Revista Ingeniería Biomédica

PARA RECORDAR LOS INICIOS DE LA INGENIERÍA BIOMÉDICA EN ANTIOQUIA

LA BIOTECNOLOGÍA Y EL DESARROLLO DE INVESTIGACIÓN APLICADA EN EL PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA DE LA EIA Y EL CES

INTERFACES NEURONALES Y SISTEMAS MÁQUINA-CEREBRO: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES. REVISIÓN

Debido a la alta incidencia de personas en situación de discapacidad motora y sensorial, la investigación en el desarrollo de interfaces neuronales y sistemas de comunicación máquina-cerebro ha tenido gran auge a través de los últimos diez años. La construcción de estas interfaces requiere un trabajo coordinado de disciplinas como: fisiología, ciencia de los materiales, instrumentación y procesamiento de señales, inteligencia computacional, mecánica, electrónica, robótica e informática, entre otras. Todas ellas para lograr una correcta interconexión entre el funcionamiento del sistema nervioso, la construcción de electrodos biocompatibles, la obtención de señales aptas para el procesamiento, la clasificación e identificación de patrones codificados y el diseño de los elementos efectores que den sentido a la interfaz. En esta revisión se hace un recorrido por las tres etapas fundamentales de las interfaces neuronales: la detección de las señales, el procesamiento de estas y la amplia gama de posibilidades para los mecanismos efectores.

During the past ten years the Neural Interfaces and brain-computer communication systems area has become an important field for research, in part due to the increasing statistics of motor and sensorial disabilities. The development of these systems and interfaces requires the coordinated work of different areas such as physiology, materials science, instrumentation and signal processing, computational intelligence, mechanics, electronics, robotics, and informatics, among others. They allowed the right integration between the nervous system physiology, the construction of biocompatible electrodes, the acquiring of proper signals for processing, the classification and identification of coded patterns and the design of the actuators elements to finally achieve the goal of the interface. In this review the three basic stages of neural interfaces are shown. This includes: signal acquiring, signal processing and the wide variety of applications with the effectors systems.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DISPOSITIVO PARA LA ALERTA DE OBSTÁCULOS (DAO)

En este proyecto se presenta el desarrollo de un sistema electrónico portátil para personas ciegas. Está compuesto por un emisor y un receptor de ultrasonidos, manejados por un microcontrolador. Un bloque emisor genera ondas ultrasónicas, que al chocar con un obstáculo se reflejan y son captadas por un sistema receptor. La señal del eco es posteriormente amplificada, y tras la selección de un umbral en el microcontrolador, este informa la presencia o no de un obstáculo activando el motor de un vibrador ubicado en la cintura del paciente. Se exponen el diagrama de bloques del sistema, la lógica de programación del microcontrolador, el diseño mecánico y los esquemas de los circuitos.

This paper presents the development of a portable electronic device for blind people. It is composed of an ultrasonic pair (emitter-receiver), and lead by a microcontroller. First, an emitter block generates ultrasonic waves that are reflected after they had collided with an obstacle. The reflected signal is captured by the receiver. The signal is then amplified, and after a threshold comparison is made by the microcontroller, an output is carried to the motor of a vibrator located in the patient's waist. The systems block diagram, the programming logic, the mechanical design, and the electrical circuit schematics are presented.

DEVELOPMENT OF A DYNAMIC GONIOMETER WITH AN INCREMENTAL ENCODER

Angle dynamic measurements of body joints have become an important parameter to know for sportsmen, physicians and analysts of rehabilitation processes. The development of devices that allows those measurements turns out to be a hard work for biomedical engineers because during the acquisition process the mechanical system usually affects the natural joints movements. Digital goniometers have been constructed using different electronic principles, especially using resistance variations in potentiometers. In this paper we propose the construction of a dynamic goniometer with an incremental encoder using a mechanical transmission between a hinge and a pulley connected to an optical disk. The rotation is detected with an infrared led and a phototransistor. Calculations are done through a microcontroller and finally shown in real time using a liquid crystal display (LCD).

La medición dinámica de los ángulos articulares se ha convertido en un parámetro fundamental para deportistas, médicos y analistas de los procesos de rehabilitación. El desarrollo de dispositivos para estas aplicaciones ha presentado retos importantes debido a la imposibilidad de implementar los sistemas mecánicos requeridos para la medición, sin afectar el movimiento natural de las articulaciones. Los goniómetros digitales se han construido a partir de diferentes principios electrónicos, particularmente basados en las variaciones resistivas de potenciómetros. Este trabajo muestra el desarrollo e implementación de un goniómetro dinámico basado en un encoder incremental con un sistema de transmisión mecánico entre una articulación de tipo bisagra y una polea conectada a un disco óptico. La rotación se detecta con un LED infrarrojo y un fototransistor. El cálculo del movimiento angular en la articulación se realiza con un microcontrolador. Finalmente los datos se muestran en tiempo real en una pantalla de cristal líquido (LCD).

