Descripción detallada de las asignaturas del plan de...

Máster en Ingeniería Biomédica- UPM

Descripción detallada de las

asignaturas del plan de

estudios


Módulo I: MÓDULO FUNDAMENTAL

Fundamentos médicos de bioingeniería

CARÁCTER OBLIGATORIA

ECTS MATERIA 4 (1 ECTS= 25 horas)

DESPLIEGUE TEMPORAL: Semestral

ECTS Semestral 1 ECTS Semestral 2

4

LENGUAS EN LAS QUE SE IMPARTE

CASTELLANO INGLÉS

Si Sí

5.5.1.2 RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Conocer los aspectos básicos de la biología celular y los diferentes tipos de tejidos que conforman el cuerpo humano.

Conocimientos básicos sobre el funcionamiento e interacción de los diferentes sistemas característicos de la fisiología humana para analizar y resolver problemas biomédicos.

5.5.1.3 CONTENIDOS

Biología molecular (principios generales), celular (tipos de células básicas y características morfológicas y fisiológicas) y tisular (introducción a los diferentes tejidos del cuerpo humano).

Fisiología

Introducción a la fisiología celular

Fundamentos de los sistemas fisiológicos

i. Circulatorio: sistema cardiovascular y corazón (fisiología del miocardio, excitación y conducción, ritmo cardíaco, potenciales de acción y sistemas marcapaso, modelo de contracción de las fibras miocárdicas, fenómenos eléctricos ECG, ciclo cardíaco, hemodinámica y procedimientos de regulación de la función circulatoria).

ii. Respiratorio: bases estructurales de la función respiratoria y función respiratoria

iii. Nervioso: características morfológicas, organización general, excitabilidad celular, potencial de acción, sinapsis, sistema nervioso central, periférico, aferente y eferente

iv. Metabólico y sistemas de regulación y control

v. Inmunológico: componentes, funciones básicas del sistema linfático humano, orgánulos y mecanismos de respuesta, principales antígenos

Profesores:

Mª Teresa Arredondo Waldmeyer (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Enrique J. Gómez Aguilera (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Francisco del Pozo Guerrero (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Ceferino Maestú (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)


Milagros Ramos (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Daniel González Nieto (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Bryan Strange (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Antonio Molina (Dpto. Biotecnología. ETSIA)

5.5.1.6 ACTIVIDADES FORMATIVAS

ACTIVIDAD FORMATIVA HORAS PRESENCIALIDAD

Lecciones magistrales 40% del total de horas de la materia

100

Exposiciones por parte de los alumnos 7% 100

Revisiones y discusión de artículos científicos relevantes

2% 100

Elaboración de trabajos y su discusión 7% 90

Resolución de problemas 2% 100

Prácticas de laboratorio 2% 80

Trabajo autónomo individual 40% 0

5.5.1.7 METODOLOGÍAS DOCENTES

Lección magistral

Trabajo autónomo

Trabajo en grupo

Trabajo de prácticas

5.5.1.8 SISTEMAS DE EVALUACIÓN

SISTEMA DE EVALUACIÓN PONDERACIÓN MÍNIMA

PONDERACIÓN MÁXIMA

Asistencia a las clases así como su participación en la misma y de manera muy particular en las discusiones que se presentan

0 10

Valoración de las presentaciones de trabajos científicos en público o en equipo (Journal club, mesas redondas, ponencias, ..)

0 40

Pruebas escritas 0 80

Presentación de trabajos escritos y resolución de ejercicios

0 40

Presentación de trabajos en grupo 0 40


Bioinstrumentación


ECTS MATERIA 4 ECTS



4


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí

RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Conocimiento de los métodos y técnicas actuales en sensores y medida para la adquisición de variables y señales biológicas de mayor relevancia en biomedicina, con hincapié especial en los sensores emergentes y en las tecnologías en que se basan.

