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Desarrollo de un microscopio robotizado de bajo coste para la realización de prácticas histológicas online

Abstract

La enseñanza virtual en la universidad se ha venido imponiendo poco a poco debido, entre otras cosas a circunstancias excepcionales como las que se han vivido en los últimos años. Por ello, las clases virtuales se han estado desarrollando en todas las áreas de conocimiento mejorando, en la mayor parte de los casos, los métodos clásicos de enseñanza, utilizando muchos cursos, seminarios e incluso asignaturas de grados en un formato online. Esta nueva situación ha abierto la posibilidad de aumentar nuestras capacidades llegando, con recursos que ya teníamos pero que raramente empleábamos, a más gente, incluso de otros países y ciudades de todo el mundo. Esto ha resaltado la importancia de virtualizar todo tipo de contenidos y materiales necesarios para favorecer el interés y la adquisición de conocimientos y aptitudes por parte del alumno que, por diversas razones no pueda mantener su presencialidad en el aula. Esto, que parece fácil conceptualmente, en muchas áreas de conocimiento no resulta tan fácil la implementación de un formato virtual, como es el caso de las prácticas de laboratorio, y más concretamente en la microscopía de tejidos para la práctica histológica en, por ejemplo, las prácticas pertenecientes a las asignaturas que imparte nuestro Dpto. de Inmunología, Oftalmología y Otorrinolaringología (área de ORL) de la Facultad de Medicina en los Grados de Medicina, Logopedia y Óptica y Optometría. Para ello, en el presente proyecto se propuso la utilización de un microscopio robotizado de bajo coste, cuyo control se ejerce mediante un programa informático y que permita controlar al alumno el microscopio de forma remota. Así, el objetivo principal del proyecto fue construir y poner a punto un microscopio robotizado que permita la visualización de muestras histológicas a distancia con control remoto y por medio de un programa informático. La parte mecánica del microscopio fue construida mediante piezas por impresión 3D y se adquirió la parte óptica e informática gracias a la financiación del proyecto. En el próximo curso académico 2023-24, se realizarán las primeras prácticas que lo utilicen, esperándose unos muy buenos resultados.

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Desarrollo de un microscopio robotizado de bajo coste para la realización de prácticas histológicas online

Author: Romero Gómez, Bárbara; Carricondo Orejana, Francisco Javier; Polo Roldán, Ignacio; Rodríguez Gómez, Fernando Luis; Valverde López, Belén
Year: 2023
Source: https://docta.ucm.es/bitstreams/717d4c2b-748a-4f45-a8e3-32c8ad78f8db/download
1. Obje i os p opues os en la p esen ación del p oyec o
La enseñanza i ual en la uni e sidad se ha enido imponiendo poco a poco debido,
en e o as cosas a ci cuns ancias excepcionales como las que se han i ido en los
úl imos años. Po ello, las clases i uales se han es ado desa ollando en odas las
á eas de conocimien o mejo ando, en la mayo pa e de los casos, los mé odos
clásicos de enseñanza, u ilizando muchos cu sos, semina ios e incluso asigna u as
de g ados en un o ma o online. Es a nue a si uación ha abie o la posibilidad de
aumen a nues as capacidades llegando, con ecu sos que ya eníamos pe o que
a amen e empleábamos, a más gen e, incluso de o os países y ciudades de odo
el mundo. Es o ha esal ado la impo ancia de i ualiza odo ipo de con enidos y
ma e iales necesa ios pa a a o ece el in e és y la adquisición de conocimien os y
ap i udes po pa e del alumno que, po di e sas azones no pueda man ene su
p esencialidad en el aula.
Es o, que pa ece ácil concep ualmen e, en muchas á eas de conocimien o no
esul a an ácil la implemen ación de un o ma o i ual, como es el caso de las
p ác icas de labo a o io, y más conc e amen e en la mic oscopía de ejidos pa a la
p ác ica his ológica en, po ejemplo, las p ác icas pe enecien es a las asigna u as
P oyec o de Inno ación
Con oca o ia 2022/2023
Nº de p oyec o 347
Desa ollo de un mic oscopio obo izado de bajo cos e pa a la ealización
de p ác icas his ológicas online
Responsable del P oyec o: Bá ba a Rome o Gómez
Facul ad de Óp ica y Op ome ía
Dp o. Inmunología, O almología y ORL
que impa e nues o Dp o. de Inmunología, O almología y O o inola ingología (á ea
de ORL) de la Facul ad de Medicina en los G ados de Medicina, Logopedia y Óp ica
y Op ome ía. Pa a ello, en el p esen e p oyec o se p opuso la u ilización de un
mic oscopio obo izado de bajo cos e, cuyo con ol se eje ce median e un p og ama
in o má ico y que pe mi a con ola al alumno el mic oscopio de o ma emo a.
Así, el obje i o p incipal del p oyec o ue cons ui y pone a pun o un mic oscopio
obo izado que pe mi a la isualización de mues as his ológicas a dis ancia con
con ol emo o y po medio de un p og ama in o má ico.
- Los obje i os secunda ios ue on:
- Mejo a la calidad de las p ác icas de his ología y ci ología que ya se ealizan en
a ias asigna u as de nues o Dp o. en los g ados de Logopedia, Óp ica y
Op ome ía y Medicina, pa a que el alumno disponga de las p epa aciones en
o ma o i ual y pueda obse a las en más de alle y du an e mayo iempo.
- Vi ualiza las p ác icas de his ología pa a aquellos alumnos que no puedan asis i
a las mismas, pa a que puedan dis u a de ellas de un modo simila a la p ác ica
p esencial.
- Fomen a la di ulgación cien í ica po medio de es as p ác icas, que al se i uales
pod ían llega a muchos o os cen os e incluso a países que no dispongan de es os
ecu sos. Así, es o ha ía que la mic oscopía au oma izada sea accesible an o pa a
p oyec os con un p esupues o modes o en labo a o ios es ablecidos, como pa a
países en desa ollo, pa a pode adop a ecnologías de in es igación cien í ica más
a anzadas.
2. Obje i os alcanzados
Teniendo en cuen a los obje i os p opues os pa a es e P oyec o de Inno ación
Docen e, se han mon ado dos mic oscopios obo izados. Es os mic oscopios lle an
en e o as cosas, piezas imp esas con imp esión 3D ab icadas en la Unidad de
Ins umen ación de la Facul ad de Psicología, una aspbe y y un obje i o, además
de una cáma a y p óximamen e se implemen a á una p ác ica i ual con los
alumnos del segundo cua imes e de la asigna u a “Fisiología de los ó ganos de la
Audición. Bases de la Audición” del G ado de Logopedia que se impa e en nues o
depa amen o pa a es a los en un en o no eal, aunque ya se ha comp obado que
uncionan co ec amen e. En conc e o, se es á p epa ando una p ác ica de
his ología de la Vía Audi i a en dicha asigna u a que se ealiza á en ab il del p óximo
año 2024. Es a p ác ica i ual, complemen a á la p ác ica p esencial que se ealiza
odos los años en el aula y se i á al alumno pa a dispone de más ma e ial de
es udio pa a la asigna u a y además, pe mi i á ealiza p ác icas de mic oscopía en
aquellas ocasiones en las que no haya si io ni p epa ación disponible pa a odos los
alumnos.
El obje i o p incipal de es os mic oscopios es que se pueda abaja con ellos en
emo o, de mane a que el alumno pueda ealiza un ba ido po las p epa aciones
colocadas en la pla ina que pueden isualiza se median e un obje i o conec ado a
una cáma a. Es a écnica i ual, pe mi e además, que el alumno disponga siemp e
de un mic oscopio y que a su ez, mul i ud de alumnos puedan dis u a del mismo
mic oscopio de o ma simul ánea, aba a ando cos es y simpli icando las p ác icas
adicionales, que equie en de aulas, mic oscopios, múl iples p epa aciones y más
pe sonal. Po lo an o, de momen o, el obje i o inicial es implemen a las p ác icas
en los g ados en los que iene docencia nues o depa amen o, pe o pos e io men e,
el año p óximo, la idea es colabo a con o as uni e sidades que equie an sopo e
écnico, o cuyos alumnos ca ezcan de ma e ial pa a pode implemen a p ác icas de
his ología simila es a es as y p es a les nues o equipo i ual pa a que puedan
ealiza p ác icas de g an calidad docen e y bajo cos e.
3. Me odología empleada en el p oyec o
Se cons uye on dos mic oscopios obo izados median e imp esión de sus piezas
en una imp eso a 3D (Figu a 1, 2 y 3) diseñados de mane a que p esen en un
mo imien o 3D p eciso pa a el en oque y la localización de la mues a,
p opo cionando un posicionamien o de 3 ejes.
El mo imien o del mic oscopio se consigue g acias a un so wa e in o má ico que,
accionado desde un o denado , ac i a un pa de mo o es conec ados con la pla ina,
capaces de mo e la p epa ación his ológica en odas las di ecciones. De es a o ma
se pe mi e que cualquie alumno, si uado en cualquie pa e del mundo, pueda
acciona el mic oscopio desde su casa o luga de abajo sin necesidad de
desplaza se al luga en el que se encuen a dicho mic oscopio.
Además, el desa ollo ob iene el en oque au omá ico, que se consigue con el
so wa e del OFM (Open Flexu e Mic oscope) que incluye dos algo i mos de
en oque au omá ico basados en imágenes, que son los que se u ilizan pa a en oca
au omá icamen e la mues a.
El sis ema seleccionado es el de un mic oscopio de al a esolución y comple amen e
pe sonalizable en cuan o a la iluminación, óp ica e imagen. El modelo seleccionado
no supe a los 500 g amos de peso y su olumen es de 15 cm × 15 cm × 20 cm.
Con es a implemen ación de mic oscopía digi al de bajo cos e se pueden ob ene
au omá icamen e muchos da os y de mane a más ápida que la mic oscopía
adicional, u ilizando el escaneo en mosaico.
El so wa e que se u iliza pa a moni o iza el mic oscopio es de código abie o y lo
podemos di idi en:
- Se ido , que se ejecu a en el p opio mic oscopio
- Aplicaciones clien e que se comunican con el mic oscopio a a és de una ed.
Es o pe mi e el con ol local del mic oscopio a a és de Raspbe y Pi, así como el
con ol emo o a a és de una ed es ánda de P o ocolo de In e ne . El so wa e
del se ido se mon a como una imagen de a je a SD pa a un mic oo denado
Raspbe y Pi. Como odo so wa e de código abie o.
Pa a una ase pos e io , posiblemen e en una segunda con oca o ia, se ealiza ía
el escaneo y la i ualización de colecciones de p epa aciones his ológicas de
dis in os ejidos pa a ene un banco de imágenes digi ales disponibles pa a oda la
uni e sidad. De es a o ma se gene a ía la adecuación a las p ác icas de his ología
y ci ología a a ias asigna u as de G ados de ciencias de la salud como Logopedia,
Óp ica, Medicina, e c. así como en Más e es como el Mas e de Neu ociencias,
In es igación en Logopedia, Audiología, e c.
4. Recu sos humanos
- Responsable BARBARA ROMERO GOMEZ, Doc o en CC. Biomédicas, P o eso a
Asociada de la Facul ad de Óp ica y Op ome ía del Dp o. de Inmunología,
O almología y ORL. e in es igado a del G upo de In es igación UCM “Labo a o io
de Neu obiología de la Audición” nº 910915.
- Miemb o FRANCISCO JAVIER CARRICONDO OREJANA PDI Complu ense.
Doc o en CC. Biológicas, P o eso Con a ado Doc o de la Facul ad de Medicina y
del Dp o. de Inmunología, O almología y ORL. e in es igado del G upo de
In es igación UCM “Labo a o io de Neu obiología de la Audición” nº 910915.
- Miemb o IGNACIO POLO ROLDAN PAS Complu ense. Doc o en CC. Biológicas
y Técnico del Dp o. de Inmunología, O almología y ORL. e in es igado del G upo
de In es igación UCM “Labo a o io de Neu obiología de la Audición” nº 910915.
- Miemb o FERNANDO LUIS RODRIGUEZ GOMEZ PDI Complu ense. P o eso
Ti ula de la Facul ad de Psicología del Dp o. de Inmunología, O almología y ORL.
Facul a i o Especialis a de ORL del Hospi al Clínico San Ca los e in es igado del
G upo de In es igación UCM “Labo a o io de Neu obiología de la Audición” nº
910915.
- Miemb o BELEN VALVERDE LOPEZ Es udian e de doc o ado en Psicología UCM.
Logopeda de la Clínica Uni e si a ia de Logopedia UCM.
5. Desa ollo de las ac i idades
Pa a la esolución de es e p oyec o se han ealizado 5 ases en la cons ucción de
es os mic oscopios:
- FASE I:
- Comp a y adquisición de odos los elemen os necesa ios pa a la ab icación de los
dos mic oscopios, incluyendo la comp a de las cáma as, obje i os, aspbe y,
a je as de memo ia, e c. además de con ac a con el Equipo de Ins umen ación de
la Facul ad de Psicología de la Uni e sidad Complu ense de Mad id pa a pone en
ma cha la colabo ación con ellos. Todo es o se ealizó g acias al p o eso de la
Facul ad de Medicina, F ancisco Ca icondo y la p o eso a de Óp ica, Bá ba a
Rome o en colabo ación con el D . Ignacio Polo, écnico de labo a o io del Dp o. de
Inmunología, O almología y ORL de la Uni e sidad Complu ense de Mad id.
- FASE II:
- Imp esión en 3D de las piezas necesa ias pa a los dos mic oscopios a ca go del
P o eso de Psicología, Fe nando Rod íguez y la es udian e de Doc o ado y
G aduada en Logopedia, Belén Val e de pa a la pa e mecánica. Se abajó en
coo dinación con el Equipo de Ins umen ación de la Facul ad de Psicología de la
UCM.
- Mon aje de la pa e óp ica y la pa e elec ónica po el p o eso F ancisco
Ca icondo y la p o eso a Bá ba a Rome o en colabo ación con el D . Ignacio Polo,
écnico de labo a o io del Dp o. de Inmunología, O almología y ORL de la
Uni e sidad Complu ense de Mad id.
- Pos e io men e se ensambla on las piezas y se mon a on los ci cui os elec ónicos.
Pa a ello abaja on en conjun o cada esponsable de su á ea.
- FASE III:
- Se ealizó el ensamblaje de los di e en es módulos y mo o es a ca go de Ignacio
Polo y Bá ba a Rome o, así como de la ins alación del so wa e necesa io. Así se
mon a on los dis in os módulos que componen cada mic oscopio comple o y se
e isa on y es a on pa a comp oba que uncionaban co ec amen e.
- FASE IV:
Pues a a pun o de una p ác ica i ual pa a e alua el equipo y el endimien o óp imo
con los alumnos de p ime o de G ado de Logopedia. La p ac ica end á luga en
ab il de 2024, en la asigna u a del segundo cua imes e de “Fisiología de los
ó ganos de la Audición. Bases de la Audición”. En es a asigna u a, los alumnos

ealizan p ác icas p esenciales de his ología de la cóclea y la ía audi i a con
mic oscopios, de mane a p esencial en el aula. Con es os mic oscopios, se es á
implemen ando ya una p ác ica i ual con p epa aciones de la ía audi i a, en la
que el alumno pod á con ola de o ma emo a el mic oscopio y alo a sus
ca ac e ís icas.
- FASE V:
- Pa a la úl ima pa e del p oyec o se es á desa ollando una encues a de
sa is acción pa a que los alumnos alo en la calidad, el endimien o, e c, del
misc oscopio y la p ác ica de his ología. Con es a encues a, se pod á alo a la
posibilidad de cambia cie as ca ac e ís icas del mic oscopio o de las u u as
p ác icas a ealiza en es a y en las demás asigna u as de nues o depa amen o.
Pa a una ase pos e io , en la p óxima con oca o ia, se ealiza ía el escaneo y la
i ualización de colecciones de p epa aciones his ológicas de dis in os ejidos pa a
ene un banco de imágenes digi ales disponibles pa a oda la uni e sidad. De es a
o ma se gene a ía la adecuación a las p ác icas de his ología y ci ología a a ias
asigna u as de G ados de ciencias de la salud como Logopedia, Óp ica, Medicina,
e c. así como en Más e es como el Mas e de Neu ociencias, In es igación en
Logopedia, Audiología, e c.
6. Anexos
Figu a 1. Imágenes de las piezas del mic oscopio imp esas en 3D
Figu a 2. Imágenes del mic oscopio mon ado
Figu a 3. Imagen del mic oscopio mon ado. Pa es p incipales
Mo o es Paso a Paso de
mo imien o de la pla ina
Bombilla de iluminación
Pue o USB de conexión
de la Raspbe y
Obje i o ijo
Pla ina pa a coloca la
p epa ación