Proyectos finales (grado)

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MAPITA: Prototipo de dispositivo de monitoreo ambulatorio de presión arterial para uso veterinario
(2025-02-03) Varela, Guadalupe; Gáspari, María Emilia; Pretel, Matías; Tarragona, Lisa
La presión arterial es un parámetro fisiológico esencial en la práctica veterinaria, no solo como una herramienta fundamental en el diagnóstico, sino también en la evaluación de animales con enfermedades sistémicas y durante procedimientos anestésicos. A pesar de los avances tecnológicos, persiste una carencia de equipos diseñados específicamente para el monitoreo ambulatorio de presión arterial en el ámbito veterinario. En este proyecto, se planteó como objetivo el desarrollo de un dispositivo capaz de realizar mediciones periódicas de presión arterial en intervalos configurables, durante un período prolongado de al menos 12 horas. Este dispositivo se complementa con una aplicación móvil que permite gestionar y visualizar los datos, ofreciendo funcionalidades para médicos veterinarios, como el registro de pacientes y acceso a estudios generados, así como también para los tutores de los animales, quienes pueden acceder al estado del estudio. Se realizaron pruebas de validación para garantizar la precisión de las mediciones de presión arterial y el desempeño continuo del equipo en diferentes animales, con el fin de corroborar el uso previsto. Aunque se requieren validaciones adicionales para consolidar su aplicación en distintos escenarios clínicos, los resultados obtenidos se mantienen dentro de lo establecido por el consenso de ACVIM y demuestran el funcionamiento del equipo por hasta 12 horas. Esto representa un primer avance significativo hacia el desarrollo de dispositivos que complementen el diagnóstico ambulatorio, ofreciendo nuevas posibilidades para el monitoreo de la presión arterial y contribuyendo a la mejora de la atención clínica veterinaria.
RaquisVR : un simulador para el entrenamiento de la implantación de tornillos pediculares en la columna lumbar integrado con realidad virtual y tecnología háptica
(2024) Fontecha, María Eugenia; Dip, Federico; Bestani, Santiago; Racca, Santiago
La técnica de implantación de tornillos pediculares en las vértebras lumbares es un procedimiento complejo que requiere de una alta precisión y entrenamiento especializado. Con el objetivo de contribuir a la educación y al entrenamiento de esta técnica, desarrollamos un simulador de realidad virtual, con tecnologóa háptica, que permite la práctica segura y realista de dicho procedimiento. El desarrollo del simulador se llevó a cabo utilizando el motor de desarrollo Unity3D, integrando la tecnología de realidad virtual mediante un casco HTC Vive y un dispositivo háptico Geomagic Touch de 3D Systems. En el simulador, se recrea un quirófano en el que se presenta una paciente con un modelo 3D detallado de la columna lumbar. Para asegurar el realismo de la simulación, desarrollamos un algoritmo para modificar la malla del modelo 3D de la columna, permitiendo la simulación de la perforación ósea y su correspondiente retroalimentación háptica. Asimismo, se programó la funcionalidad de cada instrumento quirúrgico utilizado en el procedimiento y se desarrolló un sistema de imágenes radiográficas para que el usuario pueda evaluar la correcta colocación de los tornillos. Para evaluar el desempeño del usuario, se incorporó un sistema de puntaje basado en la precisión y correcta implementación del procedimiento. Adicionalmente, se agregaron elementos visuales de interfaz de usuario para mejorar la experiencia de juego. El simulador desarrollado permite realizar la implantación de tornillos pediculares de principio a fin en cuatro vértebras lumbares. El sistema fue sometido a pruebas en el Hospital Militar, donde fue evaluado por los doctores Roberto Castelli, Alejandro Steverlynck y Diego Ponte. Los especialistas destacaron el potencial del simulador para el entrenamiento de residentes y cirujanos júnior, así como su capacidad para ser adaptado a otras regiones de la columna vertebral y a diferentes técnicas quirúrgicas. En conclusión, el simulador cumple con los objetivos planteados y se vislumbran diversas mejoras futuras que podrían potenciar su aplicación en múltiples áreas de la medicina, como la posibilidad de incluir otras regiones de la columna o casos personalizados.
Organización de la información espacial, direccional y de velocidad en la corteza entorrinal y en el hipocampo de ratas a lo largo de un ciclo de la oscilación theta
(2025) Zoani Gray, Barbara; Büker, Sol; Kropff, Emilio
En la corteza entorrinal y el hipocampo se encuentran tipos específicos de neuronas que codifican información espacial, direccional y de velocidad. Estas neuronas, conocidas como grid cells, place cells, head direction cells y speed cells, están estrechamente relacionadas con las oscilaciones theta presentes en el cerebro. En los ultimos años se han logrado numerosos avances sobre la relación entre estas neuronas y la oscilación theta. Esta investigación se centra en explorar cómo esta oscilación modula a las células previamente mencionadas del hipocampo y la corteza entorrinal, y cómo esta modulación varía para cada neurona según el área del cerebro, el subcampo o la capa. En este estudio se utilizaron registros neuronales de ratas proporcionados por el Laboratorio de Fisiología y Algoritmos del Cerebro de la Fundación Instituto Leloir. Estos registros fueron procesados para construir una base de datos, y luego se analizaron mediante técnicas como el cálculo de la tasa de disparo promedio, el contenido de información, la pendiente y la correlación. Además, se emplearon métodos de reducción de dimensionalidad y aprendizaje automático (Machine Learning) para interpretar los resultados y extraer conclusiones. Este estudio investiga cómo la oscilación theta modula el comportamiento de estas neuronas especializadas. Comprender esta modulación es fundamental para estudiar funciones cognitivas como la memoria y la navegación espacial, y puede ofrecer información valiosa para entender enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, así como los mecanismos a través de los cuales estas condiciones afectan la función cerebral.