CONTENIDOS

1. Introducción: la bioinstrumentación actual y tendencias.

2. Técnicas avanzadas en instrumentación bioeléctrica: caracterización eléctrica del potencial de acción, procesos de conducción electroquímica, biopotenciales y estimulación eléctrica, electrofisiología, electrocardiología, electroencefalografía, electromiografía, prótesis, biomagnetismo, estimulación magnética transcraneal, magnetoencefalógrafía.

3. Técnicas avanzadas en instrumentación Biofísica: termometría y calorimetría, medida de los movimientos corporales, sistema respiratorio, sistema circulatorio y técnicas de ablación

4. Técnicas avanzadas en instrumentación Bioquímica: magnitudes y clasificación de sensores y técnicas de medida, transductores bioquímicos, biosensores (recubrimientos bioespecíficos y técnicas de detección: catalíticos y de afinidad), instrumentación para infusión: aplicación de anestesia, insulina, Iontoforesis, etc.; técnicas de separación bioanalíticas.

Profesorado:

José Javier Serrano Olmedo (Tecnología Electrónica – ETSIT)

ACTIVIDADES FORMATIVAS


Lecciones magistrales 40% 100


Revisiones y discusión de artículos científicos relevantes 2% 100






METODOLOGÍAS DOCENTES

Lección magistral

Trabajo autónomo

Trabajo en grupo


SISTEMAS DE EVALUACIÓN




0 10


0 40



0 40



Procesamiento de señales biomédicas

CREDITOS ECTS

6 -- IDIOMA ESPAÑOL/INGLÉS

Profesorado:

PROFESOR DEPARTAMENTO

Francisco del Pozo Ángel Nevado Ana Beatriz Solana Ricardo Bruña José Ángel Pineda Ricardo Bajo Guiomar Niso Pablo Laguna Ernesto Pereda de Pablo

CTB-UPM UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA UNIVERSIDAD DE LA LAGUNA

Programa:

Parte I. Conceptos básicos para el análisis de señales

Introducción al análisis de señales discretas (4 horas)

Definición de señal. Tipos de señales

Correlación, autocorrelación y convolución.

Muestreo de señales. Teorema de Nyquist.

Tiempo y frecuencia:

Transformada de Fourier

Transformada Discreta de Fourier.

Transformada Z.

Filtros y sistemas discretos.

Introducción a la estadística (4 horas)

En análisis de señales en biomedicina, con frecuencia, requiere cuantificar cómo de robustos son los resultados obtenidos, ya que a la señal contribuyen típicamente tanto efectos sistemáticos como aleatorios. El análisis estadístico puede ser usado, por ejemplo, para decidir cuando los patrones observados son lo suficientemente diferentes como para ser considerados patológicos o cuando una manipulación experimental o tratamiento tiene un efecto medible.

Variables aleatorias y procesos estocásticos.

Estadísticos descriptivos.

Intervalos de confianza.

Prueba de hipótesis.

Tests paramétricos.

Tests de permutación.

Corrección por comparaciones múltiples.

Parte II. Las señales biomédicas (4 horas)

Introducción Características eléctricas y matemáticas de las señales

Objetivos clínicos del análisis de las señales biomédicas


El origen de la señales biomédicas. Relación entre las propiedades de las señales con los fenómenos que las generan y el medio en el que se propagan

Presentación de las señales que serán objeto de estudio: EEG, EMG, ECG

Ruidos y artefactos

Estrategias de análisis Señal EEG y MEG

Señales neurofisiológicas (EEG/MEG). Registros espontáneos y evocados.

Redes neuronales y sincronización neuronal.

Ruidos y artefactos.

Estrategias de análisis Señal ECG: métodos de análisis

Detección del QRS

Análisis morfológico del ECG

Análisis del ritmo cardíaco. Análisis de su variabilidad Otras señales fisiológicas y biomédicas (cronobioingeniería)

Parte III. Métodos de análisis de señales

Estimación espectral (2 horas)

Importancia de la estimación espectral.

Sesgo y consistencia. El problema de la estimación.

Métodos no paramétricos.

Periodograma.

Método de Welch.

Periodogramas modificados. Métodos basados en ventana.

