Ingeniería Biomédica

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Análisis de movimiento en el gesto técnico del malabarismo para la prevención o recuperación física de miembros superiores
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-10) Loja Mauricio, Luis Gustavo; Elías Giordano, Dante Ángel
El presente trabajo de tesis contiene el desarrollo de un diseño experimental y un protocolo para la obtención de rangos de movimiento en las articulaciones del hombro, codo y muñeca durante la ejecución del gesto técnico del malabarismo en cascada con tres pelotas. Asimismo, contiene una caracterización del gesto técnico del malabarismo y su respectivo análisis enfocado en obtener su potencial aplicación como actividad lúdica para la prevención o recuperación física de miembros superiores. El procedimiento para la elaboración se clasifica en dos etapas. La primera consta de una revisión bibliográfica del estado del arte sobre el análisis de gestos técnicos deportivos e investigaciones relacionadas con el movimiento del malabarismo. De esta forma fue posible identificar las fases principales que componen al gesto técnico del malabarismo y describir cualitativamente los movimientos articulares realizados. Con ello se logró seleccionar las variables representativas para el estudio. Tomando esto en cuenta, se planteó un método para adquirir los datos cuantitativos necesarios. Finalmente, haciendo uso de un diseño experimental, fue posible desarrollar un protocolo que garantizó la correcta captura de datos. De esta forma se logró obtener una caracterización el movimiento. Esto a su vez hizo posible el análisis del uso potencial del malabarismo dentro de la rehabilitación y/o prevención de lesiones en el miembro superior. Los resultados obtenidos contribuirán al conocimiento en el campo de la ingeniería biomédica y permitirán establecer comparaciones con otras terapias de rehabilitación y/o prevención de lesiones en el miembro superior, posibilitando así la aplicación del malabarismo como actividad lúdica en dicha área.
Caracterización de movimientos repetitivos mediante algoritmos de procesamiento de imágenes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-09-21) Zumaeta Cuchca, Katherin Mileny; Romero Gutiérrez, Stefano Enrique
La evaluación de los síntomas de la enfermedad de Parkinson tiene un carácter subjetivo ya que se basa en la experiencia y la agudeza visual del médico tratante, quién realiza una puntuación de 0 a 4 según la Escala Unificada para la Evaluación de la Enfermedad de Parkinson Patrocinada por la Sociedad de Trastornos del Movimiento (MDS-UPDRS, por sus siglas en inglés). El presente trabajo de tesis tiene como objetivo evaluar dos algoritmos de flujo óptico y segmentación de imágenes para cuantificar el golpeteo de dedos y movimiento con las manos, basado en la MDS-UPDRS. El punto de partida para cumplir este objetivo fue el diseño de un protocolo de adquisición de videos, el cual se implementó con 30 participantes sanos que realizaron tres secuencias de cada movimiento. Posteriormente, se realizó el procesamiento de datos con los algoritmos propuestos y se obtuvieron las señales de frecuencia y amplitud. Finalmente se hizo el análisis estadístico. Los resultados muestran que los algoritmos fueron codificados con éxito y se apreciaron los cambios de amplitud y frecuencia de los movimientos repetitivos. Finalmente, se discutieron los resultados basándose en mejoras enfocadas en el protocolo de adquisición de datos que permitan su implementación en un ambiente clínico para contribuir al diagnóstico de pacientes que padecen párkinson.
Caracterización multidimensional de tintas de biomaterial para manufactura aditiva por extrusión de estructuras tridimensionales de interés biomédico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-20) Cáceres Albán, José Luis Martín; Casado Peña, Fanny Lys
El presente trabajo muestra la caracterización de tintas de biomaterial empleadas en un sistema de impresión 3D por extrusión y la determinación de su viabilidad de uso para la manufactura de estructuras tridimensionales de interés biomédico. El documento aborda la necesidad de contar con metodologías para analizar de manera objetiva la fidelidad de impresión en sistemas basados en extrusión debido a que existen definiciones no consensuadas en la comunidad científica y estándares no publicados en un campo de estudio en constante evolución. Se sigue una metodología propia para el desarrollo de constructos fabricados bajo el marco de tecnologías de bioimpresión, con énfasis en el preprocesamiento y procesamiento de tres tipos de constructos: vascular, orgánico y para ensayos in vitro. Se sintetizaron ocho tintas de biomaterial a partir de reactivos disponibles en un contexto académico, tales como: la sal sódica de carboximetilcelulosa, el alginato y el cloruro de calcio. Se realizaron ensayos de caracterización para evaluar propiedades de la materia prima como hinchamiento y viscosidad, así como propiedades directamente involucradas al proceso de impresión 3D como formación y homogeneidad de filamento, precisión de impresión e integridad de forma. Los resultados indican que la formulación compuesta por sal sódica de carboximetilcelulosa (20%), alginato (10%) y cloruro de calcio (2%) demuestra el mejor desempeño general en los ensayos de caracterización multidimensional, siendo viable para la impresión por extrusión de las estructuras de interés biomédico propuestas en el presente trabajo.
