Validación de dos algoritmos para la localización 3D del instrumental laparoscópico a partir de la imagen de vídeo endoscópico

Uno de los aspectos fundamentales en un sistema de cirugía guiada por imagen (CGI) es la localización del instrumental quirúrgico con respecto a la anatomía del paciente. Los sistemas basados en sensores ofrecen buenos niveles de precisión, pero son sensibles a distintas fuentes de ruido en el quirófano y contribuyen a la sobrecarga tecnológica del mismo. Una alternativa novedosa es analizar la imagen del vídeo endoscópico para llevar a cabo la detección y localización espacial del instrumental. Se presenta en este trabajo la validación de dos métodos, basados en el diámetro aparente y en la sección transversal del instrumental, para la localización espacial del instrumental a partir de los bordes y la posición 2D de la punta en la imagen. La validación, llevada a cabo en un simulador físico, se realiza comparando los resultados con el sistema Kinescan/IBV. Los resultados muestran para cada método un error medio de 12,7 y 12,8 mm respectivamente. La incorporación de estos algoritmos dentro del paradigma de navegación propuesto en el proyecto THEMIS permitirá al cirujano conocer la posición del instrumental de forma no intrusiva y transparente, sin necesidad de equipamiento adicional en el quirófano.

Integración de tecnologías eye-tracking con vídeos interactivos para neurorrehabilitación cognitiva

La integración de las nuevas tecnologías en el proceso de rehabilitación permite la generación de terapias personalizadas, ubicuas y basadas en la evidencia. Tecnologías como el vídeo interactivo son propicias para el desarrollo de entornos virtuales en los que el paciente se ve inmerso dentro de actividades de la vida diaria en los que tiene que lograr un objetivo ecológico en un contexto seguro, controlado y adaptado a su perfil disfuncional. Dentro de este marco de rehabilitación la interacción visual paciente-entorno virtual se entiende como el mecanismo de comunicación principal, siendo además la atención visual un reflejo del estado cognitivo del paciente. El trabajo presentado en este artículo permite la integración de un sistema de eye-tracking con un entorno de neurorrehabilitación basado en vídeo interactivo. El objetivo último del sistema es la monitorización en tiempo real de la atención visual del usuario durante el proceso de neurorrehabilitación. Esta monitorización permite no sólo reproducir la ejecución de la actividad junto con el foco de la mirada, sino también detectar faltas de atención por parte del usuario, que permiten al vídeo interactivo reaccionar y adaptar la presentación de estímulos para ayudar a centrar su atención y así completar el objetivo de la actividad.

Herramienta de modelado disfuncional tridimensional basado en estudios de neuroimagen

El modelado disfuncional basado en estudios de neuroimagen mejora la comprensión de los cambios estructurales provocados ante la presencia de lesiones cerebrales. Actualmente, existen numerosas herramientas para el análisis y procesado de estudios de neuroimagen. Algunas de ellas, como el 3D Slicer, BrainVoyager y el FreeSurfer permiten la creación y navegación sobre modelos tridimensionales cerebrales sin alteraciones estructurales. Sin embargo, no se han detectado herramientas que permitan modelar tridimensionalmente lesiones a partir de estudios de neuroimagen, concretamente de estudios de resonancia magnética. El objetivo de este trabajo es el diseño de una metodología que permite la creación de este tipo de modelos y su visualización y navegación.

Identificación de Oportunidades de Mejora en Procesos de Neurorrehabilitación

El modelado de procesos es una técnica de gestión empresarial destinada a la mejora continua de los procesos de una organización, como base operativa y estructural de la misma. En el ámbito de la Neurorrehabilitación, crece el interés por los mapas de procesos como herramienta de comprensión, representación y análisis de los procesos clínicos. El presente trabajo se centra en la identificación de oportunidades de mejora de las actividades de rehabilitación, con el objetivo de definir nuevas estrategias de monitorización y automatización que permitan su evolución hacia el nuevo modelo de rehabilitación ubicua, personalizada y basada en la evidencia.

