Ingeniería biomédica hecha en México

Con el objetivo de optimizar los esfuerzos de rehabilitación en pacientes con problemas de movilidad en la mano, un grupo de investigación encabezado por la doctora Josefina Gutiérrez Martínez diseñó una interfaz cerebro-computadora para controlar una ortesis de mano —dispositivo de apoyo externo para la mano, es decir, una especie de soporte que puede usarse para estabilizar, corregir o apoyar las funciones de la mano.

De dicho trabajo derivó un proyecto alterno que consistió en el desarrollo de un sistema de registro de señales electroencefalográficas (EEG), que incorpora un circuito que capta, limpia y amplifica las señales cerebrales relacionadas con el movimiento de las manos.

Este trabajo estuvo a cargo del ingeniero biomédico Jorge Airy Mercado, adscrito al Laboratorio de Investigación en Ingeniería Médica del Instituto Nacional de Rehabilitación (INR), quien explicó que luego de tres años de trabajo, lograron concretar un prototipo del circuito totalmente funcional.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, precisó que su participación en el proyecto obedeció estrictamente al desarrollo del circuito de registro (EEG-INR v1.0) y debido a las necesidades del proyecto, también se desarrollaron los electrodos que van conectados al cráneo del usuario, que captan las señales cerebrales y las envían a su sistema de registro. Mientras tanto, el resto del desarrollo —incluida la ortesis de mano— estuvo a cargo del equipo de la doctora Gutiérrez Martínez.

A decir del investigador, aun cuando hoy en día ya existen dispositivos de este tipo —que permiten interpretar las señales eléctricas que el cerebro de las personas emite y convertirlas en acciones puntuales—, el prototipo que él desarrolló como parte del proyecto a cargo de la doctora Gutiérrez Martínez es innovador porque está diseñado para funcionar sin depender totalmente de una computadora.

“Existen sistemas comerciales que pueden registrar señales EEG, sistemas clínicos y sistemas aplicados a otras industrias. No obstante, se trata de sistemas bastante caros, con muchos canales, opciones de procesamiento y que, en consecuencia, rebasan las especificaciones necesarias para esta tarea en particular de investigación, así que diseñamos un sistema optimizado para ciertas bandas de frecuencia, para porciones de señal que nos interesan para nuestra aplicación y que además no dependa completamente de una computadora para procesar las señales de interés”.

En ese contexto, al ingeniero Airy Mercado se le pidió desarrollar un sistema de registro de señales EEG con características muy particulares que optimizarían la etapa de adquisición de señales, con el objetivo de formar parte de una terapia de rehabilitación de los pacientes. Entre esas especificaciones le solicitaron que fuera portátil, de bajo consumo energético y, en términos generales, de buen desempeño para procesar las señales electroencefalográficas de los usuarios relacionadas con el movimiento de las manos en particular.

El prototipo final se trata básicamente de un circuito que, con base en electrodos montados en el cuero cabelludo del usuario, toma las señales eléctricas que emite el cerebro, al captarlas, las limpia y amplifica para dejarlas listas para otra etapa de procesamiento que se encarga de interpretarlas y determinar la acción que realiza el sujeto.

“Aun cuando el sistema fue pensado para una necesidad muy puntual, se trata de tecnología que puede adaptarse a otras aplicaciones médicas”.

¿Cómo se logró este desarrollo tecnológico?

El primer paso que dio el investigador fue conformar un equipo que incluyó alumnos de licenciatura (del Instituto Politécnico Nacional y la Universidad La Salle) en procesos de tesis, con quienes se apoyó para documentarse sobre la tecnología ya existente para después avanzar a la construcción de los módulos electrónicos, los electrodos activos —especiales y adaptados a las necesidades de su proyecto— y los módulos de alimentación.

“Durante ese proceso, construimos al menos cuatro versiones del canal de registro base y los fuimos mejorando hasta concretar un prototipo de cuatro canales, ya digitalizado y probado en la computadora”.

El trabajo que realizó el equipo tomó como base las especificaciones de la Federación Internacional de Neurofisiología Clínica que incluye una serie de parámetros que se deben cumplir al construir equipos tecnológicos de este tipo, es decir, los utilizados para registrar señales EEG de uso clínico.

Con base en esos lineamientos, las primeras versiones que desarrolló el equipo del investigador fueron ensambladas con componentes comerciales y tabletas de prueba para prototipos; una vez que obtuvieron las primeras respuestas de funcionamiento satisfactorias, trasladaron el desarrollo a circuitos impresos y componentes de montaje superficial.

“Al final, concretamos una placa de circuito impreso que no mide más de 10 por ocho centímetros y donde se acopla el microcontrolador que digitaliza y envía las señales a la computadora. A futuro, el microcontrolador puede emplearse para ejecutar algoritmos de procesamiento de la señal que generalmente se realizan en la computadora en estas aplicaciones; esto permitiría integrar tecnologías de rehabilitación portátiles y aptas para un entorno clínico”.

Fuente: CONACYT.