El equipo de investigación Aorus Eye, integrado por estudiantes de Ingeniería Biomédica de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y la Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH), ha diseñado y construido un retinógrafo portátil para la detección temprana de glaucoma, que permitirá brindar un tratamiento oportuno con la finalidad de mejorar el pronóstico visual de la enfermedad y evitar la progresión hacia la ceguera.
En el mundo, más de 80 millones de personas padecen de glaucoma, un grupo de enfermedades oculares que dañan el nervio óptico, lo que puede causar pérdida de visión y ceguera. Aunque el glaucoma constituye la segunda causa de ceguera en el Perú y el mundo, más del 50% de personas no sabe que lo padece porque no suele presentar síntomas.
Ante esta problemática, el equipo de investigación desarrolló el prototipo de un retinógrafo portátil, el cual fue exhibido el 18 de diciembre de 2024 en la expoferia tecnológica XpoSTEM, organizada por la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) en la sede del Open PUCP, un ecosistema de innovación y emprendimiento ubicado en el quinto piso del centro comercial Plaza San Miguel, en el distrito limeño de San Miguel.
En entrevista con la
Agencia Andina,
María José Jaico Román, estudiante de Ingeniería Biomédica y líder del proyecto Aorus Eye, explicó que la idea de este dispositivo portátil, fabricado con tecnología de
impresión 3D, surgió como una necesidad ante la falta de acceso de equipamiento profesional y especialistas en zonas rurales que realicen pruebas de descarte de
glaucoma.
A diferencia de los retinógrafos comerciales, este prototipo destaca por su diseño portable, seguro, económico, de fácil uso y con aplicaciones de telemedicina, manteniendo un alto nivel de precisión diagnóstica.
“A partir de la imagen del fondo de ojo, nuestro retinógrafo portátil permite enviarle esto al especialista en el área, quien, con los parámetros que le damos a partir de la foto, puede diagnosticar si la persona tiene un glaucoma”, explicó Jaico. "Luego, esta información se devuelve al usuario y se le informa si el que tiene no la enfermedad. De esta forma estamos agilizando la telemedicina, pues el paciente no necesita tener un especialista al lado o contar con tecnología de alta gama, ya que el dispositivo estaría costando aproximadamente 320 soles, lo cual es mucho más económico que muchos retinógrafos comerciales”, detalló la líder del proyecto.
En busca de más pruebas de validación
El prototipo nació en las aulas de la PUCP y la UPCH como parte del curso
Proyectos de Biodiseño 2, correspondiente al séptimo ciclo de la carrera de
Ingeniería Biomédica. Allí se trabajó en colaboración con el
Instituto Nacional de Oftalmología (INO) para desarrollar proyectos enfocados en la detección temprana del glaucoma.
A la fecha, las pruebas de validación del dispositivo se han realizado con algunos pacientes del INO y, principalmente, con un modelo realista de ojo artificial cuyo nivel de dilatación es regulable.
No obstante, el equipo estudiantil busca optimizar la funcionalidad de su prototipo trabajando, en un futuro, en la Ciudadela de Salud Infantil Virgen de Vidawasi, ubicada en la provincia cusqueña de Urubamba, donde buscará reforzar su base de datos mediante la recolección de fotografías digitales de personas con la pupila dilatada.
“El principal resultado que hemos obtenido es que para trabajar con este dispositivo realmente se necesita dilatar el ojo para poder tomar la foto. Esto es algo que requiere permiso de ética y por lo cual vamos a seguir todavía investigando para poder obtenerlo. Eso no es difícil, pero requiere tiempo y tiene que ser aprobado por el comité de ética. Uno envía el informe, se dan correcciones, se van haciendo ajustes y tienen que aprobarlo en un periodo de más o menos tres meses”, indicó Jaico.
En ese sentido, la líder del equipo reconoció que la principal limitación de la versión actual de su prototipo es que requiere de un alto grado de dilatación del ojo humano, según lo observado en las pruebas realizadas con el ojo artificial. “Al configurar nuestro ojo artificial con la mayor dilatación, que es de 8, se puede observar una muy buena foto, pero cuando tiene menor dilatación casi no se puede acceder al fondo de ojo, entonces nosotros necesitamos una foto de alta calidad, que requiere un ojo bien dilatado”, afirmó.
¿Cómo funciona el dispositivo?
Para usar este dispositivo portátil con personas, primero se debe suministrar en los ojos del paciente gotas de tropicamida, un medicamento en forma de colirio que se usa bajo supervisión médica para dilatar la pupila y paralizar el músculo del ojo, lo que permite obtener una imagen detallada de las partes más profundas del ojo.
Una vez dilatada su pupila, el paciente deberá acomodar su ojo en un molde del retinógrafo, impreso en 3D con filamento PLA, a través del cual será fotografiado por la cámara de un celular ajustado en un soporte instalado al otro extremo del tubo del dispositivo, que dispone en su interior de un arreglo de luces LED y un regulador de distancia del lente.
A partir de las imágenes del fondo de ojo recopiladas por el retinógrafo y procesadas luego por la
inteligencia artificial, el equipo estudiantil elabora reportes médicos del paciente, que son enviados en formato PDF a una página web mediante un aplicativo móvil para su posterior revisión por un especialista, quien brinda su diagnóstico a partir de los parámetros establecidos por el equipo.
Esta página web funciona como una base de datos que almacena los reportes enviados desde la aplicación, los cuales son de carácter confidencial y solo pueden ser revisados por el médico. “La página web contiene los datos del paciente, las imágenes del fondo de ojo, la obtención de la guía y un apartado para que el especialista coloque el diagnóstico del paciente, así como una recomendación de si debe ir de frente al médico o no. Ahí mismo también puede revisar si ha tenido reportes”, explicó Ronald Paricanaza Bravo, responsable del área electrónica del proyecto.
Mejoras a largo plazo
El retinógrafo portátil consta de tres módulos principales: una batería de litio, un módulo electrónico de carga y descarga SM5308 (de 5 voltios), y un microcontrolador ESP32 con Wi-Fi y Bluetooth integrado, diseñado para dispositivos IoT, que se encarga de la programación de los botones y de las pequeñas luces LED tipo SMD.
Por medio de la tecnología bluetooth, el retinógrafo puede conectarse al celular para que su operador tome fotografías digitales de la retina o fondo de ojo del paciente presionando un botón del aparato oftalmológico. “El retinógrafo tiene otros dos botones que sirven para bajar y subir la intensidad de las luces LED que tiene implementadas. Las luces LED rojas sirven para hacer un sistema de navegación, es decir, para tomar lectura del ojo; mientras que los leds blancos actúan como flash y son más rápidos que la cámara, de modo que sorprenda al ojo para que no se cierre y sea más fácil tomar las fotos del fondo”, explicó Paricanaza.
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Una de las principales características del retinógrafo es su capacidad para segmentar las imágenes del fondo de ojo e identificar de manera automática tanto el disco óptico, que representa la entrada del nervio óptico, como la copa óptica, una depresión céntrica de tamaño irregular que reside en el disco.
Esta función del dispositivo es posible gracias a su conexión con los servicios de Amazon Web Services (AWS) y el modelo de inteligencia artificial Dynamic Cognitive Network (DC Net), propuesto en un artículo académico de 2020. Este modelo se centra en la adaptación de redes cognitivas dinámicas para mejorar las capacidades de la IA.
A partir de este procedimiento se obtienen
tres parámetros clave utilizados en oftalmología y optometría para evaluar la progresión del glaucoma:
relación copa óptica-disco óptico (a menudo denominada CDR),
región nasal terminal (inferior y superior)
y borde neurorretiniano (tejido ubicado entre el borde la copa y el disco).
“En la relación copa-disco, cuando hay una excavación mayor al 40% la persona tiene glaucoma. También se puede ver la región nasal terminal inferior y superior, que tiene un orden establecido en personas normales, pero cuando este orden varía también es índice de glaucoma. Por último, se puede ver si un borde neurorretiniano muy delgado, que también indica que tiene glaucoma”, detalló Jaico.
Las imágenes son almacenadas en Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), un servicio de almacenamiento de objetos que ofrece escalabilidad, disponibilidad de datos, seguridad y rendimiento líderes en el sector. En tanto, para la recolección de imágenes y procesamiento mediante código de aprendizaje profundo (Deep learning) se trabaja con Amazon SageMaker, un servicio de AWS que permite a los desarrolladores y científicos de datos crear, entrenar e implementar modelos de aprendizaje automático (ML)
Un horizonte de posibilidades en el campo de la IA
Aunque, por ahora, el uso de la IA en el retinógrafo se limita únicamente a la segmentación de imágenes, más adelante el equipo planea optimizar la aplicación de esta tecnología para que sea capaz de efectuar el diagnóstico del
glaucoma de forma célere y precisa a partir de las tres variables antes mencionadas.
“Una vez obtenidos los permisos de ética para poder dilatar y después poder hacer la toma de fotos campañas para poner la mayor cantidad de fotos ya que se requieren bastante para poder entrenar a una inteligencia artificial y de ahí aplicarlo al modelo subirlo a la página web subirlo conectarlo con la aplicación y que funcione de manera automática”, resaltó Jaico.
Otros cambios que el equipo espera efectuar en el diseño del prototipo, sin alterar su portabilidad y fácil uso, incluyen la implementación de una luz infrarroja, que sirve para medir y corregir las aberraciones del ojo, así como una cámara de fondo de ojo no midiátrica, que permite tomar imágenes de la retina y, en general, del fondo de ojo, sin necesidad de dilatar previamente la pupila.
“Así ya requerirá tropicamida y será mucho más accesible para todos, ya que a veces al utilizar la tropicamida se puede inducir al glaucoma si la persona tiene ángulo abierto, entonces también hay que tener cuidado con eso”, comentó Jaico.
Finalmente, Parinacaza resaltó que, una vez completadas las mejoras correspondientes, el retinógrafo portátil no solo serviría como objeto de investigación para futuras tesis universitarias, sino que también podría postularse a diferentes fondos concursables que permitan al equipo seguir financiando su desarrollo con miras a un posible escalamiento del producto.
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