Revista Ingeniería Biomédica

OPORTUNIDAD PARA TENER NUEVAS EXPERIENCIAS

DESARROLLO DE LA LÍNEA DE BIOINSTRUMENTACIÓN, SEÑALES E IMÁGENES MÉDICAS EN EL PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA DE LA EIA-CES

CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS DE LA MARCHA HUMANA. TÉCNICAS DE VIDEOGRAMETRÍA, ELECTROMIOGRAFÍA Y DINAMOMETRÍA

El análisis de la marcha humana resulta ser de gran utilidad para una amplia gama de aplicaciones, como el diagnóstico y elección de tratamientos en pacientes con enfermedades neuro-músculo-esqueléticas. Los métodos y tecnologías existentes para este análisis son numerosos, y permiten la obtención de los parámetros cuantitativos característicos de un patrón de marcha de manera objetiva. Durante el análisis de marcha muchos factores deben ser considerados para realizar los estudios adecuadamente, algunos de ellos se deben tener en cuenta desde la etapa de configuración y planeación del laboratorio, otros para el proceso de adquisición de los parámetros, y otros para el análisis de los resultados. En este trabajo se presentan algunas de estas consideraciones que parten tanto de la revisión bibliográfica como de la experiencia directa con pacientes, enfocadas principalmente en sistemas que combinan técnicas de videogrametría, dinamometría y electromiografía, por ser estos los de mayor utilización en la actualidad.

Human gait analysis has been used in a wide range of applications, such as diagnosis and treatment selection for patients with neuro-muscular-skeletal diseases. The methods and technologies that exist for gait analysis are numerous, and they allow the recollection of the main quantitative parameters of a gait pattern in an objective way. A lot of factors must be considered during gait analysis in order to obtain reliable results; some of them must be taken into account, including the planning and configuration of the laboratory, the acquisition process and the results analysis system. This paper presents some considerations derived from the literature review and also from the direct experience with patients. They are mainly focused in systems which use techniques such as videogrammetry, dynamometry and electromyography, since they are the most used nowadays.

ESTIMACIÓN DE POTENCIALES EVOCADOS AUDITIVOS DEL TRONCO CEREBRAL MEDIANTE DESCOMPOSICIÓN MODAL EMPÍRICA

Los potenciales evocados auditivos del tronco cerebral (PEATC) son frecuentemente usados para fines diagnósticos; sin embargo, su procesamiento se hace difícil porque están inmersos en una gran cantidad de ruido proveniente no solo de fuentes externas sino también fisiológicas. Hasta ahora el método más utilizado y aceptado para obtener un registro confiable es la promediación coherente, aunque presenta algunos inconvenientes. La descomposición modal empírica (EMD) es una técnica relativamente nueva que se usa para el procesamiento de señales no estacionarias como la mayoría de señales fisiológicas. Este método separa una señal, extrayendo la energía asociada a diferentes escalas de tiempo intrínsecas, en una suma finita de modos oscilatorios. El propósito de este trabajo fue evaluar la EMD como una herramienta para mejorar el desempeño de la promediación coherente de PEATC buscando reducir la cantidad de épocas necesarias para obtener un registro confiable. Para tal fin se analizó la reconstrucción de ocho registros usando solamente los modos 2, 3 y 4 resultantes de la EMD, los estudios determinaron que una reconstrucción de 800 épocas es aceptable.

The brainstem auditory evoked potentials (BAEPs) are commonly used for diagnostic purposes; however, processing becomes difficult because they are immersed in a large amount of noise coming not only from external sources but also from other physiological sources. So far the most widely used and accepted method to obtain reliable recording is the coherent averaging, but this type of processing presents some drawbacks. The empirical mode decomposition (EMD) is a relatively new technique which is used for processing of non-stationary signal like almost physiological signals. This method separates a signal, xextracting the energy associated with various intrinsic time scales, into a finite set of oscillatory modes. The purpose of the study was to asssess the EMD as a tool for improving the performance of the averaging coherent BAEPs seeking to reduce the amount of epochs needed to obtain a reliable register. To this end, we have analyzed the reconstruction of eight registers using only modes 2, 3 and 4 resulting from the EMD, the studies found that a reconstruction of 800 epochs is acceptable.

