estable y resistente.

El estudio biomecánico de la cadera es de gran complejidad debido a los comportamientos cinéticos, cinemáticos, fuerzas y diferentes tensiones.

Referencias

Comin, M. (1998). Biomecánica articular y sustituciones protésicas, Valencia: Instituto de Biomecánica de Valencia.

Urbano, V., Meschian S., y Solas, J. (2011). Cirugía del dolor y de la movilidad. En http://www.cirugiaarticular.com/protesis/cadera/.

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Reconocimiento de onda p300 en sistemas BCI basado en medidas de entropía:

Apen, Sampen y FuzzyenRicardo Espinosa

Departamento de Ingeniería Biomédica,

Corporación Universitaria de Ciencia y Desarrollo – UNICIENCIA,

Bogotá D.C, Colombia.

ricardo.raem@gmail.com

Introducción

Una interfaz cerebro computadora (Brain-Computer Interface (BCI)), es un sistema de comunicación que permite por medio de la actividad cerebral controlar dispositivos sin ninguna ayuda muscular periférica (Wolpaw, 2002). El objetivo es brindarle a persona con discapacidades motoras la posibilidad de controlar mecanismos que le permitan mayor independencia (Bashashati, 2007). El sistema BCI reconoce patrones en la actividad cerebral del usuario, registrados mediante electroencefalografía superficial (EEG) y los traduce a comandos (Bashashati, 2007).

Uno de los patrones de actividad cerebral comúnmente utilizados en BCI son los potenciales evocados relacionados a eventos (Event Related Potentials ERP). Uno de estos potenciales es la onda P300 (Wolpaw, 2002), la cual es un potencial de amplitud variable con pico positivo que ocurre a unos 300ms después de aplicado un estímulo visual, auditivo o somatosensorial (Alexander, 1996).

En la actualidad, el paradigma “Odd Ball” es el más usual para obtener los ERP (Alexander, 1996). En esta técnica se le indica al paciente cuáles son los estímulos frecuentes y cuáles los raros. Los ERP obtenidos se muestras contaminados con potenciales de actividad fisiológica (EOG, EMG y ritmos EEG) (Fatourechi, 2007), adicionalmente, existe contaminación técnica como artefactos por movimiento, la tensión a 60Hz y ruido propio de la instrumentación (Horsch, 2004). De tal forma que la amplitud de la señal de ERP es muy inferior a la amplitud del ruido, esto causa una disminución significativa en la relación señal a ruido (SNR de las siglas en inglés signal-to-noise ratio) (Niedermeyer, 2005), por tal razón es recomendable el uso de diferentes métodos y medidas que permitan descubrir la presencia de la onda P300 en las señales registradas contaminadas con ruido.

En este trabajo, proponemos el uso de medidas estadísticas de entropía, de gran interés en la cuantificación de la regularidad de series de tiempo de señales fisiológicas. Las técnicas tradicionales que miden la entropía (ApEn, SampEn y FuzzyEn) aumentan con el grado de desorden y es máxima para sistemas completamente aleatorios. Por tal razón pueden ser útiles como estimadores de la presencia de ondas P300 en los potenciales registrados. Para esta comprobación utilizamos una onda ERP simulada contaminada con ruido blanco.

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Materiales y métodos

Estimadores estadísticos

La Entropía Aproximada (ApEn) (Pincus, 1991) es un método para la cuantificación de la regularidad de una serie temporal, particularmente en señales dinámicas no lineales como lo son las señales fisiológicas, permitiendo distinguir diferencias notables y sutiles en la regularidad de los datos (Pincus, 1991). El algoritmo de la ApEn compara cada vector consigo mismo, introduciendo un sesgo, mostrando una fuerte dependencia a la longitud de los datos y resultados poco consistentes. Richman y Moorman introducen la Entropía Muestral (SampEn), una corrección sobre la ApEn que reduce el sesgo, muestra una relativa consistencia y una menor dependencia a la longitud de los datos (Richman, 2000). Sin embargo, la similitud de vectores se basa en la función Heaviside, así como en la ApEn. El desarrollo más reciente fue propuesto por Chen y colaboradores, la Entropía Difusa (FuzzyEn), como una medida de complejidad más precisa, posee mayor consistencia relativa y menos dependencia a la longitud de los datos, lo que significa menos sesgo, logra la continuidad, selecciones de parámetros más libres y más robustez al ruido (Chen, 2009).

Registros Simulados: En este trabajo se utilizaron señales ERP simuladas. Se generó una señal P300, una onda con amplitud variable, pico negativo en 100ms y pico positivo predominante cerca de los 300ms, con frecuencia de muestreo de 1000 Hz. Se le adicionó ruido blanco con diferentes amplitudes. (ver Figura 1)

Figura 1: Señal original P300 simulada y señal P300 con diferentes magnitudes de ruido adicionado

Fuente: Elaboración del autor

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Resultados y discusión

A continuación, en la Tabla 1, se muestran los datos recolectados. Las cinco señales contaminadas con ruido blanco mostraron ocultar la señal de forma que se dificultó el reconocimiento por parte de los estimadores de entropía. Estos a su vez dan medidas de: valores cercanos a cero, es una señal muy regular; y valores cercanos a uno o superior, corresponde a una señal aleatoria.

Tabla 1: Entropías de las diferentes señales

Señal SNR ApEn SampEn FuzzyEnOriginal ____ 0,0471 0,0212 0,0076Señal 1 -10.55 1,6660 2,1972 1,1328Señal 2 -16.04 1,6948 2,2560 1,3786Señal 3 -19.81 1,6427 2,1485 1,4786Señal 4 -22.59 1,6941 2,2606 1,5562Señal 5 -24.25 1,6496 2,1829 1,5546

Fuente: Elaboración del autor

Conclusiones

Los estimadores de entropía: ApEn, SampEn y FuzzyEn, reconocieron las señales P300 contaminadas con ruido blanco como señales aleatorias. Sin embargo mostraron una relación inversamente proporcional entre la SNR de las señales; entre más pequeño es el valor de SNR, más alto es el valor de las entropías. El estimador que mejor demuestra la anterior sentencia es la Entropía Difusa (FuzzyEn). Los estimadores pueden funcionar mejor cuando el ruido es inferior a 5 veces la señal ERP.

Referencias

Wolpaw, J.R., Birbaumer, N., McFarland, D.J., Pfurtscheller, G., y Vaughan, T.M. (2002). Brain–computer interfaces for communication and control. Clin. Neurophysiol. 113, 767–91.

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Horsch, K.W., y Dhillon, G.S. (2004). Neuroprosthetics Theory and practice. River Edge. NJ: World Scientific.

Niedermeyer, E., y Lopes da Silva, F. (2005). Electroencephalography: basic principles, clinical applications and related fields (5a ed). Lippincott Williams & Wilkins.

Pincus, S.M. (1991). Approximate entropy as a measure of system complexity. Proceedings of the National Academic of Science of the United State of America. 88, 2297-2301.

Pincus, S.M., Gladstone, I.M., y Ehrenkranz, R.A. (1991). A regularity statistic for medical data analysis. J Clin Monit, 7, 335-345.

Richman, J.S., y Moorman, J.R. (2000). Physiological time-series analysis using approximate entropy and sample entropy. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 278, 2039-2049.

