Revista Ingeniería Biomédica

EL MUNDO AÚN GUARDA MUCHAS OPORTUNIDADES

EL APORTE DE LA BIOMECÁNICA Y LA INGENIERÍA EN REHABILITACIÓN EN LA INGENIERÍA BIOMÉDICA DE LA EIA-CES

ANÁLISIS BIOMECÁNICO DE LA EPIFISIOLISIS DE LA CABEZA FEMORAL: COMPARACIÓN ENTRE FÉMURES SANOS Y ENFERMOS

En este trabajo se desarrolla un análisis por elementos finitos cuyo objetivo principal es determinar las diferencias de tensiones en la placa de crecimiento que se producen entre fémures sanos, con epifisiolisis unilateral y con epifisiolisis bilateral, para evaluar sus posibles causas. Se elaboraron los modelos de elementos finitos correspondientes a 45 pacientes. Los resultados mostraron un patrón de esfuerzos similar en todos los grupos de fémures y, además, la aparición de tensiones mayores en el grupo con epifisiolisis con respecto al grupo control. Se observó también que el valor del ángulo axial-fisis dependía significativamente del tipo de fémur analizado, y, además, una mayor influencia de los factores geométricos en la incidencia de la enfermedad, en comparación con la del índice de masa corporal.

In this work, a finite element analysis (FEA) is accomplished to study the differences of stresses in the growth plate, that are produced in healthy and unhealthy femurs, and to evaluate the possible causes of this illness. Finite element models of 45 patients were developed. The results demonstrated a similar pattern of stresses in all the groups of femurs and also the appearance of greater stresses in the group with slipped capital femoral epiphysis than in the control group. It was also observed a strong dependency on the value of the axial-fisis angle from the group of femur analyzed and a bigger influence of the geometric factors than of the body mass index, in the incidence of the illness.

MODELACIÓN POR ELEMENTOS FINITOS EN UN MODELO DE ANEURISMA

En un modelo con características geométricas y un comportamiento mecánico de la pared arterial generalizado para aneurismas periféricos, se realiza una modelación por elementos finitos (MEF) del efecto de la presión arterial y del espesor de la pared arterial en el saco de un aneurisma. Se analizan los esfuerzos de Von Misses, los esfuerzos tensores transversales y el desplazamiento en el saco del aneurisma. Se encuentra que el lugar más propenso a la ruptura para esta geometría de aneurismas es la región circundante a la arteria eferente y opuesta al flujo aferente. Se propone un proceso para realizar MEF en cualquier geometría de aneurisma y condiciones de presión, para analizar el riesgo y el lugar más probable de la ruptura.

Considering a model with generalized geometry and mechanical properties of the arterial wall for the peripheral vasculature aneurisms, a finite element modeling (FEM) is developed for analyzing the effects of arterial blood pressure and the arterial wall thickness in the aneurismal sac. The von Misses stresses, the transversal tensor stresses and the displacement in the aneurismal sac wall are analyzed. The possible site of rupture for this aneurism geometry is found surrounding the efferent artery and opposed to the flow inlet. A method for applying FEM to any aneurism geometry and blood pressure conditions is proposed for analyzing the risk of rupture and possible rupture site.

ANÁLISIS BIOMECÁNICO DE LA ESGRIMA MEDIANTE SISTEMAS OPTOELECTRÓNICOS DE ANÁLISIS DE MOVIMIENTO: ESTUDIO DE CASO: DEPORTISTA DE ALTO RENDIMIENTO

En este artículo se presenta el estudio de la técnica deportiva para esgrima por medio de un análisis biomecánico, realizado con ayuda de sistemas optoelectrónicos que capturan en tiempo real los dos gestos más destacados, el paso adelante y el fondo, con el objetivo de caracterizar digitalmente la biomecánica para su posterior análisis cinemático y de esta manera describir la técnica que tiene el deportista en la ejecución del movimiento. Con este estudio se lograron caracterizar de una forma cuantitativa las curvas de posición, ángulos articulares, velocidades y aceleraciones de cada uno de los marcadores situados en el cuerpo del deportista. Este estudio se realizó en un deportista de alto rendimiento, destacado en la modalidad de espada.

This article presents the study of fencing techniques through biomechanical analysis, using optoelectronic systems that capture in real time two main gestures: advance and lunge, with the objective to digitally characterize the biomechanics, for its further kinematical analysis to describe the fencer's technique in the movement execution. This study was made to characterize position curves, joint angles, velocity and acceleration of each of the markers located on the athlete's body, in a quantitative manner. This study was developed on a high performance athlete in sword modality.

