Boletín UNAM-DGCS-591
Ciudad Universitaria
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MEJORAN SISTEMA PARA
DETECTAR ENFERMEDADES CARDIOVASCULARES
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El grupo de investigación es encabezado por el doctor Fabián García
Nocetti, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y Sistemas
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Un prototipo experimental del sistema es probado en hospitales para su
evaluación; proporciona información adicional a la obtenida mediante
procedimientos tradicionales
Un grupo de científicos del Instituto de
Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y Sistemas (IIMAS) de la UNAM mejoró
el sistema de detección temprana de oclusión de las arterias, con lo que se
deben reducir de manera sensible el número de muertes por enfermedades
cardiovasculares.
Las técnicas tradicionales de procesamiento de
señales Doppler ultrasónicas de flujo sanguíneo utilizadas en el diagnóstico de
los padecimientos cardiovasculares se han mejorado mediante un sistema de bajo
costo que ofrece información adicional y es capaz de detectar con anticipación
el taponamiento de las arterias.
Así lo informó el doctor Fabián García Nocetti,
quien encabeza el grupo de investigación que hasta ahora ha logrado el
desarrollo de un prototipo en fase de prueba, utilizado en el Departamento de
Hemodinámica del Hospital Hermanos Ameijeiras de Cuba.
El científico explicó que esta línea de
investigación, iniciada en el IIMAS hace una década, es importante por sus
aplicaciones médicas, en particular para el diagnóstico de padecimientos asociados con el aparato circulatorio que,
según cifras del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática
(INEGI), en el 2001 causaron el 15.91 por ciento de las muertes entre la
población mexicana, por arriba incluso de los tumores malignos, que alcanzaron
un 12.68 por ciento.
Los instrumentos de monitoreo y detección de
flujo sanguíneo son herramientas fundamentales para cardiólogos y angiólogos
encargados del estudio del sistema vascular, aclaró el experto. De ahí el
interés por investigar metodologías y desarrollar técnicas que ofrezcan la
capacidad de descubrir con mayor precisión anomalías en el aparato
circulatorio.
Mencionó que hay instrumentos comerciales disponibles,
sin embargo, esas unidades generalmente tienen un costo elevado, que va de los
20 mil a los 200 mil dólares para aplicaciones de imagen en cardiología.
Además, se trata de tecnología “cerrada”, a “la medida”, que sólo los
fabricantes conocen.
Por ello, dijo, “nuestra aportación implica una
tecnología que sea accesible por su costo y que tenga un valor agregado; en
este sentido, hemos orientado nuestro esfuerzo hacia la investigación y
desarrollo de diversos algoritmos y métodos alternativos para el procesamiento
de señales Doppler, que brindan una mayor resolución en el despliegue de la
información espectral asociada a la señal ultrasónica”.
La información proveniente del torrente sanguíneo no es
estacionaria; por ello, los métodos convencionales no tienen la precisión
adecuada, en especial, cuando se trata de regiones de arterias del cuerpo donde
el flujo es apenas perceptible. Los sistemas convencionales pueden detectar
estenosis u oclusiones cuando están por arriba del 50 por ciento.
“Hemos investigado y desarrollado métodos alternativos
basados en ‘filtros adaptativos’ y modelos de ‘distribución tiempo-frecuencia’,
lo que ha permitido mejorar la resolución en el proceso de estimación espectral
asociado con esta metodología, y como resultado de este avance se espera tener
la capacidad de poder detectar estenosis por debajo de ese porcentaje”, añadió.
El equipo, formado también por los doctores
Julio Solano González, Pedro Acevedo Contla, Eduardo Moreno Hernández y un
grupo de técnicos académicos especializados en las áreas de electrónica y computación, dirigidos por
Martín Fuentes y Alejandro Sotomayor, cuenta además, con el apoyo de un grupo
de médicos con especialidad en angiología.
"En nuestro Departamento nos hemos
especializado en las áreas de arquitecturas (hardware) y algoritmos (software)
para analizar y visualizar la información que resulta del procesamiento de las
señales Doppler ultrasónicas, asociadas con el flujo sanguíneo”.
Se ha desarrollado la tecnología necesaria para
implementar un sistema detector de flujo Doppler bidireccional, dispositivo
empleado para el monitoreo y diagnóstico de padecimientos vasculares.
