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Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud Pontificia Universidad Católica Argentina
Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
Creación: 2009
Grupo Interdisciplinario Ingeniería (Electrónica)
Diseño
Ciencias Físicas (Bioingeniería)
Biomecánica (Ingeniería del movimiento)
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud Pontificia Universidad Católica Argentina
Dr. Ing. I. Ghersi; Bioing. C. Fliger; Arq. C. Castro Arenas; Alumno: P. Borsoi;
Dra. M. Miralles.
Procesamiento de señales biológicas (ciencias básicas en general) y en particular señales de equilibrio humano normal y/o disfuncional.
Desarrollo de dispositivos dedicados para aplicaciones médicas (ingeniería aplicada).
Pontificia Universidad Católica Argentina
Proyecto de Investigación
Modelos biomecánicos y desarrollos de dispositivos para la cuantificación del
movimiento humano en individuos normales y/o disfuncionales
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
ÁREA: BIOMECÁNICA E INGENIERÍA PARA LA SALUD
DESARROLLOS ASOCIADOS
a) concluidos
Dispositivos ambulatorios de evaluación de equilibrio.
Desarrollo de Balanza para estudios de equilibrio ortostático (electromecánica, software de adquisición, etc.)
Sistema de evaluación 3D de ángulos de articulaciones.
Desarrollo de escalera de paso regulable (estandarización
de pruebas).
Desarrollo de dispositivo de calibración de balanzas. b) en curso
Desarrollo de plataforma para evaluar salto vertical (placa electrónica).
Proyecto de plataforma basculante.
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Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
Equilibrio humano y riesgo de caídas en adultos mayores
Banco de señales de equilibrio
humano normal y/o disfuncional
Pontificia Universidad Católica Argentina
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
EQUILIBRIO HUMANO y RIESGO DE
CAÍDAS
Fenómeno multivariado Multicausal / consecuencias variables
Asociado con lesiones, morbilidad y mortalidad
Poblaciones de Riesgo Adultos mayores
Grupos específicos de interés Atletas
Deportistas
Evaluaciones clínicas clásicas Test de Tinetti
Dynamic Gait Index
Get Up and Go
etc.
Problemática de atención creciente en salud pública
OPORTUNIDAD Aporte de dispositivos innovadores para cuantificar rendimiento
Prevención para grupos de riesgo
Análisis de rendimiento
Evaluaciones Repetibles y Confiables
Adquisición y Procesamiento dedicado de señales
Complemento sobre pruebas clínicas clásicas
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería de la Salud
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PROBLEMÁTICA
Escalas de evaluación de pruebas clínicas son en gran parte subjetivas
“Cambios leves”, “buena velocidad”, “desviaciones severas”
Dificultad para interpretar resultados de diferentes especialistas de un mismo sujeto a lo largo del tiempo
Necesidad de parámetros objetivos y precisos, aprovechar nuevas herramientas disponibles
No sustituir pruebas clínicas, ofrecer información uniforme y detallada, con sentido biomecánico
Mejorar evaluaciones Comparaciones sobre poblaciones más grandes
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Pontificia Universidad Católica Argentina Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
OBJETIVOS
Desarrollo de dispositivos innovadores para cuantificación del equilibrio humano, con electrónica dedicada (diseño de PCB y adquisición de sensores)
Derivación de nuevos protocolos de evaluación
Aplicación de estrategias de procesamiento de señales
Obtención y validación de índices de rendimiento Funcional/Disfuncional (degradaciones)
Óptimo (Rendimiento de atletas)
Simulación y Modelos biomecánicos
Integración de nuevas tecnologías
Vinculación y transferencia al grado y al sector privado
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DISPOSITIVO AMBULATORIO PARA
EVALUACIÓN DE EQUILIBRIO
PORTÁTIL E INALÁMBRICO Eje
AnteroPosterior (AP)
Eje Vertical
(VE)
Aproximación del Centro de Masa Corporal
Eje MedioLateral
(ML)
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EVALUACIONES DE MARCHA, EQUILIBRIO ESTÁTICO Y GESTOS DINÁMICOS
PLATAFORMA ESTABILOMÉTRICA
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ESTUDIOS DE EQUILIBRIO ESTÁTICO
TEST DE ROMBERG
POSICIONES DANZA CLÁSICA
INTERFACES GRÁFICAS
DEDICADAS
- Adquisición
- Recorte de registros
- Análisis de respuesta
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SISTEMA PARA EVALUACIÓN 3D DE
ÁNGULOS DE ARTICULACIONES
-Marcadores LED
-Cámaras de alta velocidad
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ESCALERA DE PASO
VARIABLE
Ejercicios Normalizados
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Normalización de pruebas clínicas de acuerdo con estatura del sujeto