Chen, W., Zhuang, J., Yu, W., y Wang, Z. (2009). Measuring complexity using FuzzyEn, ApEn, and SampEn. Medical Engineering & Physics, 31, 61–68.

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Caracterización de gestos deportivos con sistemas digitales de captura de movimiento

Andrea Torres Ruiz

Grupo de Investigación de Ingeniería Biomédica GIIB,

Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia.

andrea.torres@umb.edu.co

Introducción

La investigación muestra la caracterización cinemática de diferentes gestos deportivos (Zheng, 2000), por medio del análisis digital de captura de movimiento en 3D, con cámaras optoelectrónicas de alta definición y sistemas especializados para procesar y analizar la información. El estudio se centra en diseñar un set de marcadores para cada gesto deportivo y obtener los datos cinemáticos de posición, velocidad, aceleración y ángulos articulares de cada uno de los marcadores ubicados en el cuerpo del deportista para analizar la técnica deportiva (Gianikellis, 1998). Los gestos que se caracterizaron fueron: atletismo, marcha atlética, bolos, golf, patinaje, boxeo, esgrima, taekwondo, voleibol, fútbol, tenis y ciclismo.

Es importante entender que la técnica deportiva es el conjunto de procesos desarrollados generalmente en la práctica, para resolver más racional y económicamente un problema motor determinado (Alarcón, 1990). La técnica, conservando sus características fundamentales, puede sufrir una modificación que corresponde a particularidades individuales, constituyendo así el estilo personal (Weineck, 2005).

Materiales y métodos

Para el estudio se utilizó un laboratorio para captura de movimiento con tecnología BTS, conformado por seis cámaras optoelectrónicas de alta velocidad que capturan mil imágenes por segundo y dos cámaras de video convencionales. El laboratorio cuenta con un área de examen clínico; un área de captura con una pista de cuatro metros de longitud, donde se realiza el registro de los gestos; y un área de control donde se adquiere y se procesa la información registrada (BTS Elite, 2007).

Se utilizó el software BIOMECH®, encargado de realizar la digitalización de la información del movimiento de los marcadores en el espacio y en el tiempo. El software TRACKLAB®, permite observar la figura que se capturó en 3D, la posición, la velocidad y la aceleración de cada uno de los marcadores, a su vez, permite crear archivo .RIC, para calcular la cinemática del gesto. El software SMART ANALYZER®, permite desarrollar cálculos matemáticos sobre la información de los puntos capturados para un procesamiento más anatómico de la información y caracterizar de manera biomecánica los gestos deportivos. Se pueden realizar cálculos espaciales sobre puntos,

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planos, vectores y sistemas de referencia de manera gráfica, permitiendo visualizar el resultado en un espacio 3D (BTS Elite, 2007).

Para realizar las capturas se utilizaron marcadores reflectivos en el cuerpo de los deportistas de las diferentes disciplinas y se ubicaron en las protuberancias óseas y articulaciones más importantes.

El proceso empleado para caracterizar cada una de las disciplinas deportivas se enumera a continuación: 1) Diseño del set de marcadores, 2) Captura adquisición de las señales, 3) Validación del set de marcadores, 4) Creación del modelo 2D y 3D (archivo .ric), 5) Procesamiento (interpolación y filtraje de las señales), 6) Análisis biomecánico de las señales (posición, velocidad, aceleraciones y ángulos articulares) y 7) Generación del reporte.

Resultados y discusión

Se obtuvieron las capturas de las disciplinas deportivas para atletismo, marcha atlética, bolos, golf, patinaje, boxeo, esgrima, taekwondo, voleibol, fútbol, tenis y ciclismo. Con cada una de estas capturas se generaron los modelos biomecánicos (Zheng, 2000) como se aprecia en la Figura 1, con el ejemplo del gesto de la disciplina de golf.

Figura 1: Captura y modelos biomecánicos para el gesto deportivo de golf

Fuente: Elaboración del autor

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Procesando la información de estos modelos, se obtuvieron las curvas de las trayectorias, velocidades, aceleraciones y ángulos articulares de movimiento para cada uno de los puntos y de las articulaciones (Gianikellis, 1998). De esta forma fue posible describir los gestos deportivos de manera cuantitativa y mucho más exacta, evidenciando errores y con el objetivo de garantizar una técnica adecuada que minimice el sobreesfuerzo o las cargas desproporcionadas en relación al centro de gravedad y que a futuro podrían generar alguna patología en el deportista y afectar el nivel competitivo (Miralles, 2001).

Esta tecnología presenta grandes ventajas frente a otros sistemas de captura para el análisis de movimiento deportivo, ya que permite un análisis cuantitativo integrado de los datos referentes a la cinemática (Gianikellis, 1998). A su vez, se hace un sistema óptimo gracias a la aplicación de todas las técnicas más utilizadas para la interpolación, suavizado y filtrado de muchos tipos de señales.

Estudios como este se pueden evidenciar en software especializados para el deporte y el entrenamiento, un ejemplo de esto es el sistema Motion Captor Software®, que contiene varios programas especializados como Clima, Golf Analysis Software, Swimming Analysis Software y 3D Soccer Captor, que son utilizados para estudiar estrategias competitivas y de formación con la idea de obtener un programa de entrenamiento y conocer la técnica que emplean los deportistas (Meta Motion, 2007).

Estos estudios se están convirtiendo en ayudas, muy utilizadas para analizar la técnica, prevenir lesiones causadas por la inadecuada práctica del gesto, y de alguna manera ayudar a que la técnica utilizada se optimice para que finalmente los resultados durante una competencia sean superiores y el desgaste del deportista sea mínimo (Hüter-Becker, 2006).

Conclusiones

Por medio de los sistemas de captura de movimiento es posible realizar un análisis mucho más exacto para evaluar la técnica deportiva, evitar lesiones y mejorar la competitividad de los deportistas.

Se puede obtener un análisis cuantitativo, ya que en un entrenamiento normal y a simple vista, no se podrían evidenciar de forma clara.

Es posible caracterizar la técnica de un deportista desde el punto de vista cinemático, con datos de posición, velocidad, aceleración y ángulos articulares, en las diferentes fases de un gesto deportivo, con miras a mejorar el rendimiento y la salud de deportista.

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Referencias

Zheng, N., y Barrentine, S.W. (2000). Biomechanics and motion analysis applied to sports. Physical Medicine and Rehabilitation Clinics of North America, 11(2), 309-322.

Gianikellis, K.Y., y Gutiérrez, M. (1998). Estado actual de conocimientos de las técnicas de tratamiento de los datos posición-tiempo en el campo de la biomecánica del aparato locomotor. Revista motricidad, 4, 7-25.

Alarcón, N. (1990). Curso superior de ciencias aplicadas al deporte. En http://www.sobreentrenamiento.com/PubliCE/Articulo.asp?ida=84.

Weineck, J. (2005). Entrenamiento total. (1a ed.). Barcelona: Editorial Paidotribo.

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Miralles, R. (2001). Valoración del daño corporal en el aparato locomotor: marcha normal y patológica. Barcelona: Elsevier.

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Hüter-Becker, A., Schewe, H., y Heipertz, W. (2005). Rehabilitación en el deporte. Badalona: Paidotribo.

