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INSTITUTO NACIONAL DE BIOINGENIERÍA

INFORME DE ACTIVIDADES 2008-2010

Caracas, diciembre 2010

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Índice Pág I. Organización, personal y sede ……………………………………………..……..…….…3

I.1 Organigrama…………………………………………………………………………………3

I.2 Personal………………………………………………………………………………………4

I.3 Avances en la construcción de la nueva sede del INABIO……………………………..5

II. Logros del INABIO durante el período 2008-2010…………………………………..……6

II.1 Tesis culminadas de Postgrado …………………………………………………..………6

II.2 Tesis culminadas de Pregrado ……………………………………………………………6

II.3 Libros publicados y/o editados…………………………………………………………….6

II.4 Artículos publicados y/o aceptados en revistas…………………………………………8

II.5 Artículos publicados y/o aceptados en congresos………………………………………9

II.6 Organización de eventos nacionales e internacionales………………………………11

II.7 Reconocimientos y premios……………………………………………………………..11

II.8 Proyectos nacionales e internacionales en ejecución o sometidos…………………11

II.9 Prototipos de dispositivos biomédicos desarrollados…………………………………12

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I. ORGANIZACIÓN, PERSONAL Y SEDE

I.I ORGANIGRAMA

Luis Sánchez

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I.2 PERSONAL

I.2.1 PERSONAL DOCENTE Y DE INVESTIGACIÓN − Miguel Cerrolaza, Profesor Titular, Facultad de Ingeniería, UCV. − Othman Falcón, Prof. Asistente Facultad Ingeniería UCV. − César González, Prof. Asociado, Facultad Medicina UCV. − Simón Morales, Prof. Asociado Facultad Ingeniería UCV. − Yomar González, Prof. Asistente, Facultad de Ingeniería UCV − Vannessa Duarte, Prof. Instructor Facultad Ingeniería UCV − Kenny Garcés, Prof. Instructor Facultad Ingeniería UCV − Felix Nieto, Prof. Instructor Facultad de Ciencias − Natalia Cuervo, Beca Académica CDCH − Willmer Carrero , Beca Académica CDCH − Jesús Febres, Beca Académica CDCH − Javier Del Rio, Beca Académica CDCH

I.2.2 PERSONAL PROFESIONAL, TECNICO Y ADMINISTRATIVO − Ramón Peña, Ing. Mecánico − Elizabeth Salinas, Secretaria − Yelitza Márquez, Secretaria − Luis Sánchez, Administrador − Luis Jaimes, Chófer − Olegario García, Mensajero

I.2.3 PERSONAL INVESTIGADOR POR PROYECTOS − Carlos Rosales, Ing. Civil − Giovanna Gavidia, Ing. en Informática − Omar Verastegui, Ing. Mecánico − Carlos Pietro, Ing. Electricista − Gladys Uzcátegui, Odontóloga − José Cedeño, Odontólogo Cirujano Bucal − Jesús Castillo, Médico Ortopedista

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I.3 AVANCES EN LA CONSTRUCCIÓN DE LA NUEVA SEDE DEL INABIO Se reactivó la construcción de la nueva sede del INABIO en Sebucán. Se espera su culminación a mediados de año.

Figura 1. Fachada anterior y posterior del edificio de la nueva sede

Figura 2. Fachada lateral e interior del edificio de la nueva sede

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II. LOGROS DEL INABIO DURANTE EL PERIODO 2008-2010

II.1 TESIS CULMINADAS DE POSTGRADO

• Remodelado óseo con elementos de contorno. Tesis Doctoral del Prof. D. Ojeda. UCV. Tutor: M. Cerrolaza, aprobada abril 2008

• Crecimiento de grietas en hueso cortical con elementos de contorno. Tesis Doctoral de la Prof. B. Gámez. UCV. Tutor: M. Cerrolaza, aprobada julio 2008

• Integración analítica de elementos finitos axisimétricos. Tesis Doctoral de la Prof. I. Lozada. Tesis Doctoral. UCV. Tutor: M. Cerrolaza, aprobada mayo 2009

