Investigación de ingeniería busca desarrollar tecnología que permita la caracterización vibroacústica de tejidos

La iniciativa es ejecutada por un equipo multidisciplinario de la UACh, UFRO e instituciones alemanas de investigación.

Una iniciativa que busca convertirse en un importante avance tecnológico para el desarrollo de cirugías mínimamente invasivas, mediante el uso de dispositivos médicos que puedan caracterizar las vibraciones acústicas de los tejidos, es el principal objetivo del proyecto “Medical Interventional Device and Acoustic Tissue Characterization with Multiple Clinical Potentialities” (FOVI220062), adjudicado a través del Concurso de Fomento a la Vinculación Internacional para Instituciones de Investigación de ANID 2022.

La iniciativa fue adjudicada por un grupo multidisciplinario de investigadores de la Universidad Austral de Chile y U. de La Frontera en colaboración internacional con los investigadores Dr.-Ing. Axel Boese (de INKA Aplication Driven Research de  Otto von Guericke University Magdeburg) y del Dr. Alfredo Illanes y Dr. Ing. Thomas Sühn de la start-up Surgical Audio Guidance (SURAG), ambos de Alemania.

El Dr. Ing. Víctor Poblete, académico del Instituto de Acústica de la UACh, es quien lidera el equipo investigador integrado por la Dra. Montserrat Guerra (co-investigadora principal y académica del Instituto de Anatomía, Histología y Patología de la Facultad de Medicina), Dr. Patricio Fuentealba (Instituto de Electricidad y Electrónica), Diego Espejo, MSc. en Informática de la UACh; el estudiante de Ingeniería Civil Acústica Robin Urrutia -como tesista- y el Dr. Fernando Huenupán, del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UFRO.

“Los principales desafíos que enfrenta este proyecto están directamente relacionados con el conocimiento médico. Desde el área de la ingeniería acústica no habíamos tenido la oportunidad previa de colaborar tan estrechamente con la medicina. Es por eso por lo que establecimos un vínculo con el Dr. Alfredo Illanes y la Dra. Montserrat Guerra, lo que nos permitió obtener una visión más amplia de las problemáticas asociadas. Nuestros esfuerzos se han enfocado en la caracterización de diferentes tipos de tejidos utilizando señales vibro-acústicas capturadas a través de un sensor desarrollado por SURAG. Para llevar a cabo este análisis, hemos aplicado técnicas conocidas en el campo de la ingeniería civil acústica. Los resultados obtenidos, presentados en la tesis de Robin Urrutia, demuestran altos porcentajes de éxito en el cumplimiento de esta tarea”, menciona Víctor Poblete.

“Hace ya varios años como yo había estado trabajando en la Universidad Austral de Chile con sensores de vibraciones y sensores de audio para diagnóstico de máquinas de manufactura y estando acá en Alemania, se me vino la idea que se podrían utilizar las mismas herramientas para analizar señales vibratorias de los instrumentos médicos. Es decir, cuando tenemos un instrumento laparoscópico, si entra en contacto con un tejido, esto produce una onda vibro-acústica y esa onda vibro-acústica se propaga naturalmente por el instrumento. No necesitamos tener ningún tipo de sensor en contacto directo con el tejido humano y esa información que nosotros podemos adquirir de manera no invasiva es una información muy rica porque permite al médico saber, por ejemplo, cuando una superficie es dura o es blanda, es rugosa o es suave”, señala el Dr. Ing. Alfredo Illanes, representante de la startup alemana SURAG.

Con esta idea en mente, Alfredo Illanes, quien reconoce tener vasta experiencia en el diseño de sensores y en electrónica, pero no tanto en procesamiento de señales, decidió tomar contacto con el Dr. Víctor Poblete para proponer la idea y postular este proyecto.

