Software de monitoreo al dormir para la detección de eventos de compresión ocular

dc.contributor.advisorTello Hernández, Alejandro
dc.contributor.apolounabTello Hernández, Alejandro [alejandro-tello-hernández]spa
dc.contributor.authorCabarcas Heyes, Pamela Alexandra
dc.contributor.authorMartínez Garrido, Laura Alejandra
dc.contributor.cvlacTello Hernández, Alejandro [0001009125]spa
dc.contributor.googlescholarTello Hernández, Alejandro [puxZHKYAAAAJ]spa
dc.contributor.linkedinCabarcas Heyes, Pamela Alexandra [pamelacabarcas]spa
dc.contributor.linkedinMartínez Garrido, Laura Alejandra [lauraamartinezg]spa
dc.contributor.orcidTello Hernández, Alejandro [0000-0001-5081-0720]spa
dc.contributor.researchgateTello Hernández, Alejandro [Alejandro_Tello2]spa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.coverage.spatialBucaramanga (Santander, Colombia)spa
dc.coverage.temporal2024- 2025spa
dc.date.accessioned2025-06-17T16:21:46Z
dc.date.available2025-06-17T16:21:46Z
dc.date.issued2025-05-26
dc.degree.nameIngeniero Biomédicospa
dc.description.abstractEl trauma ocular durante el sueño ha sido identificado como un factor de riesgo significativo en la progresión de enfermedades como el queratocono. Sin embargo, los métodos convencionales de monitorización, como la polisomnografía o la actigrafía, presentan limitaciones para captar eventos de compresión ocular con precisión. El presente proyecto tuvo como objetivo desarrollar un software de monitoreo no invasivo para la detección de eventos de compresión ocular durante el sueño, utilizando monitoreo computacional. La metodología se basó en el uso de algoritmos de MediaPipe y OpenCV implementados en Python para la detección en tiempo real de landmarks anatómicos, empleando un método basado en distancia euclidiana entre ojos y extremidades superiores. Asimismo, se incorporó una interfaz gráfica desarrollada con Django para facilitar la gestión de usuarios, pacientes y visualización multicámara segmentada. Durante las pruebas se simularon 70 eventos de compresión ocular, de los cuales el sistema logró identificar correctamente 58, alcanzando una exactitud del 82.85%. Los resultados mostraron mayor precisión en eventos con contacto manual, mientras que los movimientos con los brazos presentaron limitaciones asociadas a la pérdida de detección de la malla facial. Asimismo, se evidenció que la visibilidad del rostro y hombros es crucial para el correcto funcionamiento del algoritmo. El software clasifica los eventos por tipo de contacto, lateralidad, ojo involucrado y cámara de detección, y genera un archivo de salida con la información segmentada. Además, la interfaz web desarrollada resultó funcional y amigable, permitiendo ejecutar las tareas clave con menos de seis clics. Esta prueba de usabilidad respalda su aplicabilidad en entornos clínicos sin necesidad de capacitación técnica avanzada. El desarrollo alcanzado sienta las bases para futuras herramientas de monitoreo del sueño enfocadas en la salud ocular, y abre camino hacia la personalización de estrategias preventivas en pacientes con riesgo de desarrollar queratoconospa
dc.description.abstractenglishOcular trauma during sleep has been identified as a significant risk factor in the progression of diseases such as keratoconus. However, conventional monitoring methods, such as polysomnography or actigraphy, have limitations in accurately detecting ocular compression events. This project aimed to develop a non-invasive monitoring software for the detection of ocular compression events during sleep using computer vision techniques. The methodology was based on real-time anatomical landmark detection using MediaPipe and OpenCV algorithms implemented in Python, applying a Euclidean distance method to assess proximity between the eyes and upper limbs. A graphical interface developed in Django was also implemented to facilitate user and patient management, as well as segmented multicamera visualization. During testing, 70 ocular compression events were simulated, of which the system correctly identified 58, achieving an accuracy rate of 82.85%. The results showed higher precision in events involving manual contact, while arm movements presented challenges due to temporary loss of facial mesh detection. The visibility of the face and shoulders was found to be essential for optimal system performance. The software classifies events by type of contact, laterality, eye involved, and detecting camera, generating a segmented output file. The web interface proved functional and user-friendly, enabling the execution of key tasks in fewer than six clicks. This usability test supports the feasibility of implementing the system in clinical environments without requiring advanced technical training. This development lays the groundwork for future sleep monitoring tools focused on ocular health and paves the way for personalized preventive strategies in patients at risk of developing keratoconus.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.description.tableofcontentsAgradecimientos.............................................................................................................................. 2 Resumen...........................................................................................................................................3 Abstract............................................................................................................................................5 Contenido.........................................................................................................................................7 Lista de Figuras................................................................................................................................9 Lista de Tablas............................................................................................................................... 10 CAPÍTULO 1................................................................................................................................11 PROBLEMA U OPORTUNIDAD..............................................................................................11 1.1 Descripción del problema........................................................................................................ 11 1.2 Justificación............................................................................................................................. 