El sistema desarrollado determina la velocidad
del torrente y detecta sus perturbaciones mediante la medición de la diferencia
de frecuencia Doppler, obtenida al
hacer incidir un haz ultrasónico de 4 a 8 Mhz sobre el mismo. El incremento en
el rango de la frecuencia obtenida como resultado de algún tipo de turbulencia,
dentro de un segmento en estudio de una arteria, puede ser usado para
determinar lesiones artero-escleróticas.
"La señal Doppler ultrasónica se utiliza como base
para procesar y desplegar la información correspondiente al flujo en la forma
de espectrogramas o sonogramas de dos dimensiones, ya que el rango de
frecuencias de la misma está asociada con su velocidad. Las variaciones de este
parámetro con respecto a estándares definidos, permite al especialista
identificar algún tipo de padecimiento o anomalía".
El doctor García Nocetti refirió que las técnicas
ultrasónicas descritas tienen la ventaja de no ser invasivas, es decir, no es
necesario introducir al cuerpo ninguna estructura o punta de prueba. "Esto
se hace de modo superficial, simplemente se añade un medio acuoso para mejorar
la transmisión de la señal, entre la región del cuerpo cercana a la arteria de
interés y el sensor ultrasónico correspondiente".
El prototipo de un sistema Doppler de ultrasonido para
medición de flujo sanguíneo con que cuenta el grupo de investigación del IIMAS,
es bidireccional. El cuerpo humano, precisó García, tiene arterias por donde la
sangre circula normalmente en una sola dirección, como en la arteria carótida.
Pero existe otro tipo en las que además del flujo normal
se presenta un ligero reflujo. La arteria femoral es un caso de este tipo,
donde en un ciclo la sangre corre en una dirección y regresa ligeramente en
sentido contrario para luego normalizarse, acción relacionada con la posición
del cuerpo y con el propio torrente sanguíneo.
Es importante que los sistemas puedan medir y
discriminar el sentido de la circulación (hacia “adelante” y hacia “atrás”), ya
que esto ayuda a los especialistas a identificar los padecimientos vasculares
con mayor precisión. “Es algo que a los médicos les interesa: visualizar el
comportamiento del flujo sanguíneo en diferentes instantes del ciclo cardiaco
y, en particular, estudiar sus condiciones cuando va en una u otra dirección”.
El prototipo experimental en Cuba está siendo evaluado por un grupo de
angiólogos, en una población de pacientes que asisten al departamento de
Hemodinámica del mencionado hospital, como resultado del trabajo conjunto
desarrollado por el Departamento de
Ingeniería y Sistemas Computacionales y Automatización (DISCA) del IIMAS y el
Instituto de Cibernética Matemáticas y Física de Cuba, dentro del Programa
Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED) y de las
actividades de la Red Iberoamericana de Tecnologías Ultrasónicas.
Las pruebas comenzaron en marzo del presente año y
continuarán hasta septiembre, por lo que aún no se validan sus resultados.
Se realizan de manera comparativa con
otros dos sistemas comerciales. “Con la información recopilada y analizada se
precisarán los avances y ventajas de esta metodología en relación con la
tradicional”.
El DISCA ya analiza y evalúa señales tomadas a un grupo
de enfermos, para construir una interfaz gráfica de usuario que permita
interactuar amigablemente con el sistema para controlar los parámetros de
interés y visualizar los espectrogramas
correspondientes, de modo que los especialistas participen con los
científicos universitarios para definir especificaciones y validar resultados.
Algunos productos de la investigación, han sido
publicados en revistas como Microprocessors and Microsystems, Artificial
Intelligence in Medicine y la Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica.
El universitario dijo que en el transcurso de este año
se espera tener un prototipo robusto, más funcional y “afinado” que pudiera ser
evaluado en algunos hospitales del Sector Salud en México, una vez cumplidos
los protocolos correspondientes. “Buscamos desarrollar tecnologías útiles y de
bajo costo, adaptadas a necesidades específicas y con aplicaciones directas
para beneficio de la sociedad”.
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PIES DE FOTO
FOTO 1
Los instrumentos de monitoreo y detección
de flujo sanguíneo son fundamentales para cardiólogos y angiólogos, de ahí el
interés de Fabián García, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas
Aplicadas y Sistemas de la UNAM por desarrollar técnicas que ofrezcan la
capacidad de detectar con mayor precisión anomalías en el aparato circulatorio.
FOTO 2
Fabián García Nocetti, investigador del
Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y Sistemas de la UNAM,
aseguró que por sus ventajas en el área de diagnóstico médico, la utilización
de técnicas basadas en ultrasonido ha crecido de forma notable y hoy alcanza
cerca del 30 por ciento del total.