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Evaluación de herramientas para diseño de ARN interferente complementario al

genoma del Virus de la Hepatitis CSantiago Cadavid Arboleda, Sebastián Solís Bolívar,

Luisa F. Restrepo Rodríguez, Fabián M. Cortés-Mancera

Grupo de Investigación e Innovación Biomédica,

Semillero Bioinformática y Biología Computacional,

Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM). Medellín, Colombia.

fabiancortes@itm.edu.co

Introducción

El Virus de la Hepatitis C (VHC) es una de las principales causas de morbimortalidad asociada a enfermedad hepática (Lavanchy, 2009). Actualmente se conocen seis genotipos (1-6) (Shepard, 2005). El VHC pertenece a la familia Flaviviridae., presentando una molécula de ARN como genoma, la cual posee un marco de lectura abierto flanqueado por extremos no codificantes (5`UTR y 3`UTR). Específicamente en 5`UTR se genera una estructura secundaria (2D) de ARN de 367 nucleótidos (nts) llamada IRES (Internal Ribosomal Entry Site). Esta estructura es requerida para la traducción del VHC (Shi, 2006).

El tratamiento usado contra el VHC está basado en una terapia combinada con Interferón y Ribavirina, sin embargo, la terapia no es totalmente efectiva para todos los genotipos (Araújo, 2008). Dadas las limitaciones de este tratamiento, nuevas estrategias terapéuticas, como el silenciamiento mediante ARN interferentes, pueden ser usados como alternativa (Elbashir, 2001). Estudios con siRNA en las diferentes regiones codificantes para el VHC han mostrado un efecto inhibitorio variable (Kim, 2006; Sagan, 2010), sin embargo pocos estudios han sido enfocados al diseño de siRNA para la región IRES (Chevalier, 2007; Khaliq, 2011); para el diseño del ARN interferente existen diversas plataformas on line basadas en metodologías disimiles que dificultan su elección (Ding, 2004; Ladunga, 2007; Lu, 2008; Naito, 2006; Naito, 2009; Owczarzy, 2008).

Materiales y métodos

Secuencias: se realizó la búsqueda de secuencias en la base de datos Genbank aplicando criterios de búsqueda booleanos que relacionaban la variable VHC AND Genotypes, encontrando 1543 secuencias correspondientes a los 6 genotipos del Virus, adicionalmente se obtuvo una secuencia prototipo (D85516) usada para el alineamiento de las secuencias.

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Análisis de secuencias: se realizó un alineamiento múltiple con la herramienta ClustalW (BIOEDIT), utilizando secuencias de los 6 genotipos en formato fasta. Posteriormente, se identificaron las zonas conservadas y se generó una secuencia consenso utilizando el programa Jalview.

Diseño de siRNAi: las siguientes siete plataformas on line fueron usados para la identificación in silico de potenciales siRNA para los seis genotipos del VHC: siDirect versión 2.0, OligoWalk, Sfold, BLOCK-iTTM RNAi Designer, siVirus, optiRNA e IDT SciTools RNA Design.

Evaluación de las plataformas: se aplicaron los criterios de Reynolds para la selección de los interferentes más efectivos en cada plataforma (Reynolds, 2004): I) Contenido de G/Ca 30-52%, II) Al menos 3 A/U en las posiciones 15-19, III) ausencia de repeticiones internas, IV) Adenina en posición 19, V) Adenina en la posición 3, VI) Uracilo en posición 10, VII) No G/C en posición 19, VIII) No Guaninas en posición 13. Para determinar los criterios I y III se usaron las plataformas G/C ENDMEMO y el identificador de repeticiones internas REPFIND respectivamente, los demás criterios fueron evaluados manualmente.

Localización de los siRNA en la estructura IRES: se utilizó el programa Assemble 2.0™ para la predicción de estructura 2D del dominio III de IRES, este programa utiliza modelos termodinámicos basados en mínima energía libre para la predicción de estructuras 2D, adicionalmente se seleccionó este programa por sus altos valores de sensibilidad y predictibilidad. (Restrepo, 2013). Con esta predicción se realizó la correlación entre la región blanco y el posible efecto en la función de IRES.

Resultados y discusión

De las 1.543 secuencias del VHC encontradas, 349 fueron seleccionadas después de realizado el alineamiento (Clustalw, BIOEDIT). En estas se delimitó el dominio III, ya que el dominio I, II y IV se encontraban incompletos para la mayoría de secuencias. Mediante el programa Jalview se obtuvo una secuencia consenso de 355 nucleótidos para los seis genotipos del VHC y se identificaron dos regiones conservadas en el dominio III ubicadas entre los nucleótidos 120-174 y 271-339. De los 120 siRNAs diseñados por las siete plataformas, se seleccionaron 31 interferentes dada su alta complementariedad con el dominio III de la secuencia conservada. Al hacer la evaluación según los criterios de Reynolds, solo 19 siRNA fueron seleccionados; para estos 19 siRNA se encontraron 4 previamente reportados en un estudio In vitro (Chevalier et al. 2007). De los 19 siRNA generados, siVirus generó 9 y Sfold originó 3. Del total de estos siRNA, 3 candidatos presentaron la menor homología con secuencias humanas; estos interferentes estuvieron localizados entre los nucleótidos 122-141, 155-174 y 276-296. La ubicación de los tres siRNA encontrados en este estudio son resaltados por colores dentro de la estructura 2D para el dominio III (Figura 1).

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Conclusiones

En este estudio se diseñaron siRNA para el dominio III de IRES de los seis genotipos del VHC, 3 interferentes se localizaron en regiones estratégicas del dominio III de IRES lo que podría afectar su funcionalidad relacionada con la traducción del virus, estudios experimentales deben ser realizados con el fin de confirmar la actividad inhibidora de estos tres interferentes; adicionalmente siVirus fue la plataforma que predijo el mayor número de siRNA candidatos para IRES. (Grant: P10245).

Figura 1: Localización de los siRNA en el Dominio III de IRES del VHC por Assemble 2.0™

Fuente: Elaboración del autor

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Referencias

Araújo, F.M., Sonoda, I.V., Rodrigues, N.B., Teixeira, R., Redondo, R.A., y Oliveira, G.C. (2008). Genetic variability in the 5’ UTR and NS5A regions of hepatitis C virus RNA isolated from non-responding and responding patients with chronic HCV genotype 1 infection. MemInst Oswaldo Cruz, 103(6), 611–614.

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Sistema ANFIS basado en señales EEG aplicado a una interfaz cerebro computador

de propósito general Alexandra Bedoya Rojas1, Jessica Giraldo Leiva,1 Miguel A. Becerra2.

m.becerra@iush.edu.co

Introducción

Aproximadamente el 15% de la población mundial vive con algún tipo de discapacidad, entre ellas, carencias de extremidades, para lo que se han desarrollado diferentes tipos de prótesis que si bien han mejorado en precisión, no parecen mejorar significativamente la facilidad del uso o su aceptación por parte de los pacientes (Jiang, 2012). Para desarrollar un mejor sistema de control de prótesis se utilizan interfaces cerebro computador (BCI) a partir de señales EEG superficiales, la cual presenta ventajas, como no ser invasiva, posibilidad de uso de diferentes usuarios, mayor número de funciones, uso intuitivo y mayor semejanza con la forma natural de controlar las extremidades.