Modelo de inteligencia artificial multimodal para detección de fatiga utilizando dispositivos móviles
(2024-10) Amagliani, Martín; Daquarti, Gustavo; Bartellini Huapalla, Nicole
Los siniestros viales generan daños en la salud de sus víctimas y en muchos casos los daños pueden resultar irreversibles, pero también generan grandes costos económicos por la ayuda médica necesaria, los objetos materiales dañados y el tiempo que deja fuera de servicio a las personas afectadas. La fatiga al volante es una de las principales causas de estos siniestros. Realizar una tarea poco estimulante y demandante como conducir por varias horas consecutivas lleva a la fatiga del conductor, aumentando los tiempos de reacción y disminuyendo la capacidad de percibir estímulos visuales y auditivos. Esto afecta a todos los conductores, pero más aún a los conductores de colectivos de larga distancia y camiones de carga que pasan largas jornadas conduciendo por rutas monótonas con pocos, o directamente sin, descansos en varias horas de manejo. La fatiga mental es un estado psicobiológico que presenta una alteración temporal de la eficiencia física y mental, manifestando una disminución de la capacidad de respuesta de esfuerzos tipo cognitivos. Múltiples autores han estudiado el proceso de expresión de la fatiga a través de los tiempos de reacción, alteraciones en el rostro, características de la voz y comportamiento de los ojos. Se han observado diversas técnicas para la detección a partir de muestras de audio, video y tiempos de reacción. La cementera mexicana CEMEX se contactó con la empresa argentina de inteligencia artificial en salud Uma para realizar un modelo que detecte la fatiga de sus conductores de camiones. El modelo no debía necesitar hardware adicional y la generación de una muestra debe ser simple y rápida, por lo tanto no se puede recurrir a implementaciones que necesitan un muestreo constante en vivo, por lo que la mayoría de las implementaciones que se encuentran en el mercado hoy en día no cumplen con estas características. La obtención de las muestras se realiza entonces con el dispositivo móvil de cada usuario. Durante el desarrollo del modelo también se prioriza la reducción de falsos positivos para reducir la cantidad de alarmas que generen una desestimación de las mismas. Se deciden realizar muestras que posean videos selfies hablando a cámara en español preferentemente con tonada mexicana, y que las muestras tengan asociadas tiempos de reacción. Por la especificidad del dataset necesitado se generan 2 datasets propios, uno conformado por muestras de conductores de CEMEX en México y otro por voluntarios en Argentina. Entre ambos datasets se consiguieron 302 muestras válidas que con la ayuda de paramédicos de CEMEX se generó el criterio de clasificación de muestras aptas y no aptas para manejar. Las muestras del mismo poseen 5 tiempos de reacción y un video selfie de 17 segundos hablando libremente, y como etiqueta se utiliza la escala de somnolencia de Karolinska, la cual es una escala subjetiva donde uno señala en qué lugar de la escala se ubica sobre su somnolencia en los últimos 15 minutos. Este tipo de muestra se idea de esta forma para priorizar la brevedad de la toma de datos. Se desarrollan 3 modelos, un modelo de audio, uno de imágenes del rostro y otro de imágenes de los ojos, la salida de estos junto con datos tabulares ingresan a un modelo integrador que genera la clasificación binaria final sobre si el conductor se encuentra apto para manejar. El desarrollo de los modelos intermedios se realizó mientras se completaban los datasets, con pocas muestras etiquetadas especialmente las fatigadas, por lo tanto se recurrió a modelos de poco entrenamiento. El modelo de audio genera embeddings con CLAP y calcula la similitud coseno con pares de referencias de una misma persona fatigada y alerta, este modelo obtuvo un AUC de 0,62. El modelo de imágenes genera embeddings de los rostros utilizando el modelo VGG y calcula similitud coseno de forma análoga al modelo de audio, con un AUC de 0,60. El modelo de PERCLOS calcula la cantidad de tiempo del video en el que los ojos permanecen cerrados, y obtiene un AUC de 0,57. Finalmente, se realiza un modelo de Catboost como modelo integrador, que utiliza los outputs del resto de los modelos sumado datos de los tiempos de reacción y la hora del día, y se entrena realizando cross validation con k=7 obteniendo en validación 79,5 % de precisión, 69,9 % de F1-score y 69,8 % de accuracy, y en el conjunto de prueba obtiene 81,8 % de precisión, 75 % de F1-score y 82,9 % de accuracy. En conclusión, se logró crear un modelo de detección de fatiga multimodal que clasifica a partir de características principales de audio y video, de PERCLOS y de tiempos de reacción, para ser utilizado en dispositivos móviles con un tipo de muestra rápido y simple. Se destaca que a pesar de la subjetividad de clasificar la aptitud de manejo de una persona a partir de la fatiga, que de por sí también es subjetiva, el modelo obtiene mejor rendimiento que los paramédicos que realizan esta tarea. Se logró un modelo que con pocas muestras de entrenamiento alcanza grandes resultados en validación y una buena generalización gracias a la técnica de validación empleada que genera mayor aprovechamiento de las muestras y métricas más robustas.
Vortexa : dispositivo para la producción controlada de microburbujas teranósticas
(2024-12) Rondinella, Francesca; Ferrari, Claudio; Berlín, Guido; Lerendegui, Marcelo
En el presente Proyecto Final de Carrera se desarrolló un dispositivo microfluídico para la producción de microburbujas (MBs), en colaboración con el Departamento de Micro y Nanotecnología de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Las MBs presentan propiedades físico-químicas que permiten aplicaciones en diversos campos, desde su uso como agentes de contraste en ultrasonido médico (US) hasta en la entrega dirigida de fármacos y genes. Sin embargo, las MBs comercialmente disponibles pueden resultar de difícil acceso, por lo que un producto capaz de generarlas in situ y acorde a requerimientos específicos se perfila como un instrumento novedoso. El dispositivo se diseñó como una herramienta de investigación, con énfasis en su versatilidad y en la obtención de resultados robustos y reproducibles. El proceso de diseño del dispositivo se realizó en armonía con estándares internacionales de investigación y desarrollo (I+D), específicamente ISO 13485 e ISO 14971, asegurando así la conformidad con buenas prácticas de la industria. Se llevaron a cabo análisis de riesgo exhaustivos para identificar y mitigar posibles fallas y se establecieron etapas de validación continua en cada fase de diseño, siguiendo una metodología iterativa. Cada paso fue evaluado y ajustado para cumplir con los requisitos de diseño y funcionamiento. Durante el proyecto se adquirieron y consolidaron conocimientos en microfluídica y técnicas de microfabricación, incluyendo producción de máscaras, fotolitografía, moldeado en polidimetilsiloxano (PDMS) y tratamiento con plasma de oxígeno. Además, se completaron capacitaciones en protocolos de seguridad para la sala limpia y en el manejo de equipos especializados, tales como el microscopio óptico, perfilómetro, y hot plate. El dispositivo final de tipo flow-focusing logró producir MBs de nitrógeno estables y monodispersas a una tasa significativa. Tras la evaluación de diversas fases líquidas, se seleccionó una solución acuosa de Tween-20 al 2% como agente estabilizante óptimo para encapsular y mantener la estabilidad de las burbujas generadas. En un futuro, se espera que a través de esta clase de desarrollos se logre obtener generadores de MBs versátiles y capaces de atender numerosas necesidades de distintos usuarios.
