BASES de la ELECTROMEDICINA Unidad 1. Introducción

Contenido 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 Asociaciones profesionales Conclusiones Bibliografía

Objetivos Definir qué se entiende por Electromedicina. Explicar sus principales aplicaciones y campos de acción.

¿Qué es Ingeniería Biomédica? Un área multidisciplinaria de especialización profesional relacionada que aplica el desarrollo actual de la Ciencia y la Tecnología en el ámbito de la vida, en particular hacia la preservación de la salud. Como toda profesión conlleva: Conjunto mínimo de conocimientos necesarios Áreas particulares de especialización Objetivos de trabajo y Roles profesionales

Hitos de la Ingeniería Biomédica en el Sistema de Salud 1895 - Roentgen y los Rayos X: el cuerpo “se abre” a la inspección médica 1903 - Einthoven y el electrocardiograma: Biopotenciales 1927 - Ventilador para cirugía 1928 - Marcapasos, que demoró 32 años en comercializarse 1939 - “Bypass” Corazón – Pulmón 194x - Ultrasonido, Medicina Nuclear y Microscopios electrónicos 194x - Computadores e Informática 1954 - Primer trasplante exitoso de órganos: riñón 197x - Tomografía Axial, Resonancia Magnética 200x - Corazón artificial implantable y otras Prótesis biónicas 2002 - Secuenciamiento del Genoma humano

Conocimientos necesarios La especialización profesional del Ingeniero Biomédico vincula conocimientos de un amplio conjunto de disciplinas: Ingenierías: Electrónica, Mecánica, Informática, Química, etc. Ciencias Biológicas y terminología médica básica, Ciencias Básicas: Matemática, Física, Química, Computación, etc. que le permiten relacionarse con los restantes profesionales a cargo de los cuidados de salud

Áreas 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 funciones corporales: Órganos artificiales. Análisis mediante computadores de datos de los pacientes y apoyo a la toma de decisiones médicas: Informática Médica e Inteligencia Artificial. Imaginología Médica: muestra gráfica de detalles de la estructura anatómica y del 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 Bioinstrumentación Ingeniería Clínica Biomateriales Biomecánica Ingeniería de Rehabilitación Bioseñales Biosistemas Biotransporte Ingeniería Celular

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: Precisión y Exactitud, Reproducibilidad, Filtrado (Suavizamiento – Supresión) de Ruidos, Métodos de Calibración y Requerimientos de Seguridad. Incluye métodos para: obtener mediciones ( invasivas y no invasivas) del cuerpo humano: órganos, células y moléculas; instrumentación electrónica, procesamiento de señales analógicas y digitales y dispositivos de muestra de información. A physiological variable originates from a molecular, cellular, or systemic process whose nature may be described by a mechanical, electrical, chemical, optical, or other event. A variable must be carefully specified before being measured. The sensor should be designed to minimize the disturbance to the measured variable and its environment, comply with the requirements of the living system, and maximize the signal-to-noise ratio, i.e. the clarity of the signal. The signal, typically after being converted into an electrical form, is then conditioned using linear and nonlinear signal processing, and delivered to an appropriate output device.

Ingeniería Clínica Está relacionada con el manejo del equipamiento para diagnóstico y laboratorios en el hospital. El Ingeniero Clínico colabora 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 Ingeniería 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. These include molecularly engineered materials, hybrid materials and devices, biomimetic or synthetic biological materials, and other biologically related materials. Biomaterials covers current and traditional applications for biologically and pharmacologically active materials as well as materials used in such applications as tissue and organ engineering, diagnostic products, and drug delivery.

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 Se vincula directamente con pacientes discapacitados para asistirlos en el proceso de alcanzar una mejor calidad de vida. Se ocupa de diseñar nuevos equipos y dispositivos ó modificar los existentes de acuerdo con las características individuales de los pacientes.

Bioseñales Se concentra en el análisis de Series de Tiempo y utiliza dichos datos para descubrir la naturaleza subyacente de los problemas, los mecanismos de generación de las señales y los orígenes y fundamentos de la variabilidad en dichas señales. Algunos métodos empleados para realizar estos estudios son: el Análisis Fractal y la Teoría del Caos y la Complejidad

Biosistemas La Biología ha caracterizado moléculas y células, los bloques constituyentes fundamentales de los seres vivos, lo que permite comprender como funcionan las moléculas y las células dentro de los diferentes tejidos, órganos y sistemas biológicos. La Ingeniería Biomédica colabora en la extensión del conocimiento hacia nuevas fronteras, donde la Síntesis guiará el estudio hacia la comprensión del funcionamiento de sistemas complejos. El análisis de Biosistemas integra propiedades de los sistemas biológicos con las herramientas de Análisis de Sistemas.

Biotransporte Estudia los fenómenos de transporte desde el nivel organismo hasta el nivel celular. Comprender los mecanismos que producen el transporte de iones, substratos, proteínas, virus y células es fundamental para caracterizar los sistemas vivientes. La comprensión cuantitativa de estos fenómenos se basa en procesos de masa, momentos y transporte de energía. Una imagen integrada y coherente de los procesos de convección, difusión, permeabilidad y reacciones cinéticas permite describir los mecanismos de regulación enzimáticos y el metabolismo.

Ingeniería Celular Conjuga y desarrolla principios de diseño de la Bioquímica y la Biofísica para estudiar los mecanismos moleculares subyacentes. Se desarrollan modelos para analizar la función celular que caracterizan propiedades de las moléculas y de las células tales como: el metabolismo, señales y regulación, asimilación y secreción biomolecular, proliferación, adhesión, migración y diferenciación

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

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

La Ingeniería Biomédica en Ibero - América Argentina: Entre Rios, Tucumán Brasil: Sao Paulo, Rio de Janeiro Chile: Proyecto de la Universidad de Valparaíso, Proyecto en la Región de la Araucanía, Asociación Chilena de Ingeniería Hospitalaria, Investigación Colombia Cuba: Sociedad Cubana de Bioingeniería España México: Sociedad Mexicana de Ingeniería Biomédica

Programa de Ingeniería Biomédica en Valparaíso Carreras en la Universidad de Valparaíso: Ingeniería Biomédica Tecnología Médica Ingeniería Ambiental Medicina Odontología 2002 – 2004 Proyecto FONDEF para homologación de la Norma Internacional de Seguridad en Equipos Médicos ICE 60.601 Investigaciones del Centro de Neurociencias de Valparaiso

Conclusiones Los principales avances en la tecnología médica contemporánea están directamente asociados con la Bioingeniería. La Ingeniería Biomédica ha jugado un papel relevante en el establecimiento de los actuales sistemas de salud. La Ingeniería Biomédica es una especialidad en constante desarrollo e innovación, encaminada a apoyar permanentemente una mejor calidad de vida mediante el uso apropiado de la Ciencia y la Tecnología. Las tareas que realizan los profesionales de esta especialidad dentro de la sociedad son fundamentales y adquieren cada vez mayor prestigio y relevancia. En Chile se trabaja con rigor y alto nivel científico para el fortalecimiento de la especialidad a nivel nacional.

Bibliografía 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/bme310bioi/