Transcript Ingeniería Biomédica

Juan José Aranda Aboy
Doctor en Ciencias Técnicas
1976 – 2001: Investigador Titular del Instituto Central de Investigación Digital (ICID) y
Profesor Titular del Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echevarría”, CUBA.
1998 – 2002: Profesor Universidad Ibero Americana Ciencia y Tecnología, CHILE.
2003 – ........: Profesor e Investigador Titular grado 5 de la Universidad de Valparaiso, CHILE
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Trabaja en Procesamiento de Imágenes Digitales (PID) desde 1987.
Coordinador Nacional del grupo cubano de trabajo en PID desde su creación en 1994 hasta 1999.
Ha impartido cursos de pre y postgrado en varias universidades.
Ha dictado conferencias en universidades, empresas y organismos de la ex URSS, Perú, Argentina y Chile.
Miembro del Tribunal Nacional de Grados Científicos en Ciencias Técnicas de Cuba entre 1997 y 2001.
Autor principal o coautor de varios artículos sobre PID y otras aplicaciones de la Computación.
Premio del Centro Regional para la Enseñanza de la Informática,España, 1983, por el libro “Introducción a la
Computación”
Medalla “30 Aniversario de la Ira Computadora Cubana”
Ha participado como ponente en múltiples eventos cubanos e internacionales.
Introducción
a la
Ingeniería Biomédica
Dr. Juan José Aranda Aboy
Contenido
1.
2.
3.
4.
5.
Evolución del Sistema de Salud
El Sistema de Salud contemporáneo
¿Qué es Ingeniería Biomédica?
Los roles del Ingeniero Biomédico
La Ingeniería Biomédica en Ibero América
y en Chile
6. Asociaciones profesionales
7. Conclusiones
8. Bibliografía
Hitos en la Evolución de los
Sistemas de Salud
• Los “brujos”: Enfrentamiento entre los “buenos” y los “malos”
espíritus. Medicina “Verde”. Dígito y Acupuntura. Cirugía.
• Los egipcios: Imhotep
• Los griegos:
– Esculapio -> “Mente sana en cuerpo sano”
– Hipócrates-> Juramento. Primera escuela de Medicina.
• Los romanos:Contribuciones a la salud pública. Creación de
Hospitales.
– Galeno -> Observaciones anatómicas, prescripción de remedios
• La Edad Media: la Iglesia conserva el conocimiento y mantiene
responsabilidad por el enfermo a través de sus hospitales.
• El Renacimiento y la Reforma: da Vinci, Galileo, Harvey, ...
• El Siglo XIX: las Enfermeras
Hitos de la Ingeniería Biomédica en
el Sistema de Salud contemporáneo
• 1895 - Roentgen y los Rayos X: el cuerpo “se abre” a la inspección
médica
• 1903 - Einthoven y la electrocardiografía. Biopotenciales.
• 1927 - Ventilador para cirugía
• 1928 - Marcapasos (tardó 32 años en comercializarse)
• 1939 - “Bypass” Corazón – Pulmón
• 194x - Ultrasonido, Medicina Nuclear y Microscopios electrónicos
• 194x - Computadores e Informática
• 1954 - Primer trasplante exitoso de riñón
• 197x - Tomografía Axial Computadorizada, Resonancia Magnética
de Imagen
• 200x - Corazón artificial implantable y otras Prótesis biónicas
• 2002 - Secuenciamiento del Genoma humano
¿Qué es Ingeniería Biomédica?
Un área multidisciplinaria de especialización
profesional relacionada con la salud.
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Conocimientos necesarios
Potencial de la especialidad
Áreas de especialización
Objetivos de trabajo
Ingeniería Biomédica
Conocimientos necesarios
La especialización profesional del Ingeniero
Biomédico vincula conocimientos de un amplio
conjunto de disciplinas:
– Ingenierías: electrónica, mecánica y química
– Ciencias biológicas y terminología médica básica
que le permiten relacionarse con los restantes
profesionales a cargo de los cuidados de salud
Ingeniería Biomédica
Potencial de la Especialidad
• Desarrollo de mejores especies de animales y plantas para la
producción de alimentos
• Diseño de nuevas herramientas para el diagnóstico de
enfermedades
• Producción de vacunas sintéticas a partir de células clonadas
• Protección del medio ambiente biológico para la preservación de
la vida de seres humanos, animales y plantas de tóxicos y
contaminación
• Estudio de las interacciones entre proteínas y superficies
• Modelo del crecimiento de células
• Investigación en tecnología de enzimas
• Desarrollo de proteínas terapéuticas y anticuerpos monoclonales
Ingeniería Biomédica
Areas de Especialización
• Aplicación de la Ingeniería de Sistemas: Modelado Fisiológico y de
Órganos, Simulación y Control; a los problemas biológicos.
• Detección, medición y monitoreo de señales fisiológicas: Biosensores e
Instrumentación biomédica.
• Interpretación diagnóstica mediante técnicas de Procesamiento de
Señales de los datos bioeléctricos: Biopotenciales y Potenciales
Evocados.
• Procedimientos y Equipos para Terapia y Rehabilitación.
• Equipos para sustitución y ampliación de las funcionalidades corporales:
Órganos artificiales.
• Análisis mediante computadores de datos de los pacientes y apoyo a la
toma de decisiones médicas: Informática Médica e Inteligencia Artificial.
• Imagenología Médica: muestra gráfica de detalles de la estructura
anatómica y de funcionamiento fisiológico.
• Creación de nuevos productos biológicos: Biotecnología e Ingeniería de
Tejidos.
Objetivos del Ingeniero Biomédico
Sus capacidades y habilidades pueden utilizarse en:
• Investigación en nuevos materiales para implante de órganos
artificiales.
• Desarrollo de nuevos instrumentos para el diagnóstico.
• Modelado fisiológico del funcionamiento del cuerpo humano.
• Escritura de programas de computador para análisis de datos
de investigación médica.
• Análisis de equipos médicos y sus peligros para seguridad y
eficacia.
• Estudio de la Biomecánica humana y Diseño de
instrumentación para medicina deportiva.
• Diseño de herramientas de comunicación para ayuda a
discapacitados.
• Etc.
Roles del Ingeniero Biomédico
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Bioinstrumentación
Ingeniería Clínica
Biomateriales
Biomecánica
Ingeniería de Rehabilitación
Bioseñales
Biosistemas
Biotransporte
Ingeniería Celular
Ingeniería de Tejidos
Bioinstrumentación
• Aplica los fundamentos de la Medición a la creación de
dispositivos biomédicos.
• Enfatiza principios comunes y problemas únicamente asociados
con la toma de mediciones en sistemas vivientes; lo que incluye
conceptos tales como:
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Precisión y Exactitud,
Reproducibilidad,
Filtrado (Suavizamiento – Supresión) de Ruidos,
Métodos de Calibración y
Requerimientos de Seguridad.
• Incluye métodos para:
– obtención de mediciones ( invasivas y no invasivas) del cuerpo humano:
órganos, células y moléculas;
– instrumentación electrónica,
– principios de procesamiento de señales analógicas y digitales y
– dispositivos de muestra de información.
Ingeniería Clínica
• Está relacionada con el manejo del equipamiento para
diagnóstico y laboratorios en el hospital.
• El Ing. Clínico Trabaja conjuntamente con los restantes
trabajadores de la salud en el hospital para determinar:
– necesidades específicas de equipamiento;
– investiga en la búsqueda del equipamiento óptimo, lo
especifica, realiza inspección a su llegada, entrena al personal
correspondiente en el manejo apropiado para la mejor
operación del equipo y
– mantiene el inventario del equipamiento existente en la
organización.
• Decide si se realiza mantención “in situ” y negocia los
contratos con los suministradores.
• Realiza inspecciones a los equipos para seguridad.
Biomateriales
• Aplicación de la Ing. de Materiales para la producción
de dispositivos médicos y productos de diagnóstico.
• Propiciada por los avances ocurridos en la Biología
Molecular, que han conducido al diseño y desarrollo
de nuevas clases de materiales derivados de fuentes
naturales.
Biomecánica
• Estudia la conducta de los tejidos y fluidos biológicos.
• Integra fenómenos a nivel molecular y celular con la
conducta macroscópica de tejidos y órganos.
• Como ejemplo está la Ergonomía, que se ocupa del
diseño de dispositivos de la vida común de manera que
se reduzca el daño sufrido por el cuerpo.
Ingeniería de Rehabilitación
• A rehabilitation engineer works directly with
patients such as disabled individuals to assist in
achieving a better standard of life. The
rehabilitation engineer modifies or designs new
equipment for such an individual. A
rehabilitation engineer could be involved with
an individual requiring a prosthetic limb, by
designing the limb to suit the individual’s
personal needs. Such a limb would be required
of an individual who has lost a leg, but still
desires to run on his or her own power.
Bioseñales
•
Biosignals covers time series analysis in biomedical
studies and concentrates on use of data to uncover the nature of
the underlying phenomena, the mechanisms of signal
production, and the fundamental origins of the variability in the
signal. Standard methods of signal analysis have been used for
characterizing rather than for elucidating the mechanisms.
Biosignals treats signals from a variety of sources; standard
methods of signal analysis, including transform and statistical
techniques and their relationships; methods of signal generation,
fractal analysis methods for signals with different
characteristics, methods for analyzing chaotic signals, and
approaches to reviewing data to determine or distinguish among
possible origins.
Biosistemas
•
Biosystems, which uses modern biology, has
given us the tools to identify and characterize
molecules and cells, the fundamental building
blocks of organ systems. Understanding how
molecules and cells function in tissues, organs and
organ systems is the domain of biological systems
analysis. Whereas molecular biology has focused on
reductionism, biomedical engineering is in a unique
position to move biology to the next frontier where
synthesis will lead to an understanding of the
function of complex systems. Biosystems analysis
integrates properties of biological systems with
current tools of systems analysis.
Biotransporte
•
Biotransport phenomena covers transport processes from the organ to the
subcellular level. Quantitative understanding of biological processes is based on
the fundamentals of the complementary processes of mass, momentum, and
energy transport. Transport of ions, substrates, proteins, viruses, and cells is a
central issue for the quantitative understanding of biological systems. It builds
an integrated picture of the convection, diffusion, permeation, and reaction
kinetics in the circulation, through capillary beds and the tissues of the body.
While using the fundamentals of transport phenomena for understanding
membrane transport, cellular and tissue energetics, enzymatic regulation and
metabolism, it also considers how data from microsensors, tissue samples, or
regional concentrations over time can be acquired, quantified, and interpreted.
Transport phenomena considers methods suitable for interpreting data from
intact systems.
Ingeniería Celular
Cellular engineering develops and communicates quantitative biochemical and biophysical
design principles that govern cell function. An engineering perspective integrates
underlying molecular mechanisms. Relevant topics are fundamental kinetics, mechanics,
and transport processes that use calculus, differential equations, and cell biology.
Models analyze cell functions, such as metabolism, signaling and regulation,
biomolecular uptake and secretion, proliferation, adhesion, migration, and
differentiation characterizing molecular and cellular properties. Techniques from
modern biochemistry and molecular biology alter these parameters in order to test
model predictions and demonstrate how the underlying design principles can be applied
to manipulate cell function.
Ingeniería de Tejidos
Posibilidades de empleo
• Industria
– Desarrollo de nuevos equipos
– Venta y gerencia
• Instituciones del gobierno
– Ministerio de Salud
– Instituciones regulatorias
• Hospitales y clínicas
– Adquisición
– Ingeniería clínica
• Investigación Académica
– Universidades
– Institutos de investigación
La Ingeniería Biomédica en
Ibero - América
• Argentina: Entre Rios, Tucumán
• Brasil: Sao Paulo, Rio de Janeiro
• Chile: Universidad de Valparaiso, Proyecto en
Araucanía, Asociación Chilena de Ingeniería
Hospitalaria
• Colombia
• Cuba: Sociedad Cubana de Bioingeniería
• España
• México: Sociedad Mexicana de Ingeniería
Biomédica
Programa de Ingeniería Biomédica
en Valparaiso
• 2000 - ... Carrera de Ingeniería Biomédica
en la Universidad de Valparaiso
• 2001 - ... Carrera de Tecnología Médica
• 2002 – 2004 Proyecto FONDEF para
homologación de la Norma Internacional de
Seguridad en Equipos Médicos
Universidad Iberoamericana
Fortalezas:
• Sus Carreras:
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Medicina Veterinaria,
Agronomía,
Forestal,
Alimentos y
Electrónica
• Investigaciones en
Biotecnología y en
Electrónica.
Oportunidades:
• Cooperación con el
programa existente en
Valparaiso
• Alumnos en centros de
investigación y
empresas dedicadas a
la venta y
mantenimiento de
equipos médicos.
Asociaciones Profesionales
• American Institute for Medical and Biological
Engineering
• IEEE Engineering in Medicine and Biology
• International Federation for Medical and
Biological Engineering
• American College of Clinical Engineering
• Organización Panamericana de la Salud
• Asociación Chilena de Ingeniería Hospitalaria
Conclusiones
• Se ha mostrado que los principales avances en la
tecnología médica, asociados directamente con la
Ingeniería Biomédica, han jugado un relevante
papel en el establecimiento de los sistemas de
salud contemporáneos
• Se ha definido que se entiende por Ingeniería
Biomédica y las tareas fundamentales que realizan
los profesionales de esta especialidad dentro del
sistema de salud
• En Chile se están sentando las bases para el
fortalecimiento nacional de la especialidad.
Bibliografía
1.
2.
3.
4.
5.
Bronzino,J.D. (Editor) “The Biomedical Engineering
Handbook, 2nd Ed. IEEE Press, 2000
Brown,B.H.; Smallwood,R.H.; Barber,D.C.; Lawford,P.V.;
y Hose,D.R. “Medical Physics and Biomedical
Engineering”, Institute of Physics, 2001
Carson,E. y Cobelli,C. “Modelling Methodology for
Physiology and Medicine”, Academic Press, 2001
Enderle, J.; Blanchard,S. y Bronzino, J.D. “Introduction to
Biomedical Engineering”, Academic Press, 2000
Webster, J.G. (Editor) “BioInstrumentation”, 2003, en
Internet:
http://courses.engr.wisc.edu/ecow/get/bme/310/webster/bm
e310bioi/