Estudio de la integración sensorial en el gusano Caenorhabditis elegans utilizando un modelo robótico
(2024) Bruno, Aldana; Petrozzino, Sofía; Gleiser, Pablo Martín
En este proyecto, se busca estudiar el comportamiento del gusano Caenorhabditis elegans a través de la creación de un modelo robótico, con la implementación de una red neuronal y la integración de diversos sensores, que permitan la medición de estímulos del medio ambiente. C. elegans es un organismo modelo cuyo sistema nervioso se encuentra completamente mapeado. Sus conexiones neuronales, o conectoma, lo convierten en un referente para estudios que combinan neurociencia, biología e ingeniería. El objetivo principal de este estudio es comprender el comportamiento complejo emergente del modelo robótico en diversos escenarios, y compararlo con los procesos biológicos del organismo real. Para ello, se estudió la activación de las neuronas localizadas en la región posterior (cola) del gusano ante estímulos específicos, comparándola con la activación de las neuronas ubicadas en la región anterior (cabeza), y se evaluó la activación conjunta de ambas. Además, se analizó la dinámica en la toma de decisiones, observando el comportamiento del modelo. El proyecto combina la biología y la ingeniería, trasladando la complejidad del conectoma de C. elegans a un entorno robótico. Se implementaron mejoras en el modelo significativas, tanto en hardware como en software, incluyendo la comunicación I2C para la integración de múltiples sensores y la incorporación de un sensor de luz, que permite simular la estimulación neuronal del gusano ante la presencia de alimento. En cuanto a los resultados, se observó que el robot responde a la estimulación de las neuronas ubicadas en la cola activando el circuito de escape, de forma similar a la reacción observada al estimular las neuronas localizadas en la cabeza. Al estimular de forma simultánea la región anterior y posterior, se observó que el modelo robótico también presenta una respuesta integrada alineada con las expectativas basadas en el comportamiento biológico de C. elegans. A través de las diversas pruebas realizadas, se pudo identificar la influencia de la estructura de la red neuronal en el comportamiento del modelo, evidenciado por movimientos coordinados y sucesivos, as ́ı como por la coherencia de las acciones en los escenarios planteados. Además, se observó la respuesta propia de un sistema atractor, en el que luego de ser alterado, regresa a su estado inicial. En conclusión, el estudio realizado logró analizar la respuesta emergente del C. elegans ante múltiples estímulos, mediante el modelo robótico desarrollado, y a su vez, genera nuevas interrogantes y áreas para profundizar. Este trabajo proporciona una base sólida para futuras investigaciones en sistemas robóticos y para una mejor comprensión de la relación entre la estructura neural y el comportamiento complejo.
Segmentación automática de vértebras en imágenes de tomografía computada
(2024-09) Cirignoli, Camila; Labrador, María Lourdes; Balla, Mateo
El cáncer se posiciona como una de las principales causas de mortalidad a nivel global, siendo la metástasis ósea una complicación frecuente en numerosos pacientes. Las metástasis vertebrales (MV), en particular, pueden comprometer la estabilidad de la columna y provocar problemas neurológicos, requiriendo de intervención quirúrgica. La detección y cuantificación precisa de MV son aspectos fundamentales en el diagnóstico y tratamiento de pacientes con cáncer. Sin embargo, los oncólogos que no están especializados en MV pueden no reconocer estos problemas, lo que puede derivar en tratamientos inadecuados. La segmentación automatizada de vértebras en imágenes de TC ofrece un enfoque prometedor para mejorar estos procesos. Este proyecto de fin de carrera tiene como objetivo principal el desarrollo de un algoritmo de aprendizaje profundo (Deep Learning, o DL por sus siglas en inglés) para la segmentación automática de vértebras en imágenes de tomografía computada (TC). Se focaliza en el diseño y desarrollo de una red neuronal convolucional, o convolutional neural network en inglés (CNN), con arquitectura U-Net, capaz de segmentar automáticamente las vértebras en imágenes axiales de TC. De esta manera se pueden obtener imágenes binarias de las vértebras en un plano axial correspondientes a cada estudio. Se emplearon conjuntos de datos etiquetados previamente para entrenar y evaluar diversas variaciones de la arquitectura de la CNN, seleccionando el modelo con mejor rendimiento. Los resultados muestran que el modelo desarrollado alcanza una alta precisión en la segmentación vertebral, con un coeficiente medio de Dice de 0.88 para los datos de prueba. Este resultado es satisfactorio para la detección de vértebras y, con las mejoras adecuadas, podría representar un paso significativo para el avance hacia la automatización de la detección temprana de MV y la optimización de los recursos clínicos para una mejor asignación de tratamientos y procedimientos quirúrgicos. En conclusión, este trabajo presenta un método basado en CNN que permite la segmentación automatizada de vértebras en imágenes de TC, con potenciales aplicaciones en el diagnóstico y tratamiento de MV. La mejora continua de este algoritmo podría tener un impacto significativo en la práctica clínica y en la calidad de vida de los pacientes afectados por enfermedades vertebrales.
Desarrollo de una aplicación de rehabilitación lúdica de bajo costo para la mano y muñeca utilizando realidad aumentada
(2024-07) Costa, Agustina Natalia; Selser, Agustina; Crespo, Marcos
Las manos, y su correcto funcionamiento, tienen una importancia crucial en la capacidad de las personas para interactuar con el mundo y realizar tareas cotidianas de forma independiente. Permiten agarrar, sostener y manipular objetos con precisión, necesario para realizar actividades básicas como comer, abrir puertas y vestirse, obteniendo autonomía en la vida diaria. Por otra parte, las manos son uno de los medios de comunicación no verbal y también son fundamentales para el desarrollo cognitivo y parte de la expresión creativa a través de las habilidades motoras finas que permiten, por ejemplo, escribir a mano o cocer. La pérdida o disminución de su funcionalidad debido a diversas patologías tiene un impacto significativo en la independencia y en la reducción de la calidad de vida de las personas. Existen diversas patologías que pueden afectar la capacidad motora de la mano. Una de las más recurrentes son las secuelas del accidente cerebro vascular (ACV). Anualmente, a nivel mundial, hay 15 millones de personas que sufren un ACV, de los sobrevivientes, el 90% sufre secuelas motoras, entre ellas, en la mano y muñeca. Otras patologías que pueden afectar a la capacidad motriz de la mano son: la artrosis, que afecta a más de 300 millones de personas en todo el mundo; la esclerosis lateral amiotrófica en sus estadios tempranos; otras enfermedades neurodegenerativas; la tendinitis y rizartrosis, que afecta hasta a el 5% de la población general en algún momento de su vida y los traumatismos como fracturas y heridas en las manos, por ejemplo, considerando únicamente los accidentes laborales notificados en el primer trimestre de 2024 en Argentina, hay más de 38000 casos con afectación en el miembro superior, dentro de los cuales se incluye la mano y muñeca. Con dichas cifras se puede estimar un alto número de pacientes que requieren, en algún momento de su vida, realizar sesiones de fisioterapia para la mano y muñeca. El tratamiento habitual en la rehabilitación son ejercicios de rango de movimiento que, si bien son efectivos, presentan una limitación dado que el tratamiento ocurre en un centro u hospital. Laver et. al. han encontrado que la interactividad y la retroalimentación inmediata que ofrecen los entornos virtuales pueden mantener el interés del paciente durante las sesiones de rehabilitación aumentando la motivación y el engagement de los pacientes en comparación con métodos tradicionales. Sin embargo, estas implementaciones presentan ciertas limitaciones. Actualmente, una de ellas es la falta de software específico: sólo el 14% de los programas de rehabilitación virtual se enfocan en la mano y muñeca. Otra restricción está en la necesidad de hardware inconveniente y costoso como sensores portátiles o equipos voluminosos que limitan la posibilidad de realizar la rehabilitación en entornos domésticos y, en la mayoría de los casos, suelen ser inaccesibles para clínicas pequeñas o terapeutas particulares, debido a su alto costo. Por ejemplo, el equipo Nirvana 3.0 de la compañía BTS (BTS Bioengineering, Costamasnaga, LC, Italia) tiene un costo de 34.000€ (precio Julio 2024), que corresponden a aproximadamente 52 millones de pesos argentinos (cotizado al paralelo Julio 2024). Además, estas tecnologías presentan una limitación en la usabilidad y adaptabilidad siendo así que al 35% de los pacientes de rehabilitación les resulta difícil utilizar las mismas debido a la falta de adaptabilidad de las necesidades específicas. Es por estas razones que este trabajo propone el diseño y desarrollo de un software de rehabilitación lúdica que aborde efectivamente estas limitaciones. El software será implementado utilizando únicamente una computadora y la cámara web integrada, otorgando a la aplicación características de usabilidad, transportabilidad y bajo costo para rehabilitación de pacientes con patologías motoras en la mano y muñeca. Además, se implementará la realidad aumentada para enriquecer la experiencia y el engagement en la rehabilitación.
SinuBelt : Desarrollo de un dispositivo no invasivo para el monitoreo de la frecuencia respiratoria durante el sueño
(2024-07) Touron, Juan Pablo; Forcato, Cecilia; Ramele, Rodrigo
Los dispositivos portátiles están revolucionando la biomedicina gracias a su capacidad de monitoreo continuo de variables clínicas fuera del ámbito hospitalario. Sin embargo, sus altos costos impiden que muchos laboratorios de investigación científica, especialmente en países en vías de desarrollo como Argentina, puedan acceder a los mismos. Para abordar este problema, muchos grupos de investigación buscan crear sus propios desarrollos de bajo costo y código abierto. En este contexto, el Laboratorio de Sueño y Memoria del ITBA desarrolló Baby Blue, un dispositivo que registra la actividad (EEG) durante el sueño, utilizando sólo tres electrodos, lo que reduce los costos hasta 100 veces en comparación con dispositivos portátiles de polisomnografía. El objetivo de este trabajo final fue desarrollar un dispositivo de hardware abierto para registrar las variaciones respiratorias durante el sueño, que pudiera acoplarse como accesorio a los equipos de EEG convencionales y a Baby Blue. El dispositivo se basa en la detección de movimientos diafragmáticos del abdomen durante la respiración mediante un magnetómetro. La validación del dispositivo mostró que el error de muestreo fue menor al 1% y que no acumula error de deriva. Además, detecta un rango amplio de frecuencias respiratorias con una precisión de hasta media respiración por época y un error menor al 2,5 %. Finalmente, luego de la validación, se utilizó el dispositivo para analizar la variación en la respuesta respiratoria y su vínculo con las diferentes fases del sueño, estableciendo una base sólida para futuras investigaciones y mejoras en el dispositivo.
Diseño y desarrollo de un dispositivo para el monitoreo y seguimiento de la postura mediante sensores inerciales y aplicación móvil
(2024) Czemerinski, Nicole; Mendendez, Julieta; Wray, Sandra; Pretel, Matías
En los últimos años, los crecientes avances en tecnología a nivel mundial han transformado la manera en que los seres humanos llevan a cabo sus actividades cotidianas. La industrialización y urbanización han impulsado un aumento en el sedentarismo, una tendencia visible en el mundo moderno, donde la tecnología domina casi todos los aspectos de los seres humanos. Con el uso de dispositivos electrónicos, ya sea teléfonos móviles o computadoras, es común que las personas pasen largas horas en una mala postura, sin ser conscientes de ello ni de las repercusiones que tiene en la salud física y el bienestar general. Según Standford Health News, la postura se define como la manera en que los músculos y el esqueleto mantienen al cuerpo en una posición erguida. La postura consiste en el alineamiento de segmentos del cuerpo en un determinado tiempo, y resulta ser un importante indicador de salud. De esta manera, se define como buena postura aquella que permite mantener equilibrio y balance del cuerpo, utilizando el mínimo esfuerzo músculo esquelético y sin sentir incomodidad. Mantener una buena postura permite que el cuerpo distribuya las tensiones de manera adecuada entre los músculos y ligamentos, facilitando su funcionamiento eficiente y reduciendo el desgaste de las articulaciones. Por otro lado, una postura inadecuada puede ser la causa de complicaciones de salud, especialmente en la columna. Entre las cuales se tiene; espondilosis cervical, cervicalgia, radiculopatía cervical, entre otras. El dolor de espalda, ya sea agudo o crónico, afecta a personas de todas las edades, en distinta medida e intensidad. Se considera también una de las causas más comunes de ausentismo laboral. Dichos dolores pueden producirse por tensiones musculares, distensiones de músculos o ligamentos, infecciones de nervios en la columna, desalineación de las vertebras o lesión de componentes estructurales de la columna vertebral, entre otras causas. Por otro lado, los dolores pueden ser generados por todo tipo de actividad, como por ejemplo, producto del levantamiento de objetos pesados, caídas accidentales y movimientos o posturas inapropiadas. En particular, el dolor en la región cervical es considerada una de las complicaciones más frecuentes. De hecho, aproximadamente el 80 % de las personas experimentan dolor de cuello durante su vida, y entre el 20 % y el 50 % lo padecen anualmente. Un síndrome evidenciado con mayor preponderancia en el último tiempo es el de postura de la cabeza hacia adelante, el cual se ve potenciado por el incremento en el uso de dispositivos electrónicos como dispositivos móviles y computadoras. Esto mismo implica un mayor peso en el cuello, resultando en fatiga muscular, desordenes temporomandibulares, migraña, entre otras consecuencias. De esta manera, el foco de este proyecto será aplicado sobre la postura de un individuo al realizar sus actividades diarias.
