Category Archives: tecnología

¿Para qué sirve un calorímetro?

 
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6 de agosto del 2011

Durante 20 minutos el paciente debe respirar por la boca, para lo cual es usado un oclusor nasal. La prueba mide la producción de carbono contra el consumo de oxígeno en tiempo real, lo que permite analizar el sustrato que se metaboliza a partir de carbohidratos, proteínas y grasas.
Durante 20 minutos el paciente debe respirar por la boca, para lo cual es usado un oclusor nasal. La prueba mide la producción de carbono contra el consumo de oxígeno en tiempo real, lo que permite analizar el sustrato que se metaboliza a partir de carbohidratos, proteínas y grasas.

Bogotá D.C. – Agencia de Noticias UN – Se trata de un equipo diseñado para medir, en estado de reposo, cuánta energía gasta un individuo para mantener sus funciones fisiológicas.

Este tipo de mediciones son de utilidad al momento de evaluar diferencias en el gasto según género y edad en individuos con peso normal, exceso de peso o bajos de peso, así como en deportistas y mujeres en estado de embarazo.

La científica a cargo de este equipo es Sandra Patricia Guevara, docente del Departamento de Nutrición, quien señala que el gasto energético de un individuo debe estar entre las 1.300 y 1.400 calorías en estado de reposo. “Es decir, que sus hábitos alimenticios deben permitirle contar con dicha reserva para que, en reposo, sus funciones no se vean alteradas”.

El calorímetro fue adquirido en el 2008 con recursos de la Facultad de Medicina de la UN. Posee un desarrollo de última tecnología con un amplio conjunto de pruebas no solo para la medición de gasto energético, sino para función pulmonar, pruebas de esfuerzo y cardiopulmonares con un alto grado de precisión.

El calorímetro consta de una unidad funcional, un procesador, sensor de flujo de masas, un brazo sujetador y balas de oxígeno. Gracias a su diseño modular es posible hacer su traslado de un lugar a otro. Incluso se puede utilizar como un sistema independiente o conectar a una red de hospitales y vincularse con otros sistemas de la su misma serie.

Además, tiene un sistema integrado de software y hardware que procesa la información obtenida de las respiraciones por boca hechas por el paciente en un periodo de tiempo de 20 minutos, arrojando resultados de gasto energético.

“Las rejillas del sensor de flujo de masas, ubicadas en la boquilla, evalúan el aire que inspira y espira el paciente, enviando los datos computarizados al software. Es un dispositivo extremadamente sensible”, explicó la nutricionista Guevara.

En la prueba se mide la producción de carbono contra el consumo de oxígeno en tiempo real, lo que permite analizar el sustrato que se metaboliza a partir de los carbohidratos, proteínas y grasas.

El sujeto que ha de practicarse la medición debe llegar en ayunas y una vez en el consultorio debe tomar un reposo de 30 minutos. “El paciente debe estar en total calma, pues el solo hecho de caminar demanda un esfuerzo que debe eliminarse para obtener resultados fiables”, señaló Lorena Herrera, joven investigadora.

El calorímetro permite guardar el registro de las pruebas de los individuos o pacientes evaluados, así como la impresión de los datos obtenidos en la medición.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

El control de las moléculas mueve el mundo hoy

 
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5 de agosto del 2011

Con el control molecular a través de ondas de sonido se mejora la tecnología del láser, pasando de escalas micro a nanoscópicas.
Con el control molecular a través de ondas de sonido se mejora la tecnología del láser, pasando de escalas micro a nanoscópicas.

– La aparición del láser en 1916, gracias a los fundamentos de Albert Einstein, los científicos comenzaron a estudiar la aplicación de este dispositivo de luz controlada en la manipulación de moléculas.

Aunque continúa su desarrollo, hoy se prevé que su uso pueda aplicarse en la creación de energías renovables, la detección de enfermedades como el cáncer y el aumento de las velocidades de transmisión de datos.

Si bien se piensa que el desarrollo de las ciencias físicas y químicas tiene como máxima la producción nuclear, la actualidad de estas áreas se enfoca en la investigación de mecanismos que permitan su desarrollo en industrias como la farmacéutica, médica e informática, a partir de la creación de nuevos materiales y la manipulación molecular. Tales desarrollos ya son una realidad y sus posibles aplicaciones van en aumento, aseguraron científicos durante el curso Propiedades Electrónicas de Sistemas Complejos, realizado hace poco por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos y la Universidad Nacional de Colombia.

En el evento, los 51 participantes, entre estudiantes de doctorado y reconocidos físicos y químicos de todo el mundo, discutieron los principales avances en temas como la transferencia de energía, el control molecular, el uso de láseres y la creación de energía, entre otros. “La idea es hacer una sinergia entre experimentación y teoría. Los científicos empíricos hacen sus pruebas de ensayo y error sobre nuevos materiales, mientras que los teóricos los caracterizan y formulan posibles predicciones”, aseguró Alejandro Perdomo, estudiante de doctorado de la Universidad de Harvard.

El mayor avance científico

Hoy, el control molecular es considerado como el más grande desarrollo de la ciencia. Como concepto se ha incluido en la química, en la mecánica cuántica y en la física, y busca manipular la materia a nivel atómico molecular. Para ello se utilizan los láseres, que por sus características (frecuencias y longitudes ajustables), facilitan un trabajo controlado. “Lo importante es comprender las propiedades naturales de los materiales y crear mecanismos para que las partículas se modifiquen”, explicó el doctor en Física Alejandro Fainstein, quien con su grupo de investigación ya inició la aplicación del control molecular.

“Trabajamos en el diseño de reductores del riesgo que generan pesticidas como el glifosato, a partir de capas de moléculas que funcionan como anticuerpos y capturan a otras que puedan resultar nocivas. El láser nos permite identificarlas y determinar si hay peligro”, comentó el físico.

La estrategia, que se desarrolla actualmente en el Centro Atómico de Bariloche (Argentina), podría aplicarse a otros campos en los que la detección y control molecular son de vital importancia. “Por ejemplo, hay cánceres que se manifiestan primero por la aparición de moléculas destructivas en el cuerpo, así que se podrían detectar tempranamente e incluso tratarse antes de que se forme el tumor”, advirtió el investigador.

Los nuevos materiales

La necesidad de crear nuevas formas de energía que reduzcan la producción de contaminantes y materiales o cadenas moleculares complejas ha motivado entre los científicos la comprensión de procesos efectivos de captación de energía y luz. Uno de los ejemplos más eficientes es la fotosíntesis, con una efectividad del 99%. “Se busca crear un material capaz de imitar la fotosíntesis, para que la luz entre en él y genere energía a partir de la excitación de los electrones”, dijo Perdomo.

Al crear nuevos materiales es necesaria la comprensión de las moléculas y su comportamiento natural, según explicó Fainstein: “Fabricar acero es mezclar algunos metales a ciertas temperaturas y esperar que naturalmente las moléculas se mezclen. Para hacer nuevos materiales se debe ordenar la unión de moléculas midiéndolas con la luz del láser. Se toma un cristal con una capa muy delgada de oro, el cual tiene una absorción de luz en una frecuencia muy específica; cuando sobre este mineral se pega algo, la frecuencia se corre, entonces lo que hacemos es mirar esa variación para saber en qué momento las moléculas se van pegando. Si variamos las frecuencias, podemos controlar el proceso”, señaló.

Mientras los científicos buscan con esta manipulación molecular interesar a industrias como la farmacéutica, con el fin de financiar sus investigaciones, continúan analizando nuevas aplicaciones que puedan tener implicaciones tan importantes como el cambio del sistema binario, actualmente utilizado en las comunicaciones.

“Estamos haciendo algo parecido para crear sonido mono-tono, que hace que los sólidos vibren a altísimas frecuencias. Actualmente, las tecnologías que utilizan los láseres se miden en el orden de los gigahercios y no hay una perspectiva de ampliación. Con este diseño habría una manera de producir una frecuencia mil veces más alta, y eso, en principio, serviría para codificar información a una velocidad muy superior, cercana a los terahercios”, sostuvo el científico.

Aunque en la práctica los procesos ya se están ejecutando, la evolución de estos procedimientos ha generado la necesidad de formular nuevas teorías que permitan comprender su funcionamiento.

“Los sistemas que estudiamos son muy pequeños: nanopartículas (aproximadamente una millonésima parte del grueso de un cabello), por lo que la descripción de estas reacciones se formula con ecuaciones de mecánica cuántica. Ahora el reto es encontrar aproximaciones y trucos para simplificar dichas ecuaciones y lograr que los procesos se puedan describir con los ordenadores que existen en la actualidad”, agregó el químico teórico Alberto Castro.

Se espera que con la experiencia de teóricos y prácticos, la aplicación de estos métodos pueda ejecutarse en el menor tiempo posible.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

La nueva herramienta en 3D permitirá conocer con precisión el tamaño y ubicación de los tumores para extirparlos sin errores. –

 
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5 de agosto del 2011

La nueva herramienta en 3D permitirá conocer con precisión el tamaño y ubicación de los tumores para extirparlos sin errores. -
La nueva herramienta en 3D permitirá conocer con precisión el tamaño y ubicación de los tumores para extirparlos sin errores. –

Manizales, – Agencia de Noticias UN – A Marcela, de 35 años, le descubrieron una masa cerebral que le causaba anomalías en su cuerpo, como la ausencia de menstruación. Así, uno de sus mayores sueños, concebir un hijo, se había truncado.

Tras un largo tratamiento con medicamentos que nunca lograron controlar el glioma (tumor), las posibilidades se cerraron a una sola: someterse a un procedimiento quirúrgico para extirparlo y, de no sufrir complicaciones, mejorar su calidad de vida.
La cirugía les implica a los pacientes someterse a exámenes previos como tomografías y resonancias magnéticas que muestran el tamaño y localización del tumor. Estas pruebas le indican al especialista las pautas para saber por dónde hacer la craneotomía y qué presión ejercer sobre el cerebro al realizar la intervención. Sin embargo, carecen de precisión y pueden provocar derrames de sangre y líquidos encefalorraquídeos, que conllevan inflamación o movimientos del tumor.

Con el objetivo de brindar a los especialistas un instrumento de imaginología que durante la intervención proporcione una visión del glioma en tercera dimensión, con total exactitud, el Grupo de Investigación en Percepción y Control Inteligente (PCI) de la Universidad Nacional de Colombia en Manizales y el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN Cinvestav en Guadalajara (México) están desarrollando una herramienta denominada Modelado en 3D de tumores cerebrales empleando endoneurosonografía y redes neuronales artificiales.

Esta herramienta de visualización en tres dimensiones permitirá a los neurocirujanos conocer con precisión el tamaño y ubicación de los tumores cerebrales, para lograr su extirpación sin lugar a error.

Craneotomía: en busca de la extracción

Después de los análisis preoperatorios, el primer paso en la intervención denominada craneotomía es un corte en el cuero cabelludo que le permitirá al neurocirujano hacer un orificio en el cráneo para introducir el instrumental de trabajo y, en algunas ocasiones, un endoscopio que proporciona una imagen del cerebro y el tumor.

Al contar con una sola cámara, el proceso de visualización no brinda información sobre la profundidad de la escena, lo cual dificulta en algunas ocasiones el hallazgo del glioma, pues se puede confundir con tejido sano o intervenir áreas que podrían llegar a afectar el habla o la motricidad del paciente.

La técnica de tumores cerebrales modelados en 3D está basada en una combinación de equipos que se usan diariamente en los hospitales para otros exámenes: el ultrasonido y el endoscopio. Con el primero es posible detectar las zonas afectadas por el glioma, mientras con el segundo –modificado para que contenga dos cámaras– se puede obtener información tridimensional acerca de la posición y geometría del cerebro y el tumor.

Representación 3D

Al introducir en la cabeza del paciente el endoneurosonógrafo (compuesto por dos cámaras endoscópicas y ultrasonido), el especialista recorre el cerebro en busca de la afección, tiempo en el cual ambas herramientas capturan las imágenes que posteriormente pasarán a un computador para ser combinadas.

Según Andrés Felipe Serna Morales, investigador del Grupo PCI de la UN en Manizales, “el tejido sano se distingue del maligno gracias al eco, bastante diferenciado, que producen las ondas ultrasónicas al rebotar contra ellos. Una vez detectado el tumor, la información de las cámaras endoscópicas permite hacer una reconstrucción en tercera dimensión”.

La prolongación de las neurocirugías hace que uno de los mayores retos sea procesar y almacenar de manera eficiente las millones de imágenes que se adquieren intraoperativamente. El modelado en 3D usa dos técnicas de procesamiento digital: una, denominada reconstrucción estéreo, para las provenientes de la endoscopia, y otra, conocida como segmentación de tumores, para el ultrasonido. Así, es posible obtener una nube de puntos tridimensionales que finalmente llevan a la representación de la anormalidad.

“Posteriormente, utilizamos una técnica matemática denominada redes neuronales artificiales, que tiene la capacidad de emular y modelar de manera continua, compacta y precisa la geometría y morfología del tumor con la información proveniente de los videos. El sistema no requiere largos tiempos de renderización ni conocimiento a priori de este, ya que está entrenado para identificarlo”, asegura Serna Morales.

Gracias a ello es posible que, a través de un monitor instalado en la sala de cirugía, el especialista adquiera en tiempo real la reconstrucción tridimensional del glioma, lo que le permite conocer con exactitud su forma y extraerlo con mayor precisión. Luego se puede volver a introducir el endoneurosonógrafo y el ultrasonido para descartar alguna presencia mínima de anormalidad.

La exitosa técnica se probará en escenarios intraoperativos reales. Según los estudios clínicos reportados en la literatura y los obtenidos en la investigación, las redes neuronales y la endoneurosonografía se convertirán en un gran potencial de apoyo durante las intervenciones quirúrgicas.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

Cirugías ortopédicas con vanguardia tecnológica

 
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29 de julio del 2011

La displasia ocurre porque el acetábulo y la cabeza del fémur no se ensamblan correctamente, produciendo dolor y alteración esquelética. - Archivo Particular
La displasia ocurre porque el acetábulo y la cabeza del fémur no se ensamblan correctamente, produciendo dolor y alteración esquelética. - Archivo Particular

Bogotá D.C. Agencia de Noticias UN – Prototipos físicos para planeamiento quirúrgico que semejan la parte afectada del paciente a partir de modelamiento tridimensional por computador están siendo desarrollados en la UN.

El Grupo de Investigación en Biomecánica del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, dirigido por el profesor Carlos Julio Cortés Rodríguez, con participación de los ingenieros Mauricio Cuervo, Óscar Rodríguez e Indy Araque, diseñó esta herramienta que se adapta a cada paciente, lo que permitirá realizar las cirugías con mayor precisión y en menor tiempo.

Las deformaciones del esqueleto pueden producir dolores y alterar el desempeño físico de una persona. Las imágenes diagnósticas como radiografías, tomografías axiales computarizadas (TAC) y resonancias magnéticas le permiten al ortopedista identificar y ubicar los sitios precisos donde se localizan las alteraciones, ayudándole a planear la corrección quirúrgica (osteotomía) necesaria.

La osteotomía consiste en cortar los huesos para modificar su forma y orientación, explica el especialista Carlos García Sarmiento, ortopedista de la Universidad Nacional de Colombia, quien señala que de esta manera se repara la deformidad para aliviar el dolor y mejorar las partes afectadas en el paciente.

Esta tecnología, desarrollada por los ingenieros, es una herramienta médica importante, pues ofrece mayor orientación, seguridad y precisión durante una intervención quirúrgica, señala García.

Hasta ahora, con las tecnologías en imágenes, el médico ha podido conocer la ubicación de las fracturas u otras deformaciones, pero el trabajo del Grupo de Biomecánica va más allá.

“La herramienta es novedosa en nuestro medio porque nos permite a los cirujanos tener un prototipo físico similar a la estructura ósea antes de la cirugía. Así, llegamos con más precisión al área que se debe cortar o modificar”, manifiesta el ortopedista.

Prototipado rápido

A partir de un software de modelamiento tridimensional se crea una base de datos personalizada, Dataset, en la cual se introduce toda la información del paciente y su patología, explica el profesor Cortés Rodríguez. “La idea es que este programa, una vez reciba la información completa y precisa, realice la impresión física del sistema óseo considerado”.

En ese momento del proceso, el especialista puede observar a través del computador el estado del hueso en todos sus ángulos (forma tridimensional).  La información se exporta en un formato especial, denominado STL (programa), que se emplea para la fabricación física del prototipo requerido.

Dicho modelo se genera a través de fabricación aditiva por capas (rapid prototyping), similar a una “impresión tridimensional”, que elabora la pieza específica del cuerpo humano en un material polimérico con texturas y colores parecidos a los tejidos reales. Para el ortopedista García Sarmiento, el producto de esta impresión, es decir, la estructura ósea copiada del paciente, le ayuda a manipular y conocer la situación previa a la intervención.

“La técnica de fabricación aditiva por capas logra reproducir claramente los detalles con geometrías imposibles de imitar bajo procesos convencionales”, aclara el profesor Cortés Rodríguez.

Ventajas

Con la muestra física de la estructura ósea o la región de interés, que contiene la representación de tejido óseo de cada uno de los cortes axiales escaneados del paciente, el especialista puede orientar su abordaje y ver la morfología exacta a la que se va a enfrentar. Así, reduce el tiempo de la operación y mejora la probabilidad de éxito de la cirugía.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co

Caja negra: de los aviones a los carros

 
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29 de julio del 2011

El Testigo Digital Automotor, de color verde, transmite los registros del movimiento del automóvil a un computador, donde se puede observar su comportamiento a través de una animación gráfica. - Víctor Manuel Holguín / Unimedios
El Testigo Digital Automotor, de color verde, transmite los registros del movimiento del automóvil a un computador, donde se puede observar su comportamiento a través de una animación gráfica. – Víctor Manuel Holguín / Unimedios

Bogotá, D.C. – Agencia de Noticias UN – Físicos diseñaron un dispositivo que permite esclarecer con alta fiabilidad lo que ocurrió en un accidente de tránsito y así agilizar los procesos judiciales. Una caja negra, pero para automóviles.

Después de un accidente aéreo, parte del trabajo de los socorristas es encontrar la caja negra de la aeronave donde quedan registrados los parámetros de vuelo y grabadas las conversaciones de la tripulación durante la emergencia. La compilación de esos datos permite reconstruir lo sucedido antes del accidente y conocer sus causas.

Inspirado en esta idea, Plinio Teherán, profesor de Física de la Universidad Nacional de Colombia, creó un aparato con el mismo principio, pero con el fin de establecer lo sucedido antes, durante y después de un accidente de tránsito. Se trata del Testigo Digital Automotor (TDA) que, a diferencia de la caja negra de los aviones, no graba ninguna conversación, solo registra las dinámicas del movimiento del vehículo durante un recorrido.

El docente trabaja desde hace 15 años como consultor de la Fiscalía para tratar de esclarecer los hechos en colisiones de vehículos, y ha observado que en muy pocos casos los patrones matemáticos empleados para este propósito logran resultados certeros. “Esta labor la hacemos de manera gratuita, por solicitud de las instituciones judiciales. Requiere de mucho tiempo y de manejar un nivel tecnológico que permita obtener mejores datos con prontitud”, agrega Teherán.

Por eso, junto a dos estudiantes de Física e Ingeniería, construyó el TDA, como lo llaman, con el fin de guardar la información de manera confiable, de modo que la trayectoria, o sea la forma como se mueve un automóvil, se pueda reconstruir.

El aparato compuesto por acelerómetros, memorias y circuitos, es capaz de medir el retroceso de un carro, su giro a la derecha o a la izquierda, si pasa por encima de un puente o de un reductor de velocidad, etc. Al ser digital, procesa los datos en un computador, donde un emulador construye la película animada de los últimos movimientos del auto.

Accidentalidad en aumento

Según estadísticas del Fondo de Prevención Vial, en el país ocurren 5.000 muertes al año por causa de accidentes de tránsito. “En el 2000 hubo picos de 7.000 muertos anuales. Debido a campañas como la de usar cinturones de seguridad, se llegó a los 4.200, pero los accidentes de motociclistas han vuelto a incrementar la cifra”, comenta Teherán.

Los lesionados por estas colisiones llegan a 50 mil en un año. No existen aún datos sobre cuántas de estas personas fallecen en el hospital, debido a que el parte médico siempre dictamina una causa de muerte diferente, como paro cardiorrespiratorio.

La Federación de Aseguradores Colombianos (Fasecolda) registró en el 2010 cerca de 250 mil accidentes de solo latas, sin heridos, y en la gran mayoría no apareció el culpable. “Queda la sensación de que a los conductores no les importa violar las leyes de tránsito porque tienen la certeza de que no los van a poder enjuiciar. Ante esa actitud tan despreocupada, y debido a la incapacidad del sistema para procesar a los responsables, no es extraño que las cifras de accidentalidad aumenten”, explica el físico.

De ahí que la idea es convertir al TDA en una herramienta forense, con la que se puedan establecer responsabilidades y resolver de manera pronta y justa los casos. El sistema es una versión mejorada del Wii que funciona con acelerómetros. “Cuando uno mueve la raqueta, el computador lo registra porque el acelerómetro indica el ángulo que está accionando el dispositivo. Los acelerómetros de la consola de juegos son de menor calidad que los que usamos, porque Wii no está listo para sufrir un incremento de velocidad del orden de los 300 g (gravedad), que es lo que ocurre cuando un carro colisiona con un camión”, indica Yamid Núñez, estudiante de la Maestría en Física de la UN e integrante del proyecto.

El TDA, cuyo tamaño es similar al de un celular, ha sido sometido a procesos de aceleración y probado en diferentes partes del vehículo e incluso en motocicletas, donde se ha comprobado el registro de cada uno de los movimientos. El aparato se ubicaría cerca a la palanca de cambios debajo del radio, zona donde rara vez llega la deformación después de un fuerte choque. Asimismo, el dispositivo estaría cerrado en una caja de acero que solo podría abrir una autoridad competente con el fin de recuperar la información.

El aparato estaría en capacidad de tomar hasta 10 mil datos por segundo, suficientes para reconstruir la historia de la colisión. La información necesaria, con ciertos algoritmos, queda registrada de manera permanente en una memoria inviolable. “Estamos trabajando para concederle al aparato suficiente grado de invulnerabilidad, de tal manera que ni de forma mecánica ni eléctrica, ni por ataques informáticos, se puedan alterar los datos”, advierte Teherán.

Una de las grandes ventajas que ofrecería este dispositivo en los estrados judiciales es la resolución de un caso en menos tiempo. En la actualidad, con el nuevo sistema penal acusatorio, desde el momento en que ocurre el accidente hasta que se imputan los cargos pueden pasar dos años o más. El TDA muestra una animación virtual del accidente en cinco minutos y reduciría bastante los tiempos para decidir un juicio.

Además de estar convencidos del gran aporte del TDA en el esclarecimiento de lo que ocurrió en un accidente de tránsito, Teherán y sus estudiantes están seguros de que, si cada conductor tiene instalado un aparato de estos en su carro, lo pensará dos veces antes de cometer una imprudencia. Así, piensan en la posibilidad de que algún día también los peatones carguen en su cinturón un dispositivo más pequeño similar a este, con el que se resuelva con absoluta claridad cualquier accidente que puedan sufrir.

“Nosotros diseñamos la propuesta y la presentamos, ahora esperamos que la acepten y en eso estamos trabajando”, concluyó el físico de la Universidad Nacional.

Créditos: agenciadenoticias.unal.edu.co