XVI National Congress of Technology Applied to Health Sciences & VI International Congress of Health Sciences

La línea de investigación en salud del Instituto de Investigación Aplicada y Tecnología (InIAT) de la Universidad Iberoamericana se ha enfocado en el desarrollo de dispositivos y sistemas tecnológicos orientados al análisis del movimiento humano y a la rehabilitación, con el objetivo de generar herramientas que complementen la evaluación clínica y fortalezcan la toma de decisiones médicas mediante mediciones cuantitativas, objetivas y reproducibles. Estos desarrollos buscan integrarse enla práctica clínica como un apoyo tecnológico que permita enriquecer la valoración funcional del paciente, aportar información adicional al juicio del especialista y facilitar el seguimiento de la evolución delmovimiento a lo largo del tiempo.

En este contexto, los sistemas wearablesbasados en sensores inerciales (IMUs, por sus siglas en inglés) representan una alternativa tecnológica viable y accesible para el análisis del movimiento humano. Estos sistemas permiten registrar variables cinemáticas como aceleración, velocidad angular y orientación, lo que posibilitala estimación de parámetros relevantes del movimiento en entornos clínicos reales, fuera del laboratorio y durante actividades funcionales. Su portabilidad, bajo costo relativo y facilidad de implementación los convierten en una herramienta con alto potencial para aplicaciones en diagnóstico, seguimiento de tratamientos, evaluación de terapias de rehabilitación y generación de nuevas métricas de desempeño físicode manera directa y objetiva.

Si bien los sistemas ópticos de captura de movimiento, como Vicon, son considerados el estándar de oro por su alta precisión espacial y temporal, su uso está limitado por los elevados costos de adquisición, mantenimiento e infraestructura, así como por la necesidad de espacios controlados y de personal altamente especializado. En contraste, los sistemas basados en IMUs permiten extender el análisis del movimiento a contextos clínicos más amplios, lo que favorecesu adopción en hospitales, clínicas de rehabilitación y centros de investigación con recursos limitados. No obstante, resulta fundamental validar estos sistemas mediante estudios comparativos con sistemas ópticos para garantizar la confiabilidad de las métricas obtenidas.

Durante esta presentación se expondrán algunos de los proyectos desarrollados en el InIAT que ejemplifican dichasaplicaciones. Entre ellos se encuentra un sistema de análisis de marcha basado en IMUs, diseñado para la obtención de parámetros espaciotemporales y cinemáticos de la marcha; un sistema para la caracterización de los arcos de movilidad de la mano, orientado a la evaluación funcional de extremidades superiores; un sistema de rehabilitación para pacientes con evento vascular cerebral (EVC)instrumentado para la medición de los rangos de movilidad de los miembros torácicosyenfocado en el seguimiento del progreso terapéutico. Estos desarrollos reflejan el potencial de la ingeniería aplicada para generar soluciones tecnológicas que contribuyan a una atención en salud más objetiva, personalizada y basada en datos.

La biomecánica es un campo multidisciplinario que combina conocimientos de la física, la anatomía, la fisiología y la ingeniería para estudiar el movimiento y las fuerzas que actúan sobre los seres vivos. Su desarrollo ha sido resultado de un largo proceso evolutivo impulsado por los avances tecnológicos y la mejora de los sistemas de medición, lo que ha permitido comprender con mayor precisión la fisiología y el comportamiento mecánico del cuerpo humano.

En la actualidad, la biomecánica no solo se limita al análisis del movimiento, sino que incorpora herramientas innovadoras como el aprendizaje automático, la simulación computacional y el procesamiento digital de imágenes. Estas tecnologías facilitan la detección temprana de alteraciones musculo esqueléticas y contribuyen al diseño de estrategias terapéuticas más eficaces y personalizadas.

La presentación aborda la biomecánica como una disciplina esencial para el análisis cuantitativo de la fisiología y el comportamiento mecánico del cuerpo humano, destacando su integración con tecnologías de captura de movimiento, plataformas de fuerza y sistemas de presión plantar. Se describen las capacidades del Laboratorio Nacional CONAHCYT en Biomecánica del Cuerpo Humano (CIATEC), donde se emplean metodologías basadas en reconstrucción de marcadores tridimensionales y definición rigurosa de sistemas coordenados segméntales para caracterizar cinemática y cinética con alta precisión.

Entre las aplicaciones presentadas se incluyen análisis avanzados del tiro deportivo, biomecánica de extremidades superiores y estudios de presión plantar en condiciones estáticas y dinámicas. También se aborda el análisis de la marcha humana mediante la evaluación de patrones espaciotemporales, ángulos articulares, momentos externos y distribución de cargas en el apoyo, lo que permite identificar alteraciones musculo esqueléticas del pie y desviaciones biomecánicas asociadas a patologías.

Se hace énfasis en la biomecánica de prótesis de miembros inferiores, destacando la necesidad de optimizar parámetros mecánicos, ergonómicos y de control para atender a una población significativa de amputados en México. Se identifican retos técnicos como la reducción de masa estructural, el desarrollo de actuadores compactos de alta relación potencia-peso, fuentes de energía más eficientes y sistemas de control robustos para mejorar la funcionalidad y estabilidad de las prótesis. Finalmente, se menciona la incorporación creciente de algoritmos de inteligencia artificial en el procesamiento digital de mapas de presión plantar, aplicada a clasificación de patrones, segmentación automática, análisis predictivo y soporte al diagnóstico.

El diagnóstico médico por imagen se enfrenta al desafío de la detección temprana y la cuantificación precisa de patologías sutiles o complejas. La Inteligencia Artificial (IA), particularmente a través del Aprendizaje Profundo (Deep Learning) y las técnicas de procesamiento de imágenes, se ha posicionado como una herramienta fundamental para optimizar este proceso.

La conferencia se basa en tres estudios interconectados que abordan diferentes retos en el análisis de imágenes médicas:

1. Clasificación de Fibrosis Pulmonar Post-COVID: Se implementó una Red Neuronal Convolucional (CNN) VGG16 para la clasificación automática de imágenes de Tomografía Computarizada (TC) de pacientes mexicanos con secuelas de COVID prolongado. El modelo fue optimizado mediante filtros de procesamiento de imágenes como Meijering y Roberts, logrando una precisión superior al 97% en la distinción entre pulmones con y sin signos de fibrosis pulmonar, especialmente cuando se combinó el filtro Meijering con una máscara pulmonar.
2. Segmentación Automática de Líquido Libre Peritoneal (LLP): Se desarrolló una herramienta completamente automatizada utilizando la arquitectura 3D U-Net para la segmentación de LLP en TC, un proceso que manualmente es tedioso y propenso a errores. La red neuronal demostró un sólido desempeño con un coeficiente de Dice de 0.79 y un índice IoU de 0.68. La segmentación automática se realiza en cuestión de milisegundos (aproximadamente 532 ms) ofreciendo información precisa sobre el volumen y la densidad, con una diferencia media de volumen respecto a la segmentación manual de solo 229 ml.
3. Detección Cuantitativa de Microhemorragias Cerebrales: Se propuso una técnica de detección cuantitativa de microhemorragias cerebrales en imágenes de Resonancia Magnética (RM) mediante la técnica SWI (Susceptibility Weighted Image), utilizando la Entropía de Shannon. Este método, que mide la incertidumbre en la distribución de la intensidad de los píxeles , permitió establecer un intervalo cuantitativo (de 3.8174 a 5.123, basado en una desviación estándar) para la posible detección temprana de microhemorragias.

Resultados y Discusión

Los resultados demuestran la capacidad de la IA para manejar la complejidad inherente a las imágenes médicas. La combinación de filtros y CNNs optimiza la clasificación de patologías pulmonares, mientras que la arquitectura 3D U-Net permite la cuantificación volumétrica rápida y precisa de fluidos, superando las limitaciones del cálculo manual. Por su parte, la aplicación de la Entropía de Shannon ofrece un enfoque cuantitativo novedoso para la detección de microlesiones, evitando sesgos de observación y siendo un paso importante hacia la detección temprana de enfermedades neurodegenerativas.

La ingeniería de tejidos requiere el desarrollo de biomateriales que integren propiedades estructurales, biológicas y funcionales que permitan su aplicación como andamios celulares en procesos de regeneración tisular. En este contexto, el uso de biopolímeros y biocerámicos obtenidos a partir de fuentes sustentables representa una estrategia relevante para el diseño de materiales avanzados con alto valor agregado.

El presente trabajo integra dos líneas de investigación orientadas al desarrollo y caracterización de biomateriales compuestos basados en quitosano, colágeno e hidroxiapatita, procesados tanto en forma de membranas como de hidrogeles biofabricados mediante impresión 3D.

Los resultados mostraron que las estructuras impresas presentan una morfología controlable, adecuada estabilidad estructural y un entorno favorable para la adhesión y proliferación celular, particularmente en diseños con mayor área de contacto.

En conjunto, los resultados demuestran el potencial de los biomateriales compuestos basados en quitosano, colágeno e hidroxiapatita para su aplicación como andamios celulares, así como la relevancia de integrar tecnologías de manufactura avanzada, como la impresión 3D, para el desarrollo de plataformas reproducibles, personalizables y sostenibles. Estos resultados contribuyen al avance de la tecnología aplicada a las ciencias de la salud, particularmente en el diseño de biomateriales para medicina regenerativa y biofabricación.

La luz se ha convertido en una de las herramientas más versátiles y poderosas en las ciencias de la salud, tanto para el diagnóstico como para el tratamiento de enfermedades. Desde técnicas de imagen médica y espectroscopía hasta terapias basadas en láser y fotocatálisis, la interacción entre la radiación electromagnética y los materiales biológicos es la base de numerosas tecnologías médicas emergentes.

En esta charla se presentan los principios físicos fundamentales que gobiernan la interacción de la luz con los sistemas biológicos, incluyendo fenómenos de absorbancia, transmitancia, dispersión, reflexión e inducción de reacciones fotoquímicas. A partir de estos conceptos, se revisan aplicaciones representativas en diagnóstico óptico, microscopía avanzada, terapias basadas en luz y óptica de la visión.

Las lentes intraoculares multifocales representan una de las aplicaciones más habituales de la óptica difractiva en medicina moderna. Estas lentes artificiales se implantan en el ojo para sustituir el cristalino tras una cirugía de cataratas o para corregir defectos refractivos asociados a la presbicia. Su objetivo es restaurar la capacidad de enfocar a distintas distancias, permitiendo al paciente recuperar simultáneamente visión lejana, intermedia y cercana.

El principio físico que sustenta la mayoría de estas lentes se basa en estructuras difractivas inspiradas en las placas zonales de Fresnel, compuestas por anillos concéntricos modulan la fase de la luz incidente. A diferencia de las lentes convencionales, que utilizan la refracción para concentrar la luz en un único foco, las estructuras difractivas aprovechan el carácter ondulatorio de la luz y la interferencia constructiva para generar múltiples focos asociados a distintos órdenes de difracción.

En las lentes intraoculares modernas se superpone un perfil difractivo (periódico a lo largo de la coordenada radial) sobre una base refractiva monofocal, de modo que el orden cero de difracción mantiene el foco de lejos mientras que la difracción genera los focos para visión cercana e intermedia.

Recientemente, el desarrollo de nuevos diseños de lentes difractivas aperiodicas ha ampliado las posibilidades de la óptica difractiva en oftalmología. En lugar de utilizar estructuras estrictamente periódicas, estos diseños modifican progresivamente la geometría, altura y sobre todo el espaciado de las zonas difractivas para redistribuir la energía luminosa entre varios focos y mejorar el rendimiento visual en diferentes condiciones de iluminación. Este enfoque permite crear lentes trifocales y de foco extendido, capaces de reducir algunos efectos secundarios característicos de los diseños multifocales tradicionales, como pérdida de agudeza visual y contraste entre los focos principales y halos alrededor de fuentes luminosas briilantes.

Esta ponencia presenta los fundamentos físicos que hacen posible estas tecnologías, mostrando cómo conceptos clásicos de la física de ondas se aplican al diseño de microestructuras ópticas avanzadas. El caso de las lentes intraoculares difractivas ilustra cómo la investigación en óptica puede traducirse en innovaciones tecnológicas pueden mejorar significativamente la calidad de vida de millones de personas.

Contenido

Adriana Martínez Hernándezestudióla carrera de Ingeniería Mecatrónica enlaFacultad de Ingeniería de la UNAM; posteriormente, ingresó a la Maestría en Ingeniería Eléctrica, en el campo disciplinario de Instrumentación, donde comenzó a estudiar los sensores inerciales y su aplicación en el análisis delmovimiento humano. En el 2018 ingresóal Doctorado en Ingeniería Eléctrica en el campo de Procesamiento Digital de Señales,durante el cual, en el Laboratorio de Bioinstrumentación y en la UIDT del ICAT, desarrolló un sistema basado en sensores inerciales que permite el seguimiento delmovimiento humano en tres dimensiones.

Al terminar el doctorado, realizóuna estancia posdoctoralen el mismo laboratorio paracontinuar su investigación en el área del análisis delmovimiento en personas conpadecimientos musculoesqueléticos. En el 2023 se incorporócomoAcadémica de Tiempo Completoal Instituto de Investigación Aplicada y Tecnología (InIAT) de la Universidad Iberoamericana, donde estáa cargo del laboratorio de Prótesis y Órtesis.

La investigación dela Dra. Martínez-Hernández se centra en el análisis del movimiento humano para identificar patrones en diferentes condiciones de salud, antes y después de una cirugía o de una enfermedad, así comoen el seguimiento de un proceso de rehabilitación. Su interésestá en el desarrollo de herramientas tecnológicaspara las áreas de rehabilitación y discapacidad,basadas en la cinemática del cuerpo humano, combinadas con señales biopotenciales y otros sensores, con el objetivo de dotar a clínicos yprofesionales médicos de sistemas que les ayuden en la evaluación de la movilidady en el desarrollo de las terapias. Para ella es importante brindar herramientas portátiles, asequibles y específicas para las condiciones clínicas de su país.

Israel Miguel estudió el doctorado en ingeniería mecánica con especialidad en Biomecánica en la Universidad de Manchester Inglaterra, Reino Unido. Desarrolló trabajos de investigación sobre el procesamiento de señales mioeléctricas, cinemática de las extremidades superiores del cuerpo humano y análisis de elemento finito de la articulación del codo. Israel estudió la maestría en diseño mecánico en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica campus Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional en la Ciudad de México. Durante los estudios de maestría se enfocó en temas de geometría fractal. Para los estudios de licenciatura, estudió ingeniería mecánica en ESIME campus Azcapotzalco del Instituto Politécnico Nacional en la Ciudad de México, donde trabajó sobre el diseño y análisis de recipientes a presión para almacenamiento de gas licuado del petróleo.

Actualmente Israel labora en el Centro de Innovación Aplicada en Tecnologías Competitivas CIATEC, A.C. y colabora en el desarrollo de proyectos de investigación y desarrollos tecnológicos dirigidos a mitigar los problemas del sector salud. Además, es profesor investigador de tiempo completo en el programa de Posgrado Interinstitucional en Ciencia y Tecnología (PICYT) y pertenece al Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores nivel I. Israel cuenta con diferentes publicaciones en revistas nacionales e internacionales del sector salud y del área de ingeniería.

Investigador y académico con más de 25 años de experiencia ininterrumpida en la Universidad de Guanajuato, especializado en Inteligencia Artificial, Minería de Datos y Reconocimiento de Patrones. Mi trabajo se centra en el desarrollo de soluciones algorítmicas de alto impacto, particularmente en el área de procesamiento de imágenes médicas y clasificación automática. Autor de más de 150 publicaciones científicas y poseedor de dos patentes concedidas. Liderazgo en la organización de eventos científicos de alto nivel, demostrando un compromiso continuo con el avance y la difusión de la ciencia y la tecnología. Dr. en Reconocimiento de Formas e Inteligencia Artificial por la Universidad Politécnica de Valencia, España. Miembro de la academia mexicana de ciencias, miembro del sistema nacional de investigadores nivel 2. Miembro del cuerpo académico consolidado de física aplicada y tecnologías avanzadas.

Es Ingeniera química, con maestría en Biotecnología, doctorado en Ingeniería bioquímica y una estancia posdoctoral en materiales. Sus trabajos de investigación están enfocados principalmente en el desarrollo de productos para la revalorización de desechos agroindustriales destacando el desarrollo de matrices poliméricas con aplicaciones en ingeniería de tejidos, textiles, ambientales y en alimentos. Cuenta con gran experiencia en la evaluación de actividad antioxidante, identificación y purificación de compuestos, evaluación de citotoxicidad in.vitro y desarrollo y evaluación de alimentos funcionales y nutraceúticos. Ha impartido conferencias en congresos nacionales e Internacionales, cuenta con artículos científicos y capítulos de libros publicados, una patente otorgada, dos procesos de solicitud de patente y dos de PCT´s. Ha sido directora del programa de Ingeniero en Biotecnología en distintas Universidades. Ha impartido asignaturas con más de 20 títulos en el área de Biotecnología y ha sido asesora de tesis en los niveles de licenciatura, maestría y doctorado. Tiene colaboraciones con centros de investigación y Universidades en México y el extranjero. Ha trabajado con proyectos en vinculación con empresas y fundaciones en búsqueda del desarrollo de nuevos productos. En el 2017 reconocida por el ITESM con la distención “Mujer tec” en la categoría “She4she” que se otorga a mujeres promotoras del talento femenino, empleadoras de mujeres y/o mentoras de mujeres. Tiene constante interacción con sistemas de emprendimiento e innovación, cuenta con un diplomado en Innovación y desarrollo de negocios (UdG), uno en bases de la economía social y solidaria (Ibero Puebla), uno en Biomateriales y ecodiseño (Ibero Puebla), uno más en tanatología (Ibero Puebla) y cursa el diplomado en Bioequivalencia por la UNAM. Fue Natgeo profesor en 2019, Juez en 2017 de la competencia de Talento e Innovación de las Américas (TIC Américas) organizada por la Young America Business Trust (YABT) y ha sido juez de la competencia de Biología Sintética iGEM desde el 2020. Es miembro de asociaciones como la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería (SMBB), la RED PDA´s de CONACYT, embajadora de Thought For Food , Society of materials. Actualmente es profesora de tiempo de la Universidad Iberoamericana en Puebla y miembro del Sistema Nacional de Investigadores nivel I.

Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por la Universidad Autónoma de Zacatecas (1993). Maestro en Ciencias (1995) y Doctor en Ciencias (1999) por el Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. (CIO).

Realizó una estancia predoctoral de investigación en la Corporación Polaroid (Massachusetts, EUA), así como un posdoctorado (2000–2001) y un año sabático (2008–2009) en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Es Profesor-Investigador del CIO desde 1999 y miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) desde ese mismo año, actualmente con Nivel II.

Cuenta con más de 30 artículos científicos con factor de impacto, citados más de 650 veces. Ha dirigido ocho proyectos financiados por instancias federales y estatales, impartido más de 40 cursos de licenciatura y posgrado, y supervisado 5 tesis de doctorado, 5 de maestría y 4 de licenciatura.

Ha participado como ponente invitado en tres congresos internacionales. Fue Director de Formación Académica del CIO (2020–2021) y actualmente se desempeña como Director de Investigación del CIO desde 2024.

El Dr. Walter D. Furlan (1960, Quilmes, Argentina) se doctoró en Física por la Universidad Nacional de La Plata en 1988. Tras completar su doctorado con una beca de investigación de la Comisión de Investigaciones Científicas (CIC, Argentina), en 1989 obtiene, por concurso de antecedentes, el ingreso a la carrera de Investigador Científico de la CIC como Investigador Asistente. En octubre de 1990 recibe una beca de post-doctoral del Ministerio de Educación español por dos años para trabajar bajo la dirección del Dr. Pedro Andrés en la Universidad de Valencia.

Fue profesor Asociado en la Universidad Politécnica de Valencia en el curso 1993-1994. En 1994 inicia su carrera docente en la Universidad de Valencia con un contrato de Prof. Ayudante. En la actualidad es Catedrático del área de Óptica en esta misma Universidad desde 2010.

Su labor investigadora se ha desarrollado en el ámbito de la Óptica en dos áreas diferenciadas.

En una primera etapa, continuando en la línea sus trabajos de su Tesis doctoral investigó sobre teoría y aplicaciones de los formalismos duales espacio-fase (Función de Distribución de Wigner, Función Ambigüedad, etc.) su trabajo se refleja en la coautoría de 25 trabajos publicados en revistas indexadas y un capítulo en el libro Phase-Space Optics: Fundamentals and Applications (McGraw Hill Professional, 2009).

En los últimos quince años sus trabajos de investigación se centran en focalización de haces luminosos y formación de imágenes por elementos ópticos difractivos con geometrías aperiódicas. La potencialidad de estos nuevos elementos en aplicaciones biomédicas y optométricas ha permitido obtener resultados innovadores especialmente en el desarrollo de lentes intraoculares y lentes de contacto multifocales. Es coautor de más de 90 trabajos indexados y 5 patentes en estos temas (3 de ellas con participación de empresas privadas). Para el desarrollo de su labor investigadora ha contado con la financiación económica de proyectos y/o contratos de investigación de forma continuada desde 1988, siendo el investigador principal en 10 oportunidades. La calidad del trabajo de investigación realizado está avalada por la repercusión que ha tenido en diversas revistas de difusión y divulgación científica: Optics & Photonics, Laser Focus Word y Optics & Laser Europe. Nature Photonics (en la sección Reseach Highlights). En la actualidad co-dirije el grupo de investigación interuniversitario en la UPV/UV "Diffractive Optics Group" (http://diog.webs.upv.es/), siendo el responsable de la sección UV.

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