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Ingeniería de Neurorrehabilitación

La neurorrehabilitación es un proceso clínico dirigido a restituir, minimizar y/o compensar las alteraciones funcionales y/o cognitivas que aparecen tras una lesión en el sistema nervioso. Las intervenciones en neurorrehabilitación son altamente complejas dada la dificultad intrínseca en el manejo clínico del sistema nervioso.
 
La investigación en tecnologías biomédicas es esencial para la provisión futura de los servicios de neurorrehabilitación al facilitar la personalización de las intervenciones, modular la intensidad y duración de los programas, monitorizar en tiempo real y diferido, permitir un seguimiento más cercano, incluso en el propio hogar, y obtener conocimiento derivado de la práctica clínica y su estructuración. 
 
Esta línea de investigación se realiza de forma interdisciplinar y conjunta con el Hospital de Neurorrehabilitación “Instituto Guttmann” (http://www.guttmann.com), hospital de referencia para el tratamiento medicoquirúrgico y la rehabilitación integral de las personas con lesión medular, daño cerebral adquirido u otra gran discapacidad de origen neurológico.
 

Objetivo

El objetivo de investigación en esta línea de ingeniería de neurorrehabilitación es la aplicación de la ingeniería biomédica y las tecnologías de la información y la comunicación para ayudar a restituir, minimizar y/o compensar las alteraciones aparecidas en la persona que ha sufrido una lesión que afecta al sistema nervioso, como pueden ser las lesiones medulares o las producidas en el cerebro (Daño Cerebral Adquirido - DCA). La investigación se centra por tanto en los procesos de rehabilitación cognitiva y rehabilitación funcional o física. 
 
Dentro de la línea de Ingeniería de Neurorrehabilitación se encuentran las siguientes áreas de investigación:
  1. Modelado de procesos de neurorrehabilitación, modelos disfuncionales y biónicos híbridos
  2. Monitorización inteligente de rehabilitación cognitiva y funcional
  3. Entornos virtuales interactivos y tecnologías  de creación y gestión de contenidos en neurorrehabilitación
  4. Modelado y adaptación inteligente de terapias de neurorrehabilitación de miembro superior
  5. Gestión de Conocimiento y Data Mining en Neurorrehabilitación para generación de evidencia clínica
  6. Análisis y tipificación de alteraciones estructurales en daño cerebral adquirido basado en imagen médica
  7. Tecnologías y sistemas de teleneurorrehabilitación

1. Modelado de procesos de neurorrehabilitación, modelos disfuncionales y biónicos híbridos

Esta línea pretende investigar y generar conocimiento en modelos de procesos de neurrorrehabilitación cognitiva y física, así como en modelos de sistemas biónicos híbridos que representen la integración del organismo disfuncional y los dispositivos tecnológicos en nuevos escenarios terapéuticos monitorizados, personales y ubicuos.

Objetivos:
  • Definición de un marco conceptual del proceso neurorrehabilitador
  • Modelado de los procesos de neurorrehabilitación cognitiva y funcional
  • Modelado disfuncional en DCA
  • Definición de un modelo biónico híbrido que integra los modelos disfuncionales con dispositivos y tecnologías que intervienen en el proceso neurorrehabilitador
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2. Monitorización inteligente de rehabilitación cognitiva y funcional  

El objetivo principal es la investigación en tecnologías, dispositivos, algoritmos y procedimientos de monitorización inteligente de la terapia de rehabilitación (cognitiva y funcional)

Objetivos:
  • Registro en tiempo real de la interacción del usuario con los terminales de rehabilitación cognitiva, basado en técnicas de eye-tracking para la monitorización de la atención
  • Monitorización del proceso rehabilitador funcional mediante dispositivos y sistemas de monitorización de movimiento basados en sensores inerciales, electromagnéticos y sistemas de video de bajo coste
  • Monitorización de actividades de vida diaria integradas en paradigmas AAL
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3. Entornos virtuales interactivos y tecnologías  de creación y gestión de contenidos en neurorrehabilitación

El objetivo es la investigación en tecnologías y metodologías de creación, edición y gestión de contenidos terapéuticos multimedia que permitan la personalización de la terapia y optimicen la interactividad del paciente en los entornos virtuales.