Gran cantidad de algoritmos de clasificación han sido probados para el desarrollo de sistemas BCI presentando inconvenientes en la toma y la clasificación de las señales (Kousarrizi, 2009) por lo que se ha discutido sobre las ventajas de los diferentes clasificadores, presentando a ANFIS con resultados significativos (Übeyli, 2005). Lo que lo hace una alternativa adecuada para el desarrollo de sistemas BCI (Odeh, 2009).

En este estudio, un enfoque basado en la Transformada Wavelet y ANFIS junto con un análisis de relevancia para la reducción de características, es presentado con el fin de proporcionar un sistema de clasificación de señales EEG para la generación de comandos de control aplicado a los movimientos de una prótesis de mano.

Materiales y métodos

Base de datos

La base de datos utilizada pertenece a PhysioNet y consta de 1526 registros de 64 señales EEG con frecuencia de muestreo de 160 Hz y duración entre uno y dos minutos, obtenidos de 109 voluntarios (Schalk, 2004).

1Grupo de Investigación de Innovación Biomédica GI2B, INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO ITM, Medellín, Colombia2Grupo de investigación GEA, Institución Universitaria Salazar y Herrera, Medellín, Colombia

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Procedimiento propuesto

Figura 1: Procedimiento general propuesto

Fuente: Elaboración del autor

De acuerdo con la Figura 1, para disminuir las perturbaciones de las señales EEG se realizó un remuestreo de 150Hz, aplicando un filtro FIR antialiasing y se normalizaron las señales en el rango [-1 1]. Posteriormente, se realizó una caracterización para el reconocimiento de patrones por medio de los coeficientes Wavelet de la Transformada Wavelet Symslet con 6 niveles de descomposición y, con el objetivo de obtener un mínimo conjunto de características, se realizó la selección de estas aplicando FRS (Conjuntos difusos Rough) (Orrego, 2012). Finalmente, un modelo ANFIS (Übeyli, 2005) fue implementado para la clasificación de señales EEG en tareas motoras e imaginadas concernientes a movimientos de la mano y pies, donde el conjunto de características seleccionado fue normalizado y usado como vector de entrada.

Resultados y discusión

La Tabla 1 presenta medidas estadísticas de la exactitud en la clasificación de las señales EEG de un sistema basado en Wavelet-ANFIS para la detección de 2 tareas motoras y dos imaginarias correspondientes a la apertura /cierre de una mano (T1) y Apertura/cierre de ambas manos o pies (T2), los cuales son probados independientemente del sujeto.

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Tabla 1: Tasa de clasificación Wavelet - ANFIS

Especificidad (%) Sensibilidad (%) Acierto (%)Motora T1 95.1±1.3 91.5±0.7 93.2±1.2Motora T2 91.5±0.7 91.7±1.1 92.4±0.9Imag T1 94.0±0.8 87.8±1.0 90.1±0.8Imag T2 91.4±1.3 89.9±1.1 90.5±1.0

Fuente: Elaboración del autor

Tabla 2: Comparación con otros enfoques

Enfoque Exactitud (%)HHT /SVM (Lu et al., 2013) 91.65

Wavelets/ANFIS(Este Trabajo)

92.8

Fuente: Elaboración del autor

La Tabla 2, muestra la precisión en la clasificación de las señales motoras del sistema BCI propuesto, respecto a otro sistema BCI basado en máquinas de soporte vectorial (SVM) y transformada de Hilbert Huang (HHT) evidenciando el sistema propuesto un rendimiento superior en 1.15%.

Conclusiones

En este estudio fue desarrollado un sistema BCI basado en un enfoque ANFIS para la generación de comandos. Los coeficientes Wavelet Symlet con 6 niveles de descomposición, junto con la selección de características basada en conjuntos difusos rough, demostraron una adecuada representación de las señales EEG, y aplicado al clasificador ANFIS, se obtuvo un sistema con un alto comportamiento en términos de exactitud, sensibilidad y especificidad. Sin embargo, los parámetros de operación del selector FRS y del modelo ANFIS no fueron optimizados por medio de una función. Por lo anterior, se propone como trabajos futuros, la sintonización automática de parámetros ANFIS.

Referencias

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Kousarrizi, M., Ghanbari , A., Teshnehlab, M., Aliyari, M., y Gharaviri, A. (2009). Feature Extraction and Classification of EEG Signals using Wavelet Transform, SVM and Artificial Neural Networks for Brain Computer Interfaces. Proceedings of International Joint Conference on Bioinformatics, Systems Biology and Intelligent Computing, 352-355.

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Odeh, S., Hodali, J., Sleibi, M., y Ilyaa. (2009). Cursor Movement Control Development by Using ANFIS Algorithm. The International Arab Journal of Information Technology, 6(5), 448-453.

Schalk, G., McFarland, D., Hinterberger, T., Birbaumer, N., y Wolpaw, J. (2004). BCI2000: A General-Purpose Brain-Computer Interface (BCI) System. IEEE Trans Biomed Eng, 51(6), 1034-1043.

Übeyli, E., y Guler, I. (2005). Adaptative Neuro-Fuzzy Inference System for Classification of EEG Signals Using Wavelet Coefficients. Journal of Neuroscience Methods, 148(2), 113–121.

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Diseño de un prototipo para la adquisición de ondas beta en EEG para un sistema BCI

Ricardo Alonso Espinosa Medina, Jessica Nathalia Sierra Agudelo.

Universidad Manuela Beltrán, Bogotá D.C, Colombia.

ricardo.espinosa@docentes.umb.edu.co

Introducción

La electroencefalografía (EEG) permite la captura, análisis y registro de la actividad eléctrica del cerebro, que es representada gráficamente e interpretada por un especialista, quien evalúa el ritmo y la regularidad de las ondas cerebrales. Esta técnica es muy utilizada en la clínica para diagnosticar trastornos cerebrales (Niedermeyer, 2005). Hace pocos años se ha utilizado también en sistemas interfaz cerebro-computadora (BCI de las inglés Brain-Computer Interfaces) quienes capturan, procesan, clasifican y convierten intenciones humanas en comandos que son interpretados por un ordenador que a su vez controla y ejecuta acciones en diversos dispositivos (Wolpaw, 2002). El proceso de adquisición comienza con una distribución espacial de una serie de electrodos sobre el cuero cabelludo que detectan las señales eléctricas del cerebro (Bashashati, 2007). El objetivo es registrar las variaciones de la onda beta (b) en el momento que el paciente está sometido al método “Odd Ball” (Alexander, 1996) adaptado en este trabajo con estímulos visuales con diferentes colores. El diseño propuesto del EEG establece varias etapas básicas: 1) adquisición de la señal cerebral, 2) conversión análoga/digital, 3) interfaz de usuario, y 4) procesamiento de las señales adquiridas (Gareis, 2009), empleando el software Matlab® mediante el método de promediación coherente, que permita la identificación del potencial evocado (PE) y su posterior conversión a comando.

Materiales y métodos

Para el registro de EEG se diseñó un sistema de captura con 8 canales monopolares. Los electrodos se ubicaron sobre el cuero cabelludo distribuidos según el sistema 10-20 (Niedermeyer, 2005). Para la simulación del circuito se utilizo el software Proteus. Teniendo en cuenta que los canales necesarios para capturar las ondas beta se encuentran en la zona frontal y temporal anterior (Figura 1). Los canales de interés son Fp1, Fp2, F7, F8, T3, T4, A1 y A2 (Niedermeyer, 2005).