ANÁLISIS CINEMÁTICO DEL SALTO EN PACIENTES SIN PATOLOGÍAS EN EXTREMIDADES INFERIORES

El salto vertical es una habilidad relevante en el desempeño de muchos deportes de alto rendimiento, como el voleibol, básquetbol y fútbol. El gesto está basado en un conjunto de variables independientes específicas, cada una de las cuales puede afectar o favorecer en el rendimiento final. En este trabajo se realizó un análisis cinemático del salto vertical en deportistas amateurs sin antecedentes patológicos en extremidades inferiores, por medio de dos técnicas de squat jump. Para esto, se utilizó un sistema de videografía bidimensional y softwares desarrollados anteriormente en el laboratorio de biomecánica. Se evaluaron los ángulos entre segmentos, posiciones y desplazamientos de los centros de gravedad y velocidades de las articulaciones anatómicas, en cada variante del ejercicio. Los resultados obtenidos permiten caracterizar el gesto realizado y comparar las dos técnicas evaluadas. Se demostró que la técnica mejora el desempeño del salto vertical cuando se usa el balanceo de los brazos, aumentando la altura del centro de masa del cuerpo entero. El estudio demuestra ser una herramienta factible como referencias para futuros análisis del salto vertical en extremidades inferiores.

Vertical jumping is a crucial ability in the performance of several sports such as volleyball, basketball and football. The standing vertical jump is based on several specific independent variables, where each can affect or improve the final performance. The main goal of this study was to examine the kinematic vertical jump in amateurs sportsmen without pathological antecedents in lower limbs, through two types of squat jump. The movement was analyzed using two-dimensional video system and the data were processed with the use of software developed in the laboratory. The angles among segments, positions and displacements of the center of mass and anatomical joints velocities were evaluated, in each variant of the exercise. The results obtained allow the characterization of the standing vertical jump performed by the subject and allow the comparison of both techniques as well. It was demonstrated that this technique improves performance of the vertical jump while using arm swing which leads to an increase in height of the body's center of mass.

DISEÑO DE UN ESPACIO SENSORIAL PARA LA ESTIMULACIÓN TEMPRANA DE NIÑOS CON MULTIDÉFICIT

El objetivo de este trabajo es diseñar un espacio para la estimulación de niños entre los cero y seis años con déficit sensorial para facilitar el desarrollo de tareas cotidianas sencillas y el inicio de su desenvolvimiento dentro del entorno. La realización del diseño contó con la asesoría de expertos al igual que la selección de los materiales. El espacio está subdividido en rincones buscando conformar un espacio multisensorial, cuya función es la de estimular cada uno de los sentidos del niño atendiendo a su deficiencia. Finalmente, la rehabilitación se realiza con herramientas y materiales a costos considerablemente bajos en comparación con otras propuestas.

The objective of this project is to design a space to stimulate children between zero and six years with sensorial impairment in order to facilitate in them, the development of simple tasks and their interaction with the environment. The design process was advised by experts as well as the material selection. The space is made up of different areas in order to generate a multisensory space which stimulates each sense according to the child disability. The rehabilitation process is done using some tools and materials designed for early stimulation with an important characteristic, the lower cost compared to other proposals.

ISOLATION OF HUMAN BONE MARROW MESENCHYMAL STEM CELLS AND EVALUATION OF THEIR OSTEOGENIC POTENTIAL

Human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs) comprise a cell population capable of self-renewal and multilineage differentiation commonly isolated from bone marrow aspirates of large bones. Their osteogenic potential has been extensively exploited for the biological evaluation of scaffolds or biomaterials with applications in bone tissue engineering. This work aimed to isolate hBMSCs from femoral heads of patients undergoing total hip arthroplasty and to evaluate their osteogenic potential. Briefly, the trabecular bone was extracted and mechanically disaggregated; the released cells were cultured and non-adherent cells were removed after 4 days. The osteogenic potential was evaluated at the fifth passage after 14 and 20 days of induction, comparing cultures with and without osteogenic supplements, via Alizarin red staining and the quantification of the gene expression levels of the osteogenic markers collagen type I, osteonectin and bone sialoprotein through real-time RT-PCR. The obtained hBMSCs presented a stable undifferentiated phenotype after prolonged cell culture, matrix mineralization capabilities and expression of osteoblast phenotype upon osteogenic induction. The three markers were up-regulated in cultures under osteogenic conditions and 2 fold differences in their expression levels were found to be significant for the onset of the differentiation process. The obtained hBMSCs may have applications on the in vitro evaluation of the osteoinductivity of different biomaterials, bioactive molecules or tissue engineering scaffolds.