Uso en conjunto con dispositivo ambulatorio para evaluación de
equilibrio
SISTEMA DE CALIBRACIÓN PLATAFORMA
ESTABILOMÉTRICA
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PLATAFORMA DE SALTO
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EN CURSO
Capacidad 1000 kgf PLATAFORMA CON
COORDINACIONES DINÁMICAS
Propuesta para evaluación del Centro de Presiones durante
movilización controlada
Estudio de
transiciones, respuesta a estímulos
controlados
Presentado como parte de proyecto
PICT 2016 en evaluación
METODOLOGÍA
o Instrumentar a sujetos con dispositivos innovadores durante el desarrollo de los tests
o Obtener registros asociados
o Analizar señales en función de resultados clínicos
o Buscar índices objetivos, representativos de desempeño
o Análisis complementario, aportar información objetiva y repetible
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EVALUACIONES CLÍNICAS
ESTUDIADAS
EQUILIBRIO ORTOSTÁTICO MARCHA NORMAL
TEST DE TINETTI
MARCHA CON COORDINACIONES DINÁMICAS
DYNAMIC GAIT INDEX
• Aprobación de Comité de Ética • Consentimiento informado escrito • Examen médico • Doctores acompañan en todo momento
DESARROLLO DE EXPERIENCIAS
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TEST DE TINETTI PROCESAMIENTO DE SEÑALES
ANÁLISIS
Análisis de rendimiento por grupos, según puntaje de evaluación clínica
Pontificia Universidad Católica Argentina
RESULTADOS 1:
Laboratorio de Biomecánica e Ingeniería para la Salud
TEST DE TINETTI PROCESAMIENTO DE SEÑALES
ANÁLISIS
Análisis de simetría de pasos según puntaje de evaluación clínica
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RESULTADOS 2:
DYNAMIC GAIT INDEX PROCESAMIENTO DE SEÑALES
EXTRACCIÓN DE PARÁMETROS
Extracción de parámetros para pruebas dinámicas, índices de rendimiento
AnteroPosterior Vertical MedioLateral
ÍNDICES DE RENDIMIENTO EN PRUEBAS DINÁMICAS
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RESULTADOS 3:
DYNAMIC GAIT INDEX PROCESAMIENTO DE SEÑALES
CLASIFICACIÓN ADABOOST
MODIFICADO
Evaluación de capacidad de clasificación de índices propuestos, validación cruzada
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RESULTADOS 4:
Captura de Movimiento para Investigación sobre equilibrio humano en condiciones estáticas y dinámicas
Colaboración con desarrollos propios en detección de patologías del movimiento
Descripción de motricidad en atletas, patrones de referencia en estudios poblacionales
Proyecto
Laboratorio de Ingeniería del Movimiento
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Evolución natural sobre las premisas
de investigación
Captura de movimiento, EMG,
Plataformas de fuerza
Trabajo Final en desarrollo:
Factibilidad de Laboratorio de Ingeniería del
Movimiento en UCA
Becario iniciación a la investigación
Pablo Borsoi
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OpenSim Análisis biomecánico
de gestos y movimientos
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Software libre para simulación de movimientos (Univ. Stanford) - Se apoya en señales de sistemas de captura de movimientos, EMG y Plataformas de Fuerza - Implementa modelos de cinética/cinemática dedicados
Aplicable a seres humanos, animales y estructuras (robótica)
Estima Parámetros Biomecánicos
Métodos de adquisición Parámetros biomecánicos
(ejemplo)
Captura de Movimientos Ángulos y momentos
Articulares
EMG Fuerzas y momentos
musculares
Plataformas de fuerza Potencia Muscular
Gasto metabólico
Aceleraciones musculares http://opensim.stanford.edu/
SUBSIDIOS COMO LABORATORIO ASOCIADO
• Modelos biomecánicos y desarrollos de dispositivos para la cuantificación del movimiento humano en individuos normales y/o disfuncionales (2013-2017) Director: Dra. Mónica T. Miralles. Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería, Pontificia Universidad Católica Argentina (UCA) (2015-2016) Proyectos De Vinculación Y Transferencia tecnológica “
• Evaluación del riesgo de caídas en adultos mayores y en pacientes geriátricos, Proyecto UBACyT PIUBAMAS 2062120100011BA acreditado Programación científica 2013-2016, Directores: Dra. M. Miralles y Dr. F. Álvarez.
• Equilibrio Ortostático: Innovación en Balanzas Estabilométricas, "Capacidades Universitarias Para El Desarrollo Productivo “Amílcar Oscar Herrera”, Línea: 3: Desarrollos para la salud, Director Dra. Mónica T. Miralles, Empresa asociada: MicromedSystem S. A .
• Caracterización del equilibrio humano normal y/o disfuncional: estimación del riesgo de caídas en pacientes atáxicos. Proyecto UBACyT bianual acreditado Programación científica 2012-2014.
• Caracterización del Equilibrio Humano: Desarrollo de dispositivos avanzados de monitoreo y análisis. Proyecto UBACyT A-435, Programación científica: 2010-2012. Acreditado Resol (CS) No. 1004/10.
