TECNOLOGIA MEDICA

Autor: MARTÍNEZ CORTÉS JUAN PABLO.
Año: 2004.
Universidad: ZARAGOZA.
Centro de lectura: CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR.
Centro de realización: INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN EN INGENIERÍA DE ARAGÓN (I3A).

Resumen: La presente tesis doctoral estudia las metodologías de análisis de Alternancias de Onda T (AOT) en la señal electrocardiográfica. Este fenómeno se ha desvelado en los últimos años como uno de los índices clínicos no invasivos más prometedores para estratificar el riesgo de arritmias malignas y muerte súbita cardiaca. En primer lugar se realiza un esfuerzo de sistematización de los enfoques planteados por los diversos autores. Se lleva a cabo una revisión pormenorizada de los métodos existentes, planteando un marco de referencia unificado para el análisis de AOT. A la luz de este esquema generalizado se analizan los distintos métodos, clasificándolos en función de la forma de calcular los estimadores y estadísticos de decisión. Se demuestra que algunos métodos son equivalentes a pesar de que parten de planteamientos muy diferentes. En esta tesis se utilizan herramientas de las teorías estadísticas de la detección y la estimación para derivar y proponer nuevas técnicas de análisis de AOT. Se propone un enfoque metodológico basado en modelos. En particular, se derivan el estimador de máxima verosimilitud (EMV), el test del cociente de verosimilitudes generalizado (TCVG) y los detectores asintóticamente equivalentes de Wald y Rao para los diferentes modelos considerados. En ellos, la señal alternante se caracteriza según un modelo lineal con parámetros deterministas desconocidos. Se consideran modelos de ruido gaussiano, así como la familia de distribuciones gaussianas generalizadas. Por otro lado, según el grado de estacionariedad y conocimiento a priori del ruido se definen tres tipos de modelos: estacionarios, adaptativos y no estacionarios. Con la utilización de estos modelos se pretende llevar a cabo una caracterización más realista del problema, ya que el ruido real presente en el ECG es leptocúrtico y claramente no estacionario. Se han derivado las prestaciones teóricas de los métodos (bien de forma exacta, bien de forma asintótica) y su sensibilidad ante los desajustes entre el modelo y la señal a analizar. La validación de los métodos se completa evaluando sus prestaciones ante señales con AOT simuladas en condiciones realistas. Para ello se utilizan dos generadores de señal ECG, cuya característica común es que el ruido presente en las señales simuladas es real, bien procedente de una base de datos con registros de ruido fisiológico, o bien de las propias señales ECG sobre las que se simula la alternancia. Se comprueba que los detectores de AOT que consiguen las mejores prestaciones son el TCVG laplaciano adaptativo, junto con los detectores basados en modelos no estacionarios (tanto gaussianos como laplacianos). Los resultados muestran igualmente que cualquiera de los tres métodos anteriores supera con claridad las prestaciones de los métodos más ampliamente utilizados en la literatura. Como aplicación clínica de las metodologías propuestas, se presenta un estudio en que se analizan señales ECG registradas durante una intervención de angioplastia coronaria transluminal percutánea (PTCA). La isquemia controlada inducida durante la intervención ofrece la oportunidad de caracterizar el fenómeno de las AOT producida durante los primeros minutos de la isquemia aguda de miocardio. Utilizando una metodología basada en el modelo laplaciano adaptativo se estudia su prevalencia y magnitud en función de la localización de la oclusión. Asimismo, se caracteriza la evolución de la alternancia durante los periodos de oclusión y reperfusión, se comprueba que la distribución espacial por derivaciones depende de la arteria ocluida y se estudian las diferencias en su distribución temporal dentro del complejo ST-T.

Autor: ROCON DE LIMA EDUARDO.
Año: 2005.
Universidad: POLITÉCNICA DE MADRID.
Centro de lectura: E.T.S. ING. INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. ING. INDUSTRIALES.

