En el sector salud, el acceso a las tecnologías de salud es limitado en calidad y cantidad. Esto se debe a que somos un país importador de equipos médicos, como consecuencia no se tiene personal cualificado correctamente para el mantenimiento y reparación de los mismos; a esto se suma, el elevado precio del equipo una vez importado. El desarrollo del presente trabajo surge de la necesidad de iniciar una política de producción de equipos médicos en el Perú, adoptando una nueva estrategia de producción conocida como sistema de producción modular, el cual está basado en realizar el proceso solo con aquello que le da valor agregado al producto, dejando de lado el actual sistema de producción lineal que trabaja con recursos innecesarios que los considera necesarios, conocido como desperdicios. En la actualidad, la electrónica ayuda a la medicina física y nos presenta nuevas posibilidades para la realización de terapias físicas, entre ellas se encuentran la magnetoterapia, el ultrasonido, la laserterapia y la fototerapia. Sin embargo, esta ayuda debe ser complementada diseñando el sistema de producción el cual permita mayor accesibilidad a dicha tecnología. Sobre todo, cuando el equipo es fabricado en territorio nacional. El objetivo del presente estudio es diseñar un sistema de producción del equipo Regenerador de Tejidos Blandos y Óseos con tecnología mejorada basada en factores físicos combinados, para tratamientos en la especialidad de medicina física. Su desarrollo está dado en cuatro capítulos cuyo contenido es el siguiente: El primer capítulo, nos muestra la problemática actual de las enfermedades del tipo dermatológica, así como el estado actual de la producción de equipos médicos. Se presentan el objetivo general y los objetivos específicos. En el segundo capítulo, se definen los tipos de tratamientos físicos actuales. Además se describen los distintos tipos de sistemas de producción junto con sus características. En el tercer capítulo, se desarrolla el diseño del sistema de producción del Regenerador de Tejidos Blandos y Óseos, se identifican los procesos de producción involucrados. Seguido del diseño y propuesta de los Procedimientos de Operación Estándar, los cuales permitirán la reproducción del sistema de producción. En el cuarto capítulo, se presentan las pruebas y resultados. La verificación de los procedimientos planteados en el tercer capítulo, la toma de tiempos de fabricación y la prueba de funcionamiento del equipo terminado. Así como también el análisis económico del presente estudio. Finalmente, se presentan conclusiones y recomendaciones en el desarrollo del sistema; además de, posibles mejoras que se pueden dar en el futuro. / Tesis

Uno de los temas de creciente preocupación en la actualidad es el envejecimiento de la población mundial. Solo para el 2020, 13 países podrán ser considerados “súperenvejecidos” (aquellos con 20% o más de habitantes de edades mayores a 65 años), mientras que para el 2030 se sumarán otros 21 a la lista [1]. El Perú no está excluido de este fenómeno demográfico, ya que según estadísticas se estima que entre el 2015 y el 2050 el porcentaje de la población mayor de 65 años se incrementará de 6.38% a 15.69% [2]. Uno de los sectores donde el impacto será más notorio es la medicina, ya que diversas dolencias son más frecuentes en la tercera edad. Esta disciplina deberá adecuarse y buscar métodos más eficientes de atención para dar abasto a la creciente demanda. Ante esta problemática, los países más avanzados en el campo de la tecnología están empezando a dar soluciones eficientes a los problemas médicos desde el campo de la robótica y la biomecatrónica. En este ámbito, prótesis robóticas, exoesqueletos de asistencia y rehabilitación, y equipos robotizados para cirugía son algunos de los avances en el campo que prometen alcanzar óptimos resultados. En particular, los exoesqueletos suelen ser usados en la rehabilitación de pacientes con trastornos neuromusculares, como quienes han sufrido de accidente cerebrovascular o lesión de la médula espinal. Este trabajo tiene como objetivo presentar el diseño de un exoesqueleto para brazo con tres grados de libertad, tal que el usuario realice dos tipos de movimientos del hombro (flexión-extensión y abducción-aducción) y la flexión del brazo por la rotación de la articulación del codo. El exoesqueleto estará orientado a la rehabilitación de miembro superior en quienes han sufrido accidente cerebrovascular. El accionamiento del mecanismo será por señales cerebrales obtenidas por una interfaz cerebro-computadora no invasiva. De este modo, cuando el usuario piense en realizar un movimiento con el brazo (asociado a una actividad de la vida diaria), accionará los actuadores