Medicina e ingeniería se unen para salvar vidas

Medicina e ingeniería se unen para salvar vidas

El pecho de SimMan se mueve con el latido de su corazón, sus pupilas se contraen cuando el doctor Adalberto Amaya, especialista en educación médica, pone sobre ellas una linterna con luz blanca. Aunque su piel es pálida y tiene cejas cafés sutilmente delineadas sobre su frente, lo que realmente llama la atención de este peculiar paciente es que está hecho de plástico, caucho, cables y un software inteligente que reproduce las funciones fisiológicas del ser humano .

SimMan tiene forma de hombre. Es capaz de llorar, respirar, hablar, expulsar sangre e incluso fingir taquicardia, paros cardiacos, arritmias o hipertensión para poner a prueba a estudiantes y profesionales médicos en situaciones clínicas reales. Pero no está solo. SimMom, por ejemplo, es una tecnología que recrea el comportamiento de una mujer en condición de parto y las complicaciones obstétricas que pueden presentarse; LapSim , emula procedimientos laparoscópicos para mejorar las habilidades psicomotoras de los especialistas en quirófanos a través de realidad virtual, y SimBaby  es un dispositivo a escala diseñado para practicar procesos de entubación, desfibrilación y tratamientos intravenosos.

Estas novedosas herramientas hacen parte del Centro de Simulación Clínica  de la Pontificia Universidad Javeriana, una institución creada en el 2007 para facilitar procesos de aprendizaje y fortalecer las competencias médicas. En ese sentido, y teniendo en cuenta el interés de la comunidad académica por desarrollar instrumentos biomédicos para el trabajo hospitalario, Martha Lucía Zequera, diseñadora industrial javeriana y doctora en ingeniería biomédica, se interesó en crear un curso de verano para formar a estudiantes de posgrado y doctorado en el desarrollo de tecnologías emergentes, creadas para asistir a los adultos mayores.

Así nació el primer Summer School: “Emerging Technologies to Support Health Care and Independent Living ” en 2017, un evento diseñado por la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Medicina de la Universidad Javeriana, la International Federation for Medical and Biological Engineering (IFMBE ) y la Engineering in Medicine Biology Society (IEEE).

Participantes del curso de verano en la Pontificia Universidad Javeriana sobre tecnologías emergentes para atención del adulto mayor.
Participantes del curso de verano en la Pontificia Universidad Javeriana sobre tecnologías emergentes para la atención del adulto mayor.

Pesquisa Javeriana estuvo presente durante la segunda versión del encuentro, del 25 al 29 de junio, al que asistieron 12 conferencistas internacionales como: Ratko Magjarevic, profesor titular de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Universidad de Zagreb, Croacia; Kang-Ping Lin  Ph.D., profesor de la Universidad Cristiana Chung-Yuan de Taiwán, y  Andrew Laine, profesor de radiología de la Universidad de Columbia en Nueva York, quien destacó el trabajo que ha venido desarrollando el Centro de Simulación Clínica con los estudiantes javerianos.

Martha Lucía Zequera, coordinadora del curso de verano, le cuenta a Pesquisa Javeriana cómo desarrolla el plan de trabajo académico que tiene con los estudiantes, de qué tratan sus investigaciones y los retos que se presentan de cara al futuro.

Pesquisa Javeriana: ¿Cómo surge esta investigación?

Martha Lucía Zequera: En Latinoamérica no teníamos un curso de alto estándar para estudiantes de posgrado y doctorado en ingeniería biomédica y para hacerlo necesitábamos tener el aval de IFMBRE, IEEE y el Consejo Regional de Ingeniería Biomédica para América Latina (CORAL). Por eso, empezamos a consolidar un grupo interdisciplinario entre estas redes en 2014 con el apoyo del vicerrector académico de la Universidad Javeriana, Luis David Prieto Martínez, y el decano de la Facultad de Ingeniería, Jorge Sánchez. A la primera reunión asistieron representantes de cada entidad, de países como México, Argentina y Ecuador. Con ellos empezamos a fortalecer la idea.

PJ: ¿Qué entender por ingeniería biomédica?

MLZ: La ingeniería biomédica es la implementación de soluciones  o invenciones de ingeniería aplicadas a la medicina para preservar la vida humana y proteger el medio ambiente. Esa es la filosofía de este concepto y su aplicación en el área de la salud.

PJ: ¿Por qué decidieron orientar esta iniciativa en torno al adulto mayor?

MLZ: Tomamos como tema emergente al adulto mayor porque es una población frágil, es una población afectada, lo cual es común en América Latina. A pesar de ser una población muchas veces despreciada por su vejez, tiene mucho por contar, mucha sabiduría, por eso queremos enseñarles a los ingenieros la importancia que tiene el ser humano y cómo las tecnologías son medios que facilitan mejores diagnósticos y su calidad de vida e independencia.

PJ: En ese sentido, ¿cuál es la metodología de trabajo con los estudiantes?

MLZ: Decidimos trabajar dos grandes temas en este summer: el primero es rehabilitación porque las personas mayores están propensas a caerse e incluso tienen muchas alteraciones del equilibrio, y por otro lado las enfermedades cardiológicas. Durante las clases les enseñamos qué es, por ejemplo, un infarto y lo que se hace cuando esto ocurre para que empiecen a construir conocimiento […] Luego, durante el cierre del evento ante el Vicerrector de Investigación de la Universidad Javeriana y el grupo de profesores invitados, los estudiantes presentan una propuesta de  investigación real, clara, a partir de una señal cuantitativa.

PJ: Explíquenos un poco sobre el concepto ‘investigación real’.

MLZ: Esto significa que cada grupo de estudiantes tiene un padrino profesor de las organizaciones invitadas, quienes conforman el comité académico. Primero les presentamos a médicos quienes les cuentan sobre las características del adulto mayor, lo que en términos clínicos es normalidad y anormalidad, para que luego ellos apliquen esos conocimientos en su ingeniería a través del procesamiento de señales biológicas. Así, el ingeniero empieza a entender la fisiología desde la óptica médica y no solo desde la ingeniería para hacer un trabajo de investigación más sólido.

Ahora tenemos cuatro grupos de investigación que van a trabajar en problemas específicos; nosotros les enseñamos a manejar ‘key words’ en los cuatro casos para que ellos desarrollen la bibliografía, el estado del arte y entiendan desde la ingeniería qué es la fisiología, qué es normal y qué no lo es.

PJ: ¿Cuáles son esos problemas?

MLZ: Sus investigaciones surgen de los talleres que les presentamos. Por ejemplo, uno es sobre el análisis de la huella plantal. Allí los estudiantes deben descubrir con las técnicas de ingeniería y con los algoritmos cómo caracterizar las diferencias entre las morfologías de los pies para que un médico, en este caso, pueda diagnosticar el equilibrio de un paciente y predecir caídas a partir de sus patrones de presión.

También les presentamos talleres sobre exoesqueletos: estos son dispositivos para asistir a las personas que tienen problemas músculoesqueléticos como en el caso de los adultos mayores que tienen problemas de desviación de columna, de cadera, desgaste de meniscos o que requieren trasplante de rodilla.

Con esta información y sus inquietudes, un estudiante de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Javeriana propuso mostrar cómo un atleta de alto rendimiento puede variar su capacidad de respiración o de movilidad de acuerdo con la ubicación del sillín de su bicicleta.

PJ: ¿Qué diferencia a este encuentro de otros cursos sobre ingeniería biomédica?

MLZ: Nuestro interés es que este summer sea una red para desarrollar, innovar y hacer investigación y docencia en grupo; la diferencia es que formamos una red de ingenieros humanizados por las tecnologías, es decir que no desarrollan tecnología per se, sino una que sea incluyente y que pueda ser activa en el adulto mayor para que le garantice una mejor calidad de vida.

PJ: Una vez finalizado este encuentro, ¿cuáles son sus metas a corto plazo?

MLZ: Esperamos hacer un tercer summer. Cuando este esté maduro esperamos publicarlo en una revista especializada en ciencia, tecnología e innovación como Springer  y luego rotarlo por toda Latinoamérica. Esta es la idea, que salga de la Javeriana, que empiece a rodar y que se implementen todas las metodologías que trabajamos aquí.

También quiero decir que la oficina de Innovación de la Universidad Javeriana nos ha propuesto para el próximo año hacer un workshop de nuevas prácticas de transferencia de tecnología e innovación. Paralelamente, con IBM nos propuso hacer una maratón de nuevas ideas usando las técnicas que dimos en este encuentro.

¿Qué hay de nuevo?

¿Qué hay de nuevo?

Predecir para prevenir

Investigadores de la Pontificia Universidad Javeriana diseñan un kit para detectar el riesgo de padecer preeclampsia en mujeres embarazadas antes de que presenten síntomas.

Por: Daniela Abella Afanador | FOTOGRAFÍA DE GUILLERMO SANTOS

A partir de su investigación académica y apostando por desarrollar un producto innovador, la bacterióloga Paola Andrea Ayala, del Instituto de Genética Humana de la Pontificia Universidad Javeriana, y el médico Reggie García, de la Universidad El Bosque, propusieron crear un buen marcador que predijera la preeclampsia en etapas tempranas de la enfermedad. La aplicación de esta tecnología es singularmente novedosa por dos razones: disminuye el tiempo de entrega de resultados y confirma que los hallazgos de una investigación pueden transferirse para el desarrollo de un producto.

Desde 2009, a partir de la investigación adelantada durante su maestría en ciencias biológicas, Ayala ha estado interesada en la medicina materno-fetal. En el estudio “Hallazgos moleculares y patológicos en placentas con preeclampsia y/o restricción de crecimiento intrauterino”, llegó a la conclusión de que la trombomodulina ―una proteína con actividad anticoagulante natural― está involucrada en el mecanismo que desarrolla la preeclampsia. Con base en estos resultados, encontró que, en mujeres con menos de 20 semanas de embarazo, los niveles de esta proteína estaban altos en gestantes que posteriormente desarrollaban preeclampsia. Identificar a tiempo estas anomalías permitiría un procedimiento médico acertado y oportuno y evitaría muertes por esta enfermedad.

El kit permite medir el nivel de trombomodulina a partir de una muestra de sangre y así podría disminuir los casos que se presentan en Colombia, donde las muertes maternas por causa de la preeclampsia alcanzan una frecuencia del 42 %. La invitación de Ayala y García es a predecir para prevenir. Aplicar esta nueva tecnología en otros países de América Latina, donde la enfermedad se presenta con una frecuencia del 10 %, podría generar un avance significativo en la reducción de morbilidad perinatal y materna. Esto podría extenderse incluso a nivel mundial.

Esta nueva tecnología está en proceso de obtener la patente, gracias a la orientación de la Dirección de Innovación de la Vicerrectoría de Investigación de la Pontificia Universidad Javeriana.

Futuros doctores en ingeniería egresados de la Pontificia Universidad Javeriana de Cali

Sede de la Pontificia Universidad Javeriana de Cali abre Doctorado en Ingeniería para estimular la transformación del país hacia una economía basada en el conocimiento.

Por Daniela Abella Afanador

Dirigido a ingenieros, biólogos, físicos, químicos o matemáticos, con excelente rendimiento académico o profesional y un interés marcado por la investigación científica, teórica o aplicada, en agosto de 2015 iniciará actividades el primer programa de Doctorado en Ingeniería de una universidad privada de la región suroccidental del país.

El doctorado se enfoca en la generación de conocimiento, en la intersección entre ingeniería, ciencias naturales (físicas, de la vida y de la tierra), ciencias de la computación y matemáticas. Al programa pertenecen 37 profesores con doctorado (se estima que para finales de 2015 se vincularán otros 47), cuya producción intelectual recibe en promedio alrededor de 50 citaciones por año, de acuerdo con las cifras del Institute for Scientific Information, ISI Web of Knowledge, para los años 2000-2013.

El programa ofrece múltiples oportunidades y modalidades para la participación de sus estudiantes en proyectos de investigación financiados con fondos nacionales e internacionales, acceso a redes internacionales expertas, a más de 14 laboratorios especializados con tecnología de punta, y a un sistema distribuido de biblioteca con más de 14.000 títulos y 79 bases de datos electrónicas, entre otros beneficios.

Además, “la universidad otorgará dos becas por competencia en cada una de las primeras dos cohortes”, según informó el director del doctorado, ingeniero Andrés Jaramillo Botero.


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Información clasificada para convivir con los temblores

Información clasificada para convivir con los temblores

A las 4:06 de la mañana del 15 de noviembre de 2004, los caleños se despertaron por un temblor de tierra que se originó en el océano Pacífico, a 400 kilómetros de la capital del Valle del Cauca. La onda sísmica se desplazó a 5.000 metros por segundo, atravesó la cordillera Occidental y, al llegar al valle geográfico del río Cauca, removió durante 22 segundos el suelo donde se asienta una ciudad habitada por 2.500.000 habitantes.

Lo curioso del fenómeno es que “no se originó en Cali, pero sí le causó daño”, como anota el investigador Alberto Benavides Herrán, quien, en su oficina de la Universidad Javeriana, tiene un póster con el mapa y los datos del mencionado sismo, realizado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés). Más extraño aún es que los mayores daños se concentraran en 25 edificios y 6 clínicas de tercer nivel localizadas sobre la carrera 9.ª y la avenida Guadalupe, donde el sismo alcanzó una magnitud mayor a la registrada por los sismógrafos (6,7 en la escala de Richter).

Tanto el profesor Benavides como su colega de la Universidad del Valle y actual director de la Red Sismológica del Suroccidente Colombiano de la Universidad del Valle (Red SW), Elkin de Jesús Salcedo, explican que la porosidad del suelo en esa parte de la ciudad, originada en los procesos de sedimentación de la cuenca del río Cañaveralejo, hicieron que el suelo se “licuara” con la onda que viajó en línea recta desde Pizarro, en el departamento del Chocó.

Este sismo hace parte de una base de datos trabajada por investigadores de las dos universidades que recoge 6.945 eventos telúricos registrados entre 1993 y 2010 en un área geográfica que incluye los departamentos de Cauca, Nariño, Valle del Cauca y Chocó, y se interna en el océano Pacífico, donde las placas tectónicas de Nazca y Suramérica interactúan de forma permanente.

Con estos datos, Benavides y sus colegas pusieron a dialogar las principales variables que intervienen en la ocurrencia de un sismo. El proyecto puede observarse claramente en un mapa realizado por capas en el que aparecen las fallas geológicas que atraviesan el área objeto del estudio, y los diversos tipos de sismos clasificados por clusters o grupos de acuerdo con sus magnitudes, profundidades y energía liberada.

Las cicatrices de la tierra

Es importante aclarar que los sismos en esta parte del planeta se originan principalmente por dos factores: la actividad tectónica que tiene también una relación directa con el vulcanismo y las fallas geológicas. “Las fallas son como costuras de la tierra que se mueven durante un terremoto. La famosa falla de Romeral que atraviesa el país de sur a norte es la responsable de los terremotos más grandes de los últimos tiempos, como los de Popayán, Armenia, Pereira, Páez (Cauca) y Murindó (Chocó)”, precisa el profesor Benavides.

A simple vista, se pueden observar estas “cicatrices” de la tierra en zonas como el lago Calima, donde el profesor Benavides programa periódicamente laboratorios con sus estudiantes de ingeniería. También son visibles los daños que el movimiento de las fallas ocasiona en las carreteras, particularmente en temporadas invernales.

“Lo que no se ha movido en el último millón de años ya se queda así, pero aquellas partes de la tierra que muestran actividad en ese lapso seguirán moviéndose, y las fallas geológicas permiten apreciar cómo son esos acomodamientos del planeta”, puntualizó el investigador de la Universidad Javeriana.

Ocuparse de la catalogación de los sismos, sus características y su relación con el sistema de fallas geológicas constituye el corazón de la investigación denominada “Reconocimiento de patrones espaciales sísmicos en el suroccidente colombiano”, desarrollada por un grupo interdisciplinario conformado por un físico, ingenieros electrónicos, geofísicos y un topógrafo de las universidades Javeriana y del Valle.

Este equipo de investigadores construyó un algoritmo que permite reconocer en el territorio estudiado enjambres de sismos mediante la utilización de herramientas estadísticas y métodos probabilísticos. Esta metodología identifica patrones con los cuales se agrupan sismos de similares características en algunas áreas de la zona estudiada.

Anteriormente, explica el profesor Benavides, la interpretación de la actividad sísmica dependía de quien operaba un sismógrafo. La organización y sistematización de la información fue el gran desafío del proyecto, tal como quedó consignado en un artículo publicado por los investigadores en la revista Computers & Geosciences en julio de 2013.

Como parte de los resultados de la investigación, se confirmó la presencia de sismos de similares características (enjambres) en zonas de los departamentos del Cauca, Valle del Cauca, Quindío, Tolima y Chocó.

Gracias a investigaciones como esta, se puede aprovechar mejor la información que todos los días se origina en el monitoreo que desde 24 estaciones realiza la Red SW en el suroccidente del país.

Amenaza y vulnerabilidad

La investigación ofrece una información relevante para tomar buenas decisiones en materia de construcción de obras de ingeniería. El profesor Benavides explica que las fallas geológicas y la ubicación geográfica en la zona de influencia del denominado Cinturón de Fuego del Pacífico implican una amenaza. “Es sencillamente lo que hay y eso no lo podemos cambiar”, afirma. Sin embargo, también existe la variable de vulnerabilidad en la que el hombre sí tiene injerencia. “Aquí cuentan las buenas y malas decisiones que toman los ingenieros. Eso incrementa o disminuye el grado de vulnerabilidad de las obras”, agrega.

De esta manera, la información generada por el proyecto de investigación sirve no solo para evaluar los factores de amenaza y vulnerabilidad en obras de ingeniería sino que también es una herramienta importante para los planes de ordenamiento territorial (POT). “Muchas veces no se entiende la importancia de esta información y no se ajustan las normas de sismorresistencia en los distintos municipios”, explica el profesor Elkin de Jesús Salcedo, de la Universidad del Valle.

A su vez, el profesor Benavides indica que “un edificio es como un péndulo invertido, y en su construcción es necesario aplicar el conocimiento técnico sobre sismorresistencia con todas las implicaciones éticas que esto tiene… Los ingenieros no construyen sobre el vacío, y todo lo que hacen afecta a las personas”.

Considera que en toda construcción se deben tener en cuenta los estudios de suelos, las aceleraciones máximas y la historia sísmica del terreno, así como los factores de diseño, calidad de los materiales y, sobre todo, recordar la responsabilidad de los ingenieros en las obras que construyen.

El reforzamiento de los nueve edificios que se vieron gravemente afectados por el sismo del 15 de noviembre de 2004 en Cali tardó varios años. La dolorosa lección quedó allí para los constructores y las autoridades que autorizaron construcciones de más de cuatro pisos en suelos de arcillas contracto-expansivas. La información sobre patrones sísmicos es precisamente una herramienta para tomar buenas decisiones en lugares del planeta, como este, donde los temblores son algo corriente.


Para saber más:
» Benítez, H., Flórez J. F., Puque, D. P., Benavides, A., Baquero, O. L. & Quintero, J. (2013). “Spatial Pattern Recognition of Seismic Events in South West Colombia”. Computers & Geosciences 59: 60-77.

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