SPEEDMED: DEVICE FOR MEASURING VELOCITY IN TRACK SPORTS

Everyday, industries make use of economic resources to carry on research studies of products to improve the athletic performance of people. This is the main reason why it is believed that the development of an inexpensive and portable device capable of measuring times and speeds in track sports in general will provide useful information to study the performance of not only sportsmen, but also of ordinary people under stress situations allowing them to determine their weaknesses. In this project, two very simple sensors (photocells) are used to develop a device capable of measuring speed. A microcontroller was programmed to measure the time between the interruptions of two laser beams which lighten the surfaces of photocells, and it was also programmed to calculate velocity for a given distance. These values are sent to a Liquid Crystal Display (LCD) where they can be visualized and interpreted.

El desarrollo de productos e investigaciones relacionadas con el mejoramiento del desempeño atlético ha sido impulsado por el apoyo económico de las crecientes industrias deportivas. Así, la construcción de un dispositivo económico y portátil que permita medir los tiempos y velocidades en deportes de pista proporcionará información adecuada para cuantificar el progreso de los deportistas relacionados e identificar los aspectos para fortalecer. Su uso podría extenderse a personas ordinarias bajo condiciones de estrés. En este trabajo se utilizaron fotoceldas para desarrollar un dispositivo capaz de medir la velocidad en los escenarios mencionados. Para esto se programó un microcontrolador que mide el intervalo de tiempo entre las interrupciones de dos haces de láser que impactan la superficie de las fotoceldas, y luego calcula la velocidad para una distancia dada entre los sensores. Finalmente los valores se envían a una pantalla de cristal líquido (LCD) para su visualización e interpretación.

DISEÑO DE UN SCALP COOLING SYSTEM

La pérdida de cabello inducida por tratamientos contra el cáncer es uno de los efectos secundarios más traumáticos y comunes en los pacientes. El enfriamiento del cuero cabelludo se ha convertido, progresivamente, en un método que previene la alopecia. En este artículo se describe el proceso llevado a cabo para diseñar un sistema de enfriamiento del cuero cabelludo que permita prevenir la pérdida de cabello inducida por la quimioterapia.

Chemotherapy-induced hair loss is one of the most common and distressing side-effects of cancer therapy. Scalp cooling has become an increasingly effective method to prevent hair loss. The aim of this article is to describe the process of design of a scalp cooling system to prevent chemotherapy-induced alopecia.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN FONOCARDIÓGRAFO DIGITAL CON VISUALIZACIÓN EN LABVIEW

Un buen diagnóstico de enfermedades relacionadas con válvulas cardiacas se debería dar a partir de un fonocardiograma capaz de suministrarle al médico una información confiable de la situación del paciente. Se presenta el diseño de un fonocardiógrafo con la capacidad de amplificar y filtrar las señales acústicas derivadas del corazón. Posteriormente se realiza una conversión análogo-digital de las señales para ser enviadas por puerto serial a un entorno gráfico en LabVIEW para su registro y análisis en tiempo real.

The auscultation of the heart noises has always been an important tool in medicine, a good diagnosis of illnesses related to the heart valves should be given from a phonocardiogram able to give the doctor a reliable information of the patients situation. The design presented is a phonocardiograph capable of amplifying and filtering the acoustic signs derived from the heart. After an analog to digital conversion of those signs the information is sent by serial port to a graphic environment in LabVIEW for its registration and analysis in real time.

**CONTROL DE MOUSE PARA COMPUTADOR MEDIANTE POTENCIALES ELÉCTRICOS OCULARES**

El uso creciente de los computadores, y toda la tecnología asociada, ha promovido la creación de dispositivos de hardware cada vez más cómodos y eficientes para el usuario. Un número significativo de personas en situación de discapacidad no puede acceder a esta tecnología. Por esa razón, se han diseñado mecanismos, distintos a los tradicionales, para atender las necesidades de dichas personas. Entre estos mecanismos se han utilizado sistemas de control basados en biopotenciales. En este artículo, se presenta la construcción de un prototipo de mouse, cuyo movimiento en sentido horizontal es determinado por las señales eléctricas provenientes de desplazamientos oculares derecha-izquierda, que son captados por amplificadores de biopotenciales y posteriormente procesados y microcontrolados.

The use of computers and associated technology, has promoted the development of more comfortable and efficient hardware devices. Many handicapped people can not access to this technology. As a result, innovative mechanisms have been designed to attend the requirements of these people. One of such mechanisms has been the control through biopotentials. This article presents the construction of a mouse prototype, which allows horizontal displacements in response to left and right ocular movements that are registered by instrumentation amplifiers, processed and microcontrolled.

VIRTUALEAR: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN AUDIÓMETRO VIRTUAL

Se desarrolló un audiómetro virtual en la plataforma de instrumentación virtual Labview 7.1. VirtualEar es un sistema que permite evaluar la capacidad auditiva mediante la realización de una prueba de audiometría aérea con posibilidad de enmascaramiento para detectar la audición cruzada. La audiometría se realiza reproduciendo tonos puros en el intervalo de frecuencias audibles (125Hz-8000Hz) con intensidad de presión sonora (SPL) variable en un rango de 0dB a 110dB. El enmascaramiento consiste en enviar una señal de ruido blanco al oído opuesto del que se está evaluando la capacidad auditiva. Ambas señales se emiten por dos canales separados y conforme se hace la prueba se van detectando los umbrales de mínima presión sonora audible. El audiómetro virtual VirtualEar permite generar y guardar la información en tablas, gráficos y reportes. Además permite manejar archivos de cada paciente e imprimir resultados.

A virtual audiometer was developed using the virtual instrumentation platform Labview 7.1. VirtualEar is a system that permits the evaluation of the audible capacity of a person, through an audiometric prove by air, with masking, to detect the crossed audition. The audiometry is done producing pure tones in the audible frequency's range (125Hz-8000Hz) with pressure intensity that varies in a range from 0dB to 100dB. Masking consists on sending a white noise signal to the opposite ear of the one that is being tested. Both signals are emitted through two separate channels, and in that way, the threshold of minimum audible pressure is detected. VirtualEar also permits to generate and save the information in tables, graphics and reports. Furthermore, it's possible to control each patient's files and print the results.

PROTOTIPO DE INCUBADORA NEONATAL

Las incubadoras neonatales proporcionan un entorno controlado para recién nacidos que necesitan cuidados especiales. Este prototipo ha sido diseñado para cubrir las necesidades mínimas en los hospitales, de modo que el personal médico pueda controlar el entorno del neonato. Este artículo reporta el diseño y construcción de un prototipo que incluyó una investigación con el fin de seleccionar y construir los elementos del prototipo: chasis, cúpula, portacolchón y una fuente de poder. Dentro de la incubadora se dispusieron sensores de temperatura, luminosidad, ruido, humedad y una alarma de apertura de la puerta; todos con el fin de garantizar el buen estado de salud del neonato. Con estos elementos, se pudo obtener un prototipo funcional, que se convierte en un primer paso para el desarrollo de incubadoras neonatales con tecnología apropiada.

Newborn and premature infants incubators provide a controlled environment for infants which need special care. The constructed prototype has the potential to cover the minimal needs in a hospital, in a way that medical staff may control the newborn environment. This article reports the design and construction of the prototype included research for selecting and building the elements of the prototype: the chassis, hood, mattress case, and a power source. Different transducers were included in the incubator for measuring temperature, luminosity, noise, humidity, and a door alarm. The purpose of these was to guaranty the proper conditions for the newborn. The constructed prototype is fully functional and constitutes a first step for building newborn incubators with appropriated technology.

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE AUDICIÓN VIBROTÁCTIL PARA EL ACCESO A LA MÚSICA: FASE I

Mediante el sentido del tacto es posible transmitir gran cantidad de información al sistema nervioso central, que se procesa en la corteza cerebral de manera similar a como se realiza en las áreas específicas para la audición y la visión. Los dispositivos de estimulación táctil utilizan dos modalidades básicas: vibrátil o eléctrica, de las cuales la primera ha sido elegida para el sistema presentado. Los sistemas de audición vibrotáctil se han enfocado al desarrollo de habilidades comunicativas, sin embargo con este trabajo se busca la construcción de un dispositivo que permita evaluar la posibilidad de lograr habilidades musicales y artísticas reflejadas en la capacidad de identificación e interpretación de piezas musicales, a partir de la estimulación vibrotáctil. El sistema fue desarrollado con una interfaz gráfica en LabVIEW 7.0. Ésta permite el aprendizaje del sistema de audición con herramientas propias específicas para aumentar la sensibilidad del usuario. Además, se implementaron diferentes métodos de realimentación visual que permiten establecer relaciones directas con conceptos de acústica y teoría de la música.

The sense of touch transmits not only isolated tactile sensations also information that can be processed at the cerebral cortex in a similar way as it is in the brain areas for audition or vision. Both vibratile and electrical stimuli have been used for tactile stimulation devices, and the former was chosen for the system presented. The tactile auditory-substitution systems have focused on communication skills, but this work pretends the construction of a device for developing musical and artistic skills. These should be reflected in the capacity to identify musical pieces through tactile stimulation. The graphical user interface of the system was programmed using the virtual instrumentation software LabVIEW 7.0. It includes tools for the learning of the system, which were developed to help increasing the sensitivity of the user. Besides, to ensure a clear association with music theory and acoustic concepts some visual feedback systems were implemented.