Las células madre mesenquimatosas de médula ósea humana (abreviadas hBMSCs) constituyen una fuente de células auto-renovables con alto potencial de diferenciación, comúnmente aisladas a partir de los aspirados medulares en huesos largos. Su diferenciación hacia el linaje osteogénico, por ejemplo, ha sido ampliamente utilizada para la evaluación biológica de biomateriales o matrices con aplicaciones en la ingeniería de tejidos óseos. El objetivo de este trabajo consistió en aislar hBMSCs a partir de la cabeza femoral de pacientes sometidos a artroplastia total de cadera, así como evaluar su potencial osteogénico. Brevemente, se extrajo el hueso esponjoso y se disgregó mecánicamente; las células desprendidas se cultivaron y las células no adherentes se eliminaron luego de 4 días. El potencial osteogénico se evaluó en la quinta generación de cultivo, mediante ensayos de diferenciación a 14 y 20 días donde se compararon cultivos con y sin suplementos osteogénicos. La evaluación se realizó mediante tinción con Alizarina Roja y la cuantificación de los niveles de expresión génica de los marcadores osteogénicos colágeno tipo I, osteonectinca y sialoprotiena ósea mediante RT-PCR en tiempo real. Las hBMSCs obtenidas presentaron un fenotipo no-diferenciado estable, así como la capacidad de mineralizar la matriz extracelular y expresar un fenotipo similar al osteoblasto durante la inducción osteogénica. Los tres marcadores evaluados se sobre-expresaron en los cultivos en condiciones osteogénicas, y se encontró que cambios hasta de 2X en sus niveles de expresión son relevantes para el desarrollo del proceso de diferenciación. El modelo de hBMSCS presentado podría ser utilizado para la evaluación in vitro de la osteoinductividad de diferentes biomateriales, moléculas bioactivas o matrices para ingeniería de tejidos.

MECHANICAL CHARACTERIZATION OF CELLS AND TISSUES AT THE MICRO SCALE

Cell-substrate interactions are relevant for a number of biological and clinical applications e.g. to determine the effectiveness of medical implants. Cells are natural transducers that respond to and sense signals originating in their microenvironment. One important cell signaling mechanism is known as chemo-mechanical transduction. This refers to the use of external mechanical cues to initiate internal biochemical cellular processes and vice versa. One key factor to characterize and understand these interactions is the evaluation of the mechanical forces present at the cell-substrate interface. Recent advances in the micro and nanotechnology fields have allowed the development of new tools for the measurement of cellular and tissue forces. These tools have provided a means to study extremely low cellular and subcellular forces (pN-µN) as well as detailed small-scale tissue mechanics. This paper will review some of the most significant approaches to characterize the mechanical properties of cells and tissues at the micro-scale. Material properties, device fabrication, and design issues will be discussed.

Las interacciones célula-sustrato juegan un papel fundamental en gran número de aplicaciones biológicas y clínicas. Las células son transductores naturales que sensan y responden a señales en su entorno fisiológico. Uno de los mecanismos más importantes empleados en la caracterización de interacciones celulares es la transducción químico-mecánica, la cual se basa en la implementación de señales externas que se aplican a la célula con el fin de inducir diversos procesos bioquímicos al interior de ésta y viceversa. Los avances alcanzados en el campo de la micro y nanotecnología han permitido el desarrollo de nuevas herramientas para medir fuerzas a nivel celular o incluso sub-celular (pN-µN), y dilucidar la mecánica de los tejidos en la escala micrométrica. La presente revisión literaria describe algunos de los micro-dispositivos empleados actualmente para caracterizar las propiedades mecánicas de las células y tejidos en la micro-escala.

EVALUACIÓN DE LAS SOLICITUDES DE MANTENIMIENTO CORRECTIVO USANDO TÉCNICAS DE AGRUPAMIENTO Y REGLAS DE ASOCIACIÓN

En este trabajo se exponen los resultados obtenidos de la aplicación de técnicas de descubrimiento de asociaciones y de agrupamiento para resolver el problema de la baja eficiencia presentado en un servicio de esterilización de un hospital en estudio. El objetivo fue detectar y discriminar las causas fundamentales que contribuyeron al surgimiento del problema presentado para luego solucionarlo. Para realizar esta investigación se recabó la información contenida en las solicitudes de servicio de mantenimiento correctivo y las órdenes de trabajos durante el período 2002-2004. Primeramente se segmentó la información contenida en el indicador en estudio: razón de las solicitudes de servicio de mantenimiento correctivo vs. cantidad de equipos por tipos de equipos, por servicios, por fabricante (OEM, del inglés Original Equipment Manufacturer) y por modelos. Luego con las técnicas de descubrimiento de asociaciones aplicadas se encontraron las causas fundamentales por las cuales se solicitaban los reportes de servicios. Éstas fueron: falta de entrenamiento en usuarios, fallos intrínsecos en los dispositivos médicos y malas políticas en el establecimiento de la frecuencia del mantenimiento programado. Las técnicas de agrupamientos pudieron discriminar las causas fundamentales por las cuales los dispositivos médicos del servicio de esterilización fallaban. Éstas fueron debido a fallos en el sistema de suministro de vapor y agua que alimenta las unidades de esterilización (en un 75% de los casos). Se tomaron medidas correctoras durante el período 2005-2006, que contribuyeron a que el indicador bajo estudio disminuyera de 6,4 a 0,4 unidades.