“Es en ese contexto hace año y medio de nuevo por un proyecto que teníamos de palpación en cirugía ortopédica, contacté a Víctor para ver si nos podía ayudar en la parte procesamiento de señales”, señala el investigador. Luego de esa experiencia, la meta fue más ambiciosa y se propusieron como equipo de trabajo “utilizar esta red con los conocimientos de acústica de allá y nuestros conocimientos, para dar un paso más importante, para decir no solo si un tejido es duro o es blando o si una aguja pasó de una capa a otra, sino que caracterizar el tejido utilizando esta onda vibroacústica. Si es posible hacer eso, podemos realmente aportar una tecnología y una solución bastante ingeniosa para el futuro en cirugía”, afirma Alfredo Illanes.

Para la Dra. Monserrat Guerra, co-investigadora principal y académica del Instituto de Anatomía, Histología y Patología de la Facultad de Medicina, la participación en este proyecto es una enorme oportunidad de contribuir en un área de investigación que a su juicio “definitivamente va a ser parte de la medicina del futuro”.

“Vivimos en una sociedad en la que la inteligencia artificial ya forma parte de nuestra vida. Esto será incluso más relevante en los próximos años en los que la IA estará presente en el desarrollo de las diferentes disciplinas. Chile no puede quedarse atrás y debe preparase para este presente/futuro y apoyar la formación de nuevos investigadores. Se necesita una mirada interdisciplinaria, creativa e innovadora para dotar a las máquinas de las que hacemos uso la habilidad de ‘aprender’ a partir del análisis de datos, y la identificación de patrones que apoyen en la toma decisiones. En este proyecto en particular, le estamos dando herramientas al cirujano para que sin necesidad de tocar físicamente el tejido que está operando, sepa qué tejidos están dañados, cuál o cuáles puede reparar o eliminar, y entregar seguridades en un mundo médico que avanza hacia la medicina robótica más personalizada, menos invasiva y con menores costes. Estas herramientas tienen una gran potencialidad para mejorar los diagnósticos y los tratamientos, por lo que existe una gran oportunidad de trabajo interdisciplinario entre las ciencias de la ingeniería y las ciencias médicas”, resalta la investigadora de la Facultad de Medicina.

Otro aspecto que cabe resaltar de este equipo de investigadores es que ha permitido integrar al egresado de Ingeniería Civil Acústica y Magíster en Informática Diego Espejo y al estudiante de Ingeniería Civil Acústica Robin Urrutia, quienes recientemente regresaron de una estadía de investigación en Alemania, viaje que les permitió reforzar el vínculo con las instituciones colaboradoras.

La estadía de Diego Espejo en su calidad de investigador y de Robin Urrutia permitió también que aprendieran sobre el trabajo que realizan los investigadores internacionales en el área del reconocimiento y clasificación de tejidos de origen biológico animal y sintético, por medio del análisis de señales vibro acústicas provenientes de la interacción entre un dispositivo quirúrgico robótico.

En el caso específico de Robin Urrutia, este viaje fue un aporte fundamental para su trabajo de tesis de pregrado, relacionada con lo que se está realizando en INKA Aplication Driven Research de la Otto von Guericke University Magdeburg.

El Dr. Víctor Poblete resume que el viaje tuvo varias repercusiones importantes. “En primer lugar, Diego y Robin lograron generar alrededor de 60 señales vibroacústicas durante su estadía. Además, este viaje fue fundamental para desarrollar un protocolo de captura de señales con el objetivo de garantizar una toma de muestras lo más uniforme posible en ambos laboratorios”.

Dentro de los próximos hitos del proyecto se encuentran tres aspectos fundamentales. En primer lugar, se llevará a cabo el procesamiento de todas las señales recopiladas durante la estancia en Alemania. En segundo lugar, se llevará a cabo la difusión del conocimiento adquirido en diversos establecimientos educativos. Y, por último, se tiene prevista la visita de los investigadores externos a la Universidad para llevar a cabo eventos como talleres o simposios.

Escrito por Maritza Uribe Higuera – FCI