Tecnologías médicas: Análisis de bioseñales para la Rehabilitación y la Terapia

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Centre de Recerca en Enginyeria Biomèdica (CREB) UPC

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BIOART (BIOsignal Analysis for Rehabilitation and Therapy) es un grupo de investigación multidisciplinar formado por ingenieros y médicos de investigación. Es un grupo de investigación consolidado oficialmente reconocido por la Generalitat de Cataluña (ref. 2017 SGR-1706) que pertenece al Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB) de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). El grupo forma parte también del CIBER en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN).

La investigación está enfocada en la aplicación de técnicas de ingeniería en las áreas médicas y de salud (ingeniería biomédica, BME) con el objetivo de mejorar los procesos de rehabilitación y las terapias clínicas. En estos campos, los sistemas de apoyo computerizados basados ​​en paquetes programados para la evaluación de tratamientos han demostrado su utilidad para la mejora de la calidad de los servicios médicos.

Las técnicas utilizadas en los sistemas de procesamiento y registros de señales son muy innovadores, por ejemplo los métodos de grabación de los ejercicios de rehabilitación motora mediante señales EMG de alta densidad.

Líneas de investigación

  1. Aplicación de técnicas de modelado y procesamiento de sistemas y señales biomédicas en las siguientes áreas:
  2. Neuromuscular: Desarrollar herramientas cuantitativas basadas principalmente en la electromiografía de alta densidad para monitorizar la actividad muscular y la tendencia a la fatiga, así como la evaluación de diferentes estrategias para la activación muscular durante ejercicios de rehabilitación.
  3. Neurológico: Mejorar la detección y caracterización de la actividad cerebral y la conectividad medidas por electroencefalografía para la evaluación de enfermedades neurodegenerativas así como la interacción de los fármacos con la actividad cerebral y sus efectos durante la vigilia y el sueño.
  4. Respiratorio: Proporcionar nuevas herramientas de ayuda a los clínicos para la ventilación asistida de pacientes con insuficiencia respiratoria severa basados ​​en el modelado del sistema de control respiratorio, enfermedades pulmonares y ventiladores mecánicos y la monitorización de los desórdenes ventilatorios con el estudio de los músculos respiratorios.

Objetivos científicos

Neuromuscular: Creación de dispositivos y métodos de monitorización no intrusiva de parámetros fisiológicos.

  1. Desarrollar nuevos sensores basados ​​en textiles para medir los biopotenciales mediante la electromiografía de alta densidad (HD-EMG).
  2. Desarrollar dispositivos médicos para la rehabilitación motora del brazo superior basado en HD-EMG
  3. Desarrollar un sistema de soporte informático para la predicción de la rehabilitación en pacientes con ictus basados ​​en HD-EMG
  4. Desarrollar algoritmos de decodificación de la activación neuronal individual a partir de señales HD-EMG.

Neurológico: Caracterización de las características eléctricas de las células y los tejidos neuronales.

  1. Proporcionar nuevos biomarcadores obtenidos de datos neurofisiológicos para ayudar a la evaluación prequirúrgica de la epilepsia refractaria infantil y comprender los mecanismos de la generación de las crisis epilépticas.
  2. Evaluación de la función cognitiva de pacientes con síndrome de Rett mediante el análisis de las señales de electroencefalografía (EEG) obtenidas durante la ejecución de funciones cognitivas.
  3. Caracterización de la dinámica cerebral asociada a diferentes enfermedades del campo de la salud mental (esquizofrenia, trastorno bipolar, autismo, etc.).
  4. Evaluación cuantitativa del sueño mediante técnicas de análisis espectral y conectividad que permitan estudiar la importancia de la calidad del sueño y su interacción en diferentes enfermedades neurológicas.

Respiratory: Análisis de la dinámica del sistema cardiorespiratorio y elaboración de modelos de simulación para ayudar en el aprendizaje del personal clínico sobre la ventilación mecánica.

  1. Modelización de la dinámica del sistema cardiorespiratorio ajustado a pacientes específicos: modelización personalizada
  2. Simulación de patologías respiratorias (obstructiva, restrictiva, ARDS)
  3. Desarrollo de un sistema computacional para gestionar la ventilación mecánica (MV) que simula un paciente específico conectado a un ventilador.
  4. Desarrollo de laboratorios virtuales tanto de enseñanza como de aprendizaje.
  5. Desarrollo de algoritmos para la estimación del trabajo de respiración y mecánica respiratoria.

Àmbit/Camp d'especialització

El grupo tiene una amplia experiencia en diferentes proyectos de investigación y transferencia con empresas y hospitales. El grupo BIOART ha coordinado el proyecto europeo WOMEN UP dentro del marco del programa H2020 durante 2015-2019. El consorcio estaba compuesto de 8 partners (2 compañías, 3 hospitales, 2 universidades y 1 asociación de enfermos) de 6 países diferentes. El proyecto era financiado con más de 3M €. Esta Acción de Investigación e Innovación cubría todo el proceso de diseño y transferencia de un dispositivo médico basado en electromiografía: especificaciones del sistema, desarrollo electrónico y de software para el prototipo comercial, marca CE, ensayos clínicos en 3 hospitales europeos, y estrategia empresarial. Se han firmado acuerdos de IPR y royalty por el consorcio para la licencia de explotación.

El grupo es muy activo, liderando muchos proyectos competitivos tanto investigación como innovación (entre otros, Tecnospring, MINECO, H2020, Fundación MAPFRE, Fundación BBVA, etc.). Cabe destacar que BIOARTE ha conseguido cuatro proyectos MINECO consecutivos focalizados en el desarrollo de sistemas ICT innovativos dirigidos a proporcionar ayuda en las decisiones relativas a terapias y rehabilitación en enfermedades neurológicas y neuromusculares. Además, el grupo BIOARTE tiene una fuerte relación con diferentes grupos nacionales e internacionales en el campo de investigación biomédico. Fruto de estas colaboraciones han resultado varias publicaciones conjuntas. Algunos ejemplos: Center for Brain Health de la Universidad de Nueva York (Estados Unidos), Montreal National Institute (MNI) de la Universidad McGill (Canadá), Lisina Bioengineering Center de la Universidad de Torino (Italia), Grupo de Investigación en Ingeniería Clínica y Bioinstrumentación de la Universidad de Antioquia (Colombia), Departamento de Bioingeniería del Imperial College of London (Reino Unido), etc.

Miembros del grupo