Ingeniería Biomédica

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Diseño de prototipo estimulador magnético no invasivo de pulsado uniforme y prueba funcional con fantoma orientado a rápida cicatrización ósea
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-08-31) Suárez Sánchez, Gonzalo; Vilcahuamán Cajacuri, Luis Alberto
El objeto de estudio de la presente tesis es el desarrollo de un prototipo de equipo biomédico terapéutico de regeneración de tejido óseo, el cual genera un campo magnético pulsado en tres dimensiones de extrema baja frecuencia. El prototipo es de naturaleza no invasiva y está conformado por un circuito electrónico generador de pulso, que será amplificado por una fuente de potencia de 1500 W. El pulso eléctrico de potencia alimentará a 3 pares de bobinas de Helmholtz en disposición triaxial. Estas bobinas producirán un campo magnético uniforme cruzado sobre un volumen definido que interaccionará con la fractura para conseguir la regeneración de tejido óseo. El aporte y la innovación del equipo radica en que produce un campo magnético uniforme cruzado en tres dimensiones, mejorando la terapia considerablemente ya que el campo magnético se distribuirá e interaccionará en todo el volumen del hueso fracturado. Para la construcción, primero se revisó la bibliografía y se estudiaron las diferentes disposiciones de cómo se genera el campo magnético, la forma del pulso, la frecuencia y las normas que regulan el uso de la magnetoterapia. En segunda instancia se desarrolló el modelo matemático del comportamiento del campo magnético, se encontraron las ecuaciones que rigen el campo magnético en las bobinas de Helmholtz, y a partir de dicha ecuación se determinó el error de la homogeneidad del campo magnético. Luego se simuló el comportamiento del campo magnético en todo el volumen que separa a las dos bobinas de Helmholtz, es decir la parte donde el paciente recibirá el campo magnético como terapia. Como parte de este trabajo de investigación se construyeron los tres pares de las bobinas de Helmholtz, previamente se hizo un estudio y simulación de la disposición triaxial de las bobinas con el software Solid Work. Teniendo el tamaño de las bobinas se procedió a determinar el ancho y espesor del carril para tener finalmente los planos de construcción. Tres masas de aluminio se llevaron al horno de fundición, luego se tornearon de acuerdo a los planos. A partir del radio de las bobinas se determinó el número de vueltas de cable eléctrico esmaltado para cada bobina. El modulador de ancho de pulso PWM con un rango de ajuste de frecuencia de 1 Hz a 100 kHz y la fuente eléctrica conmutada (switching) de 1500 W de potencia, se conectaron a un transistor de potencia para amplificar la potencia del pulso. Con el campo magnético estacionario se estudió la homogeneidad del campo en cada bobina de Helmholtz, conocida la homogeneidad del campo magnético en los tres pares de las bobinas se realizaron estudios en disposición triaxial de la homogeneidad del campo magnético sobre la cabeza de un fémur, de un fantoma de acrílico relleno con agua y en el plastinado de una pierna con la finalidad de estudiar el comportamiento del campo sobre un tejido humano y con las características de éste. Finalmente procesamos los datos con el software Matlab para evaluar la homogeneidad del campo magnético. Este trabajo de tesis fue apoyado en su inicio por el Programa de Apoyo a la Iniciación en la Investigación (PAIN) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), y para su culminación por el programa Yachayninchis Wiñarinanpaq, en el marco del convenio específico de cooperación interinstitucional entre el Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica (CONCYTEC) y la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco (UNSAAC).
Diseño y evaluación térmica de un dispositivo de fototerapia para el tratamiento de la ictericia neonatal en el método madre canguro
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-24) Jiménez Troncoso, Luis; Vilcahuamán Cajacuri, Luis Alberto
Con los dispositivos convencionales de fototerapia para resolver la ictericia neonatal se interfiere el vínculo madre-neonato pues se tiene que separar la madre del neonato para que éste reciba la fototerapia; mediante el dispositivo desarrollado en esta tesis, se facilita la aplicación simultánea de fototerapia y el cuidado según el método madre canguro. Se ha construido una matriz luminosa flexible de LEDs azules, de 25x10 centímetros, 60 gramos de peso, capaz de iluminar con luz azul la espalda y nuca de recién nacidos. Para estimar la transferencia de calor de la matriz a un recién nacido y asegurar que la temperatura en el área de contacto es segura para su uso, se han desarrollado dos maniquíes termo-regulados, uno es de un neonato pre-término tardío de 2.35 Kg, hecho de silicona con un compartimiento de 650 ml de agua y el otro es de la parte anterior de un torso femenino de 10 Kg, con piel de silicona y compartimientos con 7 litros de agua; ambos tienen calefacción interna con control automático de temperatura electrónico. Los maniquíes se han colocado en posición del método madre canguro, sujetados uno al otro por una faja elástica haciendo contacto "piel a piel". Se sujetó la matriz luminosa a la espalda del maniquí neonatal con bandas elásticas. La irradiancia de la matriz luminosa, medida con un radiómetro ILT1400A es de 350 microWatt/cm2 consumiendo 0.98 Watt de una batería de 12 voltios. La matriz transfiere 0.395 Watt al maniquí de neonato y las temperaturas locales en los puntos de contacto con la espalda no superan los 2.75 oC por encima de la temperatura axilar del maniquí. Por lo tanto, la baja potencia transferida por la matriz de fototerapia y el incremento de temperatura en la superficie de contacto supera en menos de 4 oC a la temperatura corporal sugieren que podría utilizarse como dispositivo investigacional para un estudio posterior de efectividad. Palabras clave: Ictericia neonatal, fototerapia, método madre canguro, dispositivo médico, transferencia de calor, seguridad de la madre-neonato.

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