Objetivos:
  • Generación y edición de contenidos terapéuticos multimedia personalizados basados en tecnologías de vídeo interactivo, incluyendo un editor de guiones terapéuticos que agilice el proceso de composición de unidades básicas de información (vídeo, objetos y escenas 3D, imagen, audio y texto)
  • Análisis y procesamiento de video (segmentación, seguimiento de objetos, incorporación de contenido multimedia)
  • Generación de entornos virtuales interactivos basados en vídeo interactivo y realidad aumentada
  • Visualización multiplataforma (PC, consolas de entretenimiento gestuales, dispositivos móviles, dispositivos RFID, IPTV, TDT) de contenidos terapéuticos de neurorrehabilitación
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4. Modelado y adaptación inteligente de terapias de neurorrehabilitación de miembro superior

El objetivo es la investigación en metodologías de modelos disfuncionales de extremidad superior en DCA y la definición de algoritmos adaptativos e inteligentes al proceso rehabilitador.

Objetivos:
  • Definición de un modelo biomecánico de extremidad superior de 6 grados de libertad (3 en el hombro, dos en el codo y uno en la muñeca)
  • Definición de una nueva metodología de modelado de Actividades de la Vida Diaria para extremidad superior que permita la aplicación de nuevas ayudas tecnológicas orientadas a dotar de independencia a los pacientes
  • Definición de un modelo disfuncional de extremidad superior en DCA
  • Diseño de algoritmos que permitan la adaptación de la secuencia de acciones a realizar durante la terapia en función de los resultados intermedios y/o finales
  • Procedimientos inteligentes de análisis del grado de consecución del objetivo terapéutico

5. Gestión de Conocimiento y Data Mining en Neurorrehabilitación para generación de evidencia clínica

El objetivo principal es la investigación en tecnologías de gestión del conocimiento basadas en técnicas de minería de datos para la extracción automática de conocimiento basado en la evidencia a partir de los datos que se obtienen en los procesos de neurorrehabilitación y que permita la utilización de este conocimiento para dar soporte en la toma de decisiones durante el proceso de rehabilitación.

Objetivos:
  • Análisis de datos para la identificación de grupos de pacientes similares mediante técnicas de clustering, con el fin de identificar rasgos comunes y poder realizar tratamientos más personalizados y eficaces
  • Obtención de evidencia científica sobre las variables que más influyen en la evolución de los pacientes durante los procesos de rehabilitación
  • Análisis temporal de los datos obtenidos en los procesos de rehabilitación mediante técnicas de análisis de patrones secuenciales para capturar conocimiento sobre la evolución del paciente
  • Utilización del conocimiento extraído para dar soporte a los clínicos en la planificación de terapias de rehabilitación
  • Aprendizaje incremental y adaptativo del sistema a partir de los nuevos datos que se vayan incorporando, para conseguir terapias dinámicas que se ajusten a la evolución de los pacientes
  • Arquitecturas de sistemas de gestión de conocimiento para implementación de los métodos desarrollados

6. Análisis y tipificación de alteraciones estructurales en daño cerebral adquirido basado en imagen médica

El objetivo de esta línea de investigación es la creación de nuevas herramientas de procesado y análisis de estudios de imagen médica, así como su combinación con técnicas de clasificación y almacenamiento de la información extraída para la mejora y evaluación de las actuales terapias de neurorrehabilitación.

Objetivos:
  • Diseño de algoritmos de segmentación de tejidos y estructuras
  • Diseño de algoritmos para la identificación de regiones afectadas por una determinada lesión
  • Diseño de sistemas que permitan visualizar y almacenar esas regiones afectadas junto con informes clínicos
  • Creación de una base de conocimiento que constará tanto de la información contenida en los estudios de imagen como de la información clínica disponible

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7. Tecnologías y sistemas de teleneurorrehabilitación

Esta línea pretende investigar en tecnologías y sistemas de telemedicina aplicadas al proceso neurorrehabilitador, en entornos domiciliarios, centros socio-sanitarios y centros clínicos no especializados.