y se ejecutará un movimiento predeterminado dentro de un volumen de trabajo seguro. El movimiento contribuirá a la rehabilitación de la misma manera en que se hace con asistencia humana, pero agregando el que el paciente siempre participe activamente, lo cual es un factor motivante que puede estimular a que el paciente concientice el movimiento y estimule la plasticidad del cerebro para la recuperación de su discapacidad. En el capítulo 1 se presenta la problemática asociada con quienes han sufrido de accidente cerebrovascular y requieren de un tratamiento de rehabilitación. En el capítulo 2 se presentan un estudio del estado del arte en exoesqueletos e interfaces cerebro-computadora. En el capítulo 3 se presentan los requerimientos con los que debe cumplir y algunas características deseables para el exoesqueleto, seguidas del concepto óptimo que daría solución a la problemática. En el capítulo 4 se presentan los componentes y planos del diseño mecánico y electrónico, y los diagramas de flujo correspondientes al sistema de control. En el capítulo 5 se presentan los costos de cada componente mecánico y electrónico, así como el precio total de un prototipo del diseño presentado. En el capítulo 6 se presentan las conclusiones con respecto a este trabajo. / Tesis

In the last decades, the quantity of robot applications has increased enormously in various areas of operation. Their advantages like automation and accuracy are interesting for health care, as well. Besides of surgery and patient transportation, robots can be used for therapy, too. This master thesis presents an analytical model of a hydraulic hexapod robot, which is intended to be used as a gait trainer in a rehabilitation application. In order to prove the model, a measurement of all actuators is performed. They prove the linear plant characteristic caused by an installed pressure compensator. Consequently, a suitable decoupled state space control and an observer are developed and simulated. Considering the velocity and the control effort, the feedforward linear-quadratic state space controller shows the best system performance. The tests permit a model simplification and exhibit the negligible influence of small loads. The potential of the hexapod robot has to be considered regarding the further development of the periphery. Doing so, the presented controller can be implemented and the robot can be used in many areas. / Tesis

The pathological states of biological tissue are often related in attenuation changes of itself. Thus, information about attenuating properties of tissue is valuable for the physician and could be useful in ultrasonic diagnosis. However, accurate characterization of tissue pathologies using ultrasonic attenuation is strongly dependent on the accuracy of the algorithm that is used to obtain the attenuation coefficient estimates. In the present document, we derive a new attenuation estimation method which uses the analytical backscatter coefficient (BSC) diffraction compensation function for single-element transducers proposed by Chen et al. and compare it to a reference phantom attenuation estimation method. The accuracy of the two methods was evaluated. The results showed that an accurate attenuation coefficient mean value can be estimated by the two methods presenting a low mean percentile error (MPE<6%). However, the coefficient of variation of the estimates remains higher than the desired values (CV>62%). Moreover, to remove the inherent size of the ROI’s limitation due to the high variability of the estimator, the use of full angular spatial compounding was extended to the estimation of attenuation coefficients and its performance was experimentally evaluated using two physical phantoms. The results suggest that the variance and field of view of attenuation imaging can be significantly improved without sacrificing estimation accuracy. Based on these observations, the analytic diffraction compensation method was applied in an animal model to estimate the mean attenuation value of thyroids lobes. To reduce variability on the estimates, a three neighboring layer spatial compounding approach was applied. The results suggest the mean attenuation value can potentially discriminate a particular pathology on thyroid from malignant and normal tissues. The final conclusions lead to remark the potential of parametric imaging of tissue attenuation by the analytic diffraction compensation method in conjunction with spatial compounding as a useful tool for medical detection and diagnostic. / Tesis