Desarrollo de simulaciones computacionales dinámicas de microbioreactores para la evaluación in vitro de la toxicidad de fármacos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-23) Lira Camargo, Mario Marcelo; Casado Peña, Fanny Lys
Las enfermedades crónicas son altamente prevalentes en nuestra sociedad. En muchos casos el tratamiento más efectivo es el trasplante del órgano afectado, pero puede complicarse debido a la enfermedad de injerto contra huésped. Si bien existen medicamentos para reducir los efectos de esta enfermedad, ninguno la elimina y la búsqueda de sustitutos es altamente costosa. La toxicidad de un nuevo fármaco se evalúa principalmente en tres órganos: corazón, hígado y riñón. La evaluación comienza en la etapa in vitro, en condiciones estáticas, diferentes a las condiciones en el cuerpo humano, donde todo es dinámico y se encuentra conectado. Por este motivo, en este trabajo se desarrolló simulaciones computacionales dinámicas de micro bioreactores para la evaluación in vitro de la toxicidad de fármacos, con el fin de sostener matemáticamente los modelos in vitro. Se diseñaron diversos modelos de organ-on-a-chip para cada uno de los tejidos, luego se interconectaron y se agregó un mezclador pasivo, para mezclar sangre humana con una solución de medicamento modelo. Se caracterizaron los campos de velocidad, presión y concentración de cada una de las partes del sistema separados e interconectados, para evaluar los valores de esfuerzo cortante, la presencia de vórtices y el grado de mezclado de ambas soluciones. Las simulaciones demuestran que no se presentan vórtices en los lugares de siembra de ninguno de los chips, y que la sangre y la solución de medicamento se mezclan completamente. El chip diseñado para cardiomiocitos supera el límite superior de esfuerzo cortante de 2.6 Pa establecido. La implementación de los chips fue posible mediante manufactura aditiva y se verificó la integridad de los canales por medios ópticos. Se evidenció la utilidad del uso de simulaciones computacionales en aras de dilucidar los resultados de un prototipo previo a su construcción y la viabilidad de construir microbioreactores a la medida para evaluar toxicidad de fármacos in vitro.
Desarrollo de un proceso de producción de un blanco para la pulverización catódica con el fin de depositar una película delgada de hidroxiapatita con la finalidad de mejorar la osteointegración de implantes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-11) Morales Moreyra, Tyrone; Grieseler, Rolf
La presente tesis se basa en el desarrollo de un proceso de producción de un blanco para la pulverización catódica con la finalidad de depositar una película delgada de hidroxiapatita y mejorar la osteointegración de implantes. Para lograr el cometido se llevaron a cabo varias pautas. En el primer capítulo se abarca la introducción a la relación de las enfermedades óseas, su incremento en la actualidad y cómo una de las consecuencias que se genera por dichas, que son el uso de prótesis se pueden ver mejoradas con el uso de la hidroxiapatita como biomaterial. El segundo capítulo engloba la descripción del problema que conforma las enfermedades óseas y sus incidencias; además de las incidencias por fracturas que se generan a causa de las enfermedades óseas y la necesidad de implantes y las limitaciones que estos presentan, la definición de un biomaterial, sus ventajas y limitaciones y las normativas que lo rigen. En el tercer capítulo se presenta la justificación del uso de la hidroxiapatita como biomaterial para recubrimientos en prótesis donde se tocan las ventajas y desventajas del material, sus otras aplicaciones y las técnicas de recubrimientos que presenta. El cuarto capítulo abarca el estado del arte de la síntesis de hidroxiapatita y de los procesos de recubrimiento más conocidos y comunes como la pulverización catódica y electrodeposición química. El quinto capítulo abarca la metodología y la cual engloba los procesos de síntesis, la cual dio dos muestras y a una de ellas se le hizo un tratamiento térmico a diferencia de la otra. Luego se tiene el proceso de compactación para unificar el polvo y el proceso de sinterización que se llevó a cabo en un horno y siguiendo un régimen de temperatura con la finalidad de apreciar posibles diferencias dada por este método. Los análisis con microscopio electrónico de barrido y la espectroscopía de Rayos X de dispersión de energía se emplearon para analizar la superficie de la muestra a nivel microscópico y proporcionaron información de la morfología y cantidad de los elementos en la muestra. La difracción de rayos X permitió distinguir entre materiales amorfo y cristalinos, y también proporcionó información sobre la estructura del cristal, la espectroscopía Raman proporcionó información detallada sobre la estructura molecular, composición química y propiedades físicas de las muestras evaluadas y la calorimetría diferencial de barrido permitió el análisis de las propiedades térmicas de los materiales. Por último, se tiene el sexto capítulo que reúne los resultados de todos procesos en la cuales se aprecia, principalmente, que en las muestras de hidroxiapatita hay otros fosfatos como α y β fosfato tricálcico, los cuales afectan las propiedades de la muestra. Asimismo, se observa aspectos físicos como la porosidad que presentan las muestras y su nivel de compactación de los cristales y llegando a la conclusión de que esta tesis sienta los cimientos para investigaciones futuras y dejando, asimismo, una visión a futuro para mejoras y más experimentaciones.