Enfoque computacional para descifrar las preferencias estructurales de las hipoxantina fosforribosiltransferasas humana y de T. cruzi
(2024) Moscato, Franco; Fernández Bettelli, Luciana; Fernández, María Laura; Valsecchi, Wanda Mariela
Las hipoxantinas fosforribosiltransferasas (HPRT) cumplen un rol fundamental en la ruta de reciclado de purinas para la síntesis de nucleótidos. Estas enzimas son esenciales para la supervivencia de organismos responsables de endemias tales como la enfermedad de Chagas, la leishmaniasis, la malaria y la tuberculosis. En los seres humanos, la ruta de salvataje de purinas también está presente, evitando la acumulación de ácido úrico. Una deficiencia parcial de HPRT en humanos puede causar gota artrítica, mientras que una deficiencia total puede resultar en casos más graves que afectan la función neurológica. Dada la importancia que presentan estas proteínas en el metabolismo celular, son consideradas blancos para el desarrollo de fármacos. Las proteínas pertenecientes a la familia fosforribosiltransferasas presentan arreglos tridimensionales funcionales tanto como homodímeros como homotetrámeros. Estos últimos se clasifican en dos grupos denominados D1T1 y D1T1’, los cuales presentan similitud conformacional al superponerse tanto en sus monómeros como en sus dímeros. Sin embargo, ambos grupos (D1T1 y D1T1’) no son superponibles entre sí, ya que difieren en la superficie de interacción que presentan los dímeros al conformar el tetrámero. De este modo los miembros tetraméricos de un grupo (por ejemplo, D1T1) pueden superponerse tridimensionalmente entre ellos, pero no pueden hacerlo con las estructuras de los tetrámeros del otro grupo (D1T1’). Dado que la HPRT de Trypanosoma cruzi (TcHPRT), agente causal de la enfermedad de Chagas, pertenece al grupo D1T1, mientras que la variante humana (HsHPRT) pertenece al D1T1’, se ha sugerido que la diferencia estructural que presentan podría aprovecharse en el diseño racional de drogas que permitan inhibir la enzima de T. cruzi sin afectar la del hospedador. En este trabajo, se busca identificar y comprender, mediante diversas herramientas computacionales, las características estructurales entre los miembros de esta familia que influyen en las preferencias por los distintos arreglos en la estructura tridimensional según el grupo al que pertenezcan. Para ello se realizaron simulaciones por dinámica molecular de las proteínas TcHPRT y HsHPRT, obtenidas a partir de la base de datos Protein Data Bank (PDB). Debido a que las proteínas cuya estructura se resuelve por métodos experimentales y luego se depositan en la PDB no siempre están completas, también se generaron modelos in silico de estructuras de secuencia completa utilizando Alphafold, que permitieron evaluar la importancia estructural de las regiones no resueltas experimentalmente. Los resultados de dinámica molecular mostraron la importancia de la región C-terminal (CTR) para la estabilización del tetrámero en la variante de T. cruzi, en concordancia con resultados experimentales reportados en la literatura. A partir de estos modelos, mediante algoritmos de rotación, traslación y alineamiento estructural se generaron variantes rotadas para ambos tetrámeros de modo tal que adoptaran la conformación tridimensional del otro grupo al que no pertenecen naturalmente. El objetivo es determinar el impacto que produce variar la estructura espacial nativa. Los resultados de dinámica molecular muestran que estas estructuras son inestables para ambas proteínas estudiadas, separándose el tetrámero en dímeros a los pocos nanosegundos de iniciadas las simulaciones. El análisis de la superficie de interacción en la región de tetramerización de las proteínas muestra que las interacciones electrostáticas son un factor determinante en la estabilización de los tetrámeros estudiados. A partir de las simulaciones, se identificaron los residuos que interactúan directamente en las superficies de tetramerización, identificando aquellos que permanecen estables a lo largo de la trayectoria. El análisis específico de las CTR de TcHPRT mostró que la estabilidad del tetrámero puede explicarse mediante una gran cantidad de interacciones transientes, tanto electrostáticas como aquellas generadas por el apilamiento de residuos aromáticos (interacciones π), entre diferentes residuos a lo largo de la simulación. Por último, se estudiaron las cavidades de estas proteínas y las aguas cristalográficas de las mismas. Estas aguas, presentes tanto en TcHPRT como en HsHPRT, se unen a residuos ubicados en las superficies de tetramerización, aumentando el número de interacciones estables.
Diseño y desarrollo de un dispositivo para evaluar las fugas, la histéresis y el volumen funcional de sondas de manometría esofágica
(2024) Navari, Agustín; Criado, Lázaro; Madorno, Matías
A partir del rediseño de la sonda de manometría esofágica comercializada por MBMed SA, surge la necesidad de desarrollar un instrumento que agilice los controles de calidad que se llevan a cabo durante su proceso de manufactura en el área de contaminación controlada, en particular el de la prueba de fugas. Al mismo tiempo se busca incorporar funcionalidades que permitan la utilización del dispositivo en proyectos de diseño y desarrollo. Partiendo de la necesidad de entregar un volumen de aire con precisión, se diseña el hardware del dispositivo utilizando un cilindro neumático como reserva de aire. Alrededor de este cilindro, se construyen de forma integral y progresiva los elementos que permiten su movimiento. Entre estos se destacan el actuador lineal, que utiliza un mecanismo del tipo “tuerca y tornillo” fabricado mediante técnicas de impresión 3D y CNC; la placa de circuito impreso, que incorpora todos los componentes electrónicos que controlan el dispositivo; y el circuito neumático, que conecta todos los componentes neumáticos involucrados en el proceso de entregar volumen. Considerando que el dispositivo puede ser utilizado en un área de contaminación controlada y con el objetivo de conseguir un diseño que funcione de manera autónoma, sin la necesidad de accesorios, se incorpora una computadora Raspberry Pi con pantalla táctil. Esta configuración permite que la computadora funcione como interfaz de usuario y unidad de procesamiento de la información. Para complementar este módulo, se diseña un software en Python y se implementa un protocolo de comunicación propio para la interacción con el microcontrolador. Se realizaron pruebas con el fin de caracterizar, ajustar y validar el funcionamiento del dispositivo. Estas pruebas posibilitan su comparación con el gold standard de la prueba de fugas utilizado hasta el momento, obteniendo resultados positivos. El dispositivo demuestra su capacidad de identificar con precisión las sondas de manometría que presentan fugas de aquellas que no.
Implementación de un sistema de gestión tipo CMMS en el departamento de Ingeniería Clínica de Leben Salud
(2024) Dertiano, Mercedes; Paschetta, Federico; Brunazzo, Agustín
El departamento de Ingeniería Clínica es el encargado de gestionar integralmente todos los equipos médicos instalados en un centro de salud, con dos grandes objetivos: por un lado, proporcionar equipos médicos seguros y eficaces en el proceso asistencial médico, y por otro lado, mantener la prestación de un servicio, que en muchos casos representa una fuente de ingresos para una empresa. Inicialmente, la ingeniería clínica estaba representada por unos pocos profesionales con perfil técnico capaces de solucionar problemas referidos a equipamiento dentro de centros de salud, disponiendo de pocos recursos. Luego, con el pasar del tiempo y con la suma de equipamiento médico de mayor complejidad, fue tomando mayor protagonismo y hoy representa un departamento clave en la mayoría de los centros de salud. Este avance se ve reflejado en varios aspectos, donde se destaca por un lado el cambio de rol desde lo puramente operativo hacia la gestión integral, disponiendo de presupuestos mas importantes al demostrar su criticidad; y por otro lado, mejorando el posicionamiento dentro de las organizaciones, pasando de puestos secundarios a puestos estratégicos involucrados en la toma de decisiones. Desde un punto de vista mas amplio se observan factores que acompañan esta puesta en valor, como por ejemplo la creciente oferta académica en varias universidades de Argentina, la aparición de herramientas nuevas o algunas ya utilizadas en la industria aplicadas hoy al ámbito de ingeniería hospitalaria y el avance en materia legal a nivel nacional, en particular, desarrollándose las primeras directrices de organización y funcionamiento de los servicios de ingeniería clínica dentro del PNGCAM. Los equipos de trabajo dedicados a ingeniería clínica, además de cumplir con su rol de soporte técnico, deben buscar la optimización de recursos humanos y económicos. Sumar nuevas tecnologías para estos equipos de trabajo es asignar recursos valorizando el rol que cumplen dentro de las organizaciones de salud y a su vez es brindar herramientas para continuar con dicha optimización. Dado este contexto, este proyecto trata de la implementación de un sistema de gestión que colabora con la operación diaria de un equipo de ingeniería que tiene como desafío dar soporte técnico a un grupo de clínicas privadas de alta complejidad ubicadas en la región norpatagónica de Argentina. Además, se mostrará el cambio significativo en la gestión del departamento, dejando en evidencia la importancia de contar con herramientas y recursos para mantener activo todo el parque instalado de equipamiento médico.
Desarrollo y caracterización de películas de silicio poroso para el uso en sensor de gases ambientales
(2024) Sosa Ferro, Guadalupe Virginia; Costa, Florencia Denisse; Rodríguez, Daniel Fabián; Perillo, Patricia María
Se estima que el 7,8 % de las muertes mundiales se atribuyen a la contaminación del aire, siendo las tasas de mortalidad más altas en países de ingresos medios. Uno de los mayores contaminantes atmosféricos significativos, especialmente en áreas urbanas, es el dióxido de nitrógeno (NO2), el cual es principalmente originado por actividades relacionadas con el transporte y la industria. Es por ello que resulta de gran importancia el monitoreo de este gas. Actualmente, existen distintos tipos de sensores que utilizan óxidos semiconductores, como el dióxido de estaño (SnO2) y el trióxido de tungsteno (WO3). Sin embargo, estos materiales suelen operar a temperaturas superiores a los 200°C. Una alternativa prometedora es el desarrollo de materiales nanoestructurados que permitan reducir la temperatura de operación del sensor. El silicio poroso (SiP) ha ganado especial atención debido a su alta relación superficie/volumen y elevada reactividad superficial. Ante esta problemática, se decidió enfocar este trabajo en el desarrollo de películas de sensoras de SiP para detectar NO2. Se utilizaron tres métodos de fabricación: ataque húmedo con ácido nítrico (HNO3) y óxido de vanadio (V2O5), y ataque por iones reactivos (RIE). Las películas sensoras obtenidas se caracterizaron mediante perfilometría óptica, para analizar la rugosidad. En base a estos resultados preliminares, se seleccionaron algunas de ellas para una caracterización más detallada. Mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y elipsometría se estudió la morfología de este grupo reducido de muestras. Luego, se evaluó su respuesta eléctrica, fotorrespuesta, impedancia compleja y efectividad como sensores de NO2. Se observó un aumento en la rugosidad con el tiempo de ataque para las muestras tratadas con HNO3 y V2O5. Mientras que el ataque con V2O5 generó poros, el ataque con HNO3 solo generó grietas. Las muestras atacadas con V2O5 durante un mayor tiempo presentaron poros de gran tamaño y una estructura interconectada. Sin embargo, estas muestras presentaron menor sensibilidad y mayor tiempo de respuesta tanto a la luz UV como al gas NO2, debido a una menor superficie activa. Por otro lado, el ataque con RIE produjo muestras con dos microestructuras distintas, pequeñas esferas y estructuras piramidales. Estas últimas mostraron la mayor rugosidad para este tipo de ataque. Además, de todas las muestras, estas presentaron los mejores tiempos de respuesta ante luz UV y NO2. Esto es debido a la gran área de superficie generada por las nanoestructuras piramidales. Los mejores resultados se obtuvieron con el ataque RIE correspondiente a un tipo específico de SiP conocido como black silicon. Este material muestra un potencial prometedor para su uso en sensores de gas y sería interesante seguir ajustando los parámetros del proceso para mejorar la sensibilidad al NO2. Así también sería de interés continuar explorando el potencial de este material en otras aplicaciones, como en el campo biomédico.
Diseño y desarrollo de un dispositivo detector y contador de contracciones uterinas
(2024-05-13) Ravagni, Iara Sofía; Gonzalez, Valentina
El monitoreo preciso de las contracciones uterinas es crucial para la atención prenatal efectiva. En este contexto, la telemedicina emerge como una herramienta valiosa para facilitar el acceso a la atención médica y mejorar la calidad de vida de las mujeres embarazadas. En este estudio, se diseñó, desarrolló y evaluó un prototipo de un sistema portátil de monitoreo de contracciones uterinas basado en señales de electromiografía (EMG) que sugiere al usuario acudir al centro de salud o permanecer en la casa. El sistema consta de una aplicación móvil y un dispositivo portátil de bajo costo. Este prototipo fue evaluado con 14 señales fisiológicas de mujeres embarazadas, y se logró una precisión del 79 % y un recall del 83 % en la detección de contracciones uterinas. Se demostró que la combinación de información proveniente de dos canales de EMG mejora la capacidad para identificar contracciones uterinas. Además, el sistema de sugerencias proporcionó recomendaciones precisas y consistentes con las recomendaciones de profesionales de la salud en la totalidad de los casos. Se concluye entonces que el prototipo diseñado es capaz de detectar y caracterizar las contracciones uterinas con alta precisión, incluso en condiciones adversas. Este estudio destaca una potencial herramienta integral de telemedicina para mejorar la atención prenatal al proporcionar información precisa y oportuna sobre la actividad uterina tanto al paciente como al personal médico.
