Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Diseño de modelo físico de sistema circulatorio y corazón artificial simulado por computadora para estudios y desarrollos aplicables en cardiología(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-20) Bazalar Obregú, Jorge Luis; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLas enfermedades cardiovasculares (ECV) son actualmente una de las principales causas de fallecimientos en el mundo, debido principalmente a las cardiopatías coronarias y trastornos cardiovasculares. En el Perú, estas tienen una mayor letalidad debido a la precariedad en los servicios de salud. Es por ello que se vuelve crucial la implementación de instrumentos de estudio como simuladores por computadora o modelos físicos funcionales que sirvan para una mayor comprensión del funcionamiento del sistema circulatorio e incluso para la investigación y el desarrollo tecnológico en el campo de la ingeniería biomédica. En este trabajo se presenta el diseño de un modelo físico funcional del sistema circulatorio con corazón artificial simple, con capacidad de simulación de pacientes hipotéticos con enfermedades cardiovasculares, orientado a realizar estudios y desarrollos tecnológicos aplicables en cardiología. Este es gestionado haciendo uso de un software de monitoreo, con el cual se pueden modificar sus parámetros. Para validar el diseño, se presentan gráficas de presiones en distintos casos simulados tanto comunes como anómalos. Se plantea que este modelo físico, que incluye sensores, actuadores e interfaz con la computadora, sea capaz de configurar y gestionar las simulaciones. Además, incluirá características patológicas y no patológicas del sistema circulatorio en personas adultas, con un amplio rango de frecuencias de ritmo cardiaco entre 20 a 200 latidos por minuto y se medirá la presión en distintos puntos del sistema mediante circuitos electrónicos de instrumentación.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de un sistema de telemonitoreo en diabetes mellitus tipo 2 para el control y prevención en complicaciones de la enfermedad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-20) Ramos Bogarin, Karen Jasmin; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl presente trabajo tiene como principal objetivo diseñar un sistema de telemonitoreo de pacientes diabéticos tipo 2 para una mejor cobertura y adherencia del control de glucosa comparada con la actualmente existente. Además de analizar los procedimientos clínicos del control de diabetes para definir los requerimientos de diseño en el sistema de telemedicina, diseñar un aplicativo en el smartphone apropiado para realizar la transferencia de datos al médico encargado, diseñar un aplicativo para el doctor con capacidad de registro, gestión de alarmas y registro de datos como glucosa en sangre de los pacientes para el telemonitoreo y realizar pruebas de funcionamiento del sistema mediante la creación de cuentas de usuario simulando la interacción entre el doctor y el paciente. Este prototipo se realizará mediante el uso de un glucómetro comercial con Bluetooth, aplicativos para el paciente (un aplicativo del propio glucómetro que recibe la medición de glucosa del paciente y la almacena y otro aplicativo de creación propia que envía un informe generado por el primer aplicativo de la glucosa en sangre del paciente en el tiempo, es decir, dos semanas o un mes según lo solicite el médico encargado) y un aplicativo para el doctor que gestione y analice los datos del paciente mediante estadísticas y alarmas, este aplicativo es el mismo creado para el paciente pero con una creación única de usuario para el médico encargado. Así mismo, se plantea gestionar a 10 pacientes simulados para las pruebas. Tras esto se realizan pruebas de funcionamiento del glucómetro con el smartphone, se analizan y muestran los resultados de la interacción entre el paciente y el médico simulados, el funcionamiento del software, la generación de alertas y pruebas integrales del sistema donde se concluye en el correcto funcionamiento y cumplimiento de objetivos.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un ventilador mecánico de presión negativa tipo coraza para el tratamiento de las enfermedades pulmonares obstructivas crónicas en personas adultas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-04) Venturo Ascasibar, Marcos Alexander; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLa presente investigación se centró en el desarrollo de un ventilador mecánico de presión negativa no invasivo tipo coraza, para el tratamiento de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) en adultos. Este dispositivo se diseñó mediante simulaciones basadas en modelos matemáticos y la selección de componentes electrónicos y mecánicos. Su funcionamiento se basa en suministrar una fuerza de succión al tórax a través de una coraza conectada a este. El actuador, como un motor o compresor, proporciona esta fuerza para expandir y contraer el tórax y el diafragma durante el ciclo respiratorio. La necesidad de diseñar este tipo de ventilador mecánico surge debido a las carencias en el equipamiento de las instalaciones de atención médica y los altos costos de los tratamientos para enfermedades respiratorias, que se hicieron evidentes durante la pandemia de COVID-19. Este modelo es capaz de generar una presión entre los 20 y – 20 cmH2O, con una frecuencia respiratoria entre los 25 y 35 rpm para su uso en pacientes con EPOC que requieran de una terapia no invasiva con una coraza. Se empleo la metodología VDI 2206, la cual indica las pautas para el desarrollo de proyectos mecatrónicos. Se hizo un análisis de las problemáticas para requerir un ventilador a presión negativa y las tecnologías existentes actualmente. Además, se explica los fundamentos de la mecánica respiratoria y la tecnología de los ventiladores mecánicos. En base a lo anterior, y junto a la lista de requerimientos se determinó que la alternativa más viable era usar un motor junto a un impeller, controlado por un microcontrolador y que se pueda interactuar con una pantalla táctil. Posteriormente, se realiza el diseño electrónico con la selección de componentes; el diseño mecánico con la elaboración del impeller y de control para obtener un modelo matemático de todo el sistema. Finalmente, se procede realizar la simulación mediante software del modelamiento matemático, el diseño en 3D del sistema mecatrónico y el control PID de la presión generada, para luego evaluar la viabilidad económica de la fabricación y el costo de los componentes seleccionados.Ítem Texto completo enlazado 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 AlbertoEl 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).Ítem Texto completo enlazado Estudio del funcionamiento y diseño de detectores ópticos de partículas para equipos automatizados de pruebas de eficiencia de filtrado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-17) Ipanaque Pineda, Enzo Fernando; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLa actual pandemia de la Covid-19 ha puesto al Perú, un país que no se encontraba preparado para un evento de esta magnitud, en una posición poco favorable. En el ámbito de salud se ha visto el uso de respiradores faciales como una opción para evitar el contagio masivo. Sin embargo, los medios que se tienen a nivel local para asegurar la calidad de estos insumos son poco eficaces. Es por esto por lo que en la presenta investigación se ha optado por indagar en tecnologías que permitan la rápida clasificación por medio de pruebas de estos equipos de protección. Se investigó acerca de la actualidad de equipos automatizados de pruebas de eficiencia de filtrado y de tecnologías subyacentes de estos equipos y la actualidad de estas. Además, se indagó específicamente el funcionamiento de los detectores de partículas como una de las partes fundamentales de estos sistemas. Es así como se logró identificar los avances tecnológicos en equipos de pruebas de eficiencia de filtrado. Estas innovaciones tienen como objetivo mejorar la precisión de los instrumentos y poder llevarlos a ser utilizados en ensayos que contengan partículas más pequeñas, que pudieran asemejar el tamaño de virus. Otra innovación remarcable es la del uso de equipos para la simulación de la respiración humana y así poder someter al respirador facial a pruebas más cercanas a la realidad. Los resultados de esta investigación lograron recabar la información necesaria para iniciar el diseño de un equipo que permita detectar partículas en el medio. Añadido a esto, se logró identificar las mejores alternativas entre las distintas opciones que se encontraron para el desarrollo de este equipo basándose en la complejidad de estas y en la capacidad que tienen para cumplir el objetivo del equipo.