Métodos paramétricos.

Filtrado y eliminación de ruido (2 horas)

Promediado de épocas para la obtención de potenciales evocados. Eliminación de ruido blanco, gaussiano y aditivo.

1. Revisión de filtrado analógico y digital. Filtros paso alto, paso bajo, pasobanda, paso banda eliminada. Filtros analógicos de Butterworth, Chebyshev I, Chevyshev II y elíptico. Filtros digitales FIR y IIR. Filtros adaptativos. Aplicación en señal EEG y ECG.

2. Utilización de Interpolación para eliminación de la desviación de línea de base. Aplicación en la eliminación de la línea de base del ECG.

3. Utilización de Regresión Lineal para eliminación de artefactos capturados por señales de referencia. Aplicación en la eliminación del artefacto ocular en EEG

4. Algoritmos de separación ciega de fuentes. PCA e ICA y aplicación en la eliminación del artefacto ocular en EEG

5. Métodos adaptativos

Análisis de Tiempo-Frecuencia (2 horas)

Descomposición en wavelets (ondículas)

Familias de wavelets.

Representación continua y discreta.

Representación real y compleja.

Aplicaciones


Short Fourier Transform. Métodos de segmentación. Análisis de conectividad (6 horas)

Introducción: conectividad funcional y conectividad efectiva

Metodos clásicos: correlacion, coherencia.

Metodos de sincronizacion de fase: phase locking value, phase lag index.

Metodos de sincronizacion generalizada: S, H, M, N, L, sinchornization likelyhood

Metodos basados en causalidad de granger: granger causality, direct transfer function, partial directed coherence.

Metodos basados en teoria de la información: mutual information, transfer entropy.

Otros métodos de análisis avanzado de bioseñales (4 horas)

IV. Seminarios

Seminario #SEÑALES1: Reconstrucción de fuentes (2 horas)

La magnetoencefalografía y electroencefalografía proporcionan las medidas no invasivas de actividad cerebral con mejor resolución temporal y una relación más directa con la actividad neuronal. El reto es obtener también una buena resolución espacial en la estimación de la actividad cerebral para identificar con precisión tanto cuándo se activan las áreas cerebrales cómo donde están los focos de actividad. Es un problema no bien definido porque varias distribuciones de actividad producen la misma señal. Veremos cómo diferentes métodos introducen diferentes hipótesis para estimar la solución.

El problema inverso.

Imposición de restricciones para resolver el problema inverso.

Métodos de reconstrucción:

Dipolo único y múltiple.

Estimación de norma mínima

“Beamforming”

Métodos Bayesianos. Seminario #SEÑALES2: Análisis de redes funcionales (2 horas)

Análisis de las matrices de sincronización mediante teoría de grafos.

Obtención de los parámetros más comunes de caracterización de la red: shortest path length, cluster level, complejidad de la red, etc.

Interpretación física de tales parámetros. Seminario #SEÑALES3: Cronobioingeniería (2 horas)

Introducción a las señales cronobiológicas

Análisis de series temporales sin muestreo equidistante. Métodos

Aplicaciones del campo de la cronobiología

Objetivos específicos del aprendizaje: Proporcionar la base teórica y las habilidades necesarias para el análisis e interpretación de señales biomédicas. Metodología:

Clases magistrales de los contenidos del programa

Utilización continua del FORO (Moodle) de la asignatura para consultas

Tutorías de los profesores por email o visitas concertadas, para aquellos temas no resueltos en el FORO


La asignatura se verá completada con los casos prácticos y trabajos de laboratorio de la asignatura de “Laboratorio de Señales Biomédicas” del segundo cuatrimestre.