Segmentación automática de aneurismas aórticos abdominales a partir de imágenes de resonancia magnética basada en modelos activos de forma y modelos de textura

Se presenta un algoritmo semiautomático de segmentación de aneurismas aórticos abdominales (AAA) basado en modelos activos de forma (ASM) y modelos de textura. La información de textura viene dada por un conjunto de cuatro imágenes 3D de resonancia magnética (RM) compuestas por cortes axiales de la zona abdominal. En estas imágenes son visibles la luz aórtica, la pared aórtica y el trombo intraluminal (ILT). Dado el tamaño limitado del conjunto de imágenes de RM, se han implementado un ASM que capture las características específicas del conjunto de entrenamiento compuesto por 35 imágenes de tomografía axial computarizada (CTA), de modo que la variación de forma pueda ser adecuadamente caracterizada. La textura se caracteriza a partir de las imágenes de RM. Para la evaluación del algoritmo se ha llevado a cabo una validación cruzada dejando uno fuera sobre el conjunto de imágenes de RM.

Integración de dispositivos de salud personal en la plataforma de telecuidado para diabetes PERSONA

La plataforma de telecuidado PERSONA se ha desarrollado en el marco del CIBER-BBN y tiene por objetivo soportar el autocuidado diario de pacientes con diabetes tipo 1. La plataforma proporciona acceso a herramientas de soporte a la decisión, de procesado automático de la información, de monitorización de las variables que afectan a la enfermedad y facilita la comunicación entre los agentes involucrados en el cuidado del paciente. La integración de dispositivos médicos interoperables es un requisito principal de la plataforma PERSONA. En este trabajo presentamos las soluciones adoptadas en cuanto a la integración de dispositivos médicos y analizamos las características de los protocolos de comunicación inalámbrica de los dispositivos considerados y los recursos necesarios para la comunicación con dispositivos móviles de telefonía.

Aplicación de la especificación Data Distribution Service (DDS) al control de glucosa en pacientes diabéticos

En este trabajo se ha investigado la posibilidad de utilizar el estándar DDS (Data Distribution Service) desarrollado por el OMG (Object Management Group) para la monitorización en tiempo real del nivel de glucosa en pacientes diabéticos. Dicho estándar sigue el patrón publicador/suscriptor de modo que, en la prueba de concepto desarrollada, los sensores del punto de cuidado son publicadores de los valores de glucosa de los pacientes y diferentes supervisores se suscriben a esa información. Estos supervisores reaccionan de la forma más adecuada a los valores y la evolución del nivel de glucosa en el paciente, por ejemplo, registrando el valor de la muestra o generando una alarma. El software de intermediación que soporta la comunicación de datos sigue el estándar DDS. Esto facilita por un lado la escalabilidad e interoperatividad de la solución desarrollada y por otro la monitorización de niveles de glucosa y la activación de protocolos predefinidos en tiempo real. La investigación se enmarca dentro del proyecto intramural PERSONA del CIBER-BBN, cuyo objetivo es el diseño de herramientas de soporte a la decisión para la monitorización continua de pacientes personalizadas e integradas en una plataforma tecnológica para diabetes.

Clasificación de sujetos según el control motor de la extremidad superior en Neurorrehabilitación Funcional

El presente trabajo propone la aplicación de las redes neuronales artificiales (RNA) en la comparación del movimiento de la extremidad superior entre sujetos con Daño Cerebral Adquirido y sujetos sanos. La finalidad de esta comparación es clasificar a los sujetos según su control motor para posteriormente emitir una valoración funcional del movimiento como parte de un método de evaluación objetiva en neurorrehabiliatación funcional de extremidad superior. Para realizar esta comparación se propone un método en el que se aplica un pre-procesado a los datos usando análisis de componentes principales (ACP) para reducir la dimensión de los mismos y entrenar la red. Fueron evaluadas diferentes estructuras de redes. El resultado obtenido con el método propuesto fue de un 95.65% de exactitud en la clasificación. Este resultado permite certificar el uso de las RNAs como una opción viable para la evaluación disfuncional del movimiento de sujetos sanos y con DCA. Esta investigación puede ser considerada como un estudio piloto para investigaciones en mayor profundidad que corroboren estos resultados.

Utilidad del vídeo quirúrgico en las cirugías de mínima invasión

El vídeo quirúrgico es la principal fuente de información intraoperatoria para el seguimiento de la intervención quirúrgica. Actualmente, su uso como medio de análisis no se halla implantado. Este trabajo presenta su utilidad con casos de uso reales que explotan la información presente en los vídeos a través del procesamiento de los vídeos. Los algoritmos desarrollados permiten la segmentación y seguimiento de los elementos de la escena, la reconstrucción y la localización espacial de los trócares. Se presenta a modo de ejemplos un entorno de formación y un sistema de navegación quirúrgica que explotan la información presente en los vídeos captados por el endoscopio.

Adaptación de la usabilidad del entorno de formación TELMA a las necesidades de los cirujanos expertos

Uno de los principales inconvenientes manifestados por los cirujanos a la hora de llevar a cabo su formación continuada es la elevada carga asistencial que les limita la posibilidad de asistir a cursos y estancias presenciales. Por tanto, los cirujanos necesitan otros métodos formativos distintos a la formación in situ y para ello son de gran utilidad las tecnologías web, como es el caso de la plataforma de e-Learning TELMA, que ofrezcan contenidos didácticos adaptados a cada usuario para que puedan complementar su formación con contenidos multimedia online. Estudios previos de validación de TELMA detectaron diferentes problemas respecto a su diseño y usabilidad, propiciando mayores dificultades de accesibilidad para los cirujanos expertos en relación a los cirujanos noveles. Para corregirlos, en este trabajo se han analizado las deficiencias encontradas y se han propuesto una serie de medidas fundamentadas en un conjunto de directivas de diseño web que se deberían adoptar en futuras versiones de la plataforma TELMA para tratar de solventar estas desigualdades, ofreciendo a todos los usuarios tanto expertos como noveles, las mismas facilidades de accesibilidad.

Comparación de algoritmos detectores de puntos singulares para reconocimiento de objetos en vídeo quirúrgico.

El análisis de vídeo laparoscópico ofrece nuevas posibilidades a la navegación quirúrgica al garantizar una incorporación mínima de tecnología en quirófano, evitando así alterar la ergonomía y los flujos de trabajo de las intervenciones. Una de sus principales ventajas es que puede servir como fuente de datos para reconstruir tridimensionalmente la escena laparoscópica, lo que permite dotar al cirujano de la sensación de profundidad perdida en este tipo de cirugía. En el presente trabajo de investigación se comparan dos detectores de puntos singulares, SIFT y SURF, para estimar cuál de los dos podría integrarse en un algoritmo de cálculo de coordenadas 3D, MonoSLAM, basado en la detección y el seguimiento de estos puntos singulares en los fotogramas del vídeo. Los resultados obtenidos posicionan a SURF como la mejor opción gracias a su rapidez y a su mayor capacidad de discriminación entre estructuras anatómicas e instrumental quirúrgico.

Vulnerabilidad sísmica en Puerto Príncipe, Haití. Escala Macrosísmica Haitiana.

Haití, es un país claramente prioritario como receptor de cooperación para el desarrollo. Tras el terremoto del 12 de enero de 2010, se ha desarrollado un Proyecto de Cooperación Interuniversitaria entre la Universidad del Estado de Haití y la Universidad Politécnica de Madrid, financiado por la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo.El proyecto consiste en la formación y capacitación de los técnicos Haitianos para reconstruir su país. Se está trabajando en la creación de una escala macrosísmica Haitiana, partiendo como base de la Escala Macrosísmica Europea 1998. En este sentido, se hace un análisis exhaustivo de toda la documentación técnica y científica existente hasta la fecha sobre tipos de edificios, clases de vulnerabilidad y grados de daños dependiendo del tipo de edificio. Como caso de estudio se aplica en la ciudad de Puerto Príncipe.En primer lugar se ha clasificado el parque inmobiliario de Puerto Príncipe en diferentes tipologías constructivas, tras un trabajo de campo y teniendo en cuenta las guías de auto-construcción y reparación de edificios publicadas por el Ministerio de Obras Públicas, Transporte y Comunicaciones de Haití. (MTPTC).En el estudio de la vulnerabilidad, además del tipo de estructura de los edificios, se tiene en cuenta la habitabilidad básica que debe tener todo asentamiento humano, analizando no sólo el edificio, sino todo el entorno externo de espacios públicos, infraestructuras, dotaciones y servicios que, en conjunto,conforman el núcleo de cada población y permiten el funcionamiento eficiente del sistema de asentamientos del territorio habitado; pues, en última instancia, dicho territorio construido es el que mejor acota los riesgos ante la vulnerabilidad material y más garantiza la vida saludable de las personas. Los parámetros estudiados son: urbanísticos (anchos de vías, dimensiones de manzanas, trazado, infraestructuras,...), geológicos (estudios del efecto local e identificación de las fallas activas respecto a la edificación) y topográficos (implantación del edificio en zonas llanas, en laderas...). En último lugar, con todos estos datos y los daños registrados en el terremoto de enero de 2010, se hace una escala de intensidades macrosísmica y un plano de ordenación de la vulnerabilidad en Puerto Príncipe, que sirva de base a las autoridades haitianas para la planificación urbanística y la reconstrucción, mitigando de esta manera el riesgo símico. SUMMARY Haiti is a clear priority country as a recipient of development cooperation. After the earthquake of January 12, 2010, an Inter-University Cooperation Project has been developed between the State University of Haiti and the Polytechnic University of Madrid, funded by the Spanish Agency for International Development.The project consists of training and qualifying Haitian technicians to rebuild their country. We are currently working on the creation of a Haitian Macroseismic Scale,based on the European Macroseismic Scale 1998.For the accomplishment of this goal, a comprehensive (deep) analysis is being held, going through all the scientific and technical documentation to date, related to building types, kinds of vulnerability and degrees/ levels of damage depending on the type of building. As a case study, this has been applied to the city of Port-au-Prince.First of all, we have classified the housing typology of Port-au-Prince in different construction types, after carrying on field work in this area and keeping in mind the guidelines for self-construction and repairment of buildings published by the Ministry of Work, Transport and Communications of Haiti. (MTPTC).Regarding the study of vulnerability, besides the type of structure of the buildings, we take into account the basic habitability every human settlement should have, analyzing not only the building, but all the external environment of public spaces,infrastructures, amenities and services, which, as a whole, shape the core of each population and allow the efficient functioning of the settlement system on the inhabited territory. It is this territory,ultimately, the one that better narrows the risks when facing material vulnerability and that better ensures a healthy life for people. The studied parameters are: urban (lane width, block dimensions, layout, infrastructure...), geological (studies focusing on local effects and identification of the active faults in relation to the building) and topographical (implementation of the building on flat areas, slopes...)Finally, with all this data (information) and the registered damages related to the earthquake occurred in 2010, we create a Macroseismic Intensity Scale and a Management Plan of the vulnerability in Port-au-Prince. They will serve as a guideline for Haitians authorities in the urban planning and reconstruction, thus reducing seismic risk.

Nuevos desarrollos en la caracterización geométrica y simulación mecánica de paredes arteriales

El presente trabajo resume los desarrollos realizados por el Grupo de Mecánica Computacional de la ETSICCP de la UPM en el campo de la biomecánica. Se presentan estrategias de caracterización geométrica de paredes arteriales a partir de tomografía computarizada y de reconstrucciones tridimensionales del cayado aórtico, se describe una metodología de implementación de las tensiones iniciales dentro del contexto del análisis por elementos finitos y se expone un modelo constitutivo de daño continuo que busca reproducir la degradación material del tejido aórtico.

Algoritmo de control anticipatorio assisted-as-needed para neurorrehabilitación funcional de extremidad superior

Los dispositivos robóticos se están convirtiendo en una alternativa muy extendida a las terapias de neurorrehabilitación funcional tradicionales al ofrecer una práctica más intensiva sin incrementar el tiempo empleado en la supervisión por parte de los terapeutas especialistas. Por ello, este trabajo de investigación propone un algoritmo de control anticipatorio que, bajo el paradigma 'assisted-as-needed', proporcione a una ortesis robótica las capacidades de actuación necesarias para comportarse tal y como lo haría un terapeuta que proporciona una sesión de terapia manual. Dicho algoritmo de control ha sido validado mediante un simulador robótico obteniéndose resultados que demuestran su eficacia.

Pulsatile blood flow-split in aortic arch dissection

Abnormalities of the aortic arch, as the most proximal site of the cardiovascular system, are of great interest due to its major role in blood distribution to all downstream members. Wall dissection is one of the disorders that an aorta may suffer due to hypertension or degradation of aortic wall properties. A geometrical change of the aortic arch caused by the dissected wall, and consequently the blood flow path, makes the time-varying flow curves to be different in comparison to the healthy aortic arch. This phenomenon modifies wall shear stress (WSS) history during the cardiac cycle. In the current work, the pulsatile blood flow in a typical Stanford A (DeBakey II) dissected aorta is simulated by CFD technique, STAR-CCM+. The boundary conditions are calculated based on a combination of the impedance boundary condition and the auto-regulation concept in the cardiovascular system.