Ítem Texto completo enlazado Diseño de dispositivo médico para la aplicación automática de la prueba de estrés térmico en diagnóstico preventivo de pie diabético(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-24) Tardillo Martínez, Arlette Gineth; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl proyecto “StandUp” (Smartphone Thermal ANalysis for Diabetic foot Ulcer Prevention and treatment) del programa de proyectos de la Comisión Europea H2020 viene desarrollando una investigación acerca de la prueba de estrés térmico aplicada en las personas con pie diabético. La presente tesis, la cual tiene una relación colateral con el proyecto mencionado, desarrolla el diseño de un dispositivo médico para la aplicación automática de la prueba de estrés térmico en el diagnóstico preventivo del pie diabético. Esta prueba aún no se ha aplicado a este tipo de diagnósticos, pero constituye un gran potencial de análisis térmico funcional, según sus aplicaciones en otras partes del cuerpo, que pueden ser usadas para detectar las zonas en riesgo de ulceración en pacientes, principalmente para evaluar la neuropatía y los trastornos vascular periféricos en la planta del pie. La prueba consiste en sumergir los pies del paciente con diabetes en agua fría (aproximadamente 15 °C) durante 1 a 2 minutos para luego analizar la recuperación de su temperatura inicial tomando imágenes térmicas cada minuto durante 10 minutos con ayuda de una cámara térmica. Las experiencias desarrolladas en el transcurso del proyecto “StandUp” dieron a conocer que, al realizar la prueba de estrés térmico, los pacientes realizan una serie de movimientos que son incómodos; tales como, echarse en la camilla y sentarse repetitivamente, que pueden afectar su salud. Además, el proceso no es muy higiénico por el uso de agua en grandes cantidades ocasionando salpicaduras en el lugar de trabajo. El objetivo de automatizar todo el proceso es que estos problemas desaparezcan. La tesis propone un sistema de control de temperatura mediante el modelamiento matemático de la celda Peltier y simulación en computadora. Además, se modela la planta del sistema correspondiente al ambiente dentro del dispositivo donde se enfriarán los pies. Posteriormente, se diseña y se plantean los requerimientos que debe cumplir el controlador utilizando el método del lugar geométrico de raíces, lo cual lleva a escoger un controlador PI. Asimismo, se analiza la elección de los componentes tales como sensor de temperatura, controlador, panel de activación de secuencias y cámara infrarroja, que conforman el dispositivo para su correcto funcionamiento. Como resultado se obtiene un dispositivo capaz de enfriar temporalmente los pies y obtener imágenes térmicas secuenciales durante el tiempo de recuperación de temperatura. Por otro lado, se logra una propuesta de diseño de la parte física que tiene como característica ser ergonómico para los especialistas y pacientes y ser no invasivo.Ítem Texto completo enlazado 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 AlbertoCon 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.Ítem Texto completo enlazado Diseño e implementación de un dispositivo de estimulación eléctrica funcional inalámbrico para la corrección del síndrome del pie caído(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-15) Guerrero Guzmán, Juan José; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl síndrome del pie caído es un trastorno de la marcha de origen neurológico en el cual una persona no puede realizar el movimiento de dorsiflexión del pie lo cual tiene como consecuencia el desarrollo de marchas patológicas que afectan directamente la integridad física de las personas al ser potenciales fuentes de lesiones. Los métodos de tratamiento para la corrección de este trastorno contemplan desde el uso de órtesis, dispositivos de estimulación eléctrica superficial y dispositivos de estimulación eléctrica implantables. Sin embargo, dado el elevado costo de estos equipos son muy poco utilizados en terapias de rehabilitación en el Perú. En el presente trabajo de tesis se diseña e implementa un prototipo de dispositivo de estimulación eléctrica funcional para la corrección del síndrome del pie caído que permite programar los parámetros de estimulación de acuerdo a la necesidad de cada paciente. El desarrollo del prototipo consta de dos módulos: el módulo de sensores de activación, compuesto por sensores FSR, y el módulo electroestimulador encargado de generar y enviar los impulsos eléctricos. En los primeros capítulos se aborda la problemática general del síndrome del pie caído y se mencionan los fundamentos relacionados con este síndrome así como las características de la técnica de estimulación eléctrica funcional. Posteriormente, se detalla el diseño del dispositivo y se describen los módulos que lo conforman así como las etapas involucradas en los mismos. Finalmente, se realizaron pruebas con el prototipo desarrollado con el fin de verificar el cumplimiento de los objetivos establecidos.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un exoesqueleto de mano basado en músculos activos artificiales (EAP) de dos dedos para ayuda en la vida diaria(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-07-07) Corman Armas, José Jhonatan; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLas principales enfermedades causantes de disfunción motora son los trastornos neurológicos, los cuales comprenden desde la epilepsia, esclerosis múltiple, Alzheimer, accidentes cerebros vasculares hasta dolor de cabeza. La pérdida total o parcial de la autonomía de la mano es el resultado más frecuente. Esto ocasiona en la persona la incapacidad para realizar sus tareas de forma independiente afectando tanto su vida como su autoestima. Los primeros dispositivos de ayuda en la vida diaria fueron los dispositivos netamente mecánicos, en donde encontramos cucharas, tenedores, cuchillos especiales entre otros, luego con la aparición de la electrónica los dispositivos evolucionaron hasta convertirse en prótesis o exoesqueletos cada vez más sofisticadas. Entre las prótesis más sofisticadas se encuentran las capaces de simular los movimientos, velocidad y fuerza de una mano real; sin embargo, debido a su alto costo son muy poco usados en el Perú. La presente tesis tiene como objetivo principal el diseño en una versión primaria de exoesqueleto de mano basado en músculo activo artificial (Flexinol) con dos dedos para la ayuda en la vida diaria. Como objetivos específicos se estudiaron la biomecánica de la mano, se analizó el uso del Flexinol, se implementó una mano impresa en 3D y se diseñó el sistema eléctrico y electrónico para el control del Flexinol con pruebas de movimientos y funciones básicas. En el prototipo, se utilizaron técnicas de ahorro de corriente como PWM para excitar al Flexinol; además, del uso de mosfets en lugar de transistores obteniendo un consumo total entre 500-700 mA. Por otro lado, el control de la planta permitió reproducir los movimientos de abducción y aducción de una mano real con una precisión de 2 grados sexagesimales. Por último, el prototipo obtenido es de bajo costo y peso con la finalidad de estar al alcance de todas las personas.Ítem Texto completo enlazado Diseño conceptual de sistema integrado para pasteurizado de leche materna en el Instituto Nacional Materno Perinatal(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-23) Benites Carty, Humberto; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl presente asunto de estudio contempla el diseño de un sistema integrado para el pasteurizado de la leche materna en el Banco de Leche Humana del Instituto Nacional Materno Perinatal. Actualmente, el procesamiento de la leche materna se realiza con la ayuda de tres equipos que funcionan de manera secuencial. El proceso que se sigue es conocido como pasteurización tipo Holder, el cual se caracteriza por someter a la leche materna a una temperatura de 62.5°C durante 30 minutos para después enfriarla rápidamente en menos de 15 minutos generando un cambio brusco en la temperatura que anula la acción de microorganismos que podrían dañar la salud de los neonatos. El desarrollo de esta tesis propone un sistema de control mediante modelamiento matemático y simulación en computadora. Para el diseño del sistema de pasteurizado, se realiza previamente un modelamiento matemático de los actuadores en conjunto con la planta. Para la etapa de precalentamiento y pasteurización se modela la resistencia eléctrica de inmersión en conjunto con el tanque que almacena los frascos de leche materna empleando ecuaciones diferenciales a partir de las leyes físicas del proceso, mientras que para la etapa de enfriamiento rápido se modela la celda peltier empleando equivalencias eléctricas a fenómenos térmicos que suceden en este dispositivo. Posteriormente, se diseña el controlador para cada etapa utilizando el método del lugar geométrico de raíces. Se plantean los requerimientos que debe cumplir el controlador a diseñar, lo cual lleva a elegir un controlador PI que es evaluado para tres valores del factor de amortiguamiento. Con el valor adecuado se hacen las simulaciones y se identifican los nuevos tiempos para cada etapa del proceso. Como resultado se obtiene un proceso optimizado del pasteurizado de leche materna junto con una alternativa de refrigeración eficiente y una propuesta física de pasteurización diferente a la utilizada en el Banco de Leche Humana del Instituto Nacional Materno Perinatal.