Revista Ingeniería Biomédica

FUNDACIÓN COLOMBIA SIN BARRERAS ENTREVISTA AL PRESIDENTE DE LA FUNDACIÓN, CARLOS MARÍN RODRÍGUEZ

DISEÑO DE PROTOTIPO DE SIMULADOR PARA ENTRENAMIENTO EN CIRUGÍA LAPAROSCÓPICA

Las restricciones éticas impuestas al entrenamiento en cirugía laparoscópica en seres humanos y animales han impulsado la tendencia a utilizar, con mayor frecuencia, dispositivos de simulación. Los simuladores comerciales en cirugía laparoscópica, disponibles en el mercado, pueden mejorarse en virtud de la necesidad específica de los profesionales. La línea de simuladores biomecatrónicos del grupo de investigación en ingeniería biomédica GIBEC, ha desarrollado varios prototipos de simulación para cirugía laparoscópica, los cuales han evolucionado con base en las recomendaciones de los profesionales de la salud de la Universidad CES. En este artículo se presenta un resumen de cómo se han construido las bases de esta línea y cómo se han observado las necesidades que la escuela de medicina tiene para el desarrollo de simuladores, en donde la ingeniería juega un papel protagónico.

The ethical constraints imposed on the training in laparoscopic surgery in humans and animals have led to the increasingly common trend of using simulation devices. Commercially available simulators for laparoscopic surgery can be improved if tailored to the specific needs of professionals. The line of Biomechatronics Simulators of the biomedical engineering research group GIBEC, has developed several prototypes of simulation for laparoscopic surgery, which have evolved based on the recommendations from health professionals at the CES University. The results presented here demonstrate the group's progress in developing those devices.

PRODUCTION OF SCAFFOLDS USING CHITOSAN EXTRACTED FROM CRUSTACEANS

El quitosano está presente en el caparazón de los crustáceos, y desde hace algún tiempo ha sido utilizado en el campo de la medicina y la ingeniería de tejidos para la fabricación de matrices de crecimiento celular. En este estudio se extrajo quitosano de caparazón de crustáceos y se propuso un método sencillo para fabricar matrices con microestructura controlada. Las matrices fueron preparadas por congelación y liofilización de soluciones de quitosano y luego fueron caracterizadas por microscopía electrónica de barrido. La difracción de rayos X del quitosano extraído mostró un espectro acorde con una fuente comercial del material, evidenciando la efectividad del protocolo de extracción. La microscopía mostró poros ovalados y circulares distribuidos en todo el volumen de las muestras, con diámetros de poros entre 100 µm y 150 µm. Lo anterior demuestra que el método de producción propuesto proporciona un punto de partida para la fabricación de matrices de crecimiento celular.

Chitosan is present in crustacean shells and it has been used in the fields of medicine and tissue engineering for the construction of scaffolds that support cell growth. In this study, chitosan was extracted from crustacean shells and processed into scaffolds with controlled microstructure using a simple processing method presented herein. The scaffolds were prepared by freezing and lyophilization of chitosan solutions and were characterized by scanning electron microscopy. The results showed a chitosan with an X-ray diffraction spectrum similar to that of a commercial chitosan, thus demonstrating the effectiveness of the extraction protocol. Microscopy showed oval and circular pores distributed on the bulk sample, with pore diameters between 100 µm and 150 µm. This shows that the proposed fabrication method provides a starting point for the construction of porous scaffolds that may support cell growth.

EVALUATION OF TECHNIQUES FOR RELEVANCE ANALYSIS OF RADIOLOGICAL IMAGES USING FILTERS

Una etapa importante y fundamental en el reconocimiento de patrones sobre imágenes es la determinación del conjunto de características que mejor pueda describir la misma. En este artículo se presenta una etapa adicional entre la caracterización de la imagen y su posterior clasificación o recuperación de imágenes similares a una imagen dada, conocido como análisis de relevancia. Este permite reducir la dimensionalidad del conjunto inicial de características a un nuevo conjunto de menor dimensión que conserva la tasa de acierto de la recuperación. Las imágenes analizadas correspondieron a nódulos pulmonares de placas radiológicas de tórax disponibles en una base de datos de acceso libre disponible a través de la sociedad japonesa de tecnología radiológica. Se analizaron algoritmos de selección de características basados en filtros que incluyeron los métodos FOCUS, RELIEEF-F y Branch & Bound (B&B). Estos algoritmos fueron modificados e implementados en C++. En el caso de RELIEF-F se logró obtener un ahorro del 34% de características sin afectar la tasa de recuperación cuando se empleaba el 100% de las características originales. Asimismo, el algoritmo implementado presentó un desempeño superior al algoritmo original disponible en la herramienta de código abierto Weka. Asimismo se implementó una estrategia de ponderación de pesos aplicada a las características identificadas cuando se utilizaron los algoritmos RELIEF-F, FOCUS y B&B simultáneamente. Dicha estrategia permitió ponderar cada característica de acuerdo a su participación en los conjuntos mínimos de características relevantes y determinar la consistencia de los mismos. La estrategia de pesos permitió un ahorro del 48% de características necesarias para la recuperación, aunque la tasa de recuperación fue disminuida de 77% a 76%.