Desarrollo de un protocolo de pruebas de seguridad y eficacia técnica para la evaluación del cumplimiento normativo aplicable al equipo concentrador de oxígeno COVOX
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-21) Huamán Vega, Emilio Alberto; Pérez Buitrago, Sandra Milena
En el presente trabajo se ha desarrollado un modelo de protocolo guía de actividades enfocado en el proceso de evaluación del rendimiento y seguridad del equipo concentrador de oxígeno COVOX. Los ensayos diseñados permiten cuantificar la precisión, exactitud y nivel de riesgo del equipo, esto en base a estándares normativos aplicables. La ejecución de las pruebas se realizó en un ambiente controlado, el cual junto con equipos de medición y medidas de control de riesgos adecuadas permitieron realizar las mediciones de manera eficaz. Posteriormente, se realiza la etapa de análisis de datos empleando Python, un software de programación aplicado para ciencias de datos, con el cual se realizaron los cálculos estadísticos y gráficas empleadas en el formato de reporte final de calibración por cada equipo evaluado. Este trabajo considera una síntesis de la adopción, modificación de estudios similares, descritos en la literatura científica, teniendo en consideración la metodología aplica para la obtención y procesamiento de datos, además de los cuidados necesarios para preservar la integridad del equipo de trabajo e instrumentos de medición. Del mismo modo que otros trabajos, el presente estudio representa el esfuerzo de la academia por ofrecer una solución al país, en medio de la crisis de salud mundial por COVID-19 que dio a conocer el aporte de diversas instituciones, en ramas de la investigación, y su importancia para preservar la salud y la vida.
Desarrollo de un sistema de telemonitoreo en diabetes mellitus tipo 2 para el control y prevención en complicaciones de la enfermedad
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-20) Ramos Bogarin, Karen Jasmin; Vilcahuamán Cajacuri, Luis Alberto
El presente trabajo tiene como principal objetivo diseñar un sistema de telemonitoreo de pacientes diabéticos tipo 2 para una mejor cobertura y adherencia del control de glucosa comparada con la actualmente existente. Además de analizar los procedimientos clínicos del control de diabetes para definir los requerimientos de diseño en el sistema de telemedicina, diseñar un aplicativo en el smartphone apropiado para realizar la transferencia de datos al médico encargado, diseñar un aplicativo para el doctor con capacidad de registro, gestión de alarmas y registro de datos como glucosa en sangre de los pacientes para el telemonitoreo y realizar pruebas de funcionamiento del sistema mediante la creación de cuentas de usuario simulando la interacción entre el doctor y el paciente. Este prototipo se realizará mediante el uso de un glucómetro comercial con Bluetooth, aplicativos para el paciente (un aplicativo del propio glucómetro que recibe la medición de glucosa del paciente y la almacena y otro aplicativo de creación propia que envía un informe generado por el primer aplicativo de la glucosa en sangre del paciente en el tiempo, es decir, dos semanas o un mes según lo solicite el médico encargado) y un aplicativo para el doctor que gestione y analice los datos del paciente mediante estadísticas y alarmas, este aplicativo es el mismo creado para el paciente pero con una creación única de usuario para el médico encargado. Así mismo, se plantea gestionar a 10 pacientes simulados para las pruebas. Tras esto se realizan pruebas de funcionamiento del glucómetro con el smartphone, se analizan y muestran los resultados de la interacción entre el paciente y el médico simulados, el funcionamiento del software, la generación de alertas y pruebas integrales del sistema donde se concluye en el correcto funcionamiento y cumplimiento de objetivos.
Diseño de una prótesis mecánica para amputaciones parciales de dedo
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-17) Carrillo Ramírez, César Sebastián; Elias Giordano, Dante Angel
En el presente documento se presenta el diseño, pretotipado (prueba de concepto) y verificación funcional cinemática en el desarrollo de una prótesis para amputaciones parciales de dedo índice siguiendo la metodología de diseño VDI 2221. El dispositivo creado permite realizar los movimientos de flexión y extensión usando la energía cinética de la falange restante del dedo índice. El diseño de la prótesis es totalmente mecánico, es decir que usa la energía cinética de la falange restante del dedo para ser activado. Para realizar los movimientos de flexión y extensión se usó mecanismos por cable, en este caso se usaron dos tipos de cable: uno rígido y uno elástico. El cable rígido es usado para dirigir la energía cinética desde la falange restante del dedo hacía la prótesis y el cable elástico es usado para almacenar energía potencial cuando la prótesis se encuentra totalmente en flexión; esta energía es liberada cuando la prótesis deja de estar en flexión. El diseño de la prótesis incluye un mecanismo de pívot para permitir el giro de las falanges. Finalmente, se verificó la funcionalidad de la prótesis. Primero, se creó un protocolo de pruebas, para que las pruebas puedan ser repetibles y reproducibles, y un parante para la prótesis, para mantener fija la prótesis. Seguido de ello, se realizaron los videos activando la prótesis y se seleccionó el de mejor resolución. Por último, se procesó el video en el software Kinovea, como resultado se consiguió datos y gráficas de los ángulos de flexión, velocidad angular y aceleración angular de las articulaciones de la prótesis. Los resultados de este análisis cinemático demostraron que la prótesis alcanza ángulos de flexión máxima de 84°, 92.2° y 76.75° en las articulaciones metacarpofalángicas, interfalángicas proximales e interfalángicas distales (MCP, PIP y DIP respectivamente), lo cual está dentro de los rangos permitidos según la literatura. Además, las gráficas de velocidad y aceleración angular son comparables con las encontradas en la literatura, demostrando la repetitividad de los datos encontrados. Teniendo en cuenta ello, se demostró la funcionalidad de la prótesis y que este simula el movimiento natural de los dedos.
Diseño e implementación inicial de servicios de telesalud y telemedicina rural para el despliegue en la red río Santiago en Condorcanqui, Amazonas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-22) Ibarra Arregui, José Sebastián; Chávez Muñoz, Pastor David
El presente proyecto de tesis consiste en el diseño de un sistema de atención en telesalud y telemedicina rural, basado en protocolos de atención a zonas rurales en la provincia de Condorcanqui y en 5 localidades de la cuenca del río Santiago, mediante servicios de telemedicina como telemonitoreo, teleorientación, teleinterconsulta y teleapoyo al diagnóstico mediante teledermatología y tele-ecografía. Parte de los objetivos implica desarrollar un esquema de requisitos, de procedimientos, protocolos para el buen funcionamiento y la implementación desde el trabajo en campo para la instalación y conexión de los servidores con los clientes respectivos. El primer capítulo detalla la problemática, los antecedentes sociales y tecnológicos de este proyecto, los objetivos planteados en este trabajo y la justificación del proyecto. El segundo capítulo se puntualiza el estado del arte junto a las características de los servicios de telemedicina rural y el impacto del proyecto junto con la metodología a emplear para la resolución. Posteriormente se crea el diseño a base de criterios técnicos, requerimientos operacionales y finalmente el planteamiento del diseño final. Una vez realizado, se emplea el diseño de los servicios de telemedicina basado en las características, mencionando la arquitectura y funcionamiento de la red y finalmente la base legal para el diseño, obteniendo tres protocolos y flujos de atención en telemedicina rural. De la misma manera se realiza el protocolo correspondiente a teleayuda al diagnóstico mediante teledermatología y tele-ecografía Los resultados se muestran con las pruebas hechas en campo, configurando las conexiones y establecimientos de clientes y logrando la conexión con el servidor torre de cada establecimiento de salud, junto con el acuerdo de aceptación del Hospital I Santa María de Nieva. Finalmente, se presentan las conclusiones, recomendaciones y trabajos a futuro de este proyecto que permita mejorar y acabar el trabajo general, finalizando con la bibliografía y anexos.
Diseño y validación piloto de dos interfaces de usuario para una plataforma web de telemonitoreo y telegestión de un ventilador mecánico peruano para diferentes tipos de público objetivo
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-30) Guzmán Chanca, Brad Edgar; Pérez Buitrago, Sandra Milena
En el presente proyecto se planteó el diseño de dos interfaces las cuales responderán a las necesidades de un usuario en específico. La primera enfocada al personal médico que hará uso de la plataforma para realizar el proceso de monitoreo remoto del ventilador mecánico con nombre de interfaz clínica, y la segunda tendrá como principal usuario al equipo técnico encargado del mantenimiento de la plataforma, así como a los investigadores interesados en usar los datos provenientes del equipo para estudios posteriores teniendo como nombre interfaz técnica. Además, la metodología planteada tuvo en cuenta el uso del ventilador mecánico MASI y su plataforma de telemetría “Tele-MASI”, El diseño de las dos interfaces se realizó mediante la metodología de la Asociación de Ingenieros Alemanes Verein Deutscher Ingenieure (VDI 2221). Si bien la metodología se usó solo una vez para el diseño de ambas interfaces en todo el proyecto, los resultados que se obtuvieron dentro de cada fase fueron diferentes. Adicionalmente al uso de la metodología VDI 2221 se emplearon las normas internacionales ISO 9241 – 161 (Guidance on visual user-interface elements) y 9241 – 210 (Human-centred design for interactive systems). La validación del diseño de las vistas de ambas interfaces de usuario se realizó con personal del centro de médico PUCP, y personal que colaboró en el desarrollo del ventilador mecánico Masi, finalmente se realizó una documentación acerca de las interfaces creadas según los lineamientos normativos.
Estudio comparativo entre el ventilador mecánico peruano de emergencia masi y el ventilador estadounidense Spiro Wave
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-26) Quispe Pintado, Hugo Javier; Perez Buitrago, Sandra Milena
Actualmente, no existe un equipo biomédico fabricado en el Perú que haya obtenido registro sanitario (RS). Durante la pandemia de la COVID-19 se viabilizó el permiso excepcional para uso clínico de innovaciones peruanas en pro de cubrir el déficit de equipamiento durante la emergencia sanitaria. Una de estas innovaciones, fue el ventilador Masi, un producto fabricado en la PUCP con apoyo de empresas privadas y que llegó a ser usado clínicamente, demostrando un gran nivel de la capacidad de producción del Perú en esta industria y acortando la brecha existente entre la tecnología de equipos biomédicos importados. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo principal describir el nivel de desarrollo del ventilador peruano Masi mediante el estudio comparativo de sus características técnicas y de desempeño con las del ventilador estadounidense Spiro Wave, el cual también fue desarrollado en base a una innovación académica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). La metodología del trabajo se divide en tres etapas: diseño de protocolo de calibración, análisis estadístico y evaluación. El protocolo de calibración diseñado es basado en estándares de calibración mecánicos e indica todas las consideraciones tomadas en cuenta para la ejecución de las pruebas y reporte de resultados. Luego de implementado el protocolo de calibración, se analiza estadísticamente los resultados obtenidos utilizando el análisis de varianza y cálculo de incertidumbres para validar las pruebas realizadas. La evaluación de los resultados del estudio se basa en utilizar las calibraciones para comparar el desempeño de ambos ventiladores bajo el estándar de validación más alto de este tipo de equipos, la ISO 80601:2-2020 “Equipo médico eléctrico. Parte 2-12: Requisitos particulares para la seguridad básica y funcionamiento esencial de los respiradores para cuidados intensivos” y la norma peruana EDP:103-2020 “EQUIPO MÉDICO ELÉCTRICO. Ventiladores. Especificaciones de diseño y fabricación para su uso en cuidados críticos pediátrico-adultos durante la emergencia sanitaria. 1a Edición” como referencia para los límites de exactitud permitidos. Además, se realiza una descripción de resultados para los parámetros de interés: Volumen Tidal, Relación entre el Tiempo Inspiratorio y Espiratorio, Frecuencia Respiratoria, Presión Positiva al Final de la Espiración y Presión Inspiratoria Pico. Los resultados permiten concluir que el ventilador peruano Masi se desempeñó mejor que el ventilador estadounidense Spiro Wave en las pruebas de calibración realizadas considerando los rangos establecidos estadísticamente para el análisis realizado de los parámetros ventilatorios de interés. Esto permite afianzar el nivel de la tecnología peruana en equipos médicos y sentar precedentes científicos para la obtención del registro sanitario del ventilador Masi.
Estudio del impacto del desarrollo e implementación de un plan de mantenimiento de equipos biomédicos de una institución prestadora de servicios de salud nivel II de la Región de Junín-2022
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-11) De la Cruz Antialon, Gary Aldryn; Pérez Buitrago, Sandra Milena
En el presente proyecto se planteó evaluar el impacto de la implementación adecuada del plan multianual de mantenimiento en una IPRESS de nivel II de la región Junín, para lo cual se propuso realizar la evaluación de las condiciones iniciales centrándose en los procedimientos de elaboración del plan de mantenimiento y ejecución del mantenimiento que permita identificar las oportunidades de mejora según los documentos técnicos recomendados por la OMS y el MINSA. Seguido de la segunda etapa en la cual se realiza la evaluación inicial de los indicadores de desempeño los cuales nos mostraran cuantitativamente el estado inicial de los procedimientos. Posteriormente se realiza el desarrollo del plan de mantenimiento desarrollado según la metodología de gestión de equipos médicos basado en riesgos recomendada por la OMS. Finalmente, los indicadores de desempeño se miden durante la ejecución de oportunidades de mejora de los procedimientos con el fin de evaluar el impacto. De los resultados obtenidos se destaca el desarrollo e implementación de los nuevos procedimientos de elaboración del plan de mantenimiento y ejecución del mantenimiento, para lo cual se desarrolló la documentación necesaria (Formatos, Indicadores, entre otros), los cuales permitieron desarrollar adecuadamente cada uno de los procedimientos para sesenta y tres equipos médicos (EM). Aplicando la metodología de gestión de equipos médicos basado en riesgo solo el 78% de los EM fueron aceptados en el nuevo plan de mantenimiento, reduciendo la cantidad de mantenimientos preventivos requeridos de 252 a 119 anuales de los 63 EM analizados. Finalmente se implementó 3 herramientas de medición que brindan información importante sobre los procedimientos de mantenimiento.
Evaluación de características de recubrimientos de fases MAX, Ti2AlC y Ti3AlC2, para potencial uso como lubricante sólido a fin de reducir el desgaste y efecto running-in en implantes de rodilla y cadera
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-23) Lopez Anton, Andrea Giannella; Grieseler, Rolf
En la presente Tesis se muestra la evaluación de recubrimiento de fases MAX, Ti2AlC y Ti3AlC2, como una alternativa para uso en lubricante sólido de implantes de rodilla o cadera. Para esto se usó Silicio como base para recubrir; y se realizaron ensayos tales como espectroscopia de Raman, Espectroscopia de Energía Dispersiva, Microscopia Electrónica de Barrido y Difracción de Rayos X, para caracterizar los elementos presentes en la muestra, su composición y enlaces. También se realizaron ensayos de caracterización tribológicos para cuantificar el coeficiente de fricción y mojabilidad de la muestra. El ensayo para la medición del coeficiente de fricción (COF) se realizó con un tribómetro mediante el método de pin-onplate a velocidades de 2 y 10 mm/s, y a fuerzas normales aplicadas de 0.16 y 0.80 N. Adicionalmente se realizaron pruebas de ángulo de contacto con un goniómetro usando 2 tipos de líquido: agua desionizada, y agua desionizada con cloruro de sodio a una concentración de 3.5 %. Donde, a las muestras recubiertas, se les agregaron gotas del agua con NaCl para medir el COF y se usaron valores de fuerza de 0.16 y 0.80 N a velocidad de 2 mm/s, con el fin de evaluar su relación con la curva de Stribeck, la cual varía dependiendo de un cambio de fuerzas. Obteniéndose como resultados que el menor valor de COF para las pruebas en seco se alcanzó con la muestra con Ti2AlC al aplicar la fuerza de 0.16 N y velocidad de 2 mm/s. Además, esta misma, obtuvo el menor rango de fase running-in entre las muestras con recubrimiento para ensayos con velocidad de 2 mm/s. Por otro lado, la muestra recubierta con Ti3AlC2 fue la que obtuvo mayor COF en las pruebas, y, su fase running-in fue la de menor rango entre las muestras recubiertas para las pruebas con velocidades a 10 mm/s. En las pruebas de mojabilidad, se obtuvo que el Ti2AlC y Ti3AlC2 tienen comportamiento hidrofóbico. Por otro lado, en las pruebas con el líquido se obtuvo que la muestra recubierta con menor valor de COF fue la de Ti2AlC con la fuerza de 0.80 N. Finalmente, el recubrimiento de Ti2AlC es el que generó menos contaminaciones y no se rompió la capa de recubrimiento, logrando disminuir el valor de COF comparado al de Silicio. Siendo el Ti2AlC el material que podría usarse para otras aplicaciones de recubrimiento en articulaciones que requieran de una velocidad y fuerzas parecidas a las usadas en los ensayos. Finalmente, se cumplió con los objetivos propuestos y se caracterizó la muestra en un ambiente sin líquido y con líquido. Adicionalmente, se puede evaluar el aumento de espesor en los recubrimientos para que se evite su extracción en las pruebas tribológicas y logren disminuir el COF; y con respecto al comportamiento hidrofóbico, este aporta como material bactericida ante aplicaciones en implantes, por lo que también se recomienda que se realicen ensayos con bacterias para evaluar su efectividad.
Evaluación de necesidades tecnológicas de un banco de tejidos de un hospital de nivel III-1 ubicado en Lima, Perú, a partir de información de fuentes primarias
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-21) Rubio Grases, Joaquina; Casado Peña, Fanny Lys
Según reportes nacionales y estudios científicos, la demanda nacional de tejidos para injertos no está siendo satisfecha, por lo cual existe una necesidad de diseñar estrategias para incrementar la oferta nacional de los mismos. En esta línea, el presente trabajo de tesis tiene como objetivo identificar las necesidades tecnológicas de un banco de tejidos de un Hospital de Nivel III-1 ubicado en Lima, Perú, empleando la metodología de “Evaluación de las Necesidades de Dispositivos Médicos” diseñada por la Organización Mundial de la Salud, para ayudar a la institución a lograr sus objetivos y satisfacer la demanda de su población objetivo. En primer lugar, se realizaron encuestas y entrevistas a funcionarios del banco, a partir de las cuales se identificaron los objetivos principales de la institución, los procesos y servicios que ofrecen, así como los recursos de los que disponen incluyendo dispositivos médicos, recursos humanos, infraestructura y aspectos económicos. En base a esto, se realizó un análisis crítico de la literatura relevante para determinar qué servicios deberían implementarse para cumplir los objetivos de la institución, los cuales están relacionados a mejorar los resultados terapéuticos de los pacientes quemados del hospital y reducir su tiempo de hospitalización. Se determinó que la producción de células madres mesenquimales alogénicas es el servicio que se adecúa mejor para ser puesto en práctica en la institución considerando sus limitaciones tecnológicas, económicas y de recursos humanos, y se establecieron los requerimientos mínimos de dispositivos médicos para su implementación tomando en cuenta las recomendaciones de estándares internacionales.
Extensión de las capacidades del ventilador mecánico MASI mediante la implementación de un accesorio alternativo de ventilación no invasiva
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Leiva Iparraguirre, Germán Fernando; Castañeda Aphan, Benjamín; Pérez Buitrago, Sandra Milena
El siguiente trabajo de investigación presenta una metodología para la implementación de accesorios de ventilación no invasiva (VNI) al ventilador mecánico MASI, ventilador de emergencia elaborado para suplir la falta de estos durante la pandemia de COVID-19. El trabajo aborda la problemática que surge al MASI no contar con una óptima cualidad no invasiva totalmente implementada debido a su corto tiempo de desarrollo. La cual permita atender pacientes en primera línea o apoye en su recuperación post estancia en las unidades de cuidados intensivos. Para cubrir la necesidad identificada se elaboró un protocolo de pruebas con el objetivo de encontrar el accesorio que se acople mejor a MASI. Entre los que fueron probados están la máscara facial, la cánula de alto flujo y el casco de ventilación. Luego de ello se realizó un análisis para determinar el de mejor acoplamiento donde, en base a estos primeros resultados, se realizaron correcciones al protocolo para reducir los errores encontrados. Finalmente, en base a lo observado en el comportamiento de VNI de MASI, se hicieron propuestas de modificaciones de software y hardware para mejorar los aspectos de no invasividad de MASI, así como recomendaciones de uso del ventilador en modo de VNI en su estado actual basándose en los resultados obtenidos en las experimentaciones.
Metodología para pruebas técnicas de validación del modo presión soporte en ventiladores mecánicos MASI
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-13) Fernandez Valiente, Cesar Antonio; Castañeda Aphan, Benjamin
El siguiente trabajo de investigación presenta una metodología para la validación del modo presión soporte del ventilador mecánico MASI, ventilador de emergencia elaborado por la PUCP durante la pandemia de COVID-19, con el fin cubrir la escasez de ventiladores pulmonares. El trabajo soluciona la necesidad de una validación repetible y reproducible para los modos ventilatorios asistidos necesarios para la ventilación no invasiva (VNI), la cual es importante como primera línea de atención a los pacientes o para la recuperación post UCI en el momento del destete. Para ello se desarrolló un procedimiento de pruebas con el objetivo de validar el funcionamiento de MASI en nueve configuraciones ventilatorias donde se varían el trigger y la presión soporte, validando el volumen tidal mediante una tabla patrón del modo presión control del mismo ventilador. Para ello se elaboró un circuito que contiene una jeringa y un simulador pulmonar pasivo entre otros componentes, los cuales permitieron generar el impulso inspiratorio necesario para simular una respiración espontánea de un paciente. Luego de ello se realizó un análisis para determinar la validez tanto de la metodología utilizada como del ventilador MASI, mediante un estudio de repetibilidad y reproducibilidad. Finalmente, en base a todo lo desarrollado se realizaron propuestas de mejora a la metodología utilizada, así como recomendaciones de uso del ventilador en el modo presión soporte en su estado actual de acuerdo a los resultados obtenidos.
Modificación de las propiedades superficiales de injertos vasculares de pequeño diámetro tratados con plasma
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Ojeda Prado, Luis Antony; Grieseler, Rolf
Las enfermedades cardiovasculares representan un importante desafío de salud pública debido a su alta morbilidad y mortalidad, especialmente aquellas que resultan en el estrechamiento o bloqueo de los vasos sanguíneos con un diámetro luminal inferior a 6 mm. Aunque la sustitución de vasos sanguíneos dañados mediante injertos vasculares es una modalidad de tratamiento común, los resultados a largo plazo, especialmente en diámetros pequeños (igual o menor a 6 mm), aún presentan deficiencias en comparación con los vasos autólogos. La investigación actual se centra en comprender los requisitos de los materiales para emular la matriz extracelular, mejorando la biocompatibilidad y hemocompatibilidad. El PTFE (politetrafluoroetileno) es un polímero ampliamente utilizado en el desarrollo de injertos vasculares, pero su marcada hidrofobicidad presenta desafíos, como la limitación de la endotelización y el riesgo de trombogenicidad. El tratamiento con plasma se adopta como práctica alternativa para mejorar las propiedades superficiales del PTFE, aunque la falta de métodos estandarizados para evaluar la hemocompatibilidad de los biomateriales sigue siendo un desafío. Por ello, en el presente estudio, se modificaron las propiedades superficiales del PTFE mediante la aplicación de plasma. En la primera fase, se determinó que, para muestras de PTFE con un grosor de 2 mm, el plasma ideal se caracteriza por 5W-15min en condiciones de una presión base de 4x10-4 mbar y una presión de trabajo de 4x10-2 mbar, logrando reducir el ángulo de contacto inicial de 105.95° a 88.86° y, consecuentemente, generando una superficie más hidrofílica. Contrariamente, se observó que potencias superiores a 15W resultaron en una mayor hidrofobicidad. En la segunda fase, se diseñaron muestras que simularon las paredes internas de los injertos vasculares de pequeño diámetro fabricados con PTFE. Estas muestras contenían agujeros con diámetros comprendidos entre 2 y 6 mm. Se organizaron en cinco grupos y se sometieron a tratamientos de plasma cercanos al valor ideal de 5W-15min bajo las mismas condiciones de presión, con el objetivo de evaluar la posibilidad de mejorar aún más los resultados obtenidos previamente. Sin embargo, los análisis revelaron que la reducción del ángulo de contacto variaba según el diámetro analizado. Las imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido revelaron alteraciones notables en la topografía de las muestras tratadas. Se concluyó que, la formación de superficies más uniformes con una topografía con muchas microrugosidades está directamente relacionada a las muestras tratadas con mayor potencia y a las superficies más hidrofóbicas. Los resultados de la espectroscopía Raman revelaron cambios significativos en las intensidades relativas de las vibraciones. Pero, la relación entre las intensidades de vibración y la hidrofilicidad no es siempre lineal y puede estar influenciada por otros factores. Los resultados de tiempo de envejecimiento muestran un incremento del ángulo de contacto hasta el día 4, sin embargo, luego el ángulo disminuye en todas las muestras analizadas, inclusive llegando a ser menores que los valores obtenidos inmediatamente luego del tratamiento. Esto podría deberse al incremento de oxígeno en la superficie debido al oxígeno residual de la cámara de plasma. Por lo cual, se esperaría que la superficie activada reaccionará con la atmosfera generando diferentes estructuras oxidadas a lo largo del tiempo analizado.
Morphological and tribological evaluation of the use of Ti2AlC and Ti3AlC2MAX Phases as a surgical AISI 304 stainless steel coating for a future hip replacement femoral head coating
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-31) Ccama Castro, Gianella Alexandra; Grieseler, Rolf
La cadera es una de las articulaciones esféricas más conocidas, y está formada por la cabeza del fémur asentada en la pelvis (acetábulo). En las últimas dos décadas, el reemplazo total de cadera (RTC o THR en inglés) ha sido una intervención quirúrgica de gran éxito. Lamentablemente, el Perú no cuenta con un registro nacional como el de la Academia Americana de Cirujanos Ortopédicos. Sin embargo, en base a los registros de los 5 años anteriores al 2020, se reporta un ingreso anual promedio de entre 20-70 pacientes por hospital de nivel II-2 o III-1. La revisión del implante de la articulación de la cadera indica el fin de la cirugía de sustitución con éxito y anuncia una reaparición de los síntomas que, con frecuencia, superan con creces los de la afección inicial. Los principales motivos registrados fueron: infección e inflamación (20,1%), inestabilidad (18,3%), aflojamiento aséptico (15,9%), complicaciones mecánicas (14,9%), entre otras. En este contexto, la biotribología estudia las interacciones de las superficies en contacto bajo movimiento relativo en sistemas biológicos. Para reducir la pérdida de material, se puede aplicar una capa de lubricante que evite el contacto directo. Debido al aumento de pacientes menores de 30 años, que requieren implantes que no limiten sus actividades y duren más de 10 años, se sigue investigando en nuevos recubrimientos de implantes metálicos o cerámicos seguros bajo las evaluaciones de comportamiento tribológico y corrosivo para reducir la posibilidad de una revisión a corto plazo que retrase la rehabilitación del paciente. En este contexto, esta tesis presenta una alternativa para los lubricantes sólidos como recubrimientos en la cabeza femoral de los implantes de cadera. Esta tesis tiene dos objetivos principales. En primer lugar, es una revisión de los avances actuales en la tecnología de recubrimientos para mejoras tribológicas en materiales de prótesis de cadera. Para ello, se revisan los resultados obtenidos en diferentes tribómetros. En segundo lugar, se presenta el primer intento con éxito de crear un recubrimiento de Ti2AlC y Ti3AlC2 sobre un sustrato de acero inoxidable. La caracterización estructural y morfológica de estos recubrimientos se realizó mediante técnicas como la microscopía electrónica de barrido, la difracción de rayos X y la espectroscopia Raman. Los resultados evidencian una formación significativa de fases MAX sobre un sustrato de acero inoxidable AISI 304 con una barrera de difusión de SixNy. Estas muestras se probaron posteriormente con un tribómetro "bola sobre plano"para estudiar si el coeficiente de fricción (COF) se veía afectado. Las 6 configuraciones trabajadas fueron una combinación de 3 fuerzas (0.16 N, 0.8 N y 1.6 N) con 2 velocidades (2mms−1 y 10mms−1) contra una bola de 4mms de diámetro de AISI 52100 durante 15 minutos. Los resultados fueron prometedores, ya que en todas las condiciones probadas, el Ti3AlC2 tenía un COF en torno a 0,13. El revestimiento de Ti2AlC sobre AISI 304 presentaba valores similares al AISI 304 sin revestimiento a altas fuerzas (COF entre 0.7 y 0.75), pero al aumentar la velocidad y, por tanto, el recorrido, el Ti2AlC tenía un COF más estable en torno a 0,72 para todas las fuerzas. En general, el COF se vió reducido a largo plazo en las muestras con recubrimientos de Ti2AlC y Ti3AlC2, en comparación al AISI 304 sin recubrimiento. Para la caracterización de las huellas dejadas tras la prueba tribológica, se utilizó SEM-EDX para un escaneo lineal de la composición de una sección transversal de huellas y un análisis puntual de puntos alrededor del borde de la huella (donde la bola cambia de dirección). También se utilizó la espectroscopia Raman para caracterizar los subproductos alrededor de las pistas con mayores fuerzas aplicadas (1.6 N). El Ti2AlC tenía marcas visibles y un alto desgaste del revestimiento, con la única excepción de la pista a 2mms−1 y 0,16 N. El Ti3AlC2 tenía las marcas menos visibles, y solo a baja velocidad y alta fuerza (2mms−1 y 1,6 N) había desgaste del revestimiento. En general, la mayoría de los restos en los resultados del análisis elemental provenían de la bola homóloga de AISI 52100. En conclusión, se obtuvieron resultados prometedores en la reducción de los valores de COF de los recubrimientos de Ti2AlC y Ti3AlC2. Especialmente de Ti3AlC2, ya que tuvo la menor formación de partículas y desgaste de recubrimiento con un COF inferior a los materiales comerciales de prótesis de cadera incluso sin lubricación. En el trabajo futuro, el uso de Ti2AlC y Ti3AlC2 recubrimientos debe ser seguido por el estudio de estos recubrimientos biocompatibilidad comportamiento y osteointegración. Para verificar su uso en aplicaciones clínicas, deberá realizarse un análisis sobre un implante de cadera comercial y un ensayo de tribocorrosión.
Propuesta de sistema de ventilación en una IPRESS nivel l-4 acorde a la normativa nacional y recomendaciones internacionales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-23) Encabo Caballero, Rodrigo; Jiménez Ugarte, Fernando Octavio
Las infecciones intra hospitalarias (IIH) se definen como procesos infecciosos no previamente existentes que se manifiesten 2 o 3 días después de la estadía de un paciente en una Institución Prestadora de Servicios de Salud (IPRESS). Una forma de transmisión es por vía área, por ello, se tuvo como objetivo proponer un sistema de ventilación basado en el cumplimiento de estándares internacionales a partir de la evaluación de un centro de salud de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). La metodología para obtener los resultados fue la guía de la Harvard School of Public Health para obtener las renovaciones de aire y compararlo junto a la temperatura, la humedad relativa y diferentes condiciones del centro de salud con la normativa ASHRAE 170-2017. A partir de lo cual, se realiza una propuesta de ventilación que cumple con la normativa internacional, la cual cuenta con diversos ventiladores, deshumificadores, renovadores de aire y hace uso de los splits del centro de salud. La propuesta requiere un capital de $34 730,00 y tiene un costo operativo de $972,00.