• Análisis Cuantitativo del Equilibrio Corporal Humano Normal y/o Disfuncional Proyecto UBACyT A-417; Programación científica: 2008-2010. Acreditado Resol (CS) No. 5254
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FORMACIÓN DE RECURSOS
HUMANOS
Tesis Doctorales
TESIS DOCTORALES FINALIZADAS Ing. Ignacio Ghersi, Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo. Admisión septiembre de 2010. Título: Interfaz electrónica integral para el control de movimientos de una nueva generación de camas mecatrónicas. Defendida: 19-02-2016. Calificación: Sobresaliente con recomendación a publicación. Ver Nota en revista “UCA actualidad” No. 155 p. 28. http://www.uca.edu.ar/uca/common/grupo1/files/UCActualidad-155.pdf
TESIS DOCTORALES EN CURSO Arq. Cristhian Castro Arenas, Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo.
Admisión 8/06/12. Título: Tensegridad y Biotensegridad: De las estructuras naturales al diseño
D. I. (Magister) Enrique Frayssinet, Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo.
Admisión: 5 de junio de 2015; Res (CD) Nº 444/2015. Tema: Diseño de prótesis maxilares. Obtención de beca doctoral CONICET en abril 2016.
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Trabajos Finales
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Alumno Título Director Fecha Calificación Disponible
1 Favaro,
Santiago Prototipo Holter Digital R. Vecchio 12-2009 10
Biblioteca
Central UCA
2 Capalbo,
Ignacio
Monitoreo de Transporte
de Cargas R. Vecchio 26-05-2010 10
Biblioteca
Central UCA
3 Pereira,
Bernardo
Procesamiento de señales
cardíacas R. Vecchio 14-02-2011 9
Biblioteca
Central UCA
4 Maier,
Mijail Electromiógrafo portátil R. Vecchio 26-02-2013 9
Biblioteca
Central UCA
5 Klausner,
Santiago
Arpón sin nudo para
artroscopia de hombro M. Miralles 21-12-2015 10
Biblioteca
Central UCA
ACTIVIDADES DE
EXTENSIÓN
ORGANIZACIÓN DE JORNADAS
CURSOS
CONFERENCIAS
JORNADAS 1ª JORNADA DE BIOMECÁNICA E INGENIERÍA PARA LA SALUD (2009) 2ª JORNADA DE BIOMECANICA E INGENIERIA PARA LA SALUD (2010) IMDIUCA: PRIMERA JORNADA DE IMPRESIÓN DIGITAL (2014)
CONFERENCIAS MECATRÓNICA Y DISPOTIVOS MÉDICOS AVANZADOS (2014) TEDxUCA (2016) CAMPUS PARTY (2016)
CURSOS Curso de interfaces de comunicación y sistemas embebidos (2014) Curso de Linux en sistemas embebidos (2014) Módulo de Biomecánica en Física Médica II (2007-2014) (Facultad de
Medicina)
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REDES
CENTROS Y GRUPOS
ASOCIADOS
CIDI: Centro de Investigación en Diseño Industrial (se
radican tesis y PPS en FADU-UBA)
EIDAN: Equipo de Investigación en Danza (nacional)
Laboratorio de Fisiología de la Acción y el Instituto de
Ingeniería Biomédica de la FI-UBA - Dr. Mazzeo
CIPADI Universidad Nacional de Mar del Plata -
D.I. Enrique Frayssinet
Mag. Lic. Valeria Gogni y profesores de estadistica de la
FI-UBA
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Cuadro de evolución
LaBIS
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Nú
mero
Pro
du
cció
n 2
016
02/16 Interfaz Electrónica Integral para el Control de Movimientos de una Nueva Generación de Camas Mecatrónicas
Defensa Tesis Doctoral
03/16 Cierre Proyecto Amílcar Herrera Informe / Financiamiento
04/16 Capítulo 9 (Muscular and Skeletal System) del Libro «Further Understanding of the Human Machine: The Road to Bioengineering»
Entrega Capítulo Libro
05/16
Video-analysis Interface for Angular Joint Measurement
Publicación Artículos SABI 2015 en IOP Journal of Physics: Conference
Series
Discrete Kalman Filter based Sensor Fusion for Robust Accessibility Interfaces
Biomechanics and Biotensegrity: Study Method and Frequency Response of the Simplex and 3-bar-SVD Tensegrity Configurations
From Modern Push-Button Hospital beds to 20th Century Mechatronic Beds
06/16 Force Plate Calibration and Setup for Assessments of Human Balance Artículos enviados a CLAIB 2016
(aceptados para publicación) Platonic Tensegrities: Dynamic Aspects and Characterization
07/16
Smart Medical Beds in Patient-care Environments of the 21st Century Artículo enviado para evaluación
Naturaleza, Sinergia, Tensegridad y Biotensegridad, ¿es1 + 1 = 4? Resumen aceptado SIGraDi 2016
Avances en la caracterización del equilibrio humano normal, óptimo y/o disfuncional Presentación Proyecto PICT 2016
09/16 2 Conferencias TEDxUCA Seleccionadas (Presentación 04/2017) Conferencias TEDxUCA 2017
10/16
Caracterización del equilibrio ortostático de posiciones básicas de la danza clásica Poster y exposición en 101ª RAFA
Presentación Resultados de Pruebas Clínicas Equilibrio Humano Jornadas Hospital César Milstein
Equilibrio Humano ¿Sos bípedo? Lo siento Conferencias en Campus Party 2016 Biotensegridad: ¿La estructura de la vida?