La apnea central del sueño es un trastorno respiratorio que ocurre durante el sueño. En este sentido, la persona afectada experimenta la detención completa o parcial del flujo de aire hacia los pulmones debido a la falta de estímulo respiratorio del cerebro durante cortos periodos de tiempo. Esta falta de señal respiratoria genera la ausencia de esfuerzo respiratorio (es decir, no se producen movimientos toraxoabdominales), ya que el músculo diafragmático no es estimulado. Es así que quienes sufren de este mal aumentan el riesgo de padecer fatiga crónica, trastornos psicológicos e intelectuales, trastornos cardiovasculares, debilidad física, dificultad para deglutir, entre otros. Por otro lado, los métodos y dispositivos médicos utilizados para el tratamiento de esta afección son poco ergonómicos, en el Perú. Es por este motivo, que la presente tesis propone una alternativa para la mejora de la calidad de vida de quienes padecen esta afección. Para esto se tiene como objetivo general diseñar e implementar un sistema de estimulación eléctrica no invasivo para la apnea central del sueño basado en el estudio de la electrofisiología del diafragma. Es así que se busca desarrollar un dispositivo no invasivo para la estimulación eléctrica muscular, determinar las señales que serán utilizadas para la excitación del músculo diafragmático, estudiar el grado de excitación del músculo diafragmático y ajustar el dispositivo según cada paciente. El dispositivo a desarrollarse es un estimulador eléctrico muscular diafragmático no invasivo de larga duración (entre 10 a 12 horas de funcionamiento). Asimismo, será eficiente, liviano, pequeño, ergonómico, silencioso, seguro y fácil de usar. En cuanto a sus características técnicas será un aparato con bajo consumo de potencia, adecuado aislamiento eléctrico y resistente a interferencias y caídas. En el primer capítulo de la presente se desarrolla la problemática de este trastorno, con el fin de determinar los objetivos de la tesis y justificación de la misma. En el segundo capítulo se estudian y analizan los fundamentos teóricos para el desarrollo del dispositivo. En el tercer capítulo se realiza el diseño del estimulador eléctrico muscular diafragmático no invasivo. Finalmente, en el último capítulo se muestran los resultados de la implementación. / Tesis

Brain tumors are part of a group of common, non-communicable, chronic and potentially lethal diseases affecting mostfamilies in Europe. Imaging plays a central role in brain tumor management, from detection and classification to staging andcomparison. Increasingly, magnetic resonance imaging (MRI) scan is being used for suspected brain tumors, because in addition tooutline the normal brain structures in great detail, has a high sensitivity for detecting the presence of, or changes within, a tumor.Currently most of the process related to brain tumors such as diagnosis, therapy, and surgery planning are based on its previoussegmentation from MRI. Brain tumor segmentation from MRI is a challenging task that involves various disciplines. The tumors to besegmented are anatomical structures, which are often non-rigid and complex in shape, vary greatly in size and position, and exhibitconsiderable variability from patient to patient. Moreover, the task of labeling brain tumors in MRI is highly time consuming and thereexists significant variation between the labels produced by different experts. The challenges associated with automated brain tumor segmentation have given rise to many different segmentationapproaches. Although the reported accuracy of the proposed methods is promising, these approaches have not gained wide acceptance among the neuroscientists for every day clinical practice. Two of the principal reasons are the lack of standardizedprocedures, and the deficiency of the existing methods to assist medical decision following a technician way of work. For a brain tumor segmentation system has acceptance among neuroscientists in clinical practice, it should supportmedical decision in a transparent and interpretable way emulating the role of a technician, considering his experience and knowledge. This includes knowledge of the expected appearance, location, variability of normal anatomy, bilateral symmetry, andknowledge about the expected intensities of different tissues. The image related problems and the variability in tissue distribution among individuals in the human population makes that some degree of uncertainty must be considered together with segmentationresults. A possible solution for designing complex systems, in which it is required to incorporate the experience of an expert, or the related concepts appear uncertain, is the use of soft computing techniques such as fuzzy systems. An important advantage of fuzzysystems is their ability for handling vague information. In this work, it is proposed the development of a method