Ingeniería biomédica como Herramienta de Equidad Sanitaria: Análisis de tres Prototipos Wearables de bajo costo para contextos de recursos limitados.
Jairo Daniel Guzmán Alonzo¹*
¹Facultad de Ciencias Médicas, Licenciatura de Médico y Cirujano,
Universidad Panamericana, Ciudad de Guatemala, Guatemala
*Correspondencia: (jguzmana@upana.edu.gt)
RESUMEN
La innovación en Ingeniería Biomédica (IB) genera altos costos, creando una profunda brecha de equidad sanitaria en entornos de recursos limitados (ERL) como Guatemala. Este artículo postula a la IB como una herramienta de medicina humanitaria que, mediante la aplicación de principios de “ciencia abierta” e “innovación frugal”, puede reducir esta brecha. Se realiza un análisis de tres prototipos wearables de bajo costo, desarrollados en el ámbito académico en Guatemala, como casos de estudio. Los prototipos están enfocados en necesidades locales prevalentes: (1) una plantilla inteligente para la prevención biomecánica de úlceras en pacientes con pie diabético, (2) un parche de monitoreo fisiológico multiparamétrico para la detección de crisis epilépticas, y (3) un dispositivo de asistencia sensorial para la movilidad en discapacidad visual. El análisis técnico de los prototipos demuestra la viabilidad de crear soluciones funcionales y accesibles, logrando reducciones de costo de hasta un 96% en comparación con dispositivos comerciales. Se concluye que este enfoque de IB, centrado en la accesibilidad y el hardware de código abierto, es una estrategia viable y esencial para la democratización de la salud, la promoción de la autogestión del paciente y el desarrollo social en el país.
INTRODUCCIÓN
La Ingeniería Biomédica (IB) se ha consolidado como un motor clave en el avance de la medicina moderna, generando diagnósticos más precisos y terapias innovadoras. Sin embargo, esta innovación conlleva frecuentemente un alto costo, creando una profunda brecha de equidad sanitaria. En contextos de recursos limitados (ERL) como Guatemala, esta brecha es particularmente crítica. El país enfrenta una “doble carga” epidemiológica: la persistencia de enfermedades infecciosas y un aumento acelerado de enfermedades crónicas no transmisibles (ECNT), como la diabetes. Este fenómeno, intensificado por un “capitalismo académico y comercial” que patenta y encarece la tecnología, relega a la mayoría de la población a un modelo de salud reactivo e insuficiente.
Frente a este panorama, el presente artículo postula que la IB puede y debe reorientarse como una herramienta de medicina humanitaria. Se argumenta que, mediante la aplicación de principios de “ciencia abierta” y el uso de hardware de código abierto un enfoque conocido como “innovación frugal” es posible diseñar y validar soluciones tecnológicas accesibles que aborden problemas de salud pública prevalentes. Lejos de ser una limitación técnica, esta es una decisión estratégica de diseño centrada en la democratización de la salud.
Para demostrar la viabilidad de este enfoque, este artículo analiza tres prototipos wearables funcionales, desarrollados en el ámbito académico y centrados en necesidades críticas identificadas en la población guatemalteca. Los proyectos se dividen en dos categorías estratégicas: la salud preventiva y la salud asistencial.
Se analizarán: (1) una plantilla inteligente para la prevención de úlceras en pacientes con pie diabético, abordando la primera causa de amputación no traumática en el país (IGSS, 2017), (2) un parche de monitoreo multiparamétrico para la detección de crisis epilépticas, respondiendo a una patología que afecta a más de 300,000 guatemaltecos y que presenta una “brecha terapéutica” superior al 50% en la región (Congreso de Guatemala, 2012; OPS, 2024), y (3) un dispositivo de asistencia sensorial para la movilidad de personas con discapacidad visual, la discapacidad más reportada en el censo nacional (Prensa Libre, 2022).
A través de estos casos de estudio, se explorará cómo la fusión de la física, la ingeniería y la medicina puede generar un impacto social directo, priorizando la dignidad humana y el bienestar colectivo.
DESARROLLO Y ANÁLISIS DE CASOS
Los prototipos presentados se dividen en dos categorías estratégicas principales: (1) salud preventiva, enfocada en la monitorización de enfermedades crónicas para evitar complicaciones agudas, y (2) salud asistencial, centrada en la ingeniería de rehabilitación para restaurar la autonomía.
1. Estrategias de Salud Preventiva: Monitoreo Biomecánico y Fisiológico
Prototipo 1: Plantilla Inteligente para la Prevención del Pie Diabético
La diabetes mellitus es una epidemia global y una de las principales causas de morbilidad en Guatemala. Una de sus complicaciones más severas es la neuropatía diabética, que conduce al “pie diabético”. En Guatemala, aunque las estadísticas nacionales no están centralizadas, múltiples fuentes institucionales y académicas, como el Instituto Guatemalteco de Seguridad Social (IGSS), coinciden en que la diabetes es la principal causa de amputaciones no traumáticas de miembros inferiores (IGSS, 2017). La literatura científica revisada en estudios locales estima que las complicaciones de la diabetes son responsables de un rango que oscila entre el 50% y el 90% de todas estas amputaciones (Chávez Corado, 2016).
La neuropatía diabética provoca la pérdida de sensibilidad en los pies, lo que impide que el paciente sienta dolor y por tanto, perciba puntos de presión anormales, roces o heridas leves. Como resultado, se desarrollan úlceras plantares que, al no ser detectadas a tiempo, frecuentemente se infectan, llevando a complicaciones graves que culminan en amputaciones. Este contexto es particularmente crítico en Guatemala, donde la alta prevalencia de enfermedades crónicas coexiste con un acceso limitado a tecnologías médicas avanzadas, resaltando la necesidad de soluciones preventivas y de bajo costo.
Para abordar este problema desde la prevención, se diseñó y desarrolló la “Plantilla PressureSmart” (Valenzuela Franco et al., 2025), una plantilla inteligente wearable cuyo objetivo es el monitoreo biomecánico continuo. El prototipo integra cuatro Sensores de Fuerza Resistiva (FSR) ubicados en puntos estratégicos (talón, metatarso y arco). Estos componentes de bajo costo poseen una resistencia eléctrica que disminuye proporcionalmente a la fuerza (presión) aplicada sobre ellos.
El principio físico fundamental aplicado es el divisor de voltaje. El FSR (una resistencia variable) se conecta en serie con una resistencia fija. Cuando el paciente ejerce presión, la resistencia del FSR varía, lo que altera el voltaje de salida en el nodo entre ambas resistencias. Un microcontrolador (Arduino UNO) lee esta señal de voltaje analógica, la digitaliza y la procesa en tiempo real.
El sistema aplica comparaciones lógicas (operadores como > o <) para interpretar si los datos de presión están en un rango normal o de riesgo . Al detectar presión excesiva, alerta al usuario de manera inmediata mediante un sistema de luces LED RGB codificadas por colores (Rojo para “riesgo alto”, Verde para “presión normal”) y permite la transmisión de datos vía un módulo Bluetooth, a una aplicación móvil. Esta retroalimentación instantánea permite al paciente modificar su postura o revisar el pie antes de que se forme una lesión.
El impacto de esta herramienta es profundo: transforma la gestión de la enfermedad de reactiva (curar la úlcera) a proactiva (evitarla), fomentando la autogestión de la salud por parte del paciente. Si bien el prototipo inicial presenta limitaciones (como una resolución espacial limitada a cuatro sensores), demuestra la viabilidad de la “medicina humanitaria”. Al utilizar componentes de hardware de código abierto, el costo del dispositivo es marginal en comparación con el costo de un solo tratamiento de úlcera o una hospitalización por amputación, mejorando la calidad de vida de poblaciones vulnerables.
Prototipo 2: Parche de Monitoreo para Detección Temprana de Crisis epilépticas
El segundo prototipo aborda un desafío crítico de salud pública con profundas implicaciones sociales y económicas: la epilepsia. A diferencia de otras patologías, la epilepsia genera un alto riesgo de lesiones súbitas por convulsiones, lo que impacta la calidad de vida y genera una carga de estrés constante para los pacientes y sus familias (ILAE, 2019). A nivel global, la OMS estima que el 80% de los pacientes viven en países de ingresos bajos y medios (OMS, 2024).
Este problema es particularmente agudo en Guatemala. Se estima que aproximadamente 325,000 personas viven con esta condición en el país (Humana, 2023; Congreso de Guatemala, 2012). El desafío central no es solo la prevalencia, sino la “brecha terapéutica”. La Organización Panamericana de la Salud (OPS) advierte que, aunque hasta el 70% de los casos podrían controlarse eficazmente con tratamiento, más del 50% de los pacientes en América Latina no reciben la atención adecuada (OPS, 2024).
Esta brecha se ve intensificada por dos factores críticos:
- Costo: Un estudio de la USAC sobre la economía de la enfermedad en Guatemala determinó que los gastos para un paciente mal controlado pueden oscilar entre Q1,500.00 y Q3,000.00 mensuales (Paiz, 2017), una cifra prohibitiva dado que supera el salario mínimo y dificulta la adherencia.
- Estigma y Acceso: La falta de acceso a especialistas y el estigma social provocan que muchas familias no busquen tratamiento o lo abandonen (ILAE, 2019).
Para abordar esta brecha de accesibilidad y costo, se diseñó y desarrolló un parche inteligente no invasivo de bajo consumo energético, diseñado para ser colocado discretamente en la zona torácica (Soto Klarks et al., 2025). La estrategia de bioingeniería implementada se basa en una fusión de datos multiparamétricos para aumentar la fiabilidad de la detección y reducir los falsos positivos. El prototipo integra tres modalidades de sensores, cada una basada en un principio físico distinto:
- Electrofisiología (Electricidad): Utiliza un “MyoWare EMG Sensor” para registrar la actividad eléctrica muscular (electromiografía), permitiendo detectar patrones de contracción anormales asociados a convulsiones tónico-clónicas.
- Mecánica Clásica (Inercia): Un sensor “MPU6050” (acelerómetro y giroscopio) detecta movimientos bruscos, giros y caídas, aplicando las leyes de Newton para medir la aceleración lineal y angular del torso.
- Óptica (Fotopletismografía – PPG): Un sensor “MAX30102” mide la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno (SpO2), un principio óptico crucial, ya que muchas crisis epilépticas inducen cambios autonómicos que este sensor puede registrar.
Los datos de estos tres sensores son procesados en tiempo real por un microcontrolador “ESP32”. Al detectar un patrón que combine anomalías en las tres señales, el sistema envía una alerta inmediata a los contactos de confianza registrados vía Bluetooth o Wi-Fi.
El impacto humanitario de este prototipo radica en su accesibilidad económica, un pilar de la ciencia abierta. El costo total de los componentes en este prototipo fue de Q1,186.00. En contraste, un dispositivo comercial de referencia (como el “NightWatch”) tiene un costo aproximado de Q14,650.00. Esto representa una reducción de costo del 96%, demostrando que es viable crear una “red de seguridad” portátil y funcional que ataca directamente las barreras económicas, permitiendo el acceso al monitoreo neurológico en el país.
2. Estrategia de Salud Asistencial: Ingeniería de Rehabilitación y Autonomía
Prototipo 3: Dispositivo de Asistencia Sensorial para Discapacidad Visual
El tercer prototipo se enmarca en la Ingeniería de Rehabilitación y aborda la discapacidad más frecuentemente reportada en Guatemala: la discapacidad visual (CONADI, 2024). Según el XII Censo Nacional (2018), más de 940,000 personas reportan tener “dificultad para mirar” (Prensa Libre, 2022). El problema humanitario se agrava al considerar que las causas principales, como la catarata y los errores de refracción, son en gran medida prevenibles o tratables (Prensa Libre, 2025; OMS, 2019). Sin embargo, el país presenta una de las tasas de cobertura quirúrgica más bajas de la región (OPS, 2023), dejando a una vasta población con barreras significativas para la movilidad independiente, la educación y la inclusión social.
La discapacidad visual impone barreras significativas para la movilidad independiente, la educación y la inclusión social. Aunque herramientas tradicionales como el bastón guía son indispensables para detectar obstáculos a nivel del suelo, son ineficaces contra peligros a la altura de la cabeza o el pecho (ramas de árboles, señalética, cornisas bajas, balcones o voladizos). Este “vacío de detección” genera un riesgo constante de accidentes y fomenta la dependencia.
Este proyecto es una clara implementación de la IB mediante la aplicación de principios Físicos, donde la estrategia implementada se basa en la Ingeniería de rehabilitación mediante la aplicación del principio de sustitución sensorial. El objetivo es traducir la información espacial, que el sentido de la vista no puede percibir, a un sentido funcional alternativo (el tacto o el oído).
El prototipo, implementado en un formato wearable como un guante o una gorra, utiliza sensores de proximidad ultrasónicos (HC-SR04) (Sinay Peraza et al., 2025). Estos sensores funcionan de manera análoga al sónar: emiten un pulso de sonido de alta frecuencia (ultrasonido) y miden el tiempo que tarda el eco en rebotar desde un objeto. Conociendo la velocidad del sonido, el microcontrolador (Arduino) calcula la distancia al obstáculo con precisión.
La información de distancia se traduce en una alerta para el usuario:
- Retroalimentación Auditiva: Un buzzer emite un sonido (bip) cuya frecuencia o intermitencia aumenta a medida que el obstáculo se acerca.
- Retroalimentación Háptica: (Preferida en entornos ruidosos) Se utilizan pequeños motores de vibración (similares a los de un teléfono móvil) colocados en el guante. La intensidad o frecuencia de la vibración aumenta con la proximidad, permitiendo al usuario “sentir” la distancia.
Esta solución de bajo costo no busca reemplazar al bastón, sino complementarlo, cubriendo el “vacío de detección” superior. El impacto en la calidad de vida es inmediato: aumenta la seguridad, la confianza y la autonomía del usuario para navegar en entornos complejos.
Desde una perspectiva humanitaria, esta tecnología es una herramienta de inclusión. Al ser construida con componentes asequibles y de fácil acceso, puede ser replicada y distribuida ampliamente. Más allá de la prevención de lesiones, este dispositivo es un facilitador de la dignidad, permitiendo al individuo una participación más plena e independiente en la sociedad.
LA INGENIERÍA BIOMÉDICA COMO HERRAMIENTA HUMANITARIA
Los tres casos analizados comparten un hilo conductor filosófico: la democratización de la tecnología sanitaria. En un contexto donde la innovación suele ser sinónimo de alto costo, estos prototipos demuestran que es posible desvincular el impacto social del precio. El uso de hardware de código abierto (como las plataformas Arduino o ESP32) y sensores de bajo costo no es una limitación técnica, sino una decisión estratégica de diseño centrada en la accesibilidad.
Este enfoque se contrapone directamente al modelo de “capitalismo académico” o comercial, donde las patentes y los costos de desarrollo crean barreras de entrada. La filosofía de estos proyectos se alinea más con el movimiento de “ciencia abierta”, que postula que el conocimiento, especialmente el generado con fines sociales, debe ser transparente y accesible (García Aristegui & Rendueles, 2014; UNESCO, 2021; Vivar, 2025).
El rol del ingeniero biomédico en un entorno de recursos limitados trasciende los conocimientos técnico-científicos y se convierte en un agente de equidad sanitaria. El desafío no es solo construir un circuito funcional, sino diseñar una solución que sea sostenible, replicable y culturalmente apropiada para la comunidad a la que sirve. La física y la medicina, en esta simbiosis, no solo buscan entender el cuerpo humano, sino también resolver las limitaciones socioeconómicas que impiden su bienestar.
Esta estrategia tiene implicaciones directas para la salud pública. Al centrarse en la prevención (plantilla y parche) y la asistencia (guante/gorra), se atacan los problemas en su raíz, reduciendo la carga financiera y logística sobre un sistema de salud dinámico y a menudo saturado. Estas herramientas fomentan la autogestión de la salud, empoderando al paciente con datos sobre su propio cuerpo y entorno.
Finalmente, el desarrollo de estos prototipos en el ámbito universitario cumple una función pedagógica crucial. Expone a los futuros médicos y cirujanos no solo a los principios físicos que rigen la tecnología médica, sino a una mentalidad de innovación social. Les enseña que, frente a un recurso limitado, la solución no es la resignación, sino la creatividad y la aplicación interdisciplinaria del conocimiento para el bienestar colectivo.
CONCLUSIONES
Este análisis de tres prototipos wearables de bajo costo permite extraer conclusiones fundamentales sobre el papel de la ingeniería biomédica en contextos de recursos limitados:
- La ingeniería biomédica, cuando se enfoca estratégicamente en la accesibilidad, es una de las herramientas más poderosas para reducir la brecha de equidad sanitaria, ofreciendo soluciones de monitoreo y asistencia a poblaciones que de otro modo estarían excluidas, posicionando la IB como una herramienta de equidad.
- El uso de hardware de código abierto y componentes electrónicos asequibles ha demostrado ser una vía viable y efectiva para crear dispositivos wearables funcionales que abordan problemas de salud pública de alta prevalencia (pie diabético, epilepsia, discapacidad visual).
- Los prototipos demuestran un claro impacto en la transformación del cuidado de la salud de un modelo reactivo a uno preventivo, facilitando la autogestión del paciente, aumentando la autonomía y la seguridad, además de tener el potencial de reducir significativamente los costos hospitalarios asociados a las complicaciones.
- La fusión de la física, la ingeniería y la medicina bajo un enfoque de “medicina humanitaria” permite el desarrollo de soluciones tecnológicas que priorizan el impacto social y la dignidad humana por encima de la complejidad o el beneficio comercial. Este enfoque es esencial para el desarrollo científico y social en países en vías de desarrollo como Guatemala.
AGRADECIMIENTOS
El autor desea expresar su profundo reconocimiento a los siguientes estudiantes por su contribución esencial en la fase de generación de datos, construcción, y pruebas de los prototipos, cuyo trabajo sirvió como la base empírica y tecnológica para el análisis de este artículo. Su participación ejemplifica el valor de la innovación frugal dentro del ámbito universitario:
| Prototipo | Contribuyentes |
| 1. Plantilla PressureSmart | María J. Valenzuela Franco, Valerie N. Osorio Cifuentes, Katerin G. Landaverry Flores y Andrea V. Samayoa Reyes. |
| 2. Parche EMG | Ludgardo A. Soto Klarks, Alix S. Guzmán Alvarado, Wanda Y. Zeceña Cortez, Victoria A. Ajanel Pérez y Axel A. Castillo Rodríguez. |
| 3. Dispositivo de Asistencia Sensorial | Rossy Y. Sinay Peraza, Silvia A. López Talé, Evelyn A. Palacios Yupe, Gerson S. Jacobo Tovar y Katherine J. Tix Ixtecoc. |
REFERENCIAS
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