Avances hacia nanosistemas híbridos para la liberación controlada de agentes terapéuticos : nanopartículas mesoporosas de sílice y sistemas Pluronic F-127-Colágeno
(2024-03-14) Teubal, Manuel; Heredia, Matías; Ostapchuk, Gabriel; Catalano, Paolo
Las enfermedades crónicas son de las causas de muerte más prevalentes en el mundo, representando uno de los mayores problemas de la salud pública. Estas enfermedades pueden requerir tratamientos administrados por el paciente, tales como inyecciones o administración oral, donde sólo un 50 % se adhiere correctamente, causando a ́un más complicaciones de salud. Estos tratamientos pueden fallar por el lado del paciente, debido no recordar la toma del medicamento, percepciones de incomodidad o aversión a inyecciones. Por otro lado, el tratamiento puede ser menos efectivo debido a la falta de sincronización entre el efecto del agente y los procesos biológicos del organismo. Esto resalta la necesidad de sistemas de aplicación única que promuevan la liberación prolongada y a demanda de agentes terapéuticos en el tratamiento de enfermedades crónicas. La presente investigación se enfoca en el desarrollo de nanosistemas híbridos compuestos por nanopartículas mesoporosas de sílice y nanopartículas huecas mesoporosas de sílice, envueltas en una matriz de colágeno y copolímero Pluronic F-127, para lograr la liberación controlada de agentes terapéuticos destinados al tratamiento de enfermedades crónicas. El proyecto se centra en la caracterización y desarrollo de nanocompósitos poliméricos para el tratamiento de enfermedades crónicas. Se buscó evaluar la capacidad de carga y la cinética de liberación con el fin de asegurar un tratamiento más eficaz y un mayor cumplimiento terapéutico. Por su simplicidad, bajo costo y características compartidas con fármacos como el ibuprofeno por ejemplo, se utilizo la fluoresceína como agente terapéutico modelo. La síntesis de las nanopartículas se logró a través del método Stöber, modificando las concentraciones de los reactivos y las condiciones de reacción para perfeccionarlas a los parámetros deseados. La remoción del surfactante fue un paso crucial previo al ahuecamiento de las nanopartículas mesoporosas de sílice, obteniendo así las nanopartículas huecas mesoporosas de sílice de tamaño comparable y baja polidispersión. El proceso de ahuecamiento por etapas demostró una mejor remoción del núcleo interno y un depósito de sílice en la carcasa externa, resultando en un marcado aumento de tamaño entre ambas nanopartículas, mientras que el ahuecamiento continuo resultó en partículas más homogéneas. Se logró aumentar la carga superficial de las nanopartículas a m ́as de +30mV a través de su funcionalización, destacando que las nanopartículas huecas mesoporosas de sílice requirieron un mayor volumen de APTES para alcanzar una carga superficial similar a las nanopartículas mesoporosas de sílice debido a su mayor área superficial. Las isotermas de adsorción de fluoresceína evidenciaron la capacidad de carga de las partículas dependiente de su potencial de superficie, ajustándose al modelo de Freundlich, mostrando una adsorción en multicapa, coherente con su estructura mesoporosa. Además, en experimentos de binding se confirmó la correcta adsorción observada en las isotermas, revelando una liberación prolongada del 40 % para las nanopartículas huecas mesoporosas de sílice y 65 % para las nanopartículas mesoporosas de sílice después de 24 horas de comenzado el experimento. Por otro lado, se logró obtener un ensamblado de Pluronic F-127-colágeno, que permitió evaluar la liberación prolongada de fluoresceína en condiciones fisiológicas.
Actividad neuronal oscilatoria en el núcleo subtalámico detectada mediante potenciales de campo local durante discinesias en la enfermedad de Parkinson
(2024-02-07) Granda, Luna Belén; Merello, Marcelo; Wilken, Miguel
La actividad oscilatoria aumentada en la banda beta en los ganglios basales registrada en pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) se ha identificado como un biomarcador del estado hipodopaminérgico. La actividad aumentada en las bandas theta y gamma durante las discinesias inducidas por Levodopa (L-3,4 dihidroxifenilalanina) en pacientes con EP en tratamiento han sido identificadas en diversos estudios como biomarcadores de las mismas. La terapia alternativa de los pacientes con EP refractarios a la medicación es la estimulación cerebral profunda, sin embargo el beneficio de esta terapia está estrechamente relacionado con una óptima colocación de los electrodos. El objetivo del presente estudio fue explorar la actividad neuronal oscilatoria durante discinesias en 10 pacientes con EP mediante el sensado de los potenciales de campo local de los ganglios de la base durante la cirugía de implantación. Se parte de la premisa de que durante la manifestación de discinesias se identificaría un incremento en potencia de las bandas theta y gamma en la zona dorsolateral del núcleo subtalámico (STN) en las señales de potenciales de campo local. Los valores de potencia en las bandas theta y gamma registrados arrojaron resultados significativamente más elevados durante las discinesias, y se correlacionaron en magnitud con aquellos electrodos de sensado situados en la región dorsolateral del STN significativamente. Estos resultados ilustran la fisiopatología de las discinesias en la EP y el poder predictivo de las bandas theta y gamma.
MoAna: Diseño y desarrollo de un prototipo basado en PC para monitorizar analgesia en anestesia general mediante el índice SPI basado en fotopletismografía.
(2024-02-02) Capurro, Lucila; Assad, Zakie; Paschetta, Federico
El presente Proyecto Final de Carrera consta del diseño y desarrollo de un prototipo de equipo basado en PC que permite la monitorización de la nocicepción de pacientes adultos sometidos a intervenciones quirúrgicas bajo anestesia general. Este infiere el balance nocicepción-antinocicepción a partir del cálculo de un índice llamado Surgical Pleth Index (SPI). El SPI permite realizar un análisis del balance simpático-parasimpático a partir de la señal de fotopletismografía (PPG), considerando los intervalos entre latidos (HBIs, heart beat intervals) y las amplitudes de los pulsos (PPGAs, phtoplethysmographic amplitudes). A partir de ambos parámetros, se puede inferir la presencia de un tono simpático más alto correlacionado con estímulos nocivos), por su efecto vasoconstrictor (menor PPGA) y cardioacelerador (menor HBI). De modo contrario, una variación opuesta de dichos parámetros reflejará un tono simpático suprimido y uno parasimpático más alto. Bajo dichas premisas, el objetivo principal del presente Proyecto Final de Carrera es diseñar y desarrollar un prototipo de equipo de monitoreo basado en PC que permita inferir el balance nocicepción-antinocicepción, basado en la adquisición de la señal de PPG y en el cálculo del SPI en tiempo real. De este modo, el equipo podría funcionar como una herramienta de soporte para la toma de decisiones del médico anestesiólogo, brindándole respaldo para optimizar el suministro de fármacos analgésicos a un paciente en el contexto de una intervención quirúrgica. Para corroborar el correcto funcionamiento del equipo, así como para evaluar el cumplimiento de los objetivos del proyecto, se realizaron diversos ensayos de verificación de los algoritmos desarrollados. Los ensayos realizados incluyen la comprobación de las mediciones de PPGA y HBI, la verificación del cálculo de la frecuencia cardíaca (HR) del paciente y de la utilización de la misma para realizar un filtrado adaptativo de la señal de PPG, la corroboración del algoritmo de detección de picos y la verificación de la detección de cambios en una condición de dolor respecto de una situación de reposo, entre otras. En conclusión, se ha alcanzado el objetivo de diseñar y desarrollar un prototipo de equipo basado en PC que podría actuar como una herramienta de soporte a la toma de decisiones de los médicos anestesiólogos para regular el suministro de fármacos analgésicos en pacientes sometidos a intervenciones quirúrgicas bajo anestesia general. Los principales beneficios del mismo son su facilidad de utilización por parte del médico, su interacción completamente periférica y sin continuidad eléctrica con el paciente y su asequibilidad para instituciones nacionales de salud. Durante el desarrollo del presente Proyecto Final de Carrera se aplicaron conocimientos de diversas disciplinas de la Biongeniería, como procesamiento de señales, instrumentación biomédica y fisiología cuantitativa. La integración de dichos conocimientos en la concepción, el diseño y la implementación final de un prototipo de equipo se considera que es uno de los pilares fundamentales sobre el cual se ha regido el proyecto.
BrainWalkVR : aplicación en realidad virtual para el entrenamiento físico-funcional de los pacientes con la Enfermedad de Parkinson
(2023-11-13) Koh, Jungmin; Bestani, Santiago; Cresmaschi, Fabián
La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno neurodegenerativo crónico y progresivo que afecta los circuitos motores en el cerebro, resultando en síntomas como lentitud en los movimientos, rigidez, temblores y problemas de coordinación. Además, los pacientes pueden experimentar dificultades cognitivas y todo el conjunto de complicaciones culminan en una marcada alteración en la marcha. Los tratamientos farmacológico y quirúrgico que existen en la actualidad no mejoran significativamente el trastorno de la marcha, lo cual impacta en la calidad de vida de los pacientes. En este proyecto final de grado, se diseñó una aplicación de entrenamiento en realidad virtual (RV) llamada BrainWalkVR, que sirve como herramienta de rehabilitación física y funcional en pacientes con Parkinson. Se llevó a cabo una fase de testeos con 11 participantes sanos, para evaluar la usabilidad del sistema, el grado de síntomas asociados con el cybersickness, y el rendimiento físico que logra exigir una sesión de entrenamiento de BrainWalkVR. Los resultados indicaron que la aplicaci ́on es altamente usable debido a la facilidad de aprender y al alto grado de satisfacción en los usuarios. Además, los participantes presentaron bajo nivel de síntomas de cybersickness, y el análisis de datos inerciales reveló que los participantes realizaron una cantidad significativa de pasos y giros, recorriendo una distancia considerable, durante el entrenamiento. El proyecto concluye que la aplicación BrainWalkVR tiene potencial para complementar los tratamientos de rehabilitación convencionales de la EP, y tendrá un impacto positivo en la calidad de vida de los pacientes al mejorar su movilidad y coordinación. A futuro, se sugiere realizar pruebas adicionales con un grupo más amplio de participantes y colaborar con profesionales de la salud para integrar la aplicación en la práctica clínica.
Evaluación de factibilidad de una interfaz cerebro-computadora híbrida como herramienta de comunicación binaria
(2023) Jinkus, Nicolás; Peterson, Victoria; Mateos, Sebastián
Diferentes afecciones neurológicas imposibilitan la capacidad de comunicación e interacción con el entorno de las personas afectadas. Mediante el uso de dispositivos de interacción persona-máquina (HMI, por sus singlas en inglés) pueden generarse vías de comunicación alternativas para el paciente, mejorando la calidad de vida y el nivel de independencia de estas personas. Un caso particular de HMI son las tecnologías asistivas para comunicación basadas en el seguimiento de la mirada. Estos dispositivos permiten que el usuario controle el cursor de una PC y seleccione elementos de la pantalla mediante el sensado continuo de la posición y fijación de la mirada (eye-tracking). Desafortunadamente, estos sistemas requieren de una capacidad de control y fijación de la mirada que no todos los pacientes pueden lograr o sostener en el tiempo, generando que un número de personas quede desestimada de terapias de rehabilitación y/o comunicación. Las interfaces cerebro-computadora (BCI, por sus siglas en inglés), un caso particular de las HMIs, pueden romper esta barrera mediante la generaci ́on de una nueva vía de comunicación entre el cerebro de una persona y el mundo exterior que no dependa de las salidas normales del cerebro. Las BCIs son sistemas de comunicación que permiten a los individuos interactuar con computadoras u otros dispositivos electrónicos utilizando solamente señales cerebrales. Estas interfaces capturan y decodifican las señales generadas por el cerebro, como los patrones de actividad eléctrica (EEG) para controlar dispositivos externos. En ese sentido, el uso combinado de una BCI basada en EEG con sistemas de eye-tracking podrían aumentar las capacidades de comunicación en aquellos pacientes severamente afectados. Este proyecto se enmarca en el desarrollo de una BCI híbrida para proporcionar una herramienta de comunicación binaria de confirmación/negación. Como primer paso de análisis de factibilidad, en este proyecto se diseñó e implementó una BCI híbrida para selección binaria de opciones presentadas en una pantalla. Se registraron las señales de EEG y eye-tracking de manera síncrona en 11 participantes jóvenes sin neuropatologías asociadas. Este estudio de factibilidad aborda el análisis de patrones de activación en el EEG asociados al deseo de selección. Las actividades fueron realizadas en el Instituto de Matemática Aplicada del Litoral (IMAL, UNL-CONICET, Santa Fe) en colaboración con la clínica de rehabilitación neurológica FLENI, situada en Escobar, Buenos Aires. El presente proyecto se divide en tres partes principales: la primera es el diseño y la implementación de la BCI híbrida. En la segunda parte, se adquirieron los datos utilizando el protocolo de estimulación diseñado durante la primera parte. Una vez obtenidos los datos, se pasó a la ́ultima etapa del presente trabajo, que fue el preprocesamiento y acondicionamiento de los datos, preparándolos para ser utilizados para desarrollar un algoritmo clasificador para detectar la intención de comunicación.

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