Resumen: Esta tesis doctoral se ha desarrollado en el marco del proyecto Europeo DRIFTS. El proyecto DRIFTS empezó en abril de 2002 con el principal objetivo de validar el concepto de supresión activa del temblor patológico a través de ortesis ambulatorias. Para alcanzar este objetivo se ha definido una metodología de trabajo basado en una detallada revisión general del estado del arte dela bibliografía del temblor. En esta revisión critica se analizan las carencias en el ámbito de la supresión ortésica del temblor y se sientan las bases para el futuro desarrollo el trabajo presentado en esta memoria de tesis. El trabajo de esta tesis intenta llenar estas carencias. Las principales aportaciones de este trabajo se presentan de manera resumida en los siguientes puntos: 1,- Presentación de una revisión general descriptiva del estado del arte del temblor en sus diferentes áreas. Esta previsión detectó las carencias del área de la Supresión ortésica del temblor y definió los objetivos del trabajo. 2,- Desarrollo de un sistema ambulatorio para la medición de la actividad temblorosa en el miembro superior humano. Este sistema presenta diversas ventajas sobre los sistemas utilizados hasta la publicación de esta tesis. 3,- Introducción de la Descomposición Empírica de Modo como nueva herramienta para el estudio del movimiento tembloroso. Esta técnica soluciona varias limitaciones de las técnicas actuales de análisis de las series temporales de temblor. Hay indicios de la capacidad de esta técnica en detectar automáticamente otrostipos de movimientos involuntarios. Esta técnica además identifica nuevas características del movimiento tembloroso que pueden ser utilizadas para el diagnóstico de la patología que lo origina. 4,- Estudio detallado del comportamiento del movimiento tembloroso en las articulaciones del miembro superior humano. 5,- Desarrollo de un algoritmo capaz de separar el movimiento tembloroso del movimiento voluntario. Este algoritmo presenta las siguientes características interesantes para su aplicación en dispositivos ambulatorios de supresión del temblor: A,- Genera una estimación del movimiento voluntario. B,- Genera una estimación del movimiento tembloroso. C,- Posee un retardo en la estimación de un período de muestreo (1 ms) y un tiempo de convergencia de 2 segundos como máximo. D,- Es capaz de estimar la amplitud y la frecuencia del temblor para aplicaciones de supresión del temblor que requieran tiempo real. E,- Posee bajo coste computacional. 6,- Desarrollo de un exoesqueleto robótico para la monitorización y control del temblor en pacientes. Este exoesqueleto robótico es capaz de aplicar fuerzas dinámicas entre dos articulaciones del miembro superior humano y, de esta manera, controlar de manera independiente tres movimientos del mismo: flexión-extensión de la muñeca, pronación-supinación del antebrazo y flexión-extensión del codo. Sus características amplían mucho su campo de aplicación, pudiendo ser utilizado tanto en robótica de rehabilitación como en aplicaciones industriales o en teleoperación. 7,- Estudio, definición y validación de estrategias de control para la supresión del temblor mediante exoesqueletos robóticos. Se han propuesto y validado dos estrategias de control. Una de ellas es una aproximación totalmente novedosa en la supresión del temblor. 8,- Validación de la viabilidad técnica del concepto de supresión del temblor mediante exoesqueletos robóticos. 9,- Definición de las limitaciones, requisitos e hitos en el campo de la robótica para que los dispositivos robóticos ambulatorios para la supresión del temblor superen el estatus de exoesqueletos de laboratorio. 10,- Transferencia tecnológica de parte de los conocimientos generados en el marco de la tesis a la empresa 8 privada. 2f4 Esta transferencia ha dado origen a un dispositivo que ayuda a la inclusión digital de personas que padecen temblor.

Autor: LAMATA DE LA ORDEN PABLO.
Año: 2005.
Universidad: POLITÉCNICA DE MADRID.
Centro de lectura: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN.

Resumen: El problema que se afronta es el de la formación en cirugía laparoscópica de una manera efectiva y eficiente haciendo uso de simuladores de realidad virtual (RV). Concretamente se centra en el diseño del simulador, en la búsqueda de las características que lo convierten en una herramienta didáctica útil. La aproximación tomada se realiza desde una perspectiva de Ingeniería Biomédica, buscando trazar un puente entre las necesidades clínicas de entrenamiento y las tecnologías de RV para alcanzar esa solución óptima. Para abordar este problema se trazan tres aproximaciones metodológicas: 1,- El desarrollo de un marco conceptual para el análisis, diseño y validación de simulaciones. 2,- El estudio de las capacidades sensoriales de los cirujanos para clarificar los requisitos de simulación. 3,- El diseño de un simulador quirúrgico para formación laparoscópica que mejore las prestaciones de los existentes. Se propone la concepción del simulador de RV como una herramienta de formación que es construida mediante los recursos didácticos de las tecnologías de RV: 1,- Recursos de fidelidad, empleados para emular la realidad. 2,- Recursos de formación, nuevas formas de interacción y de guiar al usuario. 3,- Recursos de evaluación, utilizados para medir el rendimiento del usuario y darle una reglamentación constructiva. Este marco conceptual no es sino una taxonomía de especificaciones de un simulador de RV. Su aplicación en el estudio de distintos productos comerciales ha revelado cómo los simuladores de RV más avanzados tienen un realismo similar al que ofrecen los simuladores físicos con órganos ex-vivo (59% y 62% respectivamente). Se propone también una metodología para alcanzar lo que sería un diseño óptimo, basada en el análisis del valor de los distintos recursos de un simulador de RV. Su mayor dificultad es la inexistencia de una métrica de la efectividad del entrenamiento con un poder de discriminación suficiente. Por otro lado, se aborda el análisis y modelado de las fuerzas de interacción en la laparoscopia. Para ello se realiza: 1,- Una caracterización de la percepción de las fuerzas de tracción. 2,- La adquisición de estas fuerzas in-vivo y de las propiedades biomecánicas de los tejidos ex-vivo. 3,- El desarrollo de un modelo de estas fuerzas para un simulador de RV. Los resultados han revelado la existencia de una "memoria táctil" en los cirujanos expertos y no de un "tacto visual" como otros investigadores habían apuntado, así como los cirujanos han sido capaces de distinguir entre cuatro tejidos. Esta información proviene principalmente del tacto, lo que indica la conveniencia de una realimentación de fuerzas en un simulador si éste quiere ser realista. El análisis de los resultados ha permitido proponer un modelo de la percepción de la consistencia de los tejidos, que se basa en dos parámetros principales del tacto, lo que indica la conveniencia de una realimentación de fuerzas en un simulador si éste quiere ser realista. El análisis de los resultados ha permitido proponer un modelo de la percepción de la consistencia de los tejidos, que se basa en dos parámetros principales: el tipo de tejido (su rigidez) y en el "grado de fijación". Finalmente se propone el diseño didáctico de dos módulos de RV para la formación laparoscópica, uno de "habilidades básicas" y otro de "funduplicatura de Nissen". Las necesidades de formación en el procedimiento de Nissen han sido definidas mediante un Análisis Jerárquico de Tareas, que ha conducido a la selección de tres pasos por su importancia crítica o por requerir habilidades motoras específicas. Los diseños didáctico propuestos son el resultado de diversas sesiones de "validación de contenido" con expertos en cirugía laparasocópica y su formación,. En este capítulo se discute el valor de cada uno de los ejercicios del simulador de RV, encontrándose motivos que respaldan la elección de un simulador de RV para el 8 entrena 6df miento quirúrgico. Las principales contribuciones al problema científico abordado son: 1,- El marco conceptual, herramienta que quiere servir para focalizar los esfuerzos de investigación y desarrollo de simulaciones de RV. 2,- Un sencillo modelo de las fuerzas de interacción en la tracción tisular. 3,- Una metodología de análisis de la interacción sensorial en el campo laparoscópico. 4,- La clarificación del hipotético concepto de "tacto visual", que ha resultado ser una habilidad de "momoria táctil". 5,- El diseño didáctico de dos simuladores de RV para el entrenamiento laparoscópico, uno de "habilidades básicas" y otro de "Nissen". Se proponen por último varias líneas de trabajo futuras, como la definición de lo que se ha denominado las Señales de Circulación Quirúrgica, o la potenciación de la capacidad didáctica de los simuladores haciendo un mayor usos de los recursos de formación y de evaluación. También se ofrece una breve visión de futuro de cómo la investigación y desarrollo tecnológicos van a definir el escenario quirúrgico del futuro.

