Extracción y recuperación de contenidos basado en vídeo en cirugía de mínima invasión

La introducción de las cirugías de mínima invasión en rutina clínica ha provocado la incorporación de los sistemas de vídeo dentro del quirófano. Así, estas técnicas proporcionan al cirujano imágenes que antes solo podían ser vistas mediante cirugía abierta. Los vídeos obtenidos en las intervenciones son almacenados en repositorios. El uso posterior de estos vídeos se ve limitado generalmente a su reproducción, debido a las dificultades de clasificación y gestión. La información que contienen estos repositorios puede ser explotada, reutilizando el conocimiento obtenido en cirugías similares. En este artículo de investigación se presenta el diseño de un módulo de gestión de conocimiento (MGC) para un repositorio de vídeos de cirugía de mínima invasión (CMI). El objetivo del módulo es gestionar y reutilizar la información contenida en el repositorio de vídeos laparoscópicos, para que puedan ser utilizadas con las experiencias previas en entornos de formación de nuevos cirujanos. Para este fin, se han implementado técnicas de recuperación de imagen y vídeo basadas en sus contenidos visuales (CBIR y CBVR). El MGC permite la recuperación de imágenes/vídeos, proporcionando información sobre la tarea que se está realizando en la escena quirúrgica. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran la posibilidad de recuperar vídeos de CMI, a partir del instrumental presente en la escena quirúrgica.

iCarer Project: Intelligent Care Guidance and Learning Services Platform for Informal Carers of the Elderly

The increasing ageing population is demanding new care approaches to maintain the quality of life of elderly people. Informal carers are becoming crucial agents in the care and support of elderly people, which can lead to those carers suffering from additional stress due to competing priorities with employment or due to lack of knowledge about elderly people?s care needs. Thus, support and stress relief in carers should be a key issue in the home-care process of these older adults. Considering this context, this work presents the iCarer project aimed at developing a personalized and adaptive platform to offer informal carers support by means of monitoring their activities of daily care and psychological state, as well as providing an orientation to help them improve the care provided. Additionally, iCarer will provide e-Learning services and an informal carers learning network. As a result, carers will be able to expand their knowledge, supported by the experience provided by expert counsellors and fellow carers. Additionally, the coordination between formal and informal carers will be improved, offering the informal carers flexibility to organize and combine their assistance and social activities.

CareCloud: Plataforma de soporte y asistencia a cuidadores

El aumento de las personas con discapacidad está demandando la aparición de nuevos modelos de cuidado en los que el cuidador informal desarrolle un papel fundamental como fuente de provisión de cuidados. La falta de preparación del cuidador junto con los frecuentes episodios de estrés y depresión que sufren ante la elevada carga psicológica y laboral, tienen un impacto muy negativo tanto en la condición del cuidador como en las tareas de cuidado. Con el objetivo de mejorar los cuidados provistos y la calidad de vida de los cuidadores informales surge la plataforma CareCloud. Esta plataforma proporciona al cuidador informal servicios destinados a la provisión de contenidos personalizados de formación sobre los distintos cuidados que prestan a sus familiares. Además, permite la gestión de los cuidados a través de servicios de coordinación entre distintos cuidadores, así como procedimientos de evaluación del cuidado que permitan detectar problemas ocurridos en la asistencia prestada.

Tour virtual: una forma eficiente de realizar evaluaciones tempranas en aplicaciones de paciente

Tradicionalmente, los sistemas de ayuda a la decisión (Decision Support Systems, DSS) han estado dirigidos a los profesionales médicos; sin embargo también pueden ayudar a aquellos pacientes que desean tener un papel más activo en el cuidado de su salud. Además, los pacientes quieren ser tratados en el momento en que su estado de salud lo requiera, sin importar el lugar en el que se encuentren. El sistema MobiGuide proporciona un soporte personalizado y basado en evidencia clínica tanto a profesionales médicos como a pacientes en todo momento y en todo lugar. La aplicación móvil del paciente representa el punto de acceso al servicio y, por tanto, es responsable en gran medida del éxito o fracaso del sistema. En MobiGuide, se ha incorporado a los pacientes desde el comienzo en el proceso de diseño y evaluación de la aplicación para garantizar una adecuada funcionalidad y usabilidad del sistema. En este trabajo presentamos la primera evaluación realizada por los pacientes mediante un tour virtual por la Aplicación de Paciente. Los resultados son altamente positivos y útiles para mejorar la aplicación, corregir defectos y conseguir la aplicación final esperada por los pacientes.

Clasificación de medidas de glucemia en función de ingestas en diabetes gestacional

Este trabajo presenta un clasificador de medidas de glucemia en función de las ingestas asociadas para pacientes con diabetes gestacional. Se presentan los resultados obtenidos al comparar la relevancia de diferentes atributos así como del uso de dos de los algoritmos más populares en el mundo del aprendizaje automático: las redes neuronales y los árboles de decisión. El estudio se ha realizado con los datos de 53 pacientes pertenecientes al Hospital de Sabadell y al Hospital Mutua de Terrassa obteniendo un 91,72% de precisión en el caso de la red neuronal, y un 95.92% con el árbol de decisión. La clasificación automática de medidas de glucemia permitirá a los especialistas pautar un tratamiento más acertado en base a la información obtenida directamente del glucómetro de las pacientes, contribuyendo así al desarrollo de los sistemas automáticos de ayuda a la decisión para diabetes gestacional.

Determinación del estado metabólico de pacientes con diabetes gestacional mediante autómatas finitos

Los nuevos criterios de diagnóstico de la diabetes gestacional recomendados por la IADPSGC disminuyen los efectos adversos de la hiperglucemia tanto en la madre como en el recién nacido, pero su aplicación supondría un aumento de la prevalencia llegando a triplicar el número de casos actual. Para que los Servicios de Endocrinología y Nutrición puedan hacer frente a la carga que supondría este aumento de prevalencia es necesario emplear nuevos procesos asistenciales que incluyan el uso de las TICs. Este trabajo presenta una herramienta de análisis automático de datos de monitorización que determina el estado metabólico de las pacientes con diabetes gestacional a partir de sus datos de glucemia, dieta y cetonuria. Su diseño se basa en dos autómatas finitos, uno para el análisis de la glucemia y de la dieta y el otro para el análisis de la cetonuria. La salida de ambos autómatas se combina para determinar el estado metabólico de la paciente a lo largo del tiempo. La herramienta se ha evaluado con datos retrospectivos de 25 pacientes pertenecientes al Hospital Parc Taulí de Sabadell comparando los 1288 estados metabólicos resultantes con los 47 ajustes de terapia realizados por el equipo médico. Se observó que el 91,49% de los cambios de tratamiento coincidieron con estados metabólicos deficientes determinados por la herramienta de análisis. La herramienta ayuda a diferenciar pacientes complejas que requieren una evaluación exhaustiva y un ajuste de terapia de las que tienen buen control metabólico y no necesitan ser evaluadas por el personal médico.

Análisis espectral de señales cardiacas mediante frecuencia dominante

La Ingeniería Biomédica surgió en la década de 1950 como una fascinante mezcla interdisciplinaria, en la cual la ingeniería, la biología y la medicina aunaban esfuerzos para analizar y comprender distintas enfermedades. Las señales existentes en este área deben ser analizadas e interpretadas, más allá de las capacidades limitadas de la simple vista y la experiencia humana. Aquí es donde el procesamiento digital de la señal se postula como una herramienta indispensable para extraer la información relevante oculta en dichas señales. La electrocardiografía fue una de las primeras áreas en las que se aplicó el procesado digital de señales hace más de 50 años. Las señales electrocardiográficas continúan siendo, a día de hoy, objeto de estudio por parte de cardiólogos e ingenieros. En esta área, las técnicas de procesamiento de señal han ayudado a encontrar información oculta a simple vista que ha cambiado la forma de tratar ciertas enfermedades que fueron ya diagnosticadas previamente. Desde entonces, se han desarrollado numerosas técnicas de procesado de señales electrocardiográficas, pudiéndose resumir estas en tres grandes categorías: análisis tiempo-frecuencia, análisis de organización espacio-temporal y separación de la actividad atrial del ruido y las interferencias. Este proyecto se enmarca dentro de la primera categoría, análisis tiempo-frecuencia, y en concreto dentro de lo que se conoce como análisis de frecuencia dominante, la cual se va a aplicar al análisis de señales de fibrilación auricular. El proyecto incluye una parte teórica de análisis y desarrollo de algoritmos de procesado de señal, y una parte práctica, de programación y simulación con Matlab. Matlab es una de las herramientas fundamentales para el procesamiento digital de señales por ordenador, la cual presenta importantes funciones y utilidades para el desarrollo de proyectos en este campo. Por ello, se ha elegido dicho software como herramienta para la implementación del proyecto. ABSTRACT. Biomedical Engineering emerged in the 1950s as a fascinating interdisciplinary blend, in which engineering, biology and medicine pooled efforts to analyze and understand different diseases. Existing signals in this area should be analyzed and interpreted, beyond the limited capabilities of the naked eye and the human experience. This is where the digital signal processing is postulated as an indispensable tool to extract the relevant information hidden in these signals. Electrocardiography was one of the first areas where digital signal processing was applied over 50 years ago. Electrocardiographic signals remain, even today, the subject of close study by cardiologists and engineers. In this area, signal processing techniques have helped to find hidden information that has changed the way of treating certain diseases that were already previously diagnosed. Since then, numerous techniques have been developed for processing electrocardiographic signals. These methods can be summarized into three categories: time-frequency analysis, analysis of spatio-temporal organization and separation of atrial activity from noise and interferences. This project belongs to the first category, time-frequency analysis, and specifically to what is known as dominant frequency analysis, which is one of the fundamental tools applied in the analysis of atrial fibrillation signals. The project includes a theoretical part, related to the analysis and development of signal processing algorithms, and a practical part, related to programming and simulation using Matlab. Matlab is one of the fundamental tools for digital signal processing, presenting significant functions and advantages for the development of projects in this field. Therefore, we have chosen this software as a tool for project implementation.

Handling Heterogeneity in Collaborative Networked Surgical Simulators

Stand-alone and networked surgical virtual reality based simulators have been proposed as means to train surgical skills with or without a supervisor nearby the student or trainee -- However, surgical skills teaching in medicine schools and hospitals is changing, requiring the development of new tools to focus on: (i) importance of mentors role, (ii) teamwork skills and (iii) remote training support -- For these reasons, a surgical simulator should not only allow the training involving a student and an instructor that are located remotely, but also the collaborative training of users adopting different medical roles during the training sesión -- Collaborative Networked Virtual Surgical Simulators (CNVSS) allow collaborative training of surgical procedures where remotely located users with different surgical roles can take part in the training session -- To provide successful training involving good collaborative performance, CNVSS should handle heterogeneity factors such as users’ machine capabilities and network conditions, among others -- Several systems for collaborative training of surgical procedures have been developed as research projects -- To the best of our knowledge none has focused on handling heterogeneity in CNVSS -- Handling heterogeneity in this type of collaborative sessions is important because not all remotely located users have homogeneous internet connections, nor the same interaction devices and displays, nor the same computational resources, among other factors -- Additionally, if heterogeneity is not handled properly, it will have an adverse impact on the performance of each user during the collaborative sesión -- In this document, the development of a context-aware architecture for collaborative networked virtual surgical simulators, in order to handle the heterogeneity involved in the collaboration session, is proposed -- To achieve this, the following main contributions are accomplished in this thesis: (i) Which and how infrastructure heterogeneity factors affect the collaboration of two users performing a virtual surgical procedure were determined and analyzed through a set of experiments involving users collaborating, (ii) a context-aware software architecture for a CNVSS was proposed and implemented -- The architecture handles heterogeneity factors affecting collaboration, applying various adaptation mechanisms and finally, (iii) A mechanism for handling heterogeneity factors involved in a CNVSS is described, implemented and validated in a set of testing scenarios

Supercomputación gráfica aplicada al análisis de imágenes cerebrales con niftyreg

Abstract: Medical image processing in general and brain image processing in particular are computationally intensive tasks. Luckily, their use can be liberalized by means of techniques such as GPU programming. In this article we study NiftyReg, a brain image processing library with a GPU implementation using CUDA, and analyse different possible ways of further optimising the existing codes. We will focus on fully using the memory hierarchy and on exploiting the computational power of the CPU. The ideas that lead us towards the different attempts to change and optimize the code will be shown as hypotheses, which we will then test empirically using the results obtained from running the application. Finally, for each set of related optimizations we will study the validity of the obtained results in terms of both performance and the accuracy of the resulting images.

Procesamiento de imágenes cerebrales en GPU

Abstract: As time has passed, the general purpose programming paradigm has evolved, producing different hardware architectures whose characteristics differ widely. In this work, we are going to demonstrate, through different applications belonging to the field of Image Processing, the existing difference between three Nvidia hardware platforms: two of them belong to the GeForce graphics cards series, the GTX 480 and the GTX 980 and one of the low consumption platforms which purpose is to allow the execution of embedded applications as well as providing an extreme efficiency: the Jetson TK1. With respect to the test applications we will use five examples from Nvidia CUDA Samples. These applications are directly related to Image Processing, as the algorithms they use are similar to those from the field of medical image registration. After the tests, it will be proven that GTX 980 is both the device with the highest computational power and the one that has greater consumption, it will be seen that Jetson TK1 is the most efficient platform, it will be shown that GTX 480 produces more heat than the others and we will learn other effects produced by the existing difference between the architecture of the devices.

Modelado orientado a objetos del sistema de control de la presión arterial en pacientes sometidos al tratamiento de hemodiálisis

Se ha realizado el modelado orientado a objetos del sistema de control cardiovascular en situaciones de diálisis aplicando una analogía eléctrica en el que se emplean componentes conectados mediante interconexiones. En este modelado se representan las ecuaciones diferenciales del sistema cardiovascular y del sistema de control barorreceptor así como las ecuaciones dinámicas del intercambio de fluidos y solutos del sistema hemodializador. A partir de este modelo se ha realizado experiencias de simulación en condiciones normales y situaciones de hemorragias, transfusiones de sangre y de ultrafiltración e infusión de fluido durante tratamiento de hemodiálisis. Los resultados obtenidos muestran en primer lugar la efectividad del sistema barorreceptor para compensar la hipotensión arterial inducida por los episodios de hemorragia y transfusión de sangre. En segundo lugar se muestra la respuesta del sistema de control ante diferentes tasas de ultrafiltración durante la hemodiálisis y se sugieren valores óptimos para la adecuada operación.

Preparación y caracterización de biomateriales híbridos de hidroxiapatito con fosfonato (2-Hidroxi fosfonoacetato)

El hidroxiapatito es el biomineral de los tejidos duros de los mamíferos y por ello ha sido ampliamente estudiado como biomaterial en cementos óseos, recubrimientos de metales implantables y scaffold en ingeniería de tejidos. En este trabajo, se estudia un proceso síntesis y caracterización de un derivado de este material, donde el ion fosfonato: 2- hidroxifosfonoacetato sustituye parcialmente al ion fosfato [1-10%]. El proceso de síntesis de hidroxiapatito consiste en dos etapas: (1) una reacción a 100ºC entre el ácido fosfórico (añadido lentamente) y una mezcla de hidróxido de calcio + 2-hidroxifosfonoacetato de calcio (Relación Ca/P=1.67). (2) un tratamiento térmico de los sólidos obtenidos en (1) a 150ºC. Los productos finales se han caracterizado mediante análisis químico, análisis termogravimétrico, difracción de rayos-X con análisis de Rietveld, microscopía SEM y determinación de la superficie específica y porosidad. En las fases cristalinas, el grado de pureza de los hidroxiapatitos oscila entre 91-100%. Todos presentan estructura monoclínica, en contraste con la estructura hexagonal que habitualmente se obtiene aplicando métodos de síntesis similares. Esta variación se atribuye a la presencia de fosfonato. El contenido de éste también influye en la morfología y en la porosidad de los materiales, siendo las muestras con más fosfonato las más porosas. Los materiales, al menos aquellos con una cantidad menor o igual 5% de fosfonato, muestran una biocompatibilidad similar a un material de hidroxiapatito de referencia.

Fabrication of heterogeneous biocatalyst tethering artificial prosthetic groups to obtain omega-3-fatty acids by selective hydrolysis of fish oils

The active site of lipase from Bacillus thermocathenolatus was selectively modified with allyl and naphthyl chains at different positions. Lipase immobilization and selective tethering of a naphthyl side chain to its position 320 improve both the hydrolysis rate of fish oils and the selectivity towards the eicosapentaenoic acid acyl chains. © The Royal Society of Chemistry 2016.

Proyectos finales integradores: una alternativa para enseñar y aprender activamente

Este número de Reflexiones Pedagógicas busca presentar los proyectos finales integradores (PFI) como una opción de enseñanza y aprendizaje activo. Se explica qué son los PFI, así como las ventajas que se obtienen al hacer uso de estos en una o más asignaturas. Por otro lado, se relatan las experiencias que el programa de Ingeniería Biomédica ha encontrado en la implementación de PFI en algunas de sus asignaturas. Por último, se exponen algunos retos y desafíos inherentes a la implementación de esta alternativa pedagógica. Esperamos que lo compartido en este número sea de utilidad para continuar en la ruta del aprendizaje activo y significativo, el cual implica retos tanto para los docentes como para los estudiantes. Luego de lo vivido como equipo de profesores, consideramos que esta experiencia es altamente transferible a otros campos de conocimiento. Los resultados son gratificantes, así lo hemos evidenciado en cada momento con los estudiantes.

Redes neuronales artificiales aplicadas al análisis de datos en ingeniería ambiental e impacto ambiental

Resumen: Se realiza una revisión sobre los antecedentes de las Redes Neuronales Artificiales (RNA) como método de análisis de bases de datos medioambientales, aplicado en las diversas áreas de la Ingeniería Ambiental en general y de Impacto Ambiental en particular. Se describe como ejemplo, la aplicación de RNA en los algoritmos de inversión de datos obtenidos por sensado remoto satelital, para la medición de variables geofísicas