12 1.3 Pregunta problema................................................................................................................... 14 1.4 Objetivo general.......................................................................................................................14 1.5 Objetivos específicos............................................................................................................... 14 CAPÍTULO 2............................................................................................................................... 15 ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO............................................................................... 15 2.1 Identificación del cliente..........................................................................................................15 2.2 Delimitaciones......................................................................................................................... 16 2.3 Lista de métricas................................................................................................................ 16 CAPÍTULO 3............................................................................................................................... 18 MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE..........................................................................18 3.1 Marco Teórico..........................................................................................................................18 3.1.1 Anatomía ocular y efectos de la compresión........................................................................ 18 3.1.2 Monitorización del sueño y sus limitaciones........................................................................19 3.1.3 Análisis basado en visión por computadora..........................................................................20 3.1.4 La postura al dormir en la salud ocular.................................................................................21 3.2 Marco legal.............................................................................................................................. 21 3.2.1 Marco Legal Nacional...........................................................................................................22 3.2.2 Marco Legal Internacional....................................................................................................22 Estado del arte................................................................................................................................23 CAPÍTULO 4............................................................................................................................... 26 METODOLOGÍA........................................................................................................................ 26 4.1 Primera Etapa: Identificación y requerimientos del cliente..................................................27 4.1.1 Recopilación de información y análisis clínico.................................................................... 27 4.1.2 Construcción de la matriz de requerimientos........................................................................27 8 4.1.3 Selección del entorno de desarrollo...................................................................................... 27 4.2 Segunda etapa: Desarrollo del sistema de monitoreo mediante visión por computadora......28 4.2.1 Diseño de las funcionalidades de identificación de pose y facemesh...................................28 4.2.2 Evaluación e implementación de métodos de detección de contacto ocular........................ 28 4.2.3 Diseño de sistema multicámara y visualización segmentada............................................... 29 4.2.4 Registro y almacenamiento de eventos.................................................................................30 4.2.5 Estructura del script y flujo de ejecución..............................................................................31 4.2.6 Desarrollo de las vistas HTML mediante el sistema de plantillas de Django...................... 32 4.2.7 Desarrollo del sistema SQlite................................................................................................34 4.3 Tercera etapa: Evaluación experimental y desarrollo del protocolo operativo......................35 4.3.1. Entorno simulado.................................................................................................................35 4.3.2. Pruebas en entorno simulado............................................................................................... 38 4.3.3. Diseño y estructuración del protocolo................................................................................. 39 CAPÍTULO 5............................................................................................................................... 40 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS................................................................... 40 5.1 Resultados de la identificación y requerimientos del cliente...................................................40 5.2 Resultados del desarrollo del código....................................................................................... 44 5.3 Evaluación de desempeño del software................................................................................... 49 5.4 Resultados de funcionalidad de la interfaz en Django.............................................................50 CAPÍTULO 6.............................................................................................................................. 55 RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES.........................................................................55 Lista de Referencias.......................................................................................................................58 ANEXOS....................................................................................................................................... 62spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/29826
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Biomédicaspa
dc.publisher.programidIBM-1788
dc.relation.referencesMazharian, A., Panthier, C., Courtin, R. et al. (2020). Incorrect sleeping position and eye rubbing in patients with unilateral or highly asymmetric keratoconus: a case-control study. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol, 258, 2431–2439. https://doi.org/10.1007/s00417-020-04771-zspa
dc.relation.referencesLima, M. H. C., Rizzi, A. R., Nepomuceno Neto, F ., Simoceli, R. A., Cresta, F . B., Lima, W. C., et al. (2016). Associação da assimetria do acometimento corneano no ceratocone com a posição preferencial de dormir. eOftalmo, 2(3), 1-8. https://doi.org/10.17545/e-oftalmo.cbo/2016.65spa
dc.relation.referencesRabinowitz, Y. S., Galvis, V ., Tello, A., Rueda, D., & García, J. D. (2021). Genetics vs chronic corneal mechanical trauma in the etiology of keratoconus. Experimental Eye Research, 202, 108328. https://doi.org/10.1016/j.exer.2020.108328spa
dc.relation.referencesYin, J., Xu, J., & Ren, T. L. (2023). Recent Progress in Long-Term Sleep Monitoring Technology. Biosensors, 13(3), 395. https://doi.org/10.3390/bios13030395spa
dc.relation.referencesSantodomingo-Rubido, J., Carracedo, G., Suzaki, A., Villa-Collar, C., Vincent, S. J., & Wolffsohn, J. S. (2022). Keratoconus: An updated review. Contact Lens & Anterior Eye, 45(3), 101559. https://doi.org/10.1016/j.clae.2021.101559spa
dc.relation.referencesKaufman, P . L., & Alm, A. (2011). Adler's Physiology of the Eye (11th ed.). Mosby.spa
dc.relation.referencesRazeghinejad, M. R., Banifatemi, M., & Banifatemi, S. (2014). The association of sleeping position and glaucoma progression. Journal of Ophthalmic & Vision Research, 9(1), 91–95.spa
dc.relation.referencesAncoli-Israel, S., Cole, R., Alessi, C., Chambers, M., Moorcroft, W., & Pollak, C. P . (2015). The role of actigraphy in the study of sleep and circadian rhythms. Sleep, 26(3), 342–392. https://doi.org/10.1093/sleep/26.3.342spa
dc.relation.referencesLugaresi, C., Tang, J., Nash, H., McClanahan, C., Chang, C. L., Yong, M. G., ... & Grundmann, M. (2019). MediaPipe: A Framework for Building Perception Pipelines. arXiv preprint arXiv:1906.08172.spa
dc.relation.referencesHarris, C. R., Millman, K. J., van der Walt, S. J., Gommers, R., Virtanen, P ., Cournapeau, D., ... & Oliphant, T. E. (2020). Array programming with NumPy. Nature, 585(7825), 357-362. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2spa
dc.relation.referencesBradski, G. (2000). The OpenCV Library. Dr. Dobb’ s Journal of Software Tools.spa
dc.relation.referencesSantos, R. T., Moscovici, B. K., Hirai, F . E., Benício, C. M. F ., Nakano, E. M., & Nosé, W. (2021). Association between keratoconus, ocular allergy, and sleeping behavior. Arquivos brasileiros de oftalmologia, 84(1), 17–21. https://doi.org/10.5935/0004-2749.20210003spa
dc.relation.referencesMinisterio de Salud y Protección Social. (2019). Resolución 3100 de 2019. https://www.minsalud.gov.co/normatividad_nuevo/resoluci%C3%B3n%20no.%203100 %20de%202019.pdfspa
dc.relation.referencesCongreso de la República de Colombia. (2012). Ley 1581 de 2012. https://www.funcionpublica.gov.co/eva/gestornormativo/norma.php?i=49981spa
dc.relation.referencesInternational Electrotechnical Commission. (2006). IEC 62304: Medical device software – Software life cycle processes. https://webstore.iec.ch/publication/25920spa
dc.relation.referencesInternational Organization for Standardization. (2019). ISO 14971:2019 Medical devices – Application of risk management to medical devices. https://www.iso.org/standard/72704.htmlspa
dc.relation.referencesInternational Organization for Standardization. (2022). ISO 27001:2022 Information security, cybersecurity and privacy protection – Information security management systems – Requirements. https://www.iso.org/standard/27001.htmlspa
dc.relation.referencesFekedulegn, D., Andrew, M. E., Shi, M., Violanti, J. M., Knox, S., & Innes, K. E. (2020). Actigraphy-Based Assessment of Sleep Parameters. Annals of work exposures and health, 64(4), 350–367. https://doi.org/10.1093/annweh/wxaa007spa
dc.relation.referencesMcMonnies, C. W. (2015). The evidentiary significance of case reports: Eye rubbing and keratoconus. Optometry and Vision Science, 92(6), e166–e172. https://doi.org/10.1097/OPX.0000000000000615spa
dc.relation.referencesArenas, L. Franco, K. (2024). Desarrollo de un sistema portable para la asistencia en la rehabilitación de personas con discapacidad [Proyecto en curso]. Universidad Autónoma de Bucaramanga.spa
dc.relation.uriapolohttps://apolo.unab.edu.co/en/persons/alejandro-tello-hern%C3%A1ndezspa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.subject.keywordsOcular compressionspa
dc.subject.keywordsKeratoconusspa
dc.subject.keywordsComputer visionspa
dc.subject.keywordsSleep monitoringspa
dc.subject.keywordsEvent detectionspa
dc.subject.keywordsBiomedical engineeringspa
dc.subject.keywordsEngineering biophysicsspa
dc.subject.keywordsBioengineering medicinespa
dc.subject.keywordsBiomedicalspa
dc.subject.keywordsPatient monitoringspa
dc.subject.keywordsIntraocular pressurespa
dc.subject.lembIngeniería biomédicaspa
dc.subject.lembIngenieríaspa
dc.subject.lembBiofísicaspa
dc.subject.lembBioingenieríaspa
dc.subject.lembMedicinaspa
dc.subject.lembBiomédicaspa
dc.subject.lembMonitoreo del pacientespa
dc.subject.lembPresión intraocularspa
dc.subject.proposalCompresión ocularspa
dc.subject.proposalQueratoconospa
dc.subject.proposalVisión por computadoraspa
dc.subject.proposalMonitorización del sueñospa
dc.subject.proposalDetección de eventosspa
dc.titleSoftware de monitoreo al dormir para la detección de eventos de compresión ocularspa
dc.title.translatedSleep monitoring software for detecting eye compression eventsspa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aaspa
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.localTrabajo de Gradospa
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TP

Archivos

Bloque original

Mostrando 1 - 2 de 2
Cargando...
Miniatura
Nombre:
SOFTWARE DE MONITOREO AL DORMIR PARA LA DETECCIÓN DE EVENTOS DE COMPRESIÓN OCULAR (LIBRO).docx (1).pdf
Tamaño:
10.29 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descripción:
Tesis
Cargando...
Miniatura
Nombre:
Licencia.pdf
Tamaño:
340.73 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descripción:
Licencia

Bloque de licencias

Mostrando 1 - 1 de 1
Cargando...
Miniatura
Nombre:
license.txt
Tamaño:
829 B
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción: