Ingeniería Electrónica

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Evaluación cuantitativa de la prueba de golpeteo de dedos en pacientes con Parkinson mediante un algoritmo basado en técnicas de visión por computadora
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-24) Meza Rojas, Harif Joe; Romero Gutiérrez, Stefano Enrique; Castañeda Aphan, Benjamín
La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo crónico y progresivo. En la actualidad, se usan diversas escalas que permiten determinar el nivel de gravedad en los pacien- tes. Sin embargo, estas tienen un carácter subjetivo. En la presente tesis, se analiza, a partir de la segmentación de videos, la prueba denominada Golpeteo de dedos que pertenece a la escala MDS-UPDRS y se clasifica a los pacientes en niveles de gravedad a través de medidas estadís- ticas del golpeteo con la finalidad de implementar un algoritmo que mantenga su rendimiento incluso cuando se incremente la data a analizar y contribuya a la telemedicina. Se trabajó con una base de datos que incluye videos de voluntarios sanos y pacientes con la enfermedad de Parkinson. Cada video es segmentado de forma manual y automática utilizando un algotimo basado en MediaPipe Hands con la finalidad de obtener una señal que represente el golpeteo de dedos del paciente. A partir de la señal, se extrajeron cuatro métricas tanto de la amplitud como del periodo: (1) coeficiente de variación, (2) mediana, (3) media y (4) desviación estándar. Para la clasificación, se aplicó K-means con una clusterización de valor 4 que involucra los niveles de gravedad comprendidos en el rango de 0-3. Finalmente, se compara la clasificación de K- means con los puntajes asignados por médicos de la Universidad de Rochester para calcular la correlación. Tras cumplir con el desarrollo de las diversas etapas propuestas en la metodología de solución, se obtuvieron valores de 82% y 88% para diferentes conjuntos de datos. A partir de los resultados, se concluye que el algoritmo implementado permite la automatización del análisis del golpeteo de dedos a través de técnicas de visión por computadora y algoritmos de clasificación.
Algoritmo de estimación de pose orientado a la inicialización de un sistema de realidad aumentada basado en modelos 3D aplicado al patrimonio cultural
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-06-05) Rodríguez Oceda, Ricardo Moisés; Castañeda Aphan, Benjamín
La estimación de pose a partir de modelos 3D es un problema muy común dentro de las aplicaciones de robótica, tales como la realidad aumentada, la detección de objetos, el modelamiento 3D fotorrealista, entre otras. Dicha estimación consiste en la obtención de los parámetros extrínsecos de una cámara (posición y orientación) en un sistema de coordenadas determinado, a partir de una imagen capturada por dicha cámara, los parámetros intrínsecos de la misma y el modelo 3D del objeto o escena que se quiera detectar. La realidad aumentada aplicada al patrimonio cultural pretende mejorar la experiencia de aprendizaje en lugares arqueológicos. En estos sistemas se emplea diferentes métodos para estimar la posición de la cámara; estos pueden ser basados en la detección de bordes, la detección de puntos característicos, entre otros. La elección del método a emplear depende de las características que posea el escenario a ser detectado. En este trabajo se realizó un estudio de los principales métodos de estimación de pose basados en modelos 3D. Asimismo, se presenta la implementación y validación de un algoritmo de estimación de posición, orientado a la inicialización de un sistema de realidad aumentada basado en modelos 3D aplicado al patrimonio cultural, particularmente en este trabajo, la Huaca de la Luna. El desarrollo de este sistema presenta una metodología de diseño compuesta por diferentes bloques. En cada bloque se seleccionaron diferentes algoritmos, los cuales fueron evaluados tomando en consideración los valores de precisión y exactitud de los resultados de Rotación y Traslación, obtenidos por cada uno de ellos. De esta manera se llegó a una solución robusta y eficiente.
Estudio experimental para evaluar la generación de campo reverberante de ondas de corte en medios homogéneos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-04-01) Flores Barrera, Gilmer Alberto; Castañeda Aphan, Benjamín
La elastografía es una modalidad de imagen médica que estima la viscoelasticidad de los tejidos blandos, permitiendo la diferenciación cuantitativa entre región sana y región afectada. Diversas técnicas convencionales se basan en la detección de las ondas de corte y la relación de su velocidad de propagación con la elasticidad del medio. Estas asumen que dicha propagación es unidireccional. Sin embargo, las heterogeneidades y fronteras de los tejidos generan reflejos, provocando artefactos en las estimaciones. Es por ello, que en los últimos tres años se ha desarrollado la técnica de elastografía por campo reverberante de ondas de corte, la cual presenta resultados prometedores en su aplicación clínica. Este nuevo enfoque hace uso de múltiples fuentes de vibración armónica controlada con el fin de aprovechar la naturaleza reverberante de los tejidos y producir un campo difuso en la región de interés. No obstante, la generación de dicho campo, la calidad del mismo y su relación con el desempeño de los estimadores son condiciones poco exploradas. Por ello, el presente trabajo tiene como objetivo principal realizar un estudio experimental para evaluar la generación de campo reverberante de ondas de corte en medio homogéneos. Así, se describen el procedimiento teórico-experimental y los resultados obtenidos de las simulaciones numéricas y los experimentos con maniquí de gelatina. El primero se basó en el método de simulación de Monte Carlo, mientras que el segundo consistió en la aplicación de combinatoria extrema con el fin de evaluar el efecto de superposición de fuentes de vibración externa. En ambos, se analizó la generación de campo reverberante con base en el parámetro de calidad derivado de la similitud de lo obtenido con los modelos teóricos: el coeficiente de determinación (𝑅2). Asimismo, se evaluó el desempeño de tres estimadores de la velocidad de propagación de las ondas de corte (𝐶𝑠): el ajuste de curva a las funciones teóricas (CF), la aproximación del número de onda (AoW), y, se propuso, una modificación en la aproximación del número de onda (MAoW). Finalmente, las simulaciones numéricas mostraron que son necesarios al menos 60 ondas planas incidentes para generar el campo reverberante deseado. La tendencia general es que, al aplicar más ondas incidentes, el coeficiente de determinación mejora y el error de estimación disminuye. Así, se reportó un error menor al 6% en la velocidad media estimada de la propagación de las ondas de corte. Los experimentos con maniquí de gelatina mostraron una tendencia similar. Se demostró que era posible la creación de un campo reverberante basado en la superposición de ondas incidentes. Así mismo, se determinó que, en medios homogéneos, isotrópicos y con baja atenuación, es posible obtener reverberación con un número limitado de puntos de contacto, aunque no de manera homogénea. De esta manera, se concluye que el coeficiente de determinación, en conjunto con la precisión y exactitud de los estimadores CF y/o MAoW, proporciona indicios en el éxito de generación de campo reverberante.

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