INGENIERÍA CLÍNICA PARA NO INGENIEROS: ADQUISICIÓN DE EQUIPOS MÉDICOS

El sistema de salud moderno confía en los dispositivos y equipos médicos para brindar mayor calidad y mejor servicio a los pacientes. El cuidado proporcionado por los entes prestadores de servicios de salud, como clínicas y hospitales, depende de esta tecnología, mejorar y optimizar los servicios de atención y tratamiento de la salud de los pacientes. Por lo anterior, es muy importante contar con una persona capacitada que pueda proporcionar con eficacia un plan para la adquisición, mantenimiento y reemplazo de estos equipos médicos, y además, que esté en condiciones de optimizar la relación costo/beneficio en la institución. El ingeniero clínico es aquella persona capaz de desarrollar el plan de adquisición que beneficiará, no sólo a la institución prestadora de servicios de salud, sino también al paciente y al personal médico. Este artículo busca brindar, tanto al personal administrativo como al clínico, unas pautas básicas sobre el proceso de adquisición de la tecnología biomédica.

Modern healthcare relies heavily on all sorts of medical devices in order to provide care to patients. The care provided by hospitals and clinics depends in the technology that they have and the equipment that is available to offer the health service. It is therefore very important to have a person that can provide an effectively plan to acquire, maintain, and replace medical equipment and also that is capable to optimize the cost/benefit relation. The clinical engineer is the person that can develop the acquisition plan that would benefit not only the health care center but the patient and the medical staff. This article will provide to clinical and administrative staff a basic guideline to use in the technology acquisition process.

DEVELOPMENT OF AN ELECTRO-MECHANICALLY CONTROLLED HAND ORTHOSIS FOR ASSISTING FINGER EXTENSION IN STROKE SURVIVORS

Stroke is the leading cause of long-term disability in the world. It causes chronic deficits, such as hemiparesis, especially prevalent in the distal upper extremities. An electro-mechanically driven hand orthosis has been developed to assess the potential therapeutic use of such devices in rehabilitating hand function. A small Direct Current (DC) brushed motor is used as the main actuator, and a cable-driven glove connected to the motor shaft is the central component of the device. The orthosis control is achieved through a force feedback loop using a miniature load cell attached in series to the cable and control module. The later, generates Pulse Width Modulated (PWM) and direction signals required to drive the motor. The speed is determined by the duty cycle of the PWM signal while the direction by the status of a flag bit modified by a user-operated switch. A portable design was achieved by using a 6 V battery pack as the power supply. The device is ready for use in clinical trials with stroke survivor subjects as it has already been tested on healthy individuals with satisfactory performance.

Los accidentes cerebro-vasculares son una de las causas más comunes de discapacidad permanente en los Estados Unidos y el mundo. Esta condición causa déficits crónicos, como la hemiparesis, que es especialmente prevalente en las extremidades distales superiores. Se ha desarrollado una órtesis de mano controlada electromecánicamente para determinar el potencial uso terapéutico de este tipo de dispositivos en la rehabilitación funcional de la mano. Un pequeño motor de corriente directa es utilizado como el actuador principal, y un guante operado mecánicamente por el usuario por medio de un cable es el componte central del dispositivo. El control de la órtesis se logra por medio de un sistema automatizado utilizando un sensor de fuerza conectado al cable del guante. Adicionalmente se usa un microcontrolador para generar la señal de ancho de pulso modulada (PWM) y las señales de dirección requeridas para operar el motor, a una velocidad determinada por el ciclo de trabajo de la señal de PWM y en la dirección determinada por el estado de un bit bandera que es modificado por un interruptor que opera el usuario. El diseño es portátil y el dispositivo está listo para pruebas clínicas, ya que mostró un desempeño aceptable en pruebas iniciales con individuos sanos.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PEDAL DE BICICLETA BASADO EN SENSORES PIEZORRESISTIVOS PARA DETERMINAR LA FUERZA RESULTANTE

En el ciclismo colombiano, las pautas de entrenamiento se ajustan a partir de datos cualitativos basados en la observación directa al deportista. Esta investigación busca mejorar ese proceso por medio de la implementación de pedales instrumentados para obtener datos cuantitativos del rendimiento del ciclista. En este artículo se presenta el diseño y construcción de un prototipo de dispositivo dinamométrico que permite la captura de datos de fuerza en el pedal durante el gesto del pedaleo. El dispositivo funciona con base en un sensor de fuerza piezorresistivo (FlexiForce®) acoplado a un arreglo mecánico específico y a un sistema de acondicionamiento de señal que entrega un voltaje proporcional a la fuerza ejercida, cuyo registro y análisis se realiza por medio de LabVIEW TM. El dispositivo permite visualizar la fuerza del pedaleo en tiempo real.

In the Colombian cycling, the training guidelines are adjusted from qualitative data based on the direct observation of the sportsman. The aim of this research was to improve this process by the implementation of instrumented pedals to collect quantitative data of the performance of the cyclist. In this article we present the design and construction of a prototype of a dynamometric device that allows the acquisition of force data in the pedal. The device works based in a piezoresistive force sensor (FlexiForce®) connected to a specific mechanical adjustment and a signal conditioning system that gives a proportional voltage to the exerted force, whose registry and analysis are made in LabVIEW TM. The device allows the visualization of the pedaling force in real time.

