Bioingeniería -...

Bioingeniería Conceptos Fundamentales

Dra. Thalía San Antonio

Temario

Biomecánica (Ergonomía)

Biomateriales

Bioinstrumentación

Conceptos Básicos de Anatomía

Inicio de la Actividad 1

Biomecánica

Estudia seres vivos desde una perspectiva físico-mecánica

Médica

Deportiva

Ocupacional

Biomecánica Médica

Evalúa patologías y plantea soluciones

Femoral Meniscal

Tibial


Evalúa patologías y plantea soluciones


Estudia las propiedades y movimientos de los organismos vivos

FASE DE APOYO FASE DE BALANCEO

0% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%

PORCENTAJE DEL CICLO DE MARCHA

ZANCADA

Biomecánica Deportiva

Analiza la práctica deportiva para mejorar el rendimiento


Analiza la práctica deportiva para mejorar la técnica


Diseña implementos deportivos para optimizar el rendimiento


Diseña implementos deportivos para optimizar el rendimiento (calzado)

Biomecánica Ocupacional Evalúa la interacción entre el cuerpo y el

ambiente que lo rodea para adaptarlo a sus necesidades y capacidades (ergonomía)

Biomecánica Ocupacional

La ergonomía abarca el diseño de estaciones de trabajo, mobiliario, herramientas y utensilios


Adicionalmente la ergonomía comprende el estudio del descanso requerido, de acuerdo al

tiempo y tipo de actividad que se realiza

Repeticiones

Posturas inapropiadas o sin cambios

Esfuerzos excesivos

Esfuerzos por contacto

Ángulos de confort y Antropometría


Tipos de antropometría

Estructural o estática: dimensiones en reposo Funcional o Dinámica: medidas relacionadas a un movimiento

asociado a una actividad.


Diseño Centrado en el Usuario Método de Kano para la satisfacción del usuario

Requerimientos

Atractivos

Unidimensionales

Obligatorios

Tiempo


Satisfacción del usuario

Insatisfacción del usuario

No se cumplen las expectativas

Si se cumplen las expectativas

Implementación del Método de Kano

Se realizan tres preguntas:

Funcional

Disfuncional

Importancia


Respuestas: 1. Me agrada 2. Es lo esperado 3. No me importa 4. Lo acepto 5. Me desagrada

Respuestas: 1. Para nada 2. Un poco 3. Me es indiferente 4. Muy 5. Extremadamente

Biomateriales

Estudia seres vivos desde una perspectiva físico-mecánica

Tejidos biológicos (huesos)

Materiales bioinertes

Materiales biodegradables

Materiales bioactivos

Biomateriales

Tejidos Biológicos – Huesos

Es un tejido dinámico, en continua remodelación y según su forma se

clasifican en: Largos, cortos, planos.

Biomateriales

Composición y funciones del tejido óseo

Materia orgánica (colágeno): elasticidad, flexibilidad (30%).

Materia inorgánica (sales minerales, calcio y fosfato): dureza y rigidez (70%)

Cavidad medular

Hueso compacto

Hueso trabecular

Epífisis proximal

Diáfisis

Epífisis distal

Biomateriales

Tejidos Biológicos – Huesos Largos

Biomateriales

Propiedades del tejido óseo

Heterogéneo

Ortotrópico

Viscoelástico

Biomateriales - Biocompatibilidad

Es la tolerancia biológica de un tejido:

Ausencia de respuesta inflamatoria aguda o crónica

Carencia de efectos nocivos.

Materiales Bioinertes

Ausencia de reacción de los tejidos vivos luego de su implantación (Metales y polímeros)

Materiales Biodegradables El producto se descompone por actividad

celular, enzimática, bacteriana o viral, (polímeros, vidrios y cerámicos)

Materiales Bioactivos Inducen una acción biológica en su interfaz con el

tejido receptor

Producto químico: antibiótico, anestésico, osteogénico, etc.

Bioinstrumentación

Señales bioeléctricas para diagnóstico, monitorización y terapia, sistemas de ayuda

funcional, prótesis electrónicas.

Sistemas de Bioinstrumentación

Elementos de un sistema:

Medida

Sensor

Acondicionamiento de señal

Dispositivo de salida

Elementos auxiliares: (Calibración, Retroalimentación)

Sistemas de Bioinstrumentación

Método o sensor para captar la señal

Electrodos de contacto

Electrodos de aguja

Termómetros

Galgas extensiométricas

Manómetro

Micrófono

Anatomía Funcional

Conceptos básicos

Biomecánica articular


Posición anatómica del cuerpo humano y sus planos y ejes de movimiento


Movimientos básicos

• Flexión - Extensión

• Rotación Interna - Externa

• Abducción - Adducción

Bioingeniería-Actual

Nanotecnología

Robótica

Monitoreo remoto

Órganos artificiales

Dosificación de medicamentos

Prótesis electromiográficas

Materiales biodegradables

Bioingeniería Biomecánica de las Articulaciones


Temario

Articulaciones • Extremidades superiores • Extremidades inferiores • Columna vertebral

Prótesis y Equipos de Asistencia Inicio de la Actividad 2

Columna La columna vertebral o raquis es el eje central del tronco.

Formado por 32 a 34 vértebras superpuestas

Entre vértebras se sitúa una estructura cartilaginosa denominada disco intervertebral.

Funciones de la columna:

Proteger las funciones de la estructura cilíndrica que aloja en su interior (médula espinal).

Permitir el movimiento del tronco en todas las direcciones posibles.

Soportar el peso de tres estructuras diferentes (la cabeza, las extremidades superiores y el mismo tronco). Es una función de soporte.

Suministrar inserción a los grupos musculares para mantener la estática de la columna.

Amortiguar la acción de las cargas, absorbiendo la acción y disminuyendo el riesgo traumático de lesión.

Discos intervertebrales:

Tres Funciones:

Función estática: reciben presiones de columna y la reparten de una manera uniforme.

Función dinámica: permite la movilidad de la columna.

Función plástica: permiten que la columna se curve, dando paso a la aparición de la cifosis y de la lordosis. Éstas formaciones aparecen cuando el ser humano comienza a caminar, y éstas la hacen más resistente.

El disco intervertebral es una de las partes de la columna vertebral que más se lesiona. La lesión más importante del

disco es la hernia discal, que consiste en la proyección hacia el conducto raquídeo del núcleo pulposo, por rotura del

anillo fibroso, y que da lugar a la comprensión de la médula espinal y de sus raíces. Puede manifestarse

e n todas las edades, pero es más común en el adulto.

Bioingeniería Imágenes Médicas


Temario

Imágenes médicas

Tomografías Axiales Computarizadas (TAC)

Resonancias Magnéticas (IRM)

Ecosonogramas (Eco)

Termografía

Imágenes Médicas - TAC Son RX secuenciales, de alta calidad que contienen

información sobre su ubicación espacial

Anillo Móvil

Emisor de Rayos X

Detector de Rayos X

Imágenes Médicas - TAC La atenuación se mide en Unidades Hounsfield

Imágenes Médicas - TAC

Las imágenes están ordenadas de forma secuencial en el espacio permitiendo recrear la anatomía (Segmentación)

La atenuación es proporcional a la densidad de los tejidos por lo que la imagen se calibra

utilizando una recta


Aire

Hueso Cortical

Esto permite asignar a modelos heterogéneos con densidades reales y personalizadas


Imágenes Médicas - IRM Se utiliza un campo magnético y se genera un

gradiente

Imágenes Médicas - IRM El campo magnético hace que los ejes de

rotación de las átomo de hidrógeno se alinean

Imágenes Médicas - IRM Rotación (spin) y Precesión

Imágenes Médicas - IRM Cuando se aplica una onda de radio frecuencia

idéntica a la precesión el átomo la absorbe

Imágenes Médicas - IRM El gradiente permite que se obtengan imágenes

de secciones del cuerpo

Imágenes Médicas - IRM Se obtienen imágenes secuenciales muy claras

de los tejidos blandos

IRM TAC

Imágenes Médicas - IRM Inserciones musculares

Imágenes Médicas - Eco El sonido es la sensación percibida por el oído a

causa de una onda mecánica (vibración)