• Integración semi-analítica de elementos finitos en dos y tres dimensiones usando computación simbólica. Prof. J. Osorio. Tesis Doctoral del Prof. J.C. Osorio. UCV. Tutor: M. Cerrolaza, aprobada diciembre 2009

• Diseño e implementación de un modelo computacional para el pie. Tesis de Maestría de la Prof. Lucia Martino. UCV. Tutor: M. Cerrolaza, aprobada octubre 2009

• Evaluación de imágenes médicas de mamografía digital a través de la determinación automática de la curva contraste-detalle. Tesis de Maestría del Lic. Angel Contreras. UCV. Tutor: O. Rodríguez, aprobada junio 2010

• Generación de modelos discretos de órganos y patologías del ser humano a través del pre-procesamiento y segmentación de imágenes médicas. Tesis de Maestría de la Ing. Giovana Gavidia. UCV. Tutor: M. Cerrolaza, aprobada mayo 2010

II.2 TESIS CULMINADAS DE PREGRADO

• Diseño concurrente de un dispositivo para la artrodesis cervical. Br. Harú Cordero y Br. Mariana Ovalles. Ingeniería Mecánica. Universidad Central de Venezuela. 2008.

• Simulación y análisis del componente acetabular de prótesis de caderas mediante un programa de uso comercial. Br. Christian Butiler. Ingeniería Mecánica. Universidad Central de Venezuela. 2010.

II.3 LIBROS PUBLICADOS y/o EDITADOS

• Y. González y M. Cerrolaza. Simulación Computacional del Tejido Óseo, Ed. CDCH UCV, Caracas, Venezuela, 2009

Figura 3. Portada del libro de Simulación Computacional del Tejido Óseo.

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• C. Rachwan, M. Cerrolaza, A. Krivoy (Editores), Introducción a la biomecánica de la columna

vertebral, Sociedad Venezolana de Métodos Numéricos en Ingeniería. 2008.

Figura 4. Portada del libro de Introducción a la Biomecánica de la columna vertebral

• L. Martino, V. Carrera, G. Larrázabal, M. Cerrolaza (Editores), Desarrollo y Avances en Métodos Numéricos para ingeniería y ciencias aplicadas, Sociedad Venezolana de Métodos Numéricos en Ingeniería. 2008.

Figura 5. Portada del libro de Desarrollo y avances en métodos numéricos para ingeniería y ciencias aplicadas (correspondiente a las memorias del XII Congreso Internacional de Métodos Numéricos en

Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIMENICS’2008))

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• R. Chacón, F. León, V. Duarte, O. Verastegui (Editores), Modelos Computacionales en

Ingeniería, Desarrollos Novedosos y Aplicaciones, Sociedad Venezolana de Métodos Numéricos en Ingeniería. 2010.

Figura 6. Portada del libro de Modelos Computacionales en Ingeniería, Desarrollos Novedosos y Aplicaciones (correspondiente a las memorias del XII Congreso Internacional de Métodos Numéricos

en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIMENICS’2010))

II.4 ARTICULOS PUBLICADOS Y/O ACEPTADOS EN REVISTAS

• D. Ojeda, E. Divo, A. Kassab, M. Cerrolaza, "Cavity detection in biomechanics by an inverse evolutionary point load BEM technique". J. of Inverse Problems in Science and Engineering, 2008, 16(8), pág. 981–993.

• B. Gámez, D. Ojeda, E. Divo, A. Kassab, M. Cerrolaza "Parallelized iterative domain decomposition boundary element method for thermoelasticity in piecewise non-homogeneous media", J. of Engineering Analysis with Boundary Elements, 2008, 32(12), pág. 1061-107.

• O. Pelliccioni, M. Cerrolaza, R. Surós, "A biofluid dynamic computer code using the general lattice Boltzmann equation", J. of Advances in Engineering Software 2008, 39(7), pág. 593-611

• G. Contreras, M. Cerrolaza, C. González, "Intramedullary locked nail for thumb fractures using finite elements ", International Journal of Biomedical Engineering and Technology 2009, 2(4) , pág. 332-343.

• Y. González, M. Cerrolaza, C. González, "Poroelastic analysis of bone tissue differentiation by using the boundary element method", J. of Engineering Analysis with Boundary Elements 2009, 33(5), pág. 731-740.

