SUpLeMento de InnoVacIón, tecnoLogÍa e InVeStIgacIón deL SeManarIo pUntoedU
Año 1 N° 2
Del 30 de marzo al 12 de abril del 2009
Desde enero del presente año, en el Laboratorio de Bioingeniería de la Sección de Electricidad y Electrónica de nuestra Universidad funciona un moderno sistema de cámaras único en el Perú, el VICON 460, que permite obtener imágenes tridimensionales con el fin de analizar el movimiento humano.
análisis
3D
en
II | neo | LIMA, del 30 de marzo al 12 de abril del 2009 Por
KURTH MENDOZA
E
n el primer piso del Pabellón V de nuestra Universidad, donde se ubica la Sección de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ciencias e Ingeniería, los pasadizos silenciosos no dan señales de lo que estamos a punto de ver. De pronto se abre la puerta del Laboratorio de Bioingeniería y la Ing. Rocío Callupe nos anuncia que hemos llegado en el momento preciso. La prueba está a punto de empezar. Minutos después, en este amplio espacio de forma cuadrada, un alumno camina sobre una alfombra negra, mientras seis cámaras registran su movimiento de manera simultánea. Esta imagen es llevada, cual película de 3D, a la pantalla de la computadora. Ahí se van dibujando los trazos de su cuerpo y se logra un diagnóstico electrónico del movimiento de todas las partes de su organismo. Este examen, cuyo nombre técnico es análisis de la marcha, se utiliza en un amplio sector de la medicina –en especial en aquel dedicado al estudio de las patologías del movimiento y la rehabilitación– y en los estudios de desempeño físico en deportistas, y permite realizar diagnósticos clínicos más acertados. Es decir, posibilita la detección temprana de enfermedades, la aplicación de un tratamiento médico que responda a una evidencia objetiva y científicamente comprobada, y descartar procedimientos quirúrgicos que eran inútiles e inclusive perjudiciales, pues se conoce mucho mejor el problema. “A pesar de que la incidencia de la polio ha bajado mucho, hay otra serie de enfermedades que, detectadas en su estado inicial por medio de una cámara de análisis de la marcha, pueden ser tratadas ade-
¿Cómo funciona y de qué manera se transforma la realidad en una imagen tridimensional? El VICON Motion Capturing System es un equipo conformado principalmente por seis cámaras de luminosidad infrarroja, un procesador de datos y un monitor. Para realizar el análisis de la marcha, es necesario colocar en el cuerpo del individuo que será analizado 40 puntos o marcadores reflectantes esféricos, que se colocan en la cabeza, cuerpo y extremidades.
cuadamente, elevando la calidad de vida de quien las padece porque las mejoras se verán en un tiempo más corto”, explica la Ing. Callupe, investigadora y coordinadora del Laboratorio de Bioingeniería. “En el lado contrario, la ausencia de estas tecnologías hace que el médico tarde más en encontrar la enfermedad, lo que em-
peora la situación del paciente. Etos problemas nos dicen que tenemos que desarrollar tecnologías en las universidades con el objetivo de apoyar a los hospitales y centros de salud. La idea es identificar las enfermedades lo más pronto posible. Eso mejorará la atención no solo de los niños, que es la población mayoritaria-
El VICON 460, único en su clase en el Perú, es una donación producto del Acuerdo de Cooperación Educativa Internacional entre la Universidad de Duisburg-Essen, de Alemania, y la Católica. sabíasque... l La
bioingeniería es la rama de la ingeniería que implementa los principios de la tecnología al campo de la medicina. l El Laboratorio de Bioingeniería de la Católica funciona desde 1998. l El sistema vICoN 460 también se utiliza para analizar el movimiento de robots. l Muchas películas animadas en 3D han sido elaboradas tomando como base movimientos humanos examinados con el análisis de la marcha.