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Figura 1: Descripción sistema internacional 10-20

Fuente: Modificada de IMMRAMA INSTITUTE. The International 10-20 System of Electrode Placement.

Recuperado de: http://www.immrama.org/eeg/electrode.html.

Posteriormente, se lleva a cabo el procesamiento digital de las señales empleando Matlab®, aplicando el método de promediación coherente, el cual consiste básicamente en mejorar la relación señal a ruido mediante la promediación de varios registros o épocas (Herrera, 2007) que fueron tomadas bajo condiciones controladas y mismas características.

Resultados y discusión

Esquemático del diseño

Las etapas del diseño (ver Figura 2) del dispositivo, involucran la implementación de una etapa de amplificación con una ganancia de 10.000, empleando un amplificador de instrumentación INA 128, permitiendo tener una alta impedancia y alto rechazo de modo común, posteriormente se efectúa una etapa de filtrado, implementando filtros analógicos tipo butterworth con frecuencia de 12 Hz a 30 Hz, bandas entre las cuales se encuentran las ondas beta, a continuación se implementa un sumador divisor para cada uno de los canales con la finalidad de obtener la señal en un rango de 0 V a 5 V. Finalmente, se lleva a cabo la conversión análogo digital y la transmisión de la señal al PC.

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Figura 2: Esquema circuito de EEG

Fuente: Elaboración del autor

Procesamiento con el método de promediación coherente Los registros obtenidos del EEG se pueden representar mediante el modelo:

xk[n] = s[n] + rk[n]

donde s[n] es la señal de potencial evocado y rk[n] el ruido gaussiano, cada registro tiene una longitud de 1≤n≤N, la promediación coherente es realizada entre las k-ésimas épocas o registros (Herrera, 2007).

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Figura 3: Resultado de la aplicación de la Promediación Coherente en registros de onda P300 simulada,

contaminada con ruido gaussiano. SNR igual a – 20.31

Fuente: Elaboración del autor

Conclusiones

La adquisición de señales de electroencefalografía implica el diseño de etapas de amplificación de las señales cerebrales, dada su amplitud del orden de los uV, con lo cual se diseñó un amplificador de instrumentación con una ganancia de 10000, posteriormente el filtrado de la señal implica tener en cuenta la banda de frecuencia de las señales beta (12 Hz - 30 Hz), efectuando posteriormente el acondicionamiento de dichas señales para su procesamiento. El procesamiento de los registros se plantea empleando el método de promediación coherente, el cual requiere de gran cantidad de registros, cuyas respuestas representan las épocas a promediar para así obtener un registro confiable.

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Referencias

Niedermeyer, E., y Lopes da Silva, F. (2005). Electroencephalography: basic principles, clinical applications and related fields. Lippincott Williams & Wilkins.

Wolpaw, J.R., Birbaumer, N., McFarland, D.J., Pfurtscheller, G., y Vaughan, T.M. (2002). Brain–computer interfaces for communication and control. Clin. Neurophysiol. 113(6), 767–91.

Bashashati, A., Fatourechi, M., Ward, R.K., y Birch, G.E. (2007). A survey of signal processing algorithms in brain–computer interfaces based on electrical brain signals. J. Neural Eng. 4(2), R32–R57.

Alexander, J.E., Bauer, L.O., Kuperman, S. et al. (1996). Hemispheric differences for P300 amplitude from an auditory oddball task. Int J Psychophysiol, 21(2-3), 189-196.

Gareis, I.E., Gentiletti, G., Acevedo, R.C., y Rufiner, H.L. (2009). Extracción de características en interfaces cerebro computadoras mediante transformada wavelet discreta: Resultados preliminares. Memorias del XVII Congreso Argentino de Bioingenieria (SABI 2009), 167, 58-62.

Herrera, A., Biurrun, J., y Acevedo, R. (2007). Promediación coherente mejorada mediante transformada Wavelet de potenciales evocados auditivos de tronco cerebral. Proceedings of IFMBE, 18, 183–187.

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Transmisión bluetooth de la señal de electrocardiografía a dispositivos

móviles portátilesMario F. Luna, Edwin F. Luna, Guillermo A. Molina, Javier Villamizar.

Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia.

bioelectronict800@gmail.com

Introducción

En este trabajo se presenta un sistema de transmisión portátil a dispositivos móviles de la actividad cardiaca, se describen las diferentes etapas de diseño y su implementación. Este sistema provee al paciente la señal electrocardiográfica (ECG) que puede ser visualizada en la pantalla de un dispositivo móvil, ya sea celular o tablet. El dispositivo adquiere la señal, la digitaliza y la transmite, implementando los protocolos de comunicación Bluetooth.

Materiales y métodos

Para el diseño se tuvo en cuenta el Amplificador Operacional de instrumentación médica INA128 de Texas instruments, el cual provee dos entradas VIN con protección a sobre voltajes.

Microcontrolador: Arduino Nano, Producido por Gravitech.

Modulo Bluetooth: ModemBlueSMiRFSilver / SparkFun Electronics el modulo trabaja como una línea de comunicación serial (TX/RX). Tiene un rango de transmisión 18m.

Electrodo Adult-Ped 3M: Sensor de plata/cloruro de plata.

Figura 1: Explica la adquisición y acondicionamiento de la señal (ECG) en la etapa analógica

Fuente: Elaboración del autor

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La implementación del circuito inicia con los electrodos, ahí se da la adquisición de la señal.

El electrocardiógrafo de monitoreo adquiere una derivación de la señal ECG, la derivación D2 con 3 electrodos. Esta derivación nos permite obtener un buen complejo QRS que refleja la actividad ventricular y la onda P (actividad auricular) que es muy útil para el monitoreo de las arritmias cardíacas (De la Parte, 2004).

Se realizó el diseño de un filtro pasa altos con una frecuencia de corte de 0.05 Hz. Luego se realizó el diseño de un filtro pasa bajos, con una frecuencia de corte de 40 Hz. La señal ECG tiene un espectro frecuencia que va desde los 0 Hz hasta los 100 Hz, pero para el diseño de los filtros se tuvieron en cuenta las frecuencias de 0.05 a 40 Hz debido a que son las frecuencias que corresponden a monitoreo (Vidal, 2010).

Figura 2: Señal ECG

Fuente: Elaboración del autor

Finalmente, la señal (ECG) ingresa al microcontrolador (Nano-Arduino), donde se lleva a cabo la digitalización.

Figura 3: Programa codificado en el microcontrolador

Fuente: Elaboración del autor

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Resultados y discusión

La señal transmitida a través del módulo bluetooth se recibe en el smartphone, tableta o dispositivo móvil con el sistema operativo Android, mediante una aplicación llamada Sensorgraph, que utiliza el plug-in Amarino (kit de herramientas para leer los datos en tiempo real que se producen en el Arduino).

Figura 4: Señal de Electrocardiografía visualizada en Samsung Galaxy SII

Fuente: Elaboración del autor

Finalmente, se logró diseñar e implementar un prototipo portátil de (ECG) para una derivación con transmisión bluetooth y la visualización de la señal en un dispositivo móvil.

La tecnología bluetooth es un sistema de comunicación inalámbrica prevista para reemplazar los cables de conexión con los diferentes tipos de dispositivos desde teléfonos móviles hasta equipos médicos.