Objetivos:
  • Definición de plataformas de teleneurorrehabilitación (cognitiva y funcional)
  • Diseño de interfaces de usuario de alta usabilidad para pacientes y profesionales
  • Definición de metodologías de evaluación (usabilidad y clínica)
  • Diseño y desarrollo de sistemas de información clínica específicos en neurorrehabilitación
 

Centros Colaboradores

Hospital de Neurorrehabilitación “Instituto Guttmann”, Barcelona

 Hospital de referencia para el tratamiento medicoquirúrgico y la rehabilitación integral de las personas con lesión medular, daño cerebral adquirido u otra gran discapacidad de origen neurológico (http://www.guttmann.com).

El Institut Guttmann tiene establecidas tres líneas de investigación en las que se articulan seis programas transversales estratégicos de investigación traslacional.

 

Líneas de investigación:

  • Neurorrehabilitación de la lesión medular
  • Neurorrehabilitación del daño cerebral adquirido
  • Neurorrehabilitación pediátrica

Programas estratégicos de investigación:

  • Bioingeniería aplicada a la autonomía funcional de las personas
  • Neuroestimulación, neuromodulación y estimulación no invasiva
  • TICs aplicadas a la rehabilitación neuropsicológica y estimulación cognitiva
  • Neurorrehabilitación de la función digestiva
  • Medicina regenerativa aplicada a la LM y el DCA
  • Análisis de resultados aplicada a la generación de conocimiento

Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation (CNBS), Harvard Medical School, USA

El Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation (CNBS, http://tmslab.org), dirigido por Álvaro Pascual-Leone y perteneciente al Beth Israel Deaconess Medical Center y a Harvard Medical School es uno de los centros más prestigiosos a nivel internacional en estudio del cerebro humano.  Image

Algunas de sus líneas de investigación más importantes son:

  • Relaciones cerebro-comportamiento
  • Plasticidad cerebral y su modulación
  • Empleo de diversas técnicas de estimulación cerebral no invasivas (Transcraneal Magnetic Stimulation (TMS), Transcraneal Direct Current Stimulation (tDCS))
  • Electroencefalografía
  • Imagen cerebral funcional
 

Proyectos de Investigación

CLEAR: Clinical Leading Environment for the Assessment of Rehabilitation protocols in home care (CIP-ICT-PSP-2007-1-224985). Se trata de un proyecto europeo CIP del FP6 dentro de la línea eInclusion-ICT For accessibility, ageing and social integration. El proyecto propone la implementación de servicios de telerrehabilitación en cuatro estados miembros de la Unión Europea (Italia, España, Países Bajos y Polonia). Su objetivo es poner, después de su finalización, una plataforma de telerrehabilitación a disposición de los ciudadanos europeos, contribuyendo así a la estandarización de los servicios de la salud en Europa.


PREVIRNEC: Plataforma de tele-neurorrehabilitación cognitiva que utiliza tareas computerizadas en 2D para el tratamiento de pacientes que sufren Daño Cerebral Adquirido (DCA).


COGNIDAC: Proyecto financiado por el IMSERSO para la evaluación de la plataforma PREVIRNEC en el CEADAC (Centro Estatal de Atención al Daño Cerebral de la comunidad de Madrid). El fin del proyecto es evaluar la usabilidad de la plataforma, para ayudar a determinar las ventajas respecto a los procesos rehabilitadores tradicionales.


NEUROLEARNING: Sistema Telemédico de Intervención Neuropsicológica basado en Entornos Virtuales Interactivos. Este proyecto del Plan Avanza tiene por objetivo ofrecer una respuesta innovadora a las secuelas cognitivas y conductuales del daño cerebral adquirido, fundamentalmente Ictus y TCE (Traumatismos Craneoencefálicos) y a la dificultad de los pacientes para reincorporarse a sus actividades cotidianas; mediante la creación de un espacio virtual de prestación de servicios de rehabilitación neuropsicológica, a partir de la creación de contenidos soportados por una plataforma tecnológica para este importante segmento de pacientes y la simulación de entornos y situaciones reales, basado en tecnologías de la sociedad de la información y la comunicación.


N3e+d: Proyecto financiado por ACC1Ó de la Generalitat de Catalunya cuyo objetivo principal es el desarrollo y la innovación de sistemas de rehabilitación funcional que sean más eficaces, más eficientes, más ecológicos y más divertidos para el paciente. Entre sus objetivos secundarios están el desarrollo de sistemas sensorizados y automatizados a partir de la incorporación de la mecánica y la robótica, la introducción de la informática para permitir la monitorización de la actividad de los pacientes, la introducción de sistemas de realidad aumentada que aporten motivación, retroalimentación sobre el nivel de ejecución en tiempo real y validez ecológica, la introducción de la inteligencia artificial para conseguir la personalización y la obtención de conocimientos, a partir de la minería de datos derivada de la práctica clínica, y, por último, la introducción de los principios de neurociencia que permitan la aplicación más racional y actualizada de estos sistemas.


REHABILITA: Proyecto CENIT que, con el objetivo de investigar en nuevas tecnologías y generar conocimiento para superar las barreras actuales existentes en rehabilitación, crea un consorcio de empresas con vocación y trayectoria reconocida en innovación tecnológica, centros de investigación en tecnologías biomédicas, tecnologías electrónicas, tecnologías de la información y la comunicación y tecnologías robóticas, así como centros clínicos de investigación de excelencia en procedimientos innovadores en rehabilitación, que bajo el liderazgo de un grupo empresarial español tecnológico de capital privado con gran presencia internacional, aglutinen la experiencia y el conocimiento necesario para abordar con éxito los ambiciosos objetivos planteados en este proyecto.

Los objetivos técnicos de REHABILITA conforman una serie de tecnologías disruptivasimprescindibles en el nuevo paradigma de rehabilitación en áreas de investigación tan complejas como los tejidos sensoactivos inteligentes, entornos virtuales interactivos dependientes de contexto, dispositivos interactivos de entrada y salida gestuales e intencionales, redes virtuales interoperables y seguras de información clínica, dispositivos biónicos híbridos con capacidades avanzadas de percepción y acción y tecnologías de adaptación inteligente de terapias y aprendizaje.


NeuroContent 2.0: Proyecto INNPACTO, tiene por objetivo el estudio, diseño y desarrollo de una plataforma tecnológica de telerehabilitación basada en las tecnologías de la Información y las Comunicaciones para crear un entorno tecnológico y de negocio para la generalización de un Sistema de TeleRehabilitación Cognitiva hacia otros colectivos, democratizando la generación de contenidos terapéuticos virtuales y aportando nuevos modelos de servicio que ayuden a la mejora de las patologías en un amplio espectro de pacientes.


Evaluación de Previrnec (FIS-ETES): Evaluación tecnológica de la plataforma de Telerrehabilitación Cognitiva PREVIRNEC en su implantación cínica en pacientes con ICTUS y TCE. Se trata de un proyecto del Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS) para la Evaluación de Tecnologías Sanitarias (ETES), cuyo objetivo es la investigación de la eficacia de la rehabilitación neuropsicológica en pacientes con daño cerebral adquirido. El principal interés se centra en el análisis de la respuesta clínica en relación a las actividades de vida diaria, así como el análisis de la utilidad y usabilidad tecnológica y otras variables derivadas de la ejecución de tareas rehabilitadoras


COGNITIO: El objetivo principal del proyecto COGNITIO es avanzar en conocimiento fisiopatológico de la rehabilitación cognitiva en el DCA, aplicando, de forma conjunta entre los socios del proyecto, técnicas de procesamiento y análisis de neuroimagen en DCA, técnicas de aprendizaje automático para elaboración de propuestas terapéuticas personalizadas en tiempo real y técnicas de extracción  de conocimiento, data mining y análisis multiparamétrico de datos clínicos y terapéuticos, a partir de los datos generados por el sistema de telerrehabilitación NPT que, a modo de infraestructura científica singular, permite la formulación y verificación de hipótesis terapéuticas, así como la validación de los algoritmos que permiten predecir su resultado, para cada perfil de paciente.

 


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