The development of a computer-based teaching simulation tool to aid medical imaging educators in teaching pattern recognition / Desarrollo de una herramienta de simulación computacional de enseñanza de apoyo a los educadores de imagen médica en la enseñanza del patrón de reconocimiento

SUMMARY: The aim of this exploratory design science research (DSR) study was to design a computer-based teaching simulation tool (CBTST) for training medical imaging (MI) students in chest pattern recognition. A DSR methodology used in the design of the CBTST entailed the following phases: 1) awareness of the problem (proposal design); 2) suggestion; 3) development; 4) evaluation; and 5) conclusion. The CBTST was designed using Microsoft Visual Studio which operates on the Structured Query Language server. The designed CBTST was evaluated using the System Usability Scale (SUS) and MI educators. The designed CBTST evaluation yielded an average score of 70.1 which exceeded the score of 68 which is generally accepted to indicate that the CBTST has good usability. The CBTST proved to be an authentic tool that is user-friendly and allows communication and feedback between the educator and the students. It is envisaged that the implementation of this tool will enhance the future training of MI students in pattern recognition while contributing immensely to the current development of the use of computer-based simulation.

RESUMEN: El objetivo de este estudio de investigación en ciencias de diseño (DSR) fue desarrollar una herramienta de simulación de enseñanza basada en computadora (CBTST) para capacitar a los estudiantes en el reconocimiento de patrones de tórax a través de la imagenología médica. Una metodología DSR utilizada en el diseño del CBTST implicaba las siguientes fases: 1) conciencia del problema (diseño de la propuesta); 2) sugerencia; 3) desarrollo; 4) evaluación; y 5) conclusión. El CBTST se diseñó con Microsoft Visual Studio, que opera en el servidor de Structured Query Language. El CBTST diseñado se evaluó utilizando la escala de usabilidad del sistema (SUS) y educadores de IM. La evaluación CBTST diseñada arrojó un puntaje promedio de 70,1 que excedió el puntaje de 68 que generalmente se acepta para indicar que el CBTST tiene buena usabilidad. El CBTST demostró ser una herramienta auténtica, fácil de usar y que permite la comunicación y la retroalimentación entre el educador y los estudiantes. Se prevé que la implementación de esta herramienta mejorará la formación futura de los estudiantes de IM en el reconocimiento de patrones y contribuirá de manera importante al desarrollo actual del uso de la simulación basada en computadora.

Effect of temperature in bursting of thalamic reticular cells / Efecto de la temperatura en las descargas en ráfaga de la célula del núcleo reticular del tálamo

Abstract Objective: To show the relation between the four parameters associated to bursting discharges of the thalamic reticular cells (TRNn): the maximum firing frequency (fmax) and the temperature at which it occurs (Tfmax), the range of temperatures defined as the full width at half maximum (∆Th) and the maximum specific low threshold calcium conductance (GT). Materials and Methods: In order to simulate the TRNn bursting activity, a computational simulation model was implemented using the NEURON software, which incorporates morphological and electrophysiological data, and stimuli properties closely related to reality. Results: It was found that there are nonlinear relations between the parameters. The fmax frequency follows a quadratic growth with temperature and tends asymptotically towards a limit value with the maximum calcium conductance. In the same manner, ∆Th increases until reaching a limit value as function of fmax and GT. However, the increment per frequency unit is bigger than the increment per conductance unit. Conclusions: Four equations were obtained that model the relations between the parameters associated to bursting discharges of the TRNn in rats and other neurons with similar characteristics in different animal species.

Resumen Objetivo: Mostrar la relación entre los cuatro parámetros asociados a las descargas en ráfaga de las neuronas del núcleo reticular del tálamo (TRNn): la frecuencia máxima de descarga (fmax) y la temperatura a la cual se produce (Tfmax), el rango de temperaturas definido como ancho a media altura (∆Th) y la conductancia máxima de calcio de bajo umbral (GT). Materiales y métodos: Para simular las descargas en ráfaga de las TRNn se implementó un modelo de simulación computacional usando el software NEURON, que incorpora datos morfológicos, electrofisiologicos y las propiedades de los estímulos en estrecha relación con la realidad. Resultados: Se encontraron relaciones no lineales entre los parámetros. La frecuencia fmax crece de forma cuadrática con la temperatura y tiende asintóticamente a un valor límite con la conductancia. Así mismo, ∆Th también se incrementan hasta alcanzar un valor límite en función de fmax y GT. No obstante, es mayor el incremento por cada unidad de frecuencia que por cada unidad de conductancia. Conclusiones: Se obtuvieron cuatro ecuaciones que modelan las relaciones entre los pará- metros asociados a las descargas en ráfaga de las neuronas TRN en ratas y otras neuronas con características similares en diferentes especies animales.