Se implementó la tecnología de transmisión bluetooth debido a que es un estándar global de comunicaciones inalámbricas, además ofrece la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas facilitando la sincronización de datos entre los equipos personales (Fernández, 2004).

Conclusiones

No fue necesaria la implementación de filtros digitales; con el diseño de los filtros análogos se obtuvo una excelente respuesta en las respectivas frecuencias de corte.

El microcontrolador Arduino Nano permite un procesamiento de la señal práctico, además es compatible con la aplicación Sensorgraph.

Las comunicaciones inalámbricas permiten tener un acceso práctico y rápido a los datos del paciente y monitorizar la actividad eléctrica cardiaca.

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Referencias

De la Parte, P.L. (2004). Monitoreo transoperatorio del segmento ST. En http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-749320040001000- 03

Vidal S. C., y Gatica, R. V. (2010). Diseño e implementación de un sistema electrocardiográfico digital. Revista Facultad Ingeniería Universidad Antioquia, 55, 99-107.

Fernández, G. E. (2004). Fundamentos tecnológicos para el gestor comercial. ESIC Editorial (1ª Ed.). Conocimientos y aplicaciones tecnológicas para la dirección comercial. Madrid, España: ESIC Editorial.

Boylestad, R.L., y Nashelsky, L. (2003). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. (8a Ed.). México: Pearson Educación.

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Estudio de la gestión de tecnología biomédica implementando herramientas

tecnológicas modernasJavier Enrique Camacho Cogollo

Estudiante de maestría Gestión de la innovación tecnológica ITM

javiercamacho2010@gmail.com

Introducción

Las instituciones de salud han comprendido que la tecnología en salud es una herramienta fundamental para el desarrollo de la actividad médica (Ruiz, 2005) que requiere de una adecuada gestión para ofrecer seguridad y efectividad.

A nivel mundial, la vigilancia tecnológica es considerada como un proceso sistemático que se utiliza para capturar, analizar y difundir información de diversa índole, con el objetivo de identificar y anticipar oportunidades o riesgos, para mejorar la formulación y ejecución de la estrategia de las organizaciones (Sánchez, 2002).

En este trabajo se analizan las últimas tendencias de la gestión de la tecnología biomédica a nivel mundial y se presenta una propuesta metodológica para su aplicación en los equipos biomédicos.

Metodología

Para el desarrollo de este estudio, en primer lugar se realizó una revisión bibliográfica siguiendo el estado del arte y las mejores prácticas, y posteriormente se hizo un análisis prospectivo aplicando una encuesta a 13 expertos a través del método Delphi. Posteriormente, se analizó una muestra de producción científica basada en la vigilancia de la evaluación tecnológica biomédica, en este sentido se estableció como factor crítico de búsqueda la expresión “health technology assessment” limitado en tiempo: (desde el año 2004 en adelante) y lugar (España, Dinamarca y Estados Unidos).

Se realizó un estudio prospectivo, donde se definió como herramienta de estudio la técnica Delphi. Se seleccionaron 13 expertos en temas de gestión de tecnología biomédica. Para la recolección de la información se aplicó una encuesta de 10 preguntas, las cuales tenían la intensión de determinar la proyección de la gestión de la tecnología biomédica en Colombia al año 2018. En el aplicativo de la encuesta se incluyeron diferentes aspectos a evaluar, entre ellos: normatividad, herramientas tecnológicas, calidad, y el impacto de la innovación, las tecnologías de la información y las comunicaciones TIC y los equipos médicos en la gestión biomédica.

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Resultados y discusión

En España, los resultados del estudio de la Agencia de Salud de Barcelona (García, 2004), muestran la necesidad de mejorar en la estandarización del proceso de evaluación, además incluir valores sociales, de costo-efectividad, y aumentar la coordinación internacional. Varias agencias gubernamentales de este país (Ministerio de Sanidad y Consumo, 2006) han trabajado las ETS (Evaluación de Tecnología Sanitaria) de forma sistemática en sus hospitales, identificando así sus ventajas y sus retos, lo que les ha permitido ajustar la metodología a sus necesidades, convirtiéndose así en referentes mundiales de este tema.

En Dinamarca, para el año 2005, se desarrolló una metodología que se tituló mini-HTA (The National Board of Health, 2005) que consiste en el diligenciamiento de un formato que incluye varias preguntas, agrupadas en 4 perspectivas: tecnología, paciente, organización, economía. El objetivo es suministrar información suficiente para tomar la decisión de incluir o reemplazar una tecnología. Los resultados, en cuanto a ventajas, consecuencias y efectividad fueron revisados en diferentes estudios (Ehlers, 2006; Kidholm, 2009). Por otro lado, diversas publicaciones demuestran la efectividad de esta herramienta en el caso de la tecnología biomédica de la Fuerza Aérea de Estados Unidos (Keller, 2005). También se han hecho estudios de ETS como herramienta para controlar el gasto público (Wallner, 2008) o aplicar nuevas metodologías como la prospectiva (Plüddemann, 2010) para potenciar sus resultados. En el primer caso, se muestra la necesidad de implementar las ETS desde una perspectiva amplia que involucre diferentes actores, tales como el fabricante, el gobierno y los usuarios finales de la tecnología. El segundo estudio, introduce un concepto prospectivo para el análisis de las evaluaciones utilizando la metodología Delphi y obtener así un consenso internacional de expertos en el tema.

En el 2006, la Organización Mundial de la Salud (OMS) hace un llamado a realizar una evaluación de la tecnología que incluya un análisis de relación costo-efectividad antes de incorporar tecnología en los centros de salud (OMS, 2006). Con el fin de contribuir a la solución de esta problemática, este organismo inició en el año 2007 un proyecto sobre Dispositivos Médicos Prioritarios, y para ello elaboró un método basado en criterios de salud pública. El estudio consiste en identificar y analizar los problemas de salud más importantes, luego determinar los modos de tratamiento adecuados y con base en esto generar una lista de dispositivos médicos fundamentales para su tratamiento (OMS, 2012).

En este sentido, la OMS ha construido una serie de documentos técnicos que sirven como marco de referencia para el desarrollo de programas de gestión de tecnología sanitaria. Para lograrlo, en primer lugar se realizó una revisión bibliográfica siguiendo el estado del arte y las mejores prácticas, y posteriormente se hizo un análisis prospectivo aplicando una encuesta a 13 expertos a través del método Delphi. Se destacan dos instrumentos: la evaluación de necesidades y las ETS. El primero se considera como un proceso que proporciona información necesaria para definir las prioridades en siete pasos y sugiere algunos instrumentos específicos; el segundo consiste en valorar las propiedades, efectos e impactos de la tecnología sanitaria, ambos sirven como apoyo para su incorporación de forma costo-efectiva y segura (OMS, 2012).

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Por su parte, el Ministerio de Protección Social de Colombia ha dispuesto de documentos con el objetivo de entregar pautas para la toma de decisiones durante la adquisición de equipos médicos, los cuales sirven como guías prácticas que incluyen pautas, criterios y fuentes de información disponibles. Es de gran valor su contenido por tener en cuenta aspectos epidemiológicos, técnicos, administrativos, económicos, financieros, legales y de impacto social. (Ministerio de Protección Social de Colombia).