• I. Lozada, V. Griffiths, M. Cerrolaza; "Semi-analytical integration of the elastic stiffness matrix of an axisymmetric eight-noded finite element ", J. of Numerical Methods for Partial Differential Equations, 26(6), 2010.

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• K. Rojas, L. Lehmann, M. Cerrolaza, "Un método de acople para MEF-MEC para análisis de interacción de suelo-estructura", Boletín Técnico IMME, 46(2), pág. 23-36. 2008

• Y. González, A. Cisilino, M. Cerrolaza, “Aplicación de un método de frontera poroelástico para análisis en biomecánica”, Acta Científica Venezolana 2008, 59(2), pág. 1-13.

• Y. González, C. González, M. Cerrolaza, “Aplicación del método de los elementos de contorno para modelar la consolidación ósea”, Rev. Int. Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería 2008, 24(2), pág. 115-136.

• L. Videla, T. Baloa, D. V. Griffiths, M. Cerrolaza, “Exact integration of the stiffness matrix of an 8-node plane elastic finite element by symbolic computation”, J. of Numerical Methods for Partial Differential Equations 2008, 24(1), Pág. 249-261,.

• W.Carrero, J. Romero, J. Cedeño, T. Navarro, M. Cerrolaza. "Diseño y fabricación de una celda de carga para mediciones fisiológicas en distracción alveolar". Acta Odontológica Venezolana 2009; 47(4).

• V. Duarte, Y. González, M. Cerrolaza, “Boundary element simulation of bone tissue”, J. Biomed. Eng. & Technology, (accepted) 2011

II.5 ARTICULOS PUBLICADOS y/o ACEPTADOS EN CONGRESOS

• L. Martino, M. Rupcich, M. Cerrolaza, R. Bravo, “Modelo multisegmento del pie para análisis biomecánico", IX Congreso internacional de métodos numéricos e ingeniería y ciencias aplicadas, 2008, Venezuela.

• L. Martino, M. Rupcich, M. Cerrolaza, “Avances de un modelo multisegmento del pie para análisis biomecánico", XVII Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones, noviembre de 2008, San Luis, Argentina,

• W. Carrero, M. Cerrolaza, “Simulación de la diferenciación de tejidos durante la distracción osteogénica aplicando patrones de mecano-regulación”, X Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas 2010.

• V. Duarte, M. Cerrolaza, K. Thoeni, G. Beer, M. Denda, "Simulation the piezo electric effect in human bone by using BEM. Pan-American Congress of applied mechanics. Iguazu, Brasil, Enero, 2010

• V. Duarte, K, Thoeni, G. Beer, M. Cerrolaza, "Evaluación del Estímulo Piezoeléctrico en la curación de fracturas humanas mediante el método de los elementos de contorno". Congreso de métodos numéricos en Ingeniería, Barcelona, España 2009

• V. Duarte, M. Cerrolaza, K. Thöni, G. Beer. "Three dimensional piezoelectric boundary element simulation". IX Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas CIMENICS’2008, Venezuela, 2008.

• Y. González, M. Cerrolaza, C. González, “Correlación poroelástica para el estudio de la regeneración ósea basada en el método de elementos de contorno”, IX Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas CIMENICS’2008, Venezuela, 2008.

• A. Contreras. W. Hernandez, "Trends on Automatic Image Quality Control for Mammography". IV Iberoamerican Symposium in Computer Graphics - SIACG (2009).

• A. Contreras, O. Rodríguez, "Determinación automática de la curva de contraste-detalle en mamografía digital empleando granulometría morfológica". Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas 2010.

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• F. Nieto, Y. González, M. Cerrolaza, "Modelo matemático de difusión celular basado en el método de reciprocidad dual", X Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y ciencias aplicadas 2010.

• G. Gavidia, E. Soudah, J. Pérez, M. Cerrolaza, M. Martín Landrove and E. Oñate, “Generación de modelos discretos de tejidos del ser humano a través del pre procesamiento y segmentación de imágenes médicas”. X Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas. 2010.

• G. Gavidia, E. Soudah, J. Pérez, M. Cerrolaza, M. Martín Landrove and E. Oñate, “Desarrollo de una Herramienta de Procesamiento de Imágenes Médicas en MATLAB y su Integración en Medical GiD”. CIMNE, Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería, Universidad Politécnica de Cataluña, Technical report, CIMNE-IT 595, 2010. España.

• G. Gavidia, E. Soudah, J. Pérez, M. Cerrolaza, M. Martín and Eugenio Oñate, “Generación de modelos de tejidos a través del pre procesamiento y segmentación de imágenes médicas”, 1er Seminario Científico Internacional del Norte, Perú 2010.

• G. Gavidia, A. Contreras, M. Cerrolaza, M. Martín, “Desarrollo de una Herramienta CAD para la Detección de Anomalías en Mamografía Digital a través de Wavelets y Operadores Morfológicos”, X Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería, España 2009.

• Garcés K., Cerrolaza M., “Analytic integration of singular kernels in higher order boundary elements”, X Int. Cong. on Num. Meth. In Eng., Barcelona, Spain, 2009.

• Duarte V., K, Thoeni, G. Beer, M. Cerrolaza, “Piezoelectric stimulus for human fractures healing using BEM”, X Int. Cong. on Num. Meth. In Eng., Barcelona, Spain, 2009.

• G. Gavidia, E. Soudah, J. Pérez, M. Cerrolaza, M. Martín, Eugenio Oñate. “A novel technique for 3D reconstruction of myocardial tissue damage after ischemic heart disease using image processing in cardiac magnetic resonance imaging”, 9th International Symposium. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 2010, España.

• G. Gavidia, E. Soudah, J. Pérez, M. Cerrolaza, M. Martín, E. Oñate, “A technique for 3D reconstruction of myocardial tissue damage after ischemic heart disease using image processing in cardiac magnetic resonance imaging”, X Congreso Internacional en Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, 2010.

• N. Cuervo, C. González, M. Cerrolaza, "Biopolímeros para prótesis y dispositivos Biomédicos: Estudio preliminar y análisis comparativo". X Congreso Internacional en Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, 2010.

• O. Verastegui, O. Falcón, C. González, M. Cerrolaza. "Un nuevo modelo de prótesis de cadera". X Congreso Internacional en Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, 2010.

• L. Martino, M. Cerrolaza, M. Rupcich. "Un modelo preliminar multisegmento del pié para el análisis de marcha". X Congreso Internacional en Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, 2010.

• J. Febres, Y. González, M. Cerrolaza. "Cinemática inversa de un manipulador robótico con aprendizaje reforzado". X Congreso Internacional en Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, 2010.

• A. Moreno, M. Serrano, Y. González, V. Duarte, “Creación y aplicación de una interface para el diseño y optimización de modelos geométricos”, X Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas. 2010.

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• J. Febres, C. Prieto, Y. González, "Control en 2D de un asistente robótico para cirugías laparoscópicas", IX Congreso Argentino de Mecánica Computacional MECOM2010 y XXXI Congreso Iberoaméricano de Métodos Computacionales en Ingeniería CILAMCE2010, Mecánica Computacional, Vol XXIX, pp. 6539-6547. Buenos Aires, Argentina, 2010.

II.6 ORGANIZACION DE EVENTOS NACIONALES E INTERNACIONALES

• Co-organización del IV Int. Cong. on Comp. Bioeng., septiembre 2009, Italia • Organización del X Congreso Internacional en Métodos Numéricos en Ingeniería y

Ciencias Aplicadas, marzo 2010, Mérida • IX Congreso Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería y Ciencias Aplicadas

2008. Pampatar, Venezuela. • Co-edición del número especial “Advanced simulation and innovative design in

bioengineering”. International Journal of Biomedical Engineering and Technology (IJBET) (en imprenta).

• Participación en el VII Simposium Internacional de Reemplazos Articulares. Hotel Tamanaco, 2008.

• IV Iberoamerican Symposium in Computer Graphics-SIACG 2009, Margarita, Venezuela.

• Jornadas de Investigación de la facultad de Ingeniería 2010. Comité Organizador del área de Bioingeniería.

• Miembro comité organizador V International Congress on Computational Bioengineering, ciudad de Mazatlan (ICCB2011) México

• IX Argentinian Congress on Computational Mechanics (Mecom 2010) – XXXI Iberian-Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering (Cilamce 2010), Argentina

II.7 RECONOCIMIENTOS Y PREMIOS

• M. Cerrolaza recibió el Premio del CDCH a la Mejor Trayectoria del Investigador de la UCV, Caracas, 2008

• El INABIO quedó finalista del Concurso Venezuela Competitiva, Caracas 2009. • Y. González & M. Cerrolaza recibieron el Premio Bienal Dr. Francisco Duarte a la mejor

monografía titulada "Simulación Computacional del Tejido Óseo". Caracas, 2010.

II.8 PROYECTOS NACIONALES E INTERNACIONALES EN EJECUCION O SOMETIDOS

• Projecto SAIBE, en coop. con el Min. de Ciencia y Tecnología Alemán, DFG, 2008 • Proyecto sometido a la AECID (España) en conjunto con 5 países latinoamericanos • Proyecto sometido a la CYTED (Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología

para el Desarrollo). Convocatoria 2009. "Apoyo al desarrollo de nuevas tecnologías para el sector salud iberoamericano" (España) en conjunto con 4 países latinoamericanos.

• Proyecto Aulas CIMNE (UPC, España), en marcha desde 2004.

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• Proyecto CDCH Nº PG 10-11-5213-2007. "Diseño, simulación y manufactura de dispositivos biomédicos para cirugía maxilofacial"

• Proyecto CDCH Nº PG 08-7301-2008/1. "Diseño de nuevos prototipos funcionales de prótesis de cadera para el tratamiento de patologías óseas y simulación computacional del comportamiento normal y patológico del hueso" (En ejecución)

• Proyecto CDCH Nº PI 09-7299-2008/1. Diseño e implementación de un modelo computacional para el pie. (EN EJECUCIÓN)

• Proyecto CDCH Nº PI-08-7442-2009/1. "Estudio del comportamiento celular óseo en procesos normales y patológicos: simulación computacional y aplicaciones". (sometido)

• Proyecto GEHOSI. "Gestión Hospitalaria en Servicio de Imágenes". Proyecto LOCTI-26. 2009

• Proyecto CDCH: LAPAROS: "Desarrollo y manufactura de dispositivos biomédicos para cirugía laparoscópica" 2009

• Proyecto "Desarrollo de Módulos Computacionales en Biomedicina". INABIO Instituto Nacional de Bioingeniería, Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería Barcelona - España 2009

II.9 PROTOTIPOS DE DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS DESARROLLADOS

Se muestran resultados de varios proyectos de investigación desarrollados en el período 2008-2010:

• Nuevo modelo de Prótesis de Cadera

Figura 7. Se muestran los Esfuerzos de Von Mises para caminata rápida sobre la prótesis de cadera

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• Herramienta de procesamiento de imágenes biomédicas: Pre-proceso, Segmentación y

Visualización, desarrollado en MATLAB.

Figura 8. Se presenta un screenshot de la interfaz principal de este módulo

• Herramienta de Análisis de Texturas en Imágenes Médicas, desarrollado en MATLAB

Figura 9. Se presenta un screenshot del módulo de análisis de texturas de imágenes

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• Desarrollo de un modelo computacional del pie para el apoyo de la marcha

Figura 10. Modelo computacional del pie para el estudio de la marcha

• Desarrollo de una herramienta computacional para la simulación de crecimiento de grietas por fatiga en huesos humanos.

Figura 11. Crecimiento de grietas en huesos humanos

• Desarrollo de una herramienta computacional para la detección de cavidades en huesos humanos.

Figura 12. Detección de cavidades en huesos humanos

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• Desarrollo de una herramienta computacional para la simulación de la curación de fracturas con estimulación piezoeléctrica.

Figura 13. Superficie de carga de un polímero piezoeléctrico sometido a compresión y empotrada en la base

• Implementación del patrón de mecanoregulación de curación de fracturas para la simulación de diferenciación de tejidos durante la distracción osteogénica.

Figura 14. Diferenciación de tejido durante la distracción osteogénica

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• Implementación de un algoritmo utilizando el método de partículas, para generar modelos óseos computacionales

Figura 15. Modelos de cráneo, cadera y mandíbula utilizando métodos de partículas