to assist the specialists in the process of segmenting braintumors. The main objective is to develop a system that can follow a technician way of work, considering his experience andknowledge. More concretely, it is presented a fully automatic and unsupervised segmentation method, which considers humanknowledge. The method successfully manages the ambiguity of MR image features being capable of describing knowledge about thetumors in vague terms. The method was developed making use of the powerful tools provided by fuzzy set theory. This thesis presents a step-by-step methodology for the automatic MRI brain tumor segmentation. For achieving the fullyautomatic and unsupervised segmentation, objective measures are delineated by means of adaptive histogram thresholds for defining the non-tumor and tumor populations. For defining the tumor population a symmetry analysis is conducted. The proposed approach introduces a new way to automatically define the membership functions from the histogram. The proposed membership functions are designed to adapt well to the MRI data and efficiently separate the populations. Since any post-processing is needed, and the unique pre-processing operation is the skull stripping, the proposed segmentation technique reduces the computational times. The proposed approach is quantitatively comparable to the most accurate existing methods, even thoughthe segmentation is done in 2D.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 24/3/2020. / Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / El desarrollo de biomateriales para regenerar huesos es un gran desafío, debido a que los materiales de ingeniería convencionales no logran replicar exactamente todas las funciones biológicas del tejido natural. Además, los biomateriales usados presentan alto riesgo de generar infecciones debido a biopelículas bacterianas. En este sentido, esta tesis doctoral pretende desarrollar materiales compuestos porosos (scaffolds) de matriz polimérica biodegradable con micropartículas de vidrio bioactivo dopado con iones metálicos terapéuticos y antibacteriales, como una alternativa de gran potencial para reparar tejido óseo. Se sintetizaron por el proceso sol-gel, vidrios bioactivos ternarios (60SiO2-36CaO-4P2O5 %mol, 58S) y cuaternarios (60SiO2-25CaO-11Na2O-4P2O5 %mol, NaBG) dopados con 1, 5 y 10 %mol de CuO y/o ZnO. Los resultados mostraron que las propiedades de los vidrios dopados dependieron del tipo de ion metálico y su porcentaje de incorporación. En particular, los vidrios mostraron bioactividad por la formación de apatita, sin embargo la incorporación de Cu y Zn disminuyó la bioactividad, con el Zn inhibiendo en mayor magnitud. La liberación de iones dependió del tipo de vidrio bioactivo (58S o NaBG) y para el caso de los iones metálicos, la liberación de Cu+2 fue hasta 30 veces mayor a la de Zn+2. La citocompatibilidad de los vidrios a células óseas dependió de la liberación iónica de los vidrios, siendo los vidrios NaBG más citocompatibles que los 58S. A mayor incorporación de Cu y Zn disminuyó la citocompatibilidad de los vidrios. Sin embargo, los vidrios basados en el NaBG dopados con 1%mol de metal fueron bioactivos, citocompatibles y presentaron propiedades antibacteriales, por ello fueron usados como relleno en la fabricación de scaffolds de poli(D,L-láctico), PDLLA, por incorporación de 10 y 30% en peso de vidrio usando un proceso de liofilización con lixiviado de partículas de NaCl como porógeno. Los scaffolds preparados presentaron porosidad interconectada de 100-400 m, adecuada para el crecimiento óseo y vascular. Se logró un incremento hasta del 130% en el módulo de Young de los scaffolds con la incorporación de 10% de vidrio, sin embargo, la resistencia a la compresión no mejoró significativamente. La incorporación de vidrio bioactivo permitió la formación de apatita y moduló la degradación del scaffold de PDLLA, evaluada por absorción de agua, pérdida de peso y cambio de pH en el medio. En general, todos los scaffolds presentaron buena citocompatibilidad a células madres. Además, los scaffolds con Cu promovieron mejor la angiogénesis (actividad VEGF) y los scaffolds con Zn la osteogénesis (actividad ALP), mientras que el scaffold con Cu y Zn mostró un efecto sinérgico en ambas propiedades. Estos iones metálicos también le proporcionaron capacidad antibacterial al scaffold de PDLLA, frente a la bacteria S. aureus. En esta investigación se demostró que es posible, mediante la incorporación de iones metálicos, diseñar un biomaterial poroso multifuncional, con degradación adecuada, capacidad antibacterial, y potencial osteogénico y angiogénico para su uso en regeneración ósea, por ejemplo, en defectos craneofaciales.

El presente trabajo de tesis tiene como finalidad plantear una solución a la falta de una herramienta cuantitativa que apoye a la objetividad del diagnóstico del Trastorno de Déficit de Atención con Hiperactividad (TDAH) en niños mediante el uso de tecnología existente en el Perú. Para ello, se ha planteado como objetivo diseñar una herramienta de apoyo al diagnóstico del TDAH constituida por un sistema de procesamiento de señales electroencefalográficas que identifique patrones comunes y estime sus niveles de incidencia en forma cuantitativa. Esta herramienta ha sido desarrollada acorde a las necesidades del país en el sector de la salud mental, ya que permitirá a los médicos especialistas validar su análisis y brindar un mejor diagnóstico psiquiátrico mediante la cuantificación de las características de la enfermedad y la realización de un diagnóstico objetivo. El primer capítulo presenta una visión de la problemática actual del diagnóstico psiquiátrico en Lima-Perú, así como el estado del arte a nivel mundial y las tecnologías existentes. Se plantean los objetivos para dar solución a dicha problemática. El segundo capítulo muestra los conceptos referentes a los 3 pilares de la tesis: Neurociencias, Electroencefalografía y las investigaciones sobre el TDAH así como el marco teórico de los conocimientos necesarios para entender todo el proceso de diagnóstico del TDAH. El tercer capítulo muestra el diseño de la herramienta de apoyo al especialista, su estructura, funcionamiento, así como las técnicas utilizadas para el desarrollo de la misma. El cuarto capítulo muestra las pruebas realizadas a pacientes del Departamento de Pediatría del Policlínico Castilla, así como los resultados obtenidos, con los cuales se pudo corroborar el diagnóstico brindado por el especialista. / Tesis

Actualmente el ultrasonido es una técnica de rehabilitación muy usada en distintos lugares del mundo para tratar personas que han sufrido algún tipo de lesión tisular. Este tipo de terapia ha ganado prestigio debido a la practicidad de su uso y por sus buenos resultados a causa de los efectos mecánicos (micromasaje) y térmicos que estimulan el metabolismo y la reparación de los tejidos afectados. Sin embargo, estos equipos tienen una desventaja: en algunas ocasiones pierden la calibración sin tener mucho tiempo de uso, esto quiere decir que los equipos pueden emitir una potencia mayor, originando que el paciente tenga algunas molestias o pueda sufrir una leve quemadura; o una potencia menor, lo cual no generaría el calor necesario para que se realice la rehabilitación con éxito. En el presente estudio se analizan equipos de ultrasonido analógicos en vez de equipos digitales, esto se debe a que en esta clase de equipos, las etapas son muy parecidas, con lo cual se puede generalizar el estudio para varios equipos. Primero se analiza el diagrama de bloques del equipo de ultrasonido, se eligen las etapas que van a ser estudiadas teniendo como criterio si éstas tienen relación directa con la señal de salida o no. Luego por cada etapa se elige un elemento crítico el cual es el más importante dentro del circuito y el más susceptible a error. A continuación se prueban los circuitos funcionando correctamente y luego se prueban con variaciones las cuales dependen del elemento crítico elegido. Por último se concluye si la etapa analizada puede influir en la potencia de salida del equipo y por ende llevarlo a perder la calibración. Según el estudio realizado, las etapas de oscilación, digitalización y amplificación pueden llevar a la pérdida de calibración del equipo; la etapa de Modo Pulsado no influye en la pérdida de calibración; sin embargo, una falla en esta etapa puede perjudicar al paciente si se le trata con una intensidad mayor a la recomendada. En el transductor se encontraron fallas principalmente mecánicas y también fallas causadas por mala manipulación del usuario. / Tesis

El objetivo de este trabajo de tesis es realizar un equipo de fototerapia utilizando diodos láser para propósitos de regeneración de tejidos. Este equipo radia la zona afectada (herida en la piel), con el fin de bio-estimular los tejidos internos y optimizar el proceso de curación. Por lo tanto se propone la utilización de un generador de ondas PWM, el cuál mediante la ayuda del usuario para configurar los parámetros de frecuencia, ciclo de trabajo y tiempo, genere la onda la cual alimentará los diodos elegidos. El equipo es multipropósito pues podrá cambiar los diodos láser utilizados, con lo cual se puede realizar diversos tipos de tratamientos. Para cada tratamiento se debe cambiar los diodos y la configuración de la onda PWM. La onda PWM es obtenida de un microcontrolador el cual mediante una adecuada programación interactúa con el usuario para que este mismo elija los parámetros de frecuencia, ciclo de trabajo o potencia y el tiempo del tratamiento. Una vez elegidos los parámetros se genera la onda indicada, la cual se dirige al circuito de activación y posteriormente a los diodos. Para la interacción con el usuario se tiene una pantalla LCD, la cual muestra el parámetro que se requiere y además se tiene un teclado matricial para ingresar los datos requeridos a fin de configurar el tratamiento con los diodos. Se pone en conocimiento que el dispositivo es peligroso si es utilizado por personas sin conocimientos de fototerapia, ya que se utiliza radiación la cual debe ser controlada por una persona calificada para hacer el tratamiento de manera adecuada y por el tiempo adecuado, evitando así daños sobre la zona afectada. / Tesis