Estudio prospectivo

Los resultados de la encuesta a 13 expertos entregaron resultados interesantes sobre la proyección de la gestión de la tecnología biomédica al año 2018. Aquí se resaltan las respuestas más importantes:

• A la pregunta: ¿las herramientas tecnológicas como: la vigilancia, la transferencia, y la prospectiva ¿podrían fortalecer la gestión de la tecnología biomédica? El 42% manifestó estar parcialmente de acuerdo mientras que el 50% está totalmente de acuerdo.

• A la pregunta, ¿considera que ¿Las Tic, el trabajo en red interinstitucional y la innovación podrían potenciar la gestión de la tecnología biomédica? El 75% respondió estar totalmente de acuerdo y el 17% parcialmente de acuerdo.

• A la pregunta, ¿qué estrategias deberían de implementar los hospitales para enfrentar este fenómeno tecnológico? Se recibieron diferentes respuestas como las siguientes: «redefinir el modelo tecnológico de algunas organizaciones» «desarrollar capacidades tecnológicas» «analizar permanente el entorno hospitalario nacional e internacional» y «aumentar la capacitación en transferencia y negociación tecnológica».

Metodología de gestión propuesta

Con base en los resultados encontrados y las opiniones entregadas por los expertos, se propone, a partir del ciclo de vida de la tecnología, una metodología de gestión del equipamiento biomédico (ver Figura 1) incluyendo herramientas tecnológicas modernas como la vigilancia, la transferencia, la prospectiva, como complemento para la fase de planeación de la tecnología.

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Figura 1: Propuesta de ciclo de vida de la tecnología biomédica implementando herramientas tecnológicas

Fuente: Elaboración del autor a partir de OMS (2005)

Adicional a esto, se plantea la necesidad de aplicar una adecuada gestión del conocimiento, un sistema de medición de la eficacia, seguridad y desempeño de la tecnología instalada por medio de indicadores de gestión, y por último para garantizar su adecuada operación implementar un programa de mantenimiento preventivo basado en riesgo.

Todo esto, dentro de un marco normativo que permita realizar una adecuada vigilancia de posibles eventos e incidentes que se puedan presentar durante la trayectoria de uso de los dispositivos y equipos médicos, para ello se hace indispensable implementar el programa de tecnovigilancia. Finalmente, se incluye la estrategia de I+D+i en este ciclo, esto con el objetivo potenciar la competitividad y generar beneficios en el sector salud.

Esta propuesta podría generar una sinergia entre diferentes sectores del área médica y serviría como herramienta para nutrir de conceptos innovadores a los fabricantes de las nuevas tecnologías biomédicas alineando esfuerzos para la el diseño de soluciones a problemas locales y nacionales.

Conclusiones

En este trabajo se revisó el estado del arte de las últimas tendencias en gestión de tecnología biomédica, identificando así el uso de herramientas como las ETS, la prospectiva y los análisis

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de costo-efectividad para soportar las decisiones de adquisición de equipos médicos. A través de un estudio prospectivo se consultó a 13 expertos que manifestaron la importancia de incluir nuevas herramientas dentro de la gestión de la tecnología. En este sentido, se identificaron las herramientas tecnológicas más exitosas y se implementaron en el ciclo de vida de la tecnología que propone la OMS. De esta forma queda abierta la puerta para realizar estudios más profundos sobre este tema y evaluar los resultados de esta metodología en centros de salud.

Referencias

Ruiz, C. (2005). Estudio descriptivo de la ingeniería clínica para proponer un plan de estudios para la especialización en ingeniería clínica. Tesis de grado, EIA-CES.

Sánchez, M., y Palop, F. (2002). Herramientas de Software para la práctica de la Inteligencia Competitiva en la empresa. Madrid: Triz XXI.

García-Altés, A.G. (2004). La introducción de tecnologías en los sistemas sanitarios: del dicho al hecho. Gaceta Sanitaria, 18(5), 398–405.

Ministerio de Sanidad y Consumo (2006). Actualización de la Guía de Adquisición de Nuevas Tecnologías. Sevilla: Agencia de Evaluación de Tecnologías Sanitarias de Andalucía AETSA.

The National Board of Health. (2005). Introduction to mini-HTA. Copenhage: Danish Centre for Evaluation and Health Technology Assessment.

Ehlers, L., Vestergaard, M., Kidholm, K., y Bonnevie, B. (2006). Doing mini–health technology assessments in hospitals: A new concept of decision support in health care? International Journal of Technology Assessment in Health Care, 22(3), 295–301.

Kidholm, K., Ehlers, L., Korsbek, L., Kjærby, R., y Beck, M. (2009). Assessment of the quality of mini-HTA. International Journal of Technology Assessment in Health Care, 25(1), 42–48.

Keller Jr., J.P., y Walker, S. (2005). Best Practices for Medical Technology Management: A U.S. Air Force–ECRI Collaboration. En (Vol. 4) Advances in Patient Safety: From Research to Implementation. Rockville (MD): Agency for Healthcare Research and Quality (US).

Wallner, P.E., y Konski, A. (2008). The Impact of Technology on Health Care Cost and Policy Development. Seminar in Radiation Ocology, 18(3), 194-200.

Plüddemann, A., Heneghan, C., Thompson, M., Roberts, N., Summerton, N., y Linden, L. (2010). Priorisation criteria for the selection of new diagnostic technologies for evaluation. BMC Health Services Research, 10, 109 .

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Ministerio de Protección Social de Colombia. (s.f.). Manual de adquisición de tecnología biomédica. En http://bit.ly/15DtODi

Organización Mundial de la Salud. (2006). The role of medical devices and equipment in contemporary health care systems and services. Turquía: WHO.

Organización Mundial de la Salud. (2012). Dispositivos médicos: la gestión de la discordancia. Francia: WHO.

Organización Mundial de la Salud. (2012). Evaluación de las necesidades de dispositivos médicos. Ginebra: WHO.

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Diseño del acondicionamiento de los sensores y del software para un instrumento

virtual multipatrónAlexander Arias Londoño, Andrés Ramírez Barrera, Hernán Salazar Escobar

Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín, Colombia.

profeitm@gmail.com

Introducción

En Colombia son escasas las empresas prestadoras de servicios de salud que cuentan con un laboratorio para realizar la calibración de sus equipos biomédicos, ello las obliga a acudir a terceros para que les presten este servicio. La ley Colombiana en salud, exige que todo equipo biomédico debe portar un certificado de calibración para su correspondiente aval en el área donde este va a operar, teniendo en cuenta los parámetros exigidos por el Ministerio de la Protección Social (Culma, 2011).

En la actualidad se encuentran laboratorios que ofrecen el servicio, algunos no cuentan con la acreditación en algunas variables industriales en el área de metrología biomédica correspondiente, debido a que en el país no se cuenta con una cultura metrológica para el aseguramiento de las mediciones y la debida interpretación de los resultados, como también los métodos de calibración validados, ya sean propios o bajo norma, y que cuenten con trazabilidad correspondiente a los patrones internacionales de medida (Culma, 2011). Teniendo en cuenta las estrategias para el desarrollo de los planes nacionales de Ciencia y Tecnología, una de las estrategias es: «La modernización de la sociedad colombiana requiere del fortalecimiento de la capacidad científica en las áreas básicas y sociales, y del avance de los procesos de innovación tecnológica. Para acrecentar su productividad y mejorar su calidad, condiciones fundamentales de la competitividad de los sectores productivos, debe desarrollarse una política activa de ciencia y tecnología» (DNP, 2011). Por ello se ha desarrollado el prototipo Instrumento Virtual Multipatrón (IVM), el cual ayuda en las labores de metrología biomédica.