Autor: VIDAURRE ARBIZU MARÍA CARMEN.
Año: 2005.
Universidad: PÚBLICA DE NAVARRA.
Centro de lectura: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACIÓN.
Centro de realización: E.T.S.I.I. Y DE TELECOMUNICACIÓN, UNIVERSIDAD PUBLICA DE NAVARRA.

Resumen: Una interfaz cerebro computador (BCI) permite a personas con problemas de interacción relacionarse con su entorno usando señales electrofisiológicas provenientes del cerebro. La interfaz usada en este proyecto es un sistema EEG "cue-based" de dos clases cuya estrategia es la imaginación del movimiento de las manos derecha e izquierda. Se usaron dos canales bipolares para la extracción de componentes, que fueron parámetros adaptativos auto-regresivos (AAR) y estimadores logarítmicos de potencia en banda (BP) que posteriormente se clasificaron mediante diversos tipos de análisis discriminante. Se eligió el paradigma de la cesta para realizar experimentos. El rendimiento de los sujetos se describe con la tasa de error y la información mutua, resultado del análisis de pruebas independientes de los datos en estudio. Los resultados se analizaron usando distintas pruebas estadísticas (paramétricas y no paramétricas). Se estudiaron diferentes tipos de análisis discriminante para su aplicación a BCIs usando las componentes AAR y BP. El estudio se llevó a cabo usando búsqueda exhaustiva y algoritmos genéticos con datos de tres sujetos diferentes. Los resultados permitieron concluir que el análisis lineal discriminante (LDA) es el mejor clasificador para problemas mal definidos y que todos los clasificadores basados en análisis discriminante funcionan de modo muy parecido en problemas bien definidos, de manera que se puede evitar la regularización. Dadas las conclusiones anteriores, se decidió estudiar algoritmos para transformar los clasificadores basados en análisis discriminante lineal y cuadrático en automáticamente adapatativos en tiempo real. La adaptación del QDA se basa en el Lema de la Matriz Inversa. Se realizaron análisis con datos previamente grabados de 6 sujetos para encontrar estimadores estables de la matriz de información y parámetros óptimos para el clasificador. Estos parámetros son el coeficiente de adaptación, UC, la longitud de la ventana de adaptación, N y el tiempo inicial en el que comienza dicha adaptación, Tini. También se desarrolló un algoritmo para estimar Tini adaptativamente. Sin embargo UC y N se mantuvieron constantes y se hallaron mediante optimización por medio de una búsqueda exhaustiva debido al bajo número de iteraciones. Después se realizaron experimentos en línea con 12 sujetos sin experiencia previa en BCIs. Seis de ellos recibieron realimentación con parámetros AAR y otros seis con estimadores BP. Los resultados muestran que el sistema es estable y que los sujetos fueron capaces de controlado en un tiempo muy corto. Además, no se encontraron diferencias en el rendimiento delos parámetros AAR respecto de los estimadores BP. También se desarrolló una versión adaptativa del LDA basada en la técnica de filtrado Kalma. Este método presenta dos ventajas respecto al clasificador QDA adaptativo. La primera es que el coeficiente de adaptación UC se estima en línea a través de la ecuación de la ganancia de Kalma. La segunda es que las pruebas de todas las clases se pueden usar para actualizar las ecuaciones del LDA. Usando este clasificador, UC y Tini se hicieron adaptativos y N se mantuvo constante. Para encontrar parámetros adecuados para el clasificador, se realizó una búsqueda exhaustiva con datos previamente grabados de 6 sujetos. Se hicieron prueba con distintos tipos de componentes y se comprobó que la concatenación de parámetros AAR y estimadores BP era la mejor solución. Posteriormente se realizaron experimentos en línea con 6 sujeto. Los resultados demostraron de nuevo que el sistema es estable y los sujetos pudieron disminuir su tasa de error en aproximadamente un 12% entre la primer ay la tercera sesión experimental. Los resultados experimentales de todos los sistemas muestran que la concatenación de estimadores BP y parámetros AAR es significativamente mejor que el uso de cualquiera de estos dos tipos de componentes por separado. No se encontraron diferencias significativas entre los dos algoritmos usa 8 dos para 615 estimar el tiempo inicial para la adaptación y tampoco en los resultados de clasificar los datos usando componentes AAR y BP. El análisis de experimentos realizados con clasificadores no automáticamente adaptativos, llevados a cabo con 6 sujetos sin experiencia previa en BCIs, muestra el mejor rendimiento del sistema automáticamente adaptativo. Según nuestro conocimiento, este trabajo describe los primeros clasificadores automáticamente adaptativos para BCIs publicados. Los experimentos, realizados con 18 sujetos, mostraron que todos los sistemas son estables, que los sujetos pudieron llegar a controlado con el uso y que los clasificadores automáticamente adaptativos permiten un mejor rendimiento que los no automáticamente adaptativos. La extensión de estos sistemas a multiclase y/o sin conocimiento previo de la clase (sistemas "non cue-based"), será parte del trabajo en el futuro.

