Revista Ingeniería Biomédica

PERSPECTIVAS EN SEGURIDAD DEL PACIENTE. ENTREVISTA CON LÍDERES COLOMBIANOS

Desde sus inicios una de las funciones principales de los Ingenieros Biomédicos ha sido garantizar la seguridad del paciente en el entorno clínico por medio de la gestión de la tecnología biomédica y la investigación de incidentes tecnológicos. En la actualidad no es difícil encontrar Ingenieros Biomédicos como pieza clave de los equipos interdisciplinarios que analizan eventos adversos en las IPS de Colombia. Aún en contextos tecnológicos, sociodemográficos y regulatorios cambiantes, los Ingenieros Biomédicos han tenido la oportunidad de continuar desarrollando y evolucionando su profesión alrededor de la seguridad del paciente por medio de una variedad de habilidades que incluyen el entrenamiento, evaluación, gestión y diseño de tecnología biomédica. En este proceso ha sido relevante el efectivo trabajo en equipos interdisciplinarios, la colaboración entre entornos hospitalarios y la adecuada transferencia de conocimiento a través agentes de cambio; profesionales que ayudan a educar y difundir nuevas prácticas seguras en la atención en salud. Esta entrevista está dedicada a estos profesionales y a la gestión tecnológica y cultural que han emprendido en sus instituciones con el fin de gestionar la seguridad del paciente y mejorar la calidad en la atención en salud; con el resultado de convertirlas en instituciones pioneras en Colombia. En este artículo se presentan las opiniones de un grupo de "champions" en Seguridad del Paciente sobre el impacto de las políticas gubernamentales, los procesos de análisis de eventos adversos y el papel del Ingeniero Biomédico en la seguridad del paciente.

Since its conception one of the main functions of Biomedical Engineers has been to ensure patient safety in the clinical environment through the management of biomedical technology and the investigation of technological incidents. At present it is not difficult to find Biomedical Engineers as a cornerstone in interdisciplinary teams that analyze adverse events in IPS in Colombia. Even in changing technological, socio-demographic and regulatory contexts, the Biomedical Engineers have had the opportunity to continue developing and evolving their work around patient safety through a diversity of skills including training, assessment, management and design of technology. In this process, the effective interdisciplinary teamwork, the collaboration among health care settings and the proper transfer of knowledge through champions have been important factors. This interview is dedicated to these champions and the technological and cultural management that they have undertaken in their institutions to manage patient safety and increase the quality in health care; with the result of transforming their institutions into pioneers in Colombia. This article presents the opinions of a group of patient safety "champions" regarding the impact of government policies, the adverse events process and the role of the Biomedical Engineer in patient safety.

EVALUACIÓN EXPERIMENTAL Y ESTADÍSTICA DE UN PROTOTIPO DE INTERFAZ CEREBRO-COMPUTADOR (ICC)

En la actualidad, las Interfaces Cerebro-Computador (ICC) se diseñan con el fin de usarlas tanto en estudios experimentales como clínicos, y sus resultados permiten la creación de nuevas tecnologías asistidas para personas que se encuentran en situación de discapacidad motora. En el año 2008, se desarrolló un prototipo de una ICC en la Escuela de Ingeniería de Antioquia y la Universidad CES, que hace uso de la electroencefalografía (EEG) para detectar los potenciales evocados cognitivos P300. En este trabajo, se propone un estudio experimental y estadístico para comparar dicho prototipo de ICC con un sistema comercial (USBamp), estudiando si existen diferencias significativas entre los dos sistemas. El estudio se concentra en pruebas destinadas a la caracterización de sistemas, empleando como entrada, inicialmente, señales determinísticas con diferentes valores de frecuencia y amplitud, y cuya evaluación se hace a través del valor cuadrático medio, la densidad espectral de las señales, el tiempo de respuesta y el máximo pico ante un estímulo. En segunda instancia, se realizan pruebas análogas en señales de P300 evaluando la energía de la señal y el tiempo de latencia por canal. Se hace uso de elementos de inferencia estadística, como la evaluación de hipótesis para dos medias suponiendo varianzas desconocidas iguales y prueba de medias para dos muestras pareadas. De las pruebas evaluadas, se concluye que el prototipo de ICC es apto en cuanto la adquisición de EEG y su procesamiento, pero se establecen planes de mejoramiento para algunos tratamientos que incluyen el diseño de nuevos circuitos para mejorar el ancho de banda.

Nowadays, brain-computer interfaces (BCI) are designed to be used in experimental and clinical studies, and their results allow the creation of new assistive technologies for people with motor disabilities. In 2008, a prototype of a BCI was developed in the School of Engineering of Antioquia and the University CES, which uses electroencephalography (EEG) to record the cognitive P300 evoked potential. In this paper, we propose an experimental and statistical design to compare this BCI prototype with a commercial device (USBamp), studying if they show significant differences or not. At first instance, this study is focused in some tests that characterize the systems, using as input deterministic signals with different values of frequency and amplitude, and which evaluation is made through mean square value, signals spectral density, response time and maximum peak during a stimulus. Secondly, we performed some analog tests in P300 signals evaluating signal energy and latency per channel. We used elements of statistical inference such as: the evaluation of a hypothesis for two means assuming unknown equal variances and equal means tests for two paired samples. According to the evidence, we concluded that the BCI prototype is suitable to measure and process EEG signals, but it is necessary to establish some improvement for certain treatments such as: the design of new circuits to optimize band width.

MÉTODOS DE CLASIFICACIÓN PARA IDENTIFICAR LESIONES EN PIEL A PARTIR DE ESPECTROS DE REFLEXIÓN DIFUSA

Con el objetivo de discriminar lesiones benignas y malignas en la piel humana a partir de espectros de reflexión difusa, se han analizado diferentes algoritmos de clasificación usando el software de aprendizaje automático y reconocimiento de patrones WEKA. Además, dada la alta dimensionalidad de la señal espectral, fue empleada una técnica selección de atributos para determinar las variables que aporten la mayor cantidad de información. Se probó la clasificación de la señal usando los algoritmos de máquinas de vectores de soporte, redes neuronales y bosques aleatorios, el desempeño fue evaluado usando el promedio de la k-fold cross-validation tomando en cuenta los porcentajes de instancias clasificadas correctamente, el índice kappa, el área bajo la curva ROC, la sensibilidad, y la especifidad. Finalmente se demuestra que el algoritmo de redes neuronales con los parámetros momentum y learning rate en 0,6 y 0,3 respectivamente, es el que mejor se adapta al problema de reconocimiento de patrones ya que clasifica correctamente al 89,89% de los casos.

In order to differentiate between benign and malignant lesions in the human skin using diffuse reflection spectra, different classification algorithms were tested using the WEKA data mining software. In addition, due to the high dimensionality of the spectral signal, an attribute selection technique was applied to determine the variables that contribute with more information. The spectral signal classification was tested using support vector machines, neural networks and random forests, their performance was measured using the k-fold cross-validation percentages of the Kappa statistic, area under the ROC curve, specificity and sensitivity. Finally it is shown that the one layer neural network with 6 neurons and the parameters momentum and learning rate in 0.6 and 0.3 respectively, is best suited to the problem of pattern recognition, achieving correctly classify 89.89% of the cases.

ESTIMACIÓN DE VELOCIDAD DEL MOVIMIENTO DE MANO USANDO REDES NEURONALES ARTIFICIALES Y MEDICIONES ELECTROMIOGRÁFÍCAS

En este artículo se presenta el desarrollo de un algoritmo para la estimación de la velocidad de los movimientos básicos de la mano usando redes neuronales artificiales a partir del sensado de la actividad electromiográfica del antebrazo. Para la implementación de dicho algoritmo fue necesario adaptar un modelo funcional de laboratorio para la medición de la velocidad, usando procesado digital de imágenes, presentando un error bajo en la medición de velocidad. Asimismo, para la estimación de velocidad a partir del análisis de la sEMG (señal electromiográfica superficial) se escogió una red NARX (nonlinear autoregressive network with exogenous inputs) como resultado de la comparación de diversas topologías de redes neuronales dinámicas. Los resultados mostrados evidencian una aproximación adecuada en la estimación de velocidad, que sirve como punto de comparación al usarse metodologías diferentes para obtener los perfiles de velocidad.

In this paper an algorithm for estimating the speed of the basic hand movements using artificial neural networks based on recorded electromyographic activity at the forearm is presented. To implement this algorithm it was necessary to adapt a model for measuring the speed, using digital image processing, which presented a low error rate measurement. Likewise, for speed estimation, a NARX network (network nonlinear autoregressive with exogenous inputs) was chosen after comparing different dynamic neural network topologies. The results shown demonstrated a suitable approach to the estimation of speed, which serves as a comparison to the different methodologies used to obtain the velocity profiles.

GENERAL ALGORITHMS FOR LAPAROSCOPIC SURGICAL SIMULATORS

Recent advances in fields such as modeling of deformable objects, haptic technologies, immersive technologies, computation capacity and virtual environments have created the conditions to offer novel and suitable training tools and learning methods in the medical area. One of these training tools is the virtual surgical simulator, which has no limitations of time or risk, unlike conventional methods of training. Moreover, these simulators allow for the quantitative evaluation of the surgeon performance, giving the possibility to create performance standards in order to define if the surgeon is well prepared to execute a determined surgical procedure on a real patient. This paper describes the development of a virtual simulator for laparoscopic surgery. The simulator allows the multimodal interaction between the surgeon and the surgical virtual environment using visual and haptic feedback devices. To make the experience of the surgeon closer to the real surgical environment a specific user interface was developed. Additionally in this paper we describe some implementations carried out to face typical challenges presented in surgical simulators related to the tradeoff between real-time performance and high realism; for instance, the deformation of soft tissues are simulated using a GPU (Graphics Processor Unit) -based implementation of the mass-spring model. In this case, we explain the algorithms developed taking into account the particular case of a cholecystectomy procedure in laparoscopic surgery.

Recientes avances en áreas tales como modelación computacional de objetos deformables, tecnologías hápticas, tecnologías inmersivas, capacidad de procesamiento y ambiente virtuales han proporcionado las bases para el desarrollo de herramientas y métodos de aprendizaje confiables en el entrenamiento médico. Una de estas herramientas de entrenamiento son los simuladores quirúrgicos virtuales, los cuales no tienen limitaciones de tiempo o riesgos a diferencia de los métodos convencionales de entrenamiento. Además, dichos simuladores permiten una evaluación cuantitativa del desempeño del cirujano, dando la posibilidad de crear estándares de desempeño con el fin de definir en qué momento un cirujano está preparado para realizar un determinado procedimiento quirúrgico sobre un paciente. Este artículo describe el desarrollo de un simulador virtual para cirugía laparoscópica. Este simulador permite la interacción multimodal entre el cirujano y el ambiente virtual quirúrgico usando dispositivos de retroalimentación visual y háptica. Para hacer la experiencia del cirujano más cercana a la de una ambiente quirúrgico real se desarrolló una interfaz cirujano-simulador especial. Adicionalmente en este artículo se describen algunas implementaciones que solucionan los problemas típicos cuando se desarrolla un simulador quirúrgico, principalmente relacionados con lograr un desempeño en tiempo real mientras se sacrifica el nivel de realismo de la simulación: por ejemplo, la deformación de los tejidos blandos simulados usando una implementación del modelo masa-resorte en la unidad de procesamiento gráfico. En este caso se describen los algoritmos desarrollados tomando en cuenta la simulación de un procedimiento laparoscópico llamado colecistectomía.

INCIDENCIA DE EVENTOS ADVERSOS ASOCIADOS A DISPOSITIVOS MÉDICOS EN UNA INSTITUCIÓN DE SALUD EN COLOMBIA

Este artículo presenta los resultados de un estudio retrospectivo de eventos adversos asociados a dispositivos médicos (EADMS), presentados en el periodo de enero a junio de 2010 en el servicio de Cirugía de una institución prestadora de servicios de salud (IPS) en Colombia. Fueron identificados 29 EADMS, que según la gravedad de su desenlace se clasificaron en: 2 leves, 17 moderados, 4 serios y 6 potenciales (también llamados incidentes adversos). Las fuentes de información fueron el software institucional de reporte de eventos adversos y encuestas aplicadas al personal de la institución. Después de seleccionar los eventos adversos según los parámetros de inclusión del proyecto y a partir de los resultados de las encuestas, el análisis de las causas se hace en 21 EADMS. Los EADMS potenciales se determinaron prevenibles en su totalidad y los otros en una gran parte. Este estudio encontró que el uso incorrecto del dispositivo médico, es el principal factor contributivo en la incidencia de estos eventos. Con este estudio se propone a la institución diversas estrategias y planes de mejoramiento que propenden a eliminar las causas de estos eventos y, además crear una herramienta para estandarizar, a nivel institucional, el análisis de EADMS.

This paper presents the results of a retrospective study of adverse events associated with medical devices (AEAMDS), presented during the period of January through June of 2010 in the Surgery Department of a healthcare institution in Colombia. A total of 29 AEAMDS, which according to the severity of its outcome were classified as: 2 mild, 17 moderate, 4 serious, and 6 potential events (also called adverse incidents). The information sources were the institutional software for the report of adverse events, and surveys administered to the institution staff. After selecting the adverse events according the inclusion parameters from this project and from the survey results, the investigation of the causes considered 21 AEAMDS. The potential AEAMDS events were determined entirely preventable and the others in a large part. The incorrect use of the medical device is the most important contribution factor in the incidence of these events. The study proposes to the institution some strategies and improvement plans that tend to delete the causes of these events and, also to create a tool to standardize, in an institutional level, the analysis of AEAMDS.

CIRUGÍA ROBÓTICA MÍNIMAMENTE INVASIVA: ANÁLISIS DE FUERZA Y TORQUE

La cirugía mínimamente invasiva y la incorporación de la robótica en este tipo de procedimientos representa grandes ventajas para el paciente, el cirujano y los sistemas de salud. Sin embargo, los dispositivos comerciales disponibles en la actualidad no cuentan con realimentación de fuerza y tacto, que faciliten al cirujano la identificación de los tejidos y consecuentemente, la reducción de errores en los procedimientos quirúrgicos; por lo cual, el desarrollo de sistemas que cuenten con este tipo de realimentación se convierte en un tema de interés a nivel mundial. El presente artículo contiene una revisión del estado de la técnica con respecto a los sistemas comerciales y experimentales desarrollados en esta área. También, se presentan algunos sensores y modelos matemáticos utilizados para calcular las fuerzas y torques en cirugía mínimamente invasiva.

Minimally Invasive Surgery and the adaptation of robotics to these procedures represent many advantages for the patient, the surgeon, and the health program. However, commercial devices used nowadays lack haptic feedback. This fact makes the tissue identification more difficult and increments the injuries risk during the surgical procedure. The development of systems with this kind of feedback has become a topic of interest throughout the world. The present article contains a revision of the state of the art about commercial and experimental systems developed in this area. Models for the force and torque propagation, used in Minimally Invasive Surgery, are also presented.