Data Exporter: A complementary tool to export data simulation from neuron / Data Exporter: Una herramienta complementaria para exportar datos obtenidos de simulaciones con neuron

Objectives: To develop a computational tool for NEURON simulation environment, user friendly, to store the results generated during simulation and to make subsequent analysis with other tools such as Matlab and IgorPRo Materials and Methods: Data Exporter was implemented in the programming language hoc. This algorithm is divided in 13 sections or blocks. The first section is necessary to edit in a new simulation. These new configuration determine the geometry, biophysic properties the neurons to simulate and path to save data. Results: To check the efficiency of the algorithm, we simulated the propagation of action potential in TRN(thalamic reticular nucleus) neuron in different large of simulation. We determine that the time of simulation is linear respect to time of simulation. Conclusions: Data Exporter makes easier to start to neural simulation in NEURON reducing the steps of programming to geometry and biophysical properties of the neuron and to allow save data to next steps of analysis.

Objetivos: Desarrollar una herramienta computacional en ambiente lenguaje de programación hoc de NEURON y de fácil uso, que permita el rápido almacenamiento de los resultados obtenidos para su posterior análisis en otros software tales como Matlab or IgorPro. Materiales y métodos: Para el desarrollo de Data Exporter se escribió un algoritmo en lenguaje de programación hoc de NEURON. El algoritmo, escrito en un único archivo de texto, esta dividido en 13 bloques, de los cuales solo el primero debe ser modificado para adaptarlo a una geometría y biofísica neuronal particular y para determinar la ruta de almacenamiento de los datos. Resultados: Se desarrollo un software que simula la propagación de potenciales de acción a través de geometrías neuronales complejas. El uso de esta herramienta permite el almacenamiento de los resultados obtenidos, como potenciales y corrientes de membrana en diferentes puntos de toda la neurona, sin incremento significativo en el tiempo para el desarrollo de los procesos. Conclusiones: Data Exporter es un software que le da mayor flexibilidad a NEURON facilitando el acceso a nuevos neurocientíficos, los cuales pueden usarlo con solo conocer los códigos necesarios para el desarrollo de los archivos relacionados con las propiedades geométricas y biofísicas neuronales.

On the modelling bone tissue fracture and healing of the bone tissue / Sobre el modelado de los procesos de fra ctura y reparacion del tejido óseo

This paper reviews the available literature on computational modelling in two areas of bone biomechanics: fracture and healing. Bone fracture analysis attempts to predict the failure of musculoskeletal structures by several possible mechanisms under different loading conditions. However, as opposed to structurally inert materials, bone is a living tissue that can repair its elf. An exciting new field of research is being developed to better comprehend these mechanisms and the mechanical behaviour of bone tissue. One of the main goals of this work is to demonstrate, after a review of computational models, the main similarities and differences between normal engineering materials and bone tissue from a structural point of view. We also underline the importance of computational simulations in biomechanics due to the difficulty of obtaining experimental or clinical results.

La fractura de todo tipo en los órganos óseos es una de las causas indirectas más importantes de mortalidad en personas de avanzada edad y uno de los factores de mayor incidencia social y económica dentro del ámbito sanitario en las sociedades desarrolladas. Es por tanto importante disponer de una mejor comprensión de los mecanismos de fractura ósea y de los modelos necesarios que tratan de predecir su fallo como consecuencia de diferentes condiciones de carga. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en materiales inertes, el hueso, como tejido vivo, tiene la capacidad de autorepararse. De hecho el mejor conocimiento de estos comportamientos, junto a la posibilidad de simulaciones suficientemente precisas, permitiría un mejor diseño de prótesis e implantes, siendo éste un campo de investigación de gran actualidad. Los objetivos principales de este trabajo son comprender las diferencias y similitudes entre el comportamiento a fractura entre el tejido óseo y los materiales ingenieriles habituales desde un punto de vista estructural, así como realizar una revisión de la bibliografía disponible sobre el modelado computacional en estas dos áreas de la Biomecánica ósea: fractura y conformación del callo óseo, con objeto de enfatizar la importancia de la simulación en esta disciplina,, debido a la enorme dificultad, e incluso imposibilidad en muchos casos, de obtener resultados experimentales precisos y personalizados.