An important and fundamental stage in the image pattern recognition is the determination of the characteristics set that best describes the image. This paper describes a further step between the image characterization and its posterior classification or image retrieval similar to a given image, known as relevance analysis. It allows reducing the dimensionality of an initial set of features to a new set with fewer dimensions that preserves the hit rate of the retrieval. The analyzed images corresponded to lung nodules of radiological plaques of thorax, available through the open access library available through the Japanese society of radiological technology. To achieve these results, characteristic selection algorithms based on different filters such as FOCUS, RELIEEF-F, and BRANCH & BOUND (B&B) were analyzed. In the case of RELIEF-F it was possible to save as much as 34% of the initial characteristics set without affecting the retrieval rate compared to when the 100% of characteristics were used. Further, the implemented algorithm achieved a superior performance to that of the original algorithm included in the validated Weka software. Likewise, a strategy consisting in weights averaging was implemented that was applied to identified characteristics when the algorithms RELIEF-F, FOCUS and B&B were used simultaneously. Such weighting scheme, allowed the averaging of each characteristic according to its contribution in the minimal set of relevant features, allowing to determinate their consistency. The weighting strategy allowed a 48% reduction in the characteristics, although the retrieval hit rate slightly decreased from 77% to 76%.

HAPTIC INTERFACE WITH FOUR DEGREES OF FREEDOM FOR SURGICAL APPLICATIONS

El presente artículo muestra el diseño de un dispositivo háptico concebido para aplicaciones biomédicas, específicamente para medicina quirúrgica en la que el operador, a través del sentido del tacto, sienta y manipule objetos simulados en un ambiente tridimensional y tele-operado. La interfaz háptica que se presenta corresponde a un robot tipo serie, con una arquitectura de cuatro grados de libertad que le permite al usuario posicionar y orientar el efector final en el entorno de trabajo. Para el estudio de los movimientos del robot se parte del modelado geométrico y dinámico del mismo, hasta la implementación de un controlador por par calculado. Finalmente, se realiza la simulación de la interfaz háptica en un ambiente virtual.

This paper presents the design of haptic device that is conceived for biomedical applications. Specifically, the device can be used for surgery training allowing the user to feel and handle simulated objects a tridimensional and tele-operated environment. The haptic interface is a serial robot with four degrees of freedom that allows to set the orientation and position of the end-effector into the work environment. Kinematic and dynamic models are used to study the robot movements and to build a calculated torque controller. Finally, a simulation of the haptic interface is done in a virtual environment.

ANALYSIS AND CLASSIFICATION OF THE BREATHING PATTERN IN PATIENTS ON WEANING TRIAL PROCESS

La estimación del momento óptimo de retirar la ventilación asistida de un paciente en cuidado intensivo sigue siendo fundamental en la práctica clínica. En este trabajo se estudia el patrón respiratorio a partir de la señal de flujo respiratorio de pacientes en proceso de extubación teniendo en cuenta las siguientes etapas: caracterización de la señal a partir de la identificación de los ciclos respiratorios, análisis del patrón respiratorio a partir del modelado matemático de las series, y clasificación del mismo con el objetivo de identificar patrones de pacientes con posible éxito en el proceso. Se analizaron 153 pacientes clasificados en los grupos éxito, fracaso y reintubados, de acuerdo con el resultado de la prueba de extubación de tubo en T. Se seleccionaron las series temporales de tiempo de espiración, tiempo de inspiración, duración del ciclo respiratorio e índice de respiración superficial dado que presentaron diferencias significativas en los parámetros de valor medio, orden del modelo, primer coeficiente y error final de predicción. Con ellas se obtuvo una exactitud de clasificación del 86% (sensibilidad 0,86 - especificidad 0,84) utilizando un clasificador tipo discrimante lineal. Se analizaron otros clasificadores como regresión logística y máquinas de soporte vectorial.

Estimating the optimal time to remove the ventilatory support from a patient in intensive care remains essential in clinical practice. In this work we study the breathing pattern from the respiratory flow signal in the process of weaning considering the following stages: characterization of the signal from the identification of respiratory cycles, respiratory pattern analysis from mathematical modeling of the resulting series, and classification in order to identify patterns of patients with possible success in the process. We analyzed 153 patients classified into three groups: success, failure and reintubated, according to results of T-tube test. The time series for breathing duration, inspiratory time, expiratory time, and shallow breathing index that resulted in significant differences in the mean, model order, first coefficient and final error of prediction were selected. With them we obtained a classification accuracy of 86% (sensitivity 0.84 - specificity 0.86) using a linear classifier discriminate type. Other classifications were analyzed, such as logistic regression and support vector machines.

BIOELECTRIC FIELDS AND SOME MEDICAL APPLICATIONS - REVIEW

Con las investigaciones de Emil Du Bois-Reymond, uno de los fundadores de la electrofisiología, se dio inicio a la era de la bioelectricidad. DuBois documentó en detalle actividades eléctricas asociadas con excitación nerviosa, contracción muscular y procesos de cicatrización. En la actualidad es reconocido que los campos eléctricos (CE) están presentes en los organismos vivos y que direccionan e influyen procesos biológicos como la embriogénesis, regeneración y cicatrización de heridas. Diversos estudios han demostrado como los CE interfieren en la biosíntesis y la migración celular, dando lugar a nuevas estrategias para la reparación de ligamentos y regeneración de tejidos. En la actualidad las corrientes y CE biológicos suministran información necesaria para diversos tipos de diagnósticos y tratamientos. En este trabajo se hace una revisión de algunos estudios realizados alrededor de la generación de campos bioeléctricos endógenos, sus sustratos biológicos y aplicaciones médicas.

The era of bioelectricity began with the investigations of Emil Du Bois-Reymond, one of the founders of electrophysiology. DuBois documented in detail electrical activities associated with nerve excitation, muscle contraction and healing processes. It is currently recognized that electric fields (EFs) are present in living organisms and that they direct and influence biological processes such as embryogenesis, regeneration and wound healing. Several studies have shown how EFs interfere with biosynthesis and cell migration, leading to new strategies for repairing ligaments and for tissue regeneration. At present, biological EFs and currents provide information needed for different types of diagnoses and treatments. This paper reviews some studies focused on the generation of endogenous bioelectric fields, their biological substrates and medical applications.

GUIDE FOR THE IMPLEMENTATION OF THE NATIONAL TECHNO-SURVEILLANCE PROGRAM AT THE MEDELLÍN GENERAL HOSPITAL

Este caso de estudio propone una guía al Hospital General de Medellín (HGM) para dar cumplimiento al Programa Nacional de Tecnovigilancia. Este programa fue diseñado por el Ministerio de la Protección Social, con al apoyo del Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA), está reglamentado por la Resolución 4816 de 2008 y tiene un enfoque centrado principalmente en la Seguridad del Paciente. Para el desarrollo de este proyecto, se efectuaron visitas de referenciación a diferentes instituciones del sector salud de Medellín. Durante estas, se realizó una consulta guiada acerca de la tecnovigilancia en Colombia y el mundo y el marco normativo que encierra este programa en el país. A partir de esta información y del Sistema de Gestión Integral de la Calidad del HGM, se realizó un diagnóstico de la situación del Hospital frente al programa de Tecnovigilancia. Además, se diseñó un plan de mejoramiento con estrategias, acciones y herramientas que le permitieran impulsar el programa interno, direccionado al mejoramiento continuo de la calidad de sus servicios y a la seguridad de los pacientes.

This case of study offers to Medellín General Hospital (MGH) a guide to comply with the National Techno-Surveillance Program. The Ministry of Social Protection with the support of the National Drug and Food Surveillance Institute (INVIMA) designed this program. It is regulated by the 4816 Resolution of 2008 and its mainly focused on patient safety. For the development of this project, reference visits at different health institutions in the city of Medellín-Colombia were made. During these, a guided consultation was carried out to establish the current state of techno- surveillance programs and regulatory schemes in Colombia and the world. Using this information and the institutional quality management system at the MGH, the authors performed an analysis of the hospital techno- surveillance situation. Further, it was possible to design an improvement plan with strategies, actions and tools that are to be taken into account by the MGH to implement the planned institutional program and that are expected to improve their health care quality services and strengthen patient safety.