Metodología

Diseño de acondicionamiento para el sensor de temperatura

Para la medición de temperatura de los instrumentos a calibrar fue seleccionado el sensor PT100. Este sensor cambia su resistencia en función de la temperatura, su polarización se realizó a 5V, entregados directamente por la tarjeta de adquisición de datos a través de la conexión USB. En el marco del proyecto también se ha diseñado el modulo para NIBP.

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Figura 1: Diseño de la etapa de amplificación de la PT100

Fuente: Elaboración del autor

El objetivo de este diseño de acondicionamiento consiste en medir un rango de temperatura entre 0 y 100°C. Para estos valores de temperatura la PT100, de acuerdo a la tabla del fabricante, varía solo 38.5 Ω, es decir, para una temperatura de 0°C el valor de resistencia es de 100 Ω y para el máximo de 100 °C es de 138,51Ω.

Los cálculos matemáticos para el diseño del circuito de la Figura 1 están dados por las ecuaciones 1 a 5, PT100(2013)TI(2013)Omega(2013)

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Voltaje de la PT100 (divisor de tensión):

−= 1

2

1

RRVV inout (ec.3)

−== 1

2

1

RR

VV

Gin

out (ec.4)

Ecuación del amplificador no inversor:

ajusteRTD

ccRTD RR

VI

+= (ec.1) RTDRTDRTD RIV = (ec.2)

Cálculos para el amplificador restador:

−=

1

2

RRVVV refampout (ec.5) R2=R1 , G=1 VRef =1.2V

Resultados

En la Figura 1 A se presenta el sistema IVM en su parte externa. En la Figura 1 B se muestran los accesorios necesarios para el trabajo con el (IVM) Instrumento Virtual Multipatrón; en él se observan los sensores que se necesitan, los cables de comunicación, la DAQ interna PTAD(2013) y la fuente de alimentación con adaptador (Arias, 2012).

A B

Figigura 1: A) Sistema Instrumento Virtual Multipatrón y B) Accesorios

Fuente: Elaboración del autor

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Software desarrollado para el instrumento virtual multi-patrón

En las Figuras 2 y 3 se muestran las interfaces de software para el Instrumento Virtual Multipatrón NI(2013).

Figura 2: Diseño de la interfaz de software para la medición de la temperatura

Fuente: Elaboración del autor

Figura 3: Diseño de la interfaz de software para la medición de la NIBP

Fuente: Elaboración del autor

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Conclusiones

Se presentó una metodología estructurada para el desarrollo de un prototipo para metrología biomédica, desde su concepción y aportes, pasando por el desarrollo circuital y matemático hasta llegar a la etapa de diseño de software.

La importancia de la Metrología Biomédica está contemplada en normas nacionales. El desarrollo de prototipos de fácil adquisición por la comunidad médica llevará más desarrollo a todas las comunidades del territorio colombiano y hace que las posibilidades de mejora de las condiciones de vida de los colombianos suban.

Las Instituciones Prestadoras de Servicios de Salud (IPS) deben cumplir requisitos básicos, y en su mayoría, deben acudir a laboratorios de calibración en equipos médicos que cumplan con procedimientos y métodos de calibración confiables, el desarrollo de nuevos prototipos que tengan incorporadas varias variables, en este caso múltiples patrones (multipatrón) conlleva a realizar los procesos de calibración y trazabilidad de una forma semiautomática y ayudar a los metrólogos en sus tareas manuales.

La realización de este proyecto permite el análisis de los datos obtenidos con el Instrumento Virtual Multi-patrón. Por medio de los resultados obtenidos se construirá una plantilla en Excel que tome los datos de temperatura o presión y los compare con el equipo que se desee calibrar. El software debe constar de plantillas de Trazabilidad, Datos del equipo, Certificado Equipo, Rangos de medición, Resultados Mediciones y Certificado calibración.

Referencias

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Catalina Tobón ZuluagaCompiladora

Nació en Medellín –Colombia-, es Ingeniera Biomédica del programa en convenio de la Escuela de Ingeniería de Antioquia y la Universidad CES. Ha realizado diplomaturas en Biotecnología Aplicada en la Universidad EAFIT y en Docencia Universitaria en la Universidad Pontificia Bolivariana; es Magíster en Ingeniería Biomédica del programa en convenio de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y la Universidad de Valencia, España, Doctora en Ingeniería Electrónica con énfasis en Bioelectrónica por la UPV y tienen un Postdoctorado realizado en el Center for Arrhythmia Research de la Universidad de Michigan, Estados Unidos. Para su formación obtuvo una «Beca para la formación de personal investigador de carácter predoctoral» y una «Beca para la contratación de personal investigador en formación» de la Generalitat Valenciana, España. Su tesis Doctoral recibió el reconocimiento Cum Laude. Su línea principal de investigación es el modelado y simulación de la actividad eléctrica cardiaca para el estudio de diferentes arritmias y su tratamiento farmacológico y quirúrgico. Ha participado de ocho proyectos de investigación y es autora de un libro, diversas publicaciones científicas además de haber participado en numerosos eventos científicos de carácter nacional e internacional. Actualmente trabaja como docente ocasional del INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO -ITM-, en el programa de Ingeniería Biomédica; es además líder del Grupo de Investigación e Innovación Biomédica del ITM e investigadora a distancia del Grupo de Bioelectrónica (Gbio-E) de la UPV.

Aportes en Ciencias Ingenieriles Biomédicas

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Las fuentes tipográficas empleadas son Bell MT para texto corridoy Canela para títulos.

En las últimas décadas, el ser humano se ha desenvuelto en un entorno de gran desarrollo tecnológico y científico que le ha permitido el mejoramiento en su calidad de vida. En el campo de la medicina, el desarrollo e implementación de las ciencias biomédicas y su integración con la ingeniería, ha permitido resolver problemas relacionados con los complejos procesos clínicos, facilitando y mejorando la atención de la salud.

En este contexto, «Aportes en ciencias ingenieriles biomédicas»

es un libro que recopila avances e investigaciones actuales en el área de las ciencias ingenieriles biomédicas a nivel nacional, en temas relacionados con la ingeniería clínica, biomecánica y rehabilitación, bioinstrumentación, modelación y simulación biomédica y procesamiento de bioseñales. Surge como respuesta a la necesidad de actualizar y divulgar el conocimiento y los avances en investigación en estas áreas, con el propósito de promover y difundir los resultados de investigación, contribuyendo al desarrollo académico, científico y tecnológico de la región y del país.

ISBN: 978-958-8743-44-8

In recent decades, humans have lived in an environment of great technological and scientific development that has allowed an improvement in their quality of life. In the field of medicine, the development and implementation of biomedical sciences and their integration with engineering, has contributed to solve problems related to the complex clinical processes, facilitating and improving health care.

In this context, “Contributions in biomedical engineering sciences” is a book that collects advances and current research in the area of biomedical engineering sciences at the national level on issues related to clinical engineering, biomechanics and rehabilitation, bioinstrumentation, biomedical modeling and simulation, and biomedical signal processing. This work is a response to the need to update and disseminate knowledge and advances in research in these areas, in order to promote and communicate the results of research, which has contributed to the academic, scientific and technological development of the region and country.

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