In this research association discovering and clustering techniques for the resolution of the low efficiency problem in the sterilization service in a hospital under study were used. The aim was to find and to discriminate the main causes of the problem under study and then to apply corrective solutions. To conduct this research the information contained in corrective maintenance work orders and service requests in the period under study (2002-2004) was collected. First a segmentation of the information was carried out using the indicator: corrective service request versus number of medical devices. The levels of the information segmentation were: equipment types, services or cost centre, original equipment manufacturer and models. Then the association discovery technique was used. It revealed that the main causes of low efficiency in sterilization service were: users' training (errors in operation procedures), intrinsic failures in medical devices, and bad scheduled maintenance policies. Clustering technique uncovered the main causes of failures: malfunctioning of the power supply system (steam and water, in 75% of all cases). With the evidence obtained corrective actions were taken. The service requests dropped dramatically from 6.4 to 0.4 during the period 2005-2006.

SOLUCIONES TERAPÉUTICAS PARA LA RECONSTRUCCIÓN DE LA DERMIS Y LA EPIDERMIS. OPORTUNIDADES EN EL MEDIO ANTIOQUEÑO

En Antioquia, es necesario buscar una solución disponible, efectiva y económicamente viable para afrontar los problemas de la piel de los pacientes que, por accidentes o enfermedades, han disminuido su calidad de vida y se encuentran aislados a la espera de tratamientos que les permitan recuperar la funcionalidad de su cuerpo y les reduzcan los riesgos por la exposición de los tejidos internos. Las diferentes soluciones existentes en el mercado todavía no han llegado a superar algunos obstáculos tales como el cubrimiento de todas las extensiones, los altos costos, la funcionalidad de los tejidos restaurados, los rechazos de tipo inmune y la escasez de los sitios donantes. Este artículo presenta una revisión literaria que busca mostrar las diferentes alternativas de solución para pacientes con problemas de piel, dando énfasis en las soluciones clásicas aplicables y económicamente viables desde la ingeniería de tejidos en el sector antioqueño.

In Antioquia (Colombia), there are many patients who suffer dermal injuries caused by accident or disease. Therefore, it is necessary to pursue available, effective and affordable solutions to overcome dermal problems. Physicians and patients are both expecting corrective treatments that can reduce inner tissue exposition and allow the possibility of recovering skin functionality. Although there are many solutions for skin replacement, some obstacles remain, such as: high costs, limited availability of skin for implantation in extended areas, adequate functionality of the restored tissue and immunological rejection. Due to these issues, this article presents some of the existing alternative solutions for patients with skin injuries, considering the histology and physiology of the skin, and regarding the classical and economically attainable solutions to be used in Antioquia.

**MEDICIÓN IN VITRO DE LA FUERZA DE FRICCIÓN EN DUPLAS ARCO-BRACKET CON ANGULACIÓN**

En este trabajo se evaluó el efecto de la angulación de segundo orden en el deslizamiento en sistemas arco bracket usado en ortodoncia. Los brackets y alambres utilizados en este estudio son de acero inoxidable AISI 316L. La angulación se hizo en 0°, 2°, 4°, 6° y 8°, y la resistencia al deslizamiento fue medida con una máquina universal de ensayos a una velocidad de 5mm/s. La evaluación de las superficies deslizadas se hizo por microscopía óptica de luz reflejada y electrónica de barrido. Los resultados mostraron que la resistencia a la fricción aumenta con la angulación, pero depende fuertemente de la geometría de la ranura y los módulos de rigidez del bracket y el alambre.

In this work the effect of second order angulation on sliding resistance for orthodontic wire-bracket couples was evaluated. Both the evaluated wires and brackets were made of AISI 316L stainless steel. The tests were performed at angles of 0°, 2°, 4°, 6° and 8°, by means of a universal testing machine at 5 mm/s. The surfaces were evaluated via scanning electron and optical microscopy. The results showed that the frictional resistance increases proportionally to the angulation of the wire, but at the same time, this frictional resistance strongly depended on the geometry of the slot and the Young´s modulus of the bracket and the wire.