Imágenes Médicas - Eco La velocidad de propagación de las ondas varia

con la densidad de los tejidos

Imágenes Médicas - Eco Un transductor (micrófono) emite ondas de

ultrasonidos de alta frecuencia y recibe su eco que es convertido en una imagen

Imágenes Médicas - Eco

Eco Scan-B Eco 3D

Imágenes Médicas - Eco En el Eco-Doppler la onda es continua y permite

detectar la velocidad y dirección de una estructura o fluido en movimiento

Imágenes Médicas - Termografía Estas captan la radiación infrarroja que emite el

cuerpo gracias a la alta emisividad de la piel

Imágenes Médicas - Termografía Se utiliza para el diagnóstico el estudio de la

simetría en la distribución del calor

Imágenes Médicas - Termografía

El calor que emite el cuerpo depende del flujo y volumen sanguíneo subcutáneo y de la actividad metabólica

Su principal uso es en la monitorización de la evolución de patologías ya diagnosticadas

La tecnología asociada a las cámaras infrarrojas ha mejorado mucho (± 0,05 °C)

Bioingeniería Mecatrónica


Temario

Mecatrónica - Aplicaciones

Robots y rehabilitación

Componentes de un sistema mecatrónico

Charla de Oratoria

Mecatrónica

Mecatrónica - Doméstica

Mecatrónica - Industrial

Mecatrónica - Juguetes

Robots y Rehabilitación:

Dispositivos asistenciales

Prótesis

Equipos clínicos

Robot quirúrgico

Mecatrónica - Médica

Asistencia a personas con discapacidad


Sustitución de miembros amputados (Prótesis)


Camas clínicas y mesas de quirófano


Robot Quirúrgico

Robot Quirúrgico

Ventajas:

Temblores

Presión en tejidos

Imagen amplificada

Instrumentos 6 GDL

Soportan radiación

Controlado por un cirujano

Sistema Mecatrónico

Componentes:

Mecanismo

Actuadores

Controles

Sensores


Mecanismo

Conjunto de eslabones conectados

Movimiento predecibles


Actuadores

Son los músculos del sistema computarizado

Capaces de generar una fuerza a partir de energía hidráulica, eléctrica o neumática

Estas fuerzas son para mover al mecanismo


Controles

Control automático e inteligente

Manipula a los actuadores

Toma en cuenta las medidas de los sensores


Sensores

Son los ojos del sistema computarizado

Miden temperatura, velocidad, flujo, presión entre otros

Convierten la medida en impulsos eléctricos

Bibliografía Recomendada

Física básica (http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm) Sociedad internacional de biomecánica (www.isbweb.org/) Laboratorio de biomecánica del deporte

(http://www.physedandrec.ualberta.ca/en/Research/LaboratoriesandResearchWorksho/SportsBiomechanicsLaboratory.aspx)

Biomateriales (http://www.uam.mx/difusion/casadeltiempo/28_iv_feb_2010/casa_del_tiempo_eIV_num28_55_58.pdf)

Instrumentación biomédica (http://www.bioingenieria.edu.ar/academica/catedras/bioingenieria2/archivos/apuntes/tema%201%20%20introduccin%20a%20la%20instrumentacin.pdf)

Ergonomía (http://www.tlalpan.uvmnet.edu/oiid/download/Ergonomia%20Biomec%C3%A1nica_04_ING_IIS_PIT-E.pdf)

Anatomía (http://bernardoalonzo.bligoo.com.mx/media/users/14/708943/files/96166/ANATOMIA_Y_FISIOLOGIA_HUMANA.pdf)

Biomecánica articular (http://imedleloir.com.ar/documentos/Biomecanica_articular.pdf)

Revisado marzo 2014

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