Documentación: Material utilizado en clase: presentaciones, webs, libros de referencia, artículos seleccionados, etc. Que estarán disponibles en la web del moodle con antelación a las clases correspondientes. Requisitos: Es aconsejable conocimientos previos en teoría de la señal y en estadística, sin embargo, se han diseñado unas clases de introducción sobre estos temas con el fin de repasar los conceptos pertinentes en el análisis de señales biomédicas o introducirlos a aquellos alumnos con conocimientos insuficientes. Evaluación:

De cada tema se elaborarán diez preguntas sobre los aspectos más importantes del mismo, que se recomienda al alumno conteste al final de cada tema para comprobar su comprensión del tema de la pregunta. Se podrá usar el foro si se tienen dudas acerca de la respuesta adecuada a cada pregunta.

Habrá un único examen que consistirá en 10 preguntas elegidas del conjunto de la preguntas de evaluación de los temas. La asignatura se calificará en su 100% por este examen.

Se dispondrá de una convocatoria especial en Julio semejante a la anterior. Bibliografía básica:

Leif Sörnmo y Pablo Laguna, Bioelectric signal processing in cardiac and neurologic applications, (2005) ISBN-13: 978-0-12-437552-9.

J. D. Bronzino Ed. Biomedical Engineering Handbook, CRC Press Inc. 2006.

Quantitative EEG Analysis, Methods and Clinical Applications. Shanbao Tung y NitishV. Thakor Eds. Artech House, 2009.

Demidovich BP,Maron IA. Cálculo numérico fundamental. Editorial VAAP (U.R.S.S.) ISBN: 84-283-0887-X

Monson H. Hayes Statistical Digital Signal Processing and Modeling, Wiley, 1996, ISBN 0- 471-59431-8

Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky, S. Hamid Nawab. Señales y Sistemas, 2o ed. Prentice Hall 1998, ISBN 970-17-0116-X

Bibliografía avanzada

Electrical Fields of the Brain. The new Physics of EEG. Paul L. Nunez y Ramesh Srinivasan. Oxford University Press Inc.

H. Kantz & Th. Schreiber Nonlinear time series analysis, 2nd Edition, Cambridge University Press, 2004

Makeig S, Bell AJ, Jung T-P, Sejnowski TJ. Independent Component Analysis of Electroencephalographic Data. Advances in Neural Information Processing Systems 8, D. Touretzky, M. Mozer and M. Hasselmo (Eds), MIT Press, Cambridge MA, 145-151, 1996.

Enlaces Ayuda Matlab: http://www.kfunigraz.ac.at/imawww/lehre/analytische_Geometrie_SS99/matlab-b.pdf http://dlib.hut.edu.vn/bitstream/123456789/198/1/Eb0000000065.pdf

http://www.kfunigraz.ac.at/imawww/lehre/analytische_Geometrie_SS99/matlab-b.pdf

http://dlib.hut.edu.vn/bitstream/123456789/198/1/Eb0000000065.pdf


Imágenes biomédicas


ECTS MATERIA 4 ECTS



4


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí


Conocimiento de las tecnologías más actuales de generación y procesamiento de imágenes biomédicas

CONTENIDOS

1. Imágenes biomédicas: evolución y tendencias actuales

2. Tecnologías y métodos de generación: principios físicos, parámetros de calidad, imagen digital, modalidades de imagen médica (radiología, medicina nuclear, ultrasonidos, tomografía computerizada, PET, resonancia magnética nuclear)

3. Estándares en imagen médica

4. Métodos avanzados de procesamiento de imágenes médicas (reconstrucción por proyecciones, intensificación, segmentación, fusión)

5. Imagen multimodal

Profesorado:

Enrique J. Gómez Aguilera (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Francisco del Pozo Guerrero (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

Andrés Santos y Lleó (Dpto. de Ingeniería Eléctrica, ETSIT)

Mª Jesús Ledesma (Dpto. de Ingeniería Eléctrica, ETSIT)

Mª Elena Hernando Pérez (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)

José Manuel Otón (Dpto. Tec. Fotónica y Bioingeniería, ETSIT)






2% 100







Lección magistral

Trabajo autónomo

Trabajo en grupo






0 10


0 40



0 40



Telemedicina


ECTS MATERIA 4 ECTS



4


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí


Conocimientos teóricos y habilidades prácticas en las tