Revista Ingeniería Biomédica

ENTREVISTA A JOHN DIEGO RIASCOS, EL SOLDADO SIN ROSTRO

TODOS UNIDOS POR COLOMBIA. ENTREVISTA A LA PRESIDENTE Y FUNDADORA DE UNITED FOR COLOMBIA

BIOMEDICAL ENGINEERING IN COLOMBIA: AN UNDERGRADUATE STUDIES APPROACH

El presente artículo expone el estado de la formación en Ingeniería Biomédica en Colombia a nivel de pregrado. Se revisaron programas de la Unión Europea y los Estados Unidos. A nivel nacional, se revisaron, bajo la categoría de Ingeniería Biomédica y Bioingeniería, los planes de estudio de quince instituciones de educación superior a partir de tres fuentes de información: Páginas Web de Universidades, Sistema de Información de Educación Superior y Observatorio Laboral (Ministerio de Educación Nacional). Se encontró que la oferta de los programas nacionales de Ingeniería Biomédica y Bioingeniería en su conjunto en la ciudad de Bogotá D.C. representa el 30% de la totalidad de la oferta en el país, Antioquia (Medellín) representa el 27%, Valle del Cauca (Cali) el 13% y los demás departamentos representan el 30% restante. Los programas de educación superior en Ingeniería Biomédica muestran una uniformidad en cuanto a la duración y a las competencias a desarrollar con ligeras diferencias en los énfasis y los perfiles de egreso. Actualmente existen al menos 528 Ingenieros Biomédicos y Bioingenieros graduados en el país (0,27% del total de las ingenierías). La tasa de graduados por año, entre 2001 y 2007 es en promedio de 75 Ingenieros Biomédicos y Bioingenieros. Se puede concluir que a pesar de la oferta de programas activos de Ingeniería Biomédica a nivel nacional, la tasa de graduados es baja con relación a: la población colombiana que va en aumento, el incremento de personas con discapacidad y adultos mayores y el número de graduados de otras ingenierías. Se propone la reflexión, sobre el reto que imponen los avances científicos y tecnológicos mundiales que de alguna manera se convierten en directrices de formación.

This academic paper presents the state of Colombia's undergraduate education in Biomedical Engineering. Programs of the European Union and of the United States were reviewed. In the national level, fifteen programs of different higher education institutions were reviewed under the category of Biomedical Engineering and Bioengineering, based on three information sources: University official Website, Information System on higher education and work observatory of the National Education Ministry. It was found that the total offer of national undergraduate programs in Biomedical Engineering and Bioengineering in Bogota D.C represents the 30% of the total offer in the country, Antioquia (Medellín) represents the 27%, Valle del Cauca (Cali) the 13% and the other departments represent the 30% left. The undergraduate programs in Biomedical Engineering show similar standards regarding length, and professional developing competences with slight differences in the graduation profiles and the emphasis. In the present, there are at least 528 graduated Biomedical Engineering and bioengineers in the country (0,27% of all engineering graduates). The rate of graduates per year, between 2001 and 2007, is close to 75 biomedical Engineers and bioengineers. It can be concluded, that despite the offer of active programs in the national level, the rate of graduates is low in relation to: the Colombian population which is growing, the growth of the number of people with disabilities and elders, and the number of graduates from other engineering fields. A reflection is proposed, regarding the challenges that worldwide scientific and technological advances present, which in some measure become formation directives.

DEVELOMENT OF A DIGITAL HOLTER WITH EVENTS RECORDING AND SOFTWARE DISPLAY

El monitoreo ambulatorio de las señales electrocardiográficas (ECG), "Holter", representa una herramienta esencial, en la evaluación diagnóstica de pacientes con arritmias cardiacas involucradas en procesos patológicos como miocardiopatías, estadios post-infarto, lesiones del sistema autónomo cardíaco, entre otros, así como en el seguimiento del funcionamiento de marcapasos implantados. Los equipos disponibles en Colombia para realizar este tipo de funciones, son muy especializados, por lo que resultan costosos y poco asequibles para muchos pacientes. En este proyecto, se desarrolló un prototipo de un sistema de monitoreo y registro de eventos cardiacos, que acondiciona las señales ECG a través de la amplificación, filtración y elevación del nivel DC, y almacena la información adquirida de las tres derivadas principales (DI, DII y DIII), en una memoria SD (Security Digital), usando el estándar de archivos FAT (File Allocation Table), permitiendo que la información pueda ser leída en cualquier computador. Además, se desarrolló un software que permite visualizar los registros previamente almacenados en la memoria, para su revisión y análisis. Con la ayuda de un simulador de ondas ECG, se calibraron las frecuencias de 30 BPM, 120 BPM y 300 BPM las amplitudes 0,5 mV, 1 mV y 2 mV. Se encontró que los errores del prototipo son del 1% para frecuencia y del 6% para amplitud.

The ambulatory monitoring of electrocardiographic signals, "Holter", represents a decisive tool in the diagnostic evaluation of patients with cardiac arrhythmias involved in pathological processes like cardiomyopathies, post-infarct stages, injuries of the cardiac autonomous system, among others, as well as in the monitoring of implanted pacemakers. There are few devices of this kind available in Colombia and most of them are very specialized and expensive for the majority of patients. We built a cardiac monitoring and cardiac events registering system prototype that processes the ECG signals (amplification, filtration and DC elevation), and stores the data acquired from the three main derivations DI, DII and DIII in an SD (Security Digital) memory using the FAT (File Allocation Table) standard, which allows the reading of this information in any computer. Moreover, we developed a software program that allows for the visualization of the registries previously stored in the SD memory for their review and analysis. Using an ECG simulator, the frequencies 30 BPM, 120 BPM and 300 BPM and the amplitudes 0,5 mV, 1 mV and 2 mV were calibrated. It was found that the prototype errors were smaller than 1% for frequency and 6% for amplitude.

WIRELESS TRANSMISSION SYSTEM OF ECG AND TEMPERATURE FOR HOSPITAL AREAS

Este artículo presenta el diseño, desarrollo y pruebas de un dispositivo multicanal de adquisición y transmisión de señales electrocardiográficas y de temperatura, utilizando tecnologías de transmisión inalámbrica (Bluetooth, ZigBee, Radio- Frecuencia RF), con una interfaz de usuario en una central de monitoreo. Se analizó el desempeño del sistema de acuerdo a su disponibilidad (97%), tiempo de conexión (6 segundos) y precisión en las mediciones (98%).

This paper presents the design, development and testing of a multi-channel device for acquisition and transmission of ECG and temperature signals, using wireless transmission technologies (Bluetooth, ZigBee, RF), with a central monitoring user interface. We analyzed the system's performance based on its availability (97%), connection time (6 seconds) and measurement's accuracy (98%).

NOISE REDUCTION IN COMPUTED TOMOGRAPHY IMAGES USING AN ANISOTROPIC BILATERAL FILTER

En este trabajo se propone el uso de un filtro bilateral anisotrópico (FBA) para reducir el ruido en imágenes de tomografía computarizada. El FBA fue implementado en una versión tridimensional que permite ajustar los parámetros del filtro dependiendo de la resolución de las imágenes en cada uno de los ejes. La utilidad del FBA se demostró con un fantoma estándar, que se escaneó, inicialmente, utilizando una dosis de radiación referencia de 240 mAs, y, seguidamente, con dosis del 50 % y 25% de la de referencia. Asimismo, se procesaron y analizaron dos casos clínicos correspondientes a una tomografía abdominal y otra de tórax, ambas utilizando una inyección intravenosa de medio de contraste. Se encontró que el FBA permite mantener una mejor relación entre el ruido, la resolución espacial y la detectabilidad de bajos contrastes, cuando se le compara con el método tradicional de retroproyección filtrada que utilizan los escáneres de tomografía clínicos. Los resultados del fantoma, sugieren que es posible reducir las dosis de radiación hasta en un 50% sin afectar la resolución espacial o la detectabilidad de bajos contrastes, cuando se le compara con la dosis de referencia. Los estudios clínicos, revelaron que el FBA puede disminuir el ruido de las imágenes y aún garantizar una calidad adecuada para el diagnóstico. Estudios clínicos prospectivos, son necesarios para demostrar que la disminución del ruido puede permitir una reducción significativa de las dosis de radiación.

This work proposes the use of an anisotropic bilateral filter (ABF) to reduce the noise in computed tomography images. The FBA is implemented in the tridimensional space, allowing the adjustment of filter parameters depending on the image resolution in each axis. The utility of the FBA was demonstrated using a standard image quality phantom which was scanned using a 240 mAs reference dose, and subsequently with 50 % and 25 % of the reference dose. Additionally, two clinical cases were processed, corresponding to routine clinical, intravenous contrast-enhanced abdomen and thorax scans. The phantom study found that the FBA keeps a better tradeoff between noise, spatial resolution, and low contrast detectability, when it is compared to traditional filtered backprojection reconstructions, routinely employed by current computed tomography scanners. Hence, results in the phantom suggest it is possible to reduce radiation dose by at least 50% without affecting spatial resolution or low contrast detectability. The clinical studies revealed that the FBA can decrease image noise and still provide enough information for adequate diagnosis. Prospective clinical studies are necessary to demonstrate whether or not the observed noise reduction would allow a significant decrease in radiation dose.

EXOSKELETONS TO ENHANCE HUMAN CAPABILITIES AND SUPPORT REHABILITATION: A STATE OF THE ART

El presente artículo presenta una revisión bibliográfica sobre el diseño de exoesqueletos y las diferentes aplicaciones que estos pueden tener en la vida humana. Se exponen diferentes desarrollos, resaltando las partes más importantes de cada uno y prestando especial atención al área de la ingeniería electrónica presente en estas estructuras. Además, se realiza un agrupamiento de los diseños, dependiendo de la zona corporal para la cual se ha construido el exoesqueleto o de la finalidad del estudio realizado. Finalmente, se presentan desarrollos y estudios que buscan utilizar las señales mioeléctricas como parte fundamental del sistema exoesquelético.

This paper presents a literature review about exoskeletons and their applications in human life. Different developments highlighting the most important parts of each of them, and paying particular attention to the area of electronic engineering related to these structures, are shown. Also, a grouping of the different kinds of structures is made depending on the area of the human body to which the exoskeleton was intended to or depending on the purpose of the research. Finally, various studies and developments which use mioelectric signals as a fundamental part of the system are presented.

ENGINEERING ANTIBODY FRAGMENTS: REPLICATING THE IMMUNE SYSTEM AND BEYOND

Since genetic engineering of humanized murine monoclonal antibodies was first demonstrated over two decades ago, antibody engineering technologies have evolved based upon an increasing understanding of the mechanisms involved in antibody generation in vivo, and a constant search for alternative routes to evolve and exploit the characteristics of antibodies. As a result, antibody engineers have devised innovative strategies for the rapid evolution and selection of antibodies and novel antibody designs (i.e., antibody fragments). Phage display, cell display and ribosome display technologies, which comprise the core of the currently available technologies for the discovery and preparation of such antibodies, are reviewed herein. This article intends to communicate the state-of-the-art technology available for the engineering of antibodies to a general readership interested in this important field. Therefore, important immunology concepts are introduced before detailed descriptions of the three antibody engineering technologies are presented in later sections. A comparison of these methodologies suggests that despite the predominance of phage display for the engineering of antibody fragments in the past 20 years, cell display and ribosome display will likely gain importance in the selection and discovery of the antibody fragments in the future. Finally, these technologies are likely to play an important role in the production of the next generation of antibody-based therapeutics.

Las tecnologías para la ingeniería de anticuerpos han evolucionado durante las últimas dos décadas, desde la demostración de la posibilidad de humanizar anticuerpos monoclonales de ratón mediante ingeniería genética, apoyadas en el creciente entendimiento de los mecanismos involucrados en la generación de anticuerpos in vivo, y en una búsqueda constante de rutas alternativas para evolucionar y explotar sus características. Es así como los ingenieros de anticuerpos han desarrollado estrategias innovadoras para la evolución y selección de anticuerpos y de novedosos diseños de anticuerpos conocidos como fragmentos de anticuerpos. Esta revisión se enfoca en tres tecnologías que comprenden el núcleo de las tecnologías actualmente disponibles para el descubrimiento y preparación de tales anticuerpos: la presentación en fagos, la presentación en células, y la presentación en ribosomas. Este artículo busca presentar el estado del arte de estas tecnologías a un grupo general de lectores interesados en este campo, por lo que inicialmente se introducen importantes conceptos de inmunología requeridos para comprender en detalle las tecnologías discutidas. Una comparación de estas metodologías para la ingeniería de anticuerpos sugiere que a pesar del dominio de las tecnologías basadas en la presentación en fagos durante los últimos 20 años, en los próximos años la presentación en células y la presentación en ribosomas probablemente ganarán importancia para la selección y descubrimiento de fragmentos de anticuerpos. Finalmente, es probable que estas tecnologías jueguen un papel importante en la producción de la siguiente generación de terapéuticos basados en anticuerpos.