Autor: Pascau González-Garzón Javier.
Año: 2006.
Universidad: POLITÉCNICA DE MADRID.
Centro de lectura: E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación.
Centro de realización: Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación.

Resumen: Esta Tesis Doctoral profundiza en los métodos de registro de estudios multimodales (anatómicos y funcionales) de animales de laboratorio mediante técnicas basadas en teoría de la información. Se realiza un análisis de la influencia de los parámetros del algoritmo de registro, así como una validación sistemática de los resultados. Para poder evaluar el funcionamiento de los métodos de registro basados en teoría de la información, se presentan una serie de estudios patrón que se registran gracias a un conjunto de marcadores externos. En estos estudios se calcula la precisión del registro que se consigue por medio de los marcadores, validando el diseño y configuración de éstos. Se evalúa la convergencia y precisión de los algoritmos de registro, y su dependencia de diversos factores (desalineamiento inicial y parámetros del algoritmo), por medio de un diseño experimental que permite una validación sistemática. Los resultados permiten cuantificar la influencia de los factores en el resultado. Dado que los métodos descritos en esta Tesis Doctoral tienen como principal limitación el desalineamiento inicial máximo que son capaces de resolver, se propone un método basado en los ejes principales y los centros de masas de las imágenes, para prealinear los estudios. Utilizando este método se consigue mejorar el comportamiento de los algoritmos automáticos, consiguiendo un porcentaje de éxitos para las transformaciones evaluadas cercano al 100%. Finalmente, todos los algoritmos desarrollados y utilizados en esta Tesis Doctoral se encuentran integrados dentro de una interfaz de adquisición, reconstrucción, visualización y análisis denominada MMWKS, específicamente diseñada para estudios de animales de laboratorio. De esta forma los usuarios de este tipo de dispositivos pueden integrar la información proveniente de distintas modalidades con facilidad.