FAST AND ACCURATE COMPUTATION OF THE EUCLIDEAN DISTANCE TRANSFORM IN MEDICAL IMAGING ANALYSIS SOFTWARE

Fast and accurate computation of the Euclidean distance map transformation is presented using the python programming language in conjunction with the vtk and itk toolkits. Two algorithms are compared on the basis of their efficiency and computational speed; Saitho algorithm and Danielsson's four-points Sequential Euclidean Distance (4SED). An algorithm is used to compute a scalar distance map from a 3D data set or volume, which can be used to extract specific distance values. The performance time for the Saitho computation speed was less than the Danielsson's 4SED computation allowing a faster calculation of the Euclidean distance map. A software analysis application was implemented using the Saitho algorithm for the computation of the scalar distance maps; it also included an underlying segmentation method to allow the computation of Euclidean distance maps on micro-CT images of segmented bone structures. In the future, this application could be used in conjunction with other image processing software applications of bone analysis.

Se implementó una aplicación utilizando el lenguaje de programación Phyton y las librerías ITK y VTK para un cálculo rápido y preciso de la transformada Euclidiana de distancia. Se compararon dos algoritmos, el propuesto por Saitho y el algoritmo de Danielsson en la versión four-points Sequencial Euclidean distance (4SED). Se evaluó la precisión y la velocidad computacional de ambos algoritmos, encontrando que la versión propuesta por Saitho es más rápida. Se implementó una aplicación de software para el cálculo de la transformada Euclidiana de distancia, incluyendo herramientas para la segmentacion de imágenes de micro-CT de estructuras óseas. A futuro esta aplicación puede ser usada en conjunto con otros software para análisis de imágenes en el procesamiento de estructuras oseas.

FABRICACIÓN DE MICROAGUJAS EN FOTORRESINA SU-8 MEDIANTE FOTOLITOGRAFÍA PARA APLICACIONES BIOMÉDICAS

Enfermedades hormonales como la diabetes exigen el uso frecuente de procedimientos para muestreo de fluidos y suministro de medicamentos que ocasionan traumas en los tejidos epiteliales por la penetración de agujas convencionales. Este hecho motiva el desarrollo de tecnologías alternativas que disminuyan el daño tisular y contribuyan a mejorar la calidad de vida de los pacientes, tema que constituye un campo activo de investigación en compañías y universidades alrededor del mundo. Este artículo presenta los resultados preliminares de la fabricación de arreglos de microagujas en Colombia, empleando la técnica de fotolitografía en capas gruesas de SU-8 que ha sido utilizada por el grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín. Se presentan las micrografías de agujas huecas y macizas obtenidas en diferentes tamaños y se discuten las cualidades y defectos del proceso de fabricación.

Hormonal illnesses like diabetes demand the frequent use of fluid sampling and drug delivery procedures, which produces traumas on skin tissues, as a result of conventional needles penetration. This fact motivates the development of alternative technologies that decrease tissue damage and contribute to improve the quality of life of the patients. This topic constitutes an active field of research in many companies and universities around the world. This paper presents preliminary results of the fabrication of microneedle arrays, using the technique of SU-8 thick film photolithography, previously standardized by the Group of Materials Science and Technology of the National University of Colombia in Medellín. Micrographs of the obtained hollowed and solid needles of different sizes are presented and goals and limitations of the proposed methodology are discussed.

DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO LOG-VISION DE PROCESAMIENTO DE IMÁGENES EN COLOR EN APLICACIONES A IMÁGENES OFTÁLMICAS

Este artículo describe un algoritmo para realzar los bordes en una imagen digital en color basada en la extensión S-CIELAB. Esta extensión implica una serie de filtros espaciales de suavizado en el espacio de color acromático y los colores oponentes para aproximar las funciones de sensibilidad al contraste del sistema visual humano. Los filtros son combinaciones lineales de máscaras gaussianas. En el presente trabajo se combinaron estos filtros espaciales con el operador laplaciano en cada canal opuesto y el canal acromático para obtener la imagen realzada. La imagen que resulta es restada de la imagen original en cada canal por separado y se transforma de nuevo a la representación del color independiente del dispositivo (XYZ) para obtener de esta forma la imagen realzada. Este artículo describe dos ejemplos que usan el algoritmo de realce con imágenes médicas del área oftálmica.

This paper describes an algorithm to sharpen a colour digital image based on S-CIELAB extension. S-CIELAB involves a series of smoothing spatial filters in the opponent color space to approximate the contrast sensitivity functions of the human vision system. The filters are linear combinations of Gaussian masks. The algorithm combines these spatial filters with the Laplacian operator in each opponent channel to obtain the sharpened image. The resulting image is then subtracted from the original image in each opponent channel and back transformed to the device independent representation space (XYZ) to obtain the final sharpened image. This article describes two examples that use the sharpening algorithm with medical images of the ophthalmic area.

JORNADAS DE INVESTIGACIÓN CES 2007