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Investigación y Transferencia

El Grupo de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Valladolid desarrolla tecnología al servicio de la sanidad

El diagnóstico de problemas como la apnea del sueño, enfermedades neurodegenerativas y patologías visuales es una de sus principales líneas

Este equipo, premiado por el Consejo Social de la UVa, trabaja en el desarrollo de sistemas Brain Computer Interface (BCI) para mejorar la vida de personas con discapacidad

Ingenieros de telecomunicaciones, informáticos y médicos componen un equipo multidisciplinar que se dedica a aplicar tecnología a la resolución de problemas sanitarios, especialmente en la ayuda al diagnóstico. Es el Grupo de Investigación Reconocido ‘Grupo de Ingeniería Biomédica’ de la Universidad de Valladolid (UVa), que fue reconocido por el Consejo Social de la UVa en los Premios de Investigación 2016.

[04/10/2017] octubre 2017
Gabinete de Comunicación UVa
Valladolid
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Cuatro profesores del área de Telecomunicaciones, seis médicos que desarrollan su labor en el Hospital Universitario Río Hortega o en el Hospital Clínico Universitario de Valladolid y otros 10 científicos contratados por proyectos de investigación forman este equipo, coordinado por el catedrático Roberto Hornero Sánchez.

Uno de sus principales objetivos es desarrollar métodos de análisis de señales biomédicas y este trabajo se divide en dos líneas. Una de ellas es el estudio de la actividad cerebral a través de las señales de electroencefalogramas y magnetoencefalogramas, que pueden ayudar a diagnosticar patologías neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer. La otra línea es el estudio de la saturación del oxígeno en sangre para simplificar el diagnóstico de la apnea obstructiva del sueño.

Detectar antes de desarrollar la enfermedad de Alzhéimer
En el primer caso, el problema actual es que los médicos sólo detectan cambios en el electroencefalograma de una persona si padece la enfermedad de Alzheimer ya avanzada. “Nuestra idea es desarrollar técnicas novedosas de procesado de señal para detectar el deterioro cognitivo leve y un estado precoz de la enfermedad a través de un método matemático”, comenta Roberto Hornero.

Hoy en día se aplican test neuropsicológicos y distintas modalidades de neuroimagen para intentar diagnosticar las demencias de forma precoz, pero sería deseable contar con un método más fiable, basado en técnicas matemáticas que se aplican en procesado de señales. Los investigadores del grupo trabajan en ello, tratando de desarrollar un software más eficiente para interpretar las señales.

Una prueba más sencilla para la apnea
En el caso de la apnea, hoy en día se realiza el diagnóstico por polisomnografía. “El paciente necesita pasar una noche entera en la unidad del sueño para que le puedan medir hasta 32 señales biomédicas de forma simultánea, así que se trata de una prueba compleja y de coste elevado”, explica Hornero. Los especialistas médicos tienen que revisar ocho horas completas de sueño a través de multitud de señales.

La idea del Grupo de Ingeniería Biomédica de la UVa es bien diferente. “Nuestro objetivo es simplificar la prueba de tal modo que se pueda realizar en casa del paciente y con una sola señal, la pulsioximetría, que mide el nivel de oxígeno en sangre”, comenta el investigador. En colaboración con el Servicio de Neumología del Hospital Universitario Río Hortega de Valladolid realizaron un amplio estudio que involucró a 450 pacientes y los resultados fueron muy positivos, ya que la precisión en el diagnóstico superaba el 90%.

“Cuando tienes apnea del sueño dejas de respirar en intervalos de tiempo, lo cual se traduce en que los niveles de oxígeno en sangre bajan considerablemente”, de manera que “esta prueba puede ser apta para realizar un cribado de pacientes y que sólo en caso de duda se tenga que realizar la polisomnografía”. Este método resulta mucho más cómodo para el paciente y reduce los costes sanitarios.

Imagen oftalmológica
Estas señales biomédicas son clave para el diagnóstico de muchas enfermedades, mientras que en otros casos el factor fundamental es obtener buenas imágenes médicas, por ejemplo, en el campo de la oftalmología. Junto con el Instituto Universitario de Oftalmobiología Aplicada (IOBA), estos investigadores han intentado mejorar la detección de la retinopatía diabética, una complicación ocular de los pacientes con diabetes causada por el deterioro de los vasos sanguíneos de la retina. El diagnóstico temprano permite intervenir para resolver el problema, pero si pasa demasiado tiempo puede llevar a la ceguera.

Un programa de software desarrollado por el Grupo de Ingeniería Biomédica permite analizar de forma automática los fondos de ojo. La precisión que ha conseguido es muy elevada a la hora de identificar lesiones como los exudados duros o hemorragias. Para los oftalmólogos, supone una gran ayuda a la hora de revisar a sus pacientes e incluso podría ser una gran herramienta para médicos no especializados.

Esta idea entronca perfectamente con los proyectos de telemedicina en oftalmología, la posibilidad de ofrecer un servicio a distancia, sobre todo pensando en las zonas rurales. En este sentido, ha resultado muy positiva una experiencia piloto en la localidad abulense de El Barco de Ávila, en cuyo centro de salud se instaló un retinógrafo. Tras enseñar a los médicos de Atención Primaria a obtener fondos de ojo de pacientes diabéticos, ellos mismos transmitían los datos a través de una aplicación web y un especialista del IOBA emitía un informe en 24 horas. La iniciativa ya se ha extendido a otros municipios, como Peñafiel y Medina de Rioseco.

Actividad cerebral
Otro aspecto muy diferente del trabajo de este equipo de investigación es el desarrollo de los sistemas Brain Computer Interface (BCI), que permiten utilizar la actividad cerebral para controlar dispositivos. El grupo de Roberto Hornero los ha orientado a ayudar a personas con grave discapacidad, en colaboración con el Centro de Referencia Estatal (CRE) Discapacidad y Dependencia de San Andrés de Rabanedo (León). Manejar el televisor, el equipo de música, el DVD, las luces y hasta navegar por la web ya es posible con esta tecnología.

Han aplicado dos tipos de sistemas BCI. Uno de ellos se basa en los ritmos sensoriomotores. “Cuando un usuario imagina el movimiento de su mano izquierda, genera actividad en el hemisferio derecho del cerebro y viceversa”, señala Roberto Hornero. Al detectarse esa actividad cerebral, se pueden ejecutar tareas, aunque requiere cierto entrenamiento y, aunque en el laboratorio funciona bien, a la hora de aplicarlo con usuarios con grave discapacidad en el CRE, los resultados han sido poco fiables.
El otro sistema son los potenciales evocados y se basa en las respuestas a estímulos sensoriales, en concreto, los investigadores analizan la onda cerebral P300, que se registra mediante electroencefalografía. “Por ejemplo, si tenemos un menú con 10 iconos, donde cada uno de ellos representa un dispositivo, el usuario sólo tiene que mirar al icono del dispositivo que quiere controlar. Los iconos se iluminan de forma aleatoria, y cuando lo hace el que el usuario está observando, se genera el P300, el sistema tiene que detectar el pico en la señal del cerebro y se introduce, por ejemplo, en un nuevo menú del televisor”, explica el investigador.
Mientras que el primer sistema requiere mucha concentración, el segundo es más sencillo y de gran precisión, así que los científicos de la UVa desarrollaron con éxito un navegador web controlado por estas ondas cerebrales para los usuarios del CRE.
Posteriormente, de esta experiencia también salió una plataforma de entrenamiento cognitivo para personas mayores sin patología con el objetivo de combatir los efectos del envejecimiento. Un estudio demostró que el entrenamiento a través de este sistema aumentaba las capacidades cognitivas en edades superiores a los 60 años medidas con test neuropsicológicos.

Producción científica y transferencia
Toda esta potente actividad investigadores del grupo no se queda solo en los laboratorios. En los últimos años, este grupo ha publicado 116 artículos en revistas indexadas en el Journal Citation Reports (JCR), el índice de revistas científicas más prestigioso del mundo, ha presentado más de 150 comunicaciones en congresos internacionales y 140 en nacionales, además de firmar 16 capítulos de libros. Asimismo, ha firmado 48 contratos de transferencia con empresas y administraciones públicas y ha participado en 44 proyectos de convocatorias públicas competitivas. En el aspecto de la transferencia tecnológica, la línea más fructífera está siendo el estudio de la apnea del sueño, gracias a la que el equipo ha conseguido dos patentes en Estados Unidos.
A pesar de los numerosos premios que acumulan estos investigadores, el reconocimiento por parte del Consejo Social de la Universidad de Valladolid ha sido muy especial, precisamente, por ser más próximo. “Nos da fuerzas para seguir en este camino”, asegura Roberto Hornero, “queremos continuar con las líneas que ya trabajamos y mantener el grupo”.

Roberto Hornero, en el centro, con otros miembros del grupo de investigación
[Roberto Hornero, en el centro, con otros miembros del grupo de investigación ]
Un usuario con esclerosis múltiple evalúa la aplicación del navegador desarrollado por los científicos de la UVa

Un usuario con esclerosis múltiple evalúa la aplicación del navegador desarrollado por los científicos de la UVa

Esquema que muestra la detección de apnea del sueño por el método habitual y por oximetría

Esquema que muestra la detección de apnea del sueño por el método habitual y por oximetría

El software de procesado detecta y marca posibles lesiones

El software de procesado detecta y marca posibles lesiones

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