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 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 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

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 Los “brujos”: Enfrentamiento entre los “malos” y los “buenos” espíritus: Medicina “Verde”, Digitopuntura y Acupuntura; Trepanación de cráneos y cirugías Los egipcios: Imhotep – Símbolo de recetas:Rx –> Remedios, cirugía Los griegos: Esculapio -> Continua la tradición de respeto por la profesión Los romanos: Galeno La Edad Media El Renacimiento y la Reforma El Siglo XIX

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. Conocimientos necesarios Potencial de la especialidad Áreas de especialización Objetivos de trabajo

Conocimientos necesarios 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

Potencial de la Especialidad 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

Areas de Especialización 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. Agriculture - Soil monitoring Botany - Measurements of metabolism Genetics - Human genome project Medicine - Anesthesiology Microbiology - Tissue analysis Pharmacology - Chemical reaction monitoring Veterinary science - Neutering of animals Zoology - Organ modeling

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 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: 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. 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 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. 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 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: 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 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/