Detectadas en su estado inicial por medio de una cámara de análisis, muchas enfermedades pueden ser tratadas adecuadamente”. ING. roCÍo CaLLuPE Investigadora y coordinadora del Laboratorio de Bioingeniería de la Católica
mente afectada, sino también de las personas de la tercera edad”, resalta. El VICON 460, único en su clase en el Perú, es una donación producto del Acuerdo de Cooperación Educativa Internacional entre la Universidad de Duisburg-Essen y la Pontificia Universidad Católica del Perú firmado en el 2007 y que fue gestionado por el Dr. Andrés Kecskeméthy, director del Departamento de Mecánica y Robótica de dicha institución educativa alemana, y por el Ing. Eduardo Ísmodes, entonces decano de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Católica. A partir de la concesión de este equipo, valorizado en 90 mil dólares, se tiene la intención de formar un consorcio de investigación integrado por el Hogar Clínica San Juan de Dios, la Municipalidad de San Borja (interesada en realizar pruebas a deportistas con el VICON 460), la Universidad de Piura y la Católica, instancias que sumarán esfuerzos para aprovechar este nuevo recurso tecnológico en beneficio de personas de escasos recursos económicos. de LoS ojoS a LaS cÁMaraS. Desde siempre, los médicos cirujanos, ortopedistas, traumatólogos, fisioterapeutas y otros especialistas en rehabilitación indicaban a sus pacientes hacer una serie de movimientos y, sobre la base de una observación subjetiva, diagnosticaban la patología física y determinaban los procedimientos a seguir para revertirla. Con el objetivo de contar con una mayor precisión y exactitud, los médicos empezaron en los años ochenta a experimentar con cámaras convencionales en dos dimensiones (2D). Así, grababan las pruebas que realizaban sus pacientes y luego se lleva-
Pontificia universidad Católica del Perú |
ING. MIGuEL CataÑo Coordinador del área de Bioingeniería
“Desde que se hace investigación en bioingeniería en la Universidad, hace más de quince años, muchos estudiantes han diseñado diversos equipos, como máquinas para hemodiálisis (sistemas que sustituyen la función de los riñones en caso de insuficiencia renal), bombas de infusión (aparatos diseñados
para liberar e inyectar cantidades de un fármaco en un determinado periodo de tiempo), módulos electroencefalógrafos (instrumentos que se emplean para captar las corrientes eléctricas que se originan en la corteza del cerebro), electrocardiógrafos con radiofrecuencia (toman la señal del corazón a distancia), y otros más. Estos casos demuestran que el ingeniero electrónico de la Universidad Católica tiene un plus en su formación porque también se prepara para trabajar en hospitales o en empresas que desarrollan tecnología médica. Y esto es posible por el contacto que tienen, al lado de los profesores y el personal médico, con el ambiente real de trabajo de los centros de salud y otras instituciones”.
únetealgrupo l Desde el 2006, el grupo de interés E-BIo realiza investigaciones sobre aplicaciones en bioingeniería. alumnos y profesores de especialidades de letras y ciencias pueden unírsele. Correo: rcallup@pucp.edu.pe. Página web: http://www.pucp.edu.pe/grupo/e-bio/
Lente ajustable que toma en cuenta el volúmen de monitoreo.
Los datos son transmitidos a una computadora que, gracias al software Work station (v 4.6), reproduce y brinda información procesada digitalmente sobre el movimiento de cada parte del cuerpo. Luego, el programa Polygon elabora un reporte que servirá al profesional de la salud para establecer la patología de su paciente. En este análisis, las seis cámaras pueden registrar un total de 720 cuadros por segundo, por los 40 puntos o marcadores. El VICON se apoya con una cámara convencional que va grabando el movimiento y lo reproduce junto a la imagen digitalizada del software.
DISEÑO: LUIS AMEZ M.
Estando las cámaras calibradas, el individuo caminará sobre una alfombra negra mientras las cámaras emiten luces infrarrojas. Los haces de luz llegan hasta los marcadores, rebotan y son enviados nuevamente hacia las cámaras, que registran el movimiento segundo a segundo. Simultáneamente, dos multiplexores (dispositivos electrónicos digitales) –uno por cada tres cámaras– reciben la señal y la llevan hasta el procesador que hace la conversión a 3D: transforma la imagen digital en coordenadas sobre los planos X (largo), Y (ancho) y Z (altura).
ban las cintas para examinarlas con sus colegas. Posteriormente, la ingeniería electrónica permitió procesar esas imágenes y extraer información clara y puntual. Estas pruebas, que se realizan hasta la actualidad en laboratorios de biomecánica con poca iluminación, consisten en colocar un máximo de once marcadores ref lectantes (esferas adhesivas que proyectan luz) en el cuerpo del paciente. Las escasas condiciones de luz del lugar permiten que la cámara registre la presencia de estos puntos reflectantes en la imagen. Luego, esta información es llevada a un software especial que procesa la imagen en el plano sagital (un plano), dividiendo los movimientos en los ejes X (horizontal) e Y (vertical). El programa establece un punto inicial de movimiento y otro final, y permite ver y estudiar el desplazamiento del paciente y su evolución. Este sistema registra únicamente 60 cuadros por segundo y el análisis se realiza de manera estática; es decir, como si fuera una secuencia de fotos. Ya en los años noventa se crearon los sistemas integrales de análisis del movimiento multicámara, entre los cuales el VICON es uno de los más conocidos. Estos equipos,
• Cámara VICON modelo 6710 de alta velocidad. • Resolución de 648x484 píxeles • Obturación electrónica. • Frecuencia de muestreo de hasta 120 Hz. (120 cuadros por segundo).
CÁMara DE LuMINosIDaD INFrarroJa
Estroboscopio infrarrojo: conjunto de leds (diodos de luz).
neo | III
IV | neo | LIMA, del 30 de marzo al 12 de abril del 2009 que ofrecían grandes ventajas respecto de la tecnología anterior, empezaron a ser utilizados en muchos países de Europa y Asia, así como en Estados Unidos, Canadá, Brasil y Venezuela. Ahora ya hay uno en el Perú. Servicio, aprendizaje e investigación. Si bien el equipo VICON 460 llegó a la Universidad en enero del 2008, debido a su delicada y especializada instalación, llevada a cabo en noviembre de ese mismo año, recién está operativo desde el 28 de enero del 2009. Desde esa fecha se han empezado a hacer análisis de la marcha junto con los profesionales de la Universidad de Piura. “Creo que debe haber una alianza entre ingenieros y médicos porque juntos pueden trabajar para poder tratar las patologías del movimiento sin métodos invasivos”, señala el Dr. Eliodoro Carrera, director del Programa Académico de Ingeniería Industrial y de Sistemas de la Universidad de Piura-Campus Lima. “Lo que se intenta es que el médico no opere y experimente con el paciente para ver si su tratamiento dará resultados o no, sino que intervenga con cierta seguridad. Los ingenieros podemos ayudar a alcanzar esa certeza, logrando incluso que la rehabilitación del paciente sea mucho más acelerada. Nuestros conocimientos, sumados a sistemas tan avanzados como el VICON 460, harán que eso sea posible”, añade. Debido a lo delicado del
Dr. Gustavo Kato Coordinador de Investigación y Desarrollo de la sección de Electricidad y Electrónica
“La bioingeniería es muy importante porque permite mejorar la calidad de vida de las personas, a través del trabajo conjunto entre la ingeniería mecánica, la ingeniería electrónica y la ingeniería informática. A partir de la donación del equipo VICON 460 a la Católica, apuntaremos a desarrollar más investigación con el análisis del movimiento humano. Con esta tecnología se puede
equipo y a la calibración de las cámaras, el VICON 460 no se podrá mover del Laboratorio de Bioingeniería de la Universidad. En esa línea, en el mes de febrero se realizaron pruebas con un paciente del Hogar Clínica San Juan de Dios y próximamente se espera recibir a más personas. “En el 2006 la
hacer mucho, desde corregir el andar de los pacientes discapacitados hasta mejorar los movimientos de los atletas en los deportes. Ejemplos de este último caso son el análisis del movimiento para lanzar una jabalina o patear un balón para mejorar la distancia de lanzamiento. Actualmente, el desarrollo de la bioingeniería está haciendo posible la realización de pruebas con biosensores: dispositivos que se implantan dentro de la piel para monitorear parámetros como la temperatura o la presión arterial. En muchos países los científicos están buscando conectar microchips con neuronas para analizar las posibilidades que esta nueva tecnología pueda ofrecer a las sociedades del futuro. Las universidades peruanas necesitan inversión y capacitación. Si tenemos esos dos componentes, yo creo que la bioingeniería despegará en el Perú”.
Sección de Electricidad y Electrónica de nuestra Universidad comienza a apoyar al Laboratorio de Biomecánica del Hogar Clínica San Juan de Dios. Posteriormente logramos el apoyo del Dr. Andrés Kecskeméthy, quien deseaba que con estas cámaras se dé un servicio social a instituciones y, al mismo tiem-
po, que las universidades se nutran de la información obtenida y puedan realizar más investigación”, puntualiza Callupe. Durante todo el presente año se espera llevar a cabo cursos de capacitación sobre el manejo de esta tecnología a los participantes de las instituciones que formarán parte de este consorcio de investigación. El sistema VICON 460 también será empleado en las clases de la Maestría en Ingeniería Biomédica, de la Diplomatura en Bioingeniería y en los cursos libres que se puedan realizar a partir del análisis de la marcha en nuestra Universidad. Además, los alumnos de pregrado de la Especialidad de Ingeniería Electrónica de la Católica también se beneficiarán porque este innovador sistema será estudiado en el curso electivo de Bioingeniería y será un punto de partida para la elaboración de sus tesis. Dos estudiantes que participaron activamente de la instalación del VICON 460 contaron a PuntoEdu sus expectativas. “Me interesa la ingeniería biomédica por el apoyo que se le puede dar a la gente. Desde que este sistema de cámaras llegó a la Universidad, muchos alumnos nos hemos preocupado por descubrir cómo funciona y cuáles son las ventajas del análisis de la marcha. Sin embargo, no es la primera vez que nos acercamos a la tecnología médica. El ciclo pasado fabriqué con mis compañeros un sistema para medir las señales ápticas o sensoriales de
eldato l Para operar un equipo como el VICON 460 es necesario conocer algunas nociones de medicina. Por eso, los estudios de ingeniería de este tipo son apoyados por médicos familiarizados con esta tecnología. l El análisis de la marcha también ha permitido estudiar partidos de fútbol para conocer el rendimiento de los jugadores.
los recién nacidos (sensor de presión que se ubica en las manos del neonato y que permite saber si reconoce texturas lisas o ásperas), el cual está en prueba hasta ahora”, afirma Warren Baca, estudiante de séptimo ciclo. Po r s u p a r te , Ro s a r i o Prietto, quien también cursa el séptimo ciclo, señala que en el área de bioingeniería existe mucha colaboración entre estudiantes y egresados. “Esperamos que con esta nueva tecnología se estreche la comunicación y el apoyo que siempre hemos recibido de parte de los egresados, porque su experiencia en hospitales y en empresas fabricantes de equipo médico nos invita a seguir aprendiendo. Con esto queremos demostrar que los ingenieros pueden aportar mucho n a la medicina humana”.
enlaweb
l Página de la empresa fabricante del VICON 460, que contiene reportes de investigaciones realizadas haciendo uso de esta tecnología. www.vicon.com
l Página del Centro de Estudios Avanzados de la Universi-
dad de Louisiana en Lafayette, Estados Unidos, donde se puede ver una guía de cómo usar el Sistema VICON. www.cacs.louisiana.edu/labs/ecrg/vicon/index.html