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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
UNIDAD MIXTA CENTRO DE ENSEÑANZA Y
ADIESTRAMIENTO QUIRURGICO PROCESO BIOINFORMÁTICO
DESARROLLADO A LA BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA
(MIEMBROS INFERIORES) REALIZADOR
DEL PROYECTO
ING. LUIS ERICK HÍJAR VÁZQUEZ
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PROCESO BIOINFORMÁTICO DESARROLLADO A LA
BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
INTRODUCCIÓN   La Realidad Virtual es una
tecnología que puede ser aplicada en cualquier
campo, como la educación, gestión,
telecomunicaciones, juegos, entrenamiento
militar, procesos industriales, trabajo a
distancia, consulta de información, marketing,
turismo, medicina, etc. Una de las principales
aplicaciones actuales es en la Medicina. La
representación de modelos tridimensionales
constituye un recurso de gran utilidad en el
análisis y comprensión de estructuras complejas
en el campo de la anatomía humana favoreciéndola
aún mas con el avance tecnológico que hay en
cuanto al procesamiento de adquisición de
imágenes como es la TAC y el desarrollo de nuevas
herramientas de visualización de datos que nos
permiten realizar reconstrucciones cada vez más
complejas y de mayor peso, dando modelos en 3D
con mayor precisión anatómica.
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PROCESO BIOINFORMÁTICO DESARROLLADO A LA
BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
Uno de los problemas que se presentan en la
búsqueda de información relacionada a la
biomecánica articular humana es la escasa
información y no adecuada comprensión, existe
material que muestra burdamente los movimientos
que se presentan en el sistema locomotor humano
indicando los grados de libertad de cada
articulación, los movimientos naturales y
esenciales que realizan los mismos simples,
comunes y cotidianos, las imágenes disponibles se
encuentran en dos dimensiones.   El proceso
bioinformático que hemos desarrollado para
visualizar dicha biomecánica esta estructurado en
realizar un modelo tridimensional.
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PROCESO BIOINFORMÁTICO DESARROLLADO A LA
BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
METODOLOGÍA  La representación bidimensional de
una imagen se denomina matriz esta se define
como un conjunto ordenado en una estructura de
filas y columnas. Los elementos de este conjunto
pueden ser objetos matemáticos de muy variados
tipos, aunque de forma particular, A una matriz
con m filas y n columnas se le denomina matriz
m-por-n (escrito mn), y a m y n dimensiones de
la matriz. Las dimensiones de una matriz siempre
se dan con el número de filas primero y el número
de columnas después. Comúnmente se dice que una
matriz m-por-n tiene un orden de m n ("orden"
tiene el significado de tamaño).    Para definir
una matriz A m n con cada entrada en la matriz
Ai,j llamada aij para todo 1 i m y 1 j
n.  
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Se empleo un modelo anatómico real de miembros
inferiores, los cuales se procesaron a través de
(TAC), con las características especificadas para
realizar el barrido de imágenes con un corte
predeterminado de 0.6mm en un tomógrafo de 16
censores, estas especificaciones permiten tener
una pila de datos mostrando rebanadas del modelo
establecido conteniendo los detalles de cada
hueso que conforma a los miembros inferiores El
tomógrafo computarizado recopila la información
de un sistema o de un cuerpo determinado en este
caso el de los huesos de los miembros
inferiores. La imagen se forma gracias a que
cada valor de atenuación tiene un tono de gris
diferente en cada escala preestablecida.
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PROCESO BIOINFORMÁTICO DESARROLLADO A LA
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(MIEMBROS INFERIORES)
Realizando el procesamiento digital de las
imágenes médicas se aplicaron análisis numéricos
para eliminar los elementos que no se requerían
para la visualización y la reconstrucción que
permite la obtención del modelo a través de
mascaras diseñadas para limitar el objeto a
reconstruir. Teniendo como resultante la imagen
que deseamos reconstruir, se realizan las
visualizaciones correspondientes a través del
software visualizador que aplica las técnicas de
visualización científica.
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BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
Usando algoritmos de visualización, y separando
cada uno de lo huesos se procedió a ensamblar el
modelo que ejemplificaría la biomecánica humana,
para ello se empleo software Maya 8.5,
desarrollado por Autodesk, utilizado para
modelación en 3D el cual permitió estructurar a
través de un modelo jerárquico la relación que
tendría cada uno de los huesos y como es que se
deberían de ir moviendo con respecto a las normas
biológicas permitiendo desarrollar un esqueleto
que se conoce como esqueleto de animación, o
animación por huesos, esto da pie a establecer la
técnica de animación adecuada.
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La animación directa se fundamenta en el
esqueleto de animación que se crea a cierto
sistema, el cual realizara una actividad a
visualizarse, este mismo plantea que se ensamble
un esqueleto en el interior del sistema mediante
un JOINT que conjunta a cada hueso permitiendo
movilidad a través de un sistema jerárquico
mediante el método de emparentar
geometrías.  Este método sistematiza
adecuadamente al modelo a visualizar permitiendo
la animación libre.
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(MIEMBROS INFERIORES)
Se requiere de programación estructural ya que
hay que determinar los límites de movilidad de
cada uno de los JOINT los cuales dependen de
variables que permiten la visualización
específica del movimiento, estas variables se
estudiaron previamente en la bibliografía que
ilustra los limites y las variables involucradas
en dichos movimientos, la que permitió una
comprensión adecuada de la biomecánica que se
desarrolla en el sistema de los miembros
inferiores. Para realizar la visualización en
tercera dimensión de inmersión se uso el software
visualizador Amira 4.0 desarrollado por Visage
Imaging empleado para visualizaciones
científicas, este sistema lo usan en la sala de
Realidad Virtual Inmersiva Ixtli. Este opera de
la siguiente forma.
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PROCESAMINETO La supercomputadora gráfica Onyx
350 de SGI, donde se procesa la Información
gráfica desplegada en la pantalla, está ubicada
en la sala de supercómputo a unos 15 metros de
distancia, en óptimas condiciones. INMERSIÓN
La inmersión visual se obtiene mediante la
combinación de los proyectores, la pantalla, los
lentes estereoscópicos y la ambientación oscura.
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Tres proyectores Christie Digital ubicados en el
techo, envían las imágenes a la pantalla para
integrar una sola con una resolución de 3840 x
1024 pixeles. La pantalla es curva y mide 2.55 m
de altura por 8.90 m de arco, cubriendo un ángulo
de 140 grados. La curvatura aumenta mucho la
inmersión en la imagen al hacerla envolvente,
criterio fundamental para las áreas que se
retroalimentan por el aspecto sensorial. El
acabado de la pantalla tiene propiedades
especiales para reflejar la luz de manera
uniforme, sin puntos de brillo. Se escogió un
sistema de estereoscopía activa, con lentes
sincronizados a la computadora mediante tres
emisores ubicados en la parte inferior media de
la pantalla y en los laterales superiores.
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BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
La estereoscopía activa presenta una calidad de
profundidad mucho mayor que la estereoscopía
pasiva. La inmersión auditiva es lograda por un
sistema de sonido envolvente 5.1, es decir, cinco
bocinas y un subwofer ubicados alrededor de la
sala. Este sistema de sonido permite combinar
espacio visual con espacio auditivo. Es
totalmente independiente del sistema de sonido
empleado para reforzar la voz de los
conferencistas. Este software empleado en la sala
de realidad virtual también es compatible en
cualquier PC que cuente con la plataforma
siguiente Windows 2000/XP/Vista, 32-bit y 64-bit
editions (AMD64 e Intel EMT64).
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(MIEMBROS INFERIORES)
Las imágenes digitales en formato DICOM
permitieron su procesamiento aritmético en forma
matricial, para obtener lo necesario de cada
imagen, estas mismas se apilaron en paquetes que
fueron traducidas por el software Amira el cual
permitió visualizar si la operación aritmética
cumplió con su objetivo que fue obtener los
miembros inferiores. Exportados subsecuentemente
al software modelador Maya, se pudo construir el
modelo esqueletal interno, es fue realizado con
puntos donde se unían los huesos en el cual se
presentaba el movimiento deseado y armado el
sistema esqueletal se procedió a programar cada
uno de estos puntos llamados JOINT, realizando su
animación para exportarlo al software
visualizador en el cual se realizaron diferentes
pruebas para determinar si cumplía con el modelo
real Biomecánica Articular en Miembros
Inferiores Para este trabajo se empleo la
bibliografía existente en la cual se indica.  
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(MIEMBROS INFERIORES)
La biomecánica del sistema músculo esquelético
requiere un buen entendimiento dela mecánica
básica terminología y los conceptos básicos de la
mecánica y la física se utilizan para describir
las fuerzas internas del cuerpo humano. El
objetivo de estudiar estas es comprender la
condición de carga de tejidos blandos y sus
respuestas mecánicas BIOMECÁNICA DE LAS
ARTICULACIONES La cinemática define el rango de
movimiento y describe el movimiento de superficie
de una articulación en tres planos frontal
(coronal o longitudinal), sagital y transversal
(horizontal) las mediciones clínicas del rango de
movimiento articular definen la posición
anatómica como una posición cero para la medición
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(MIEMBROS INFERIORES)
RESULTADOS  Se obtuvo el modelo tridimensional el
cual esta a disposición de quien lo solicite, que
visualiza la biomecánica articular de los
miembros inferiores de manera clara y
precisa.  Mediante las técnicas empleadas en el
procesamiento bionformatico se pude observar que
este procedimiento permitió la visualización de
los miembros inferiores a través de las técnicas
de procesamiento de imágenes digitales y de
algoritmos matemáticos, como los establecidos
para la eliminación de los elementos no deseados
en las imágenes procesadas.
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BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
Puede ser aplicado a cualquier sistema medico que
se requiera para visualizar una patología
determinada en cualquier órgano, esto da pie al
crecimiento de tecnología que permitirá
diagnosticar y determinar padecimientos más
específicos. Recordando que se deben de cumplir
con dada uno de los requisitos mínimos que se
establecieron en la metodología como el valor de
corte en cada imagen el número de censores del
tomógrafo el software visualizador y de modelado
en 3D así como el formato en que serán procesadas
las imágenes digitales.
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(MIEMBROS INFERIORES)
Con la información obtenida de la biomecánica
articular se puede indicar que los antecedentes
mecánicos permitieron entender como es que se
presentan los vectores fuerza y momento estos
vectores se analizaron mediante los diagramas de
cuerpo libre que ilustraban el movimiento
articular y los vectores que se presentan para
realizar este movimiento apegándose a los modelos
reales existentes determinando los grados de
libertad, estos se obtuvieron con las
herramientas de computo empleadas en la
metodología y descritas en la misma
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BIOMECÁNICA ARTICULAR HUMANA

(MIEMBROS INFERIORES)
CONCLUSIÓN Se establece que la tecnología
aplicada en el procesamiento de imágenes medicas
es aplicable en cualquier sistema medico el cual
permite comprender, forma tamaño de sistemas
médicos, permitiendo desarrollar herramientas de
mayor utilidad para la medicina, se planteo esta
metodología para un sistema en especifico pero se
observa que los de mas sistemas también se
acoplan a dichas especificaciones, esto permite
desarrollo tecnológico el cual introducirá los
fundamentos en el crecimiento de técnicas
quirúrgicas, de enseñanza y diagnostico Como
simuladores quirúrgicos, los cuales funcionaran
como modelos virtuales en los cuales se simularan
situaciones reales y no se practica en cadáveres
en los cuales no se sabe si se aplico bien el
tratamiento, o en otro ser vivo que no se
comporte similar a un ser humano real
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(MIEMBROS INFERIORES)
DIAGNÓSTICOS MÁS EFICIENTES Crear una unidad de
imagenología que permita exhibir hasta los más
mínimos detalles patológicos que afecten al ser
humano, sin tener que realizar procedimientos de
mayor invasión dañando sistemas sanos y
reduciendo procesos innecesarios. Determinado un
diseño estructurado para un sistema de salud que
permitirá un crecimiento en la calidad de
vida. Conjuntando estos elementos se puede
establecer que los modelos virtuales de inmersión
permiten el desarrollo de sectores donde no se
creían explorables en áreas como la medicina y
esto permitirá a futuras generaciones proseguir o
mejora los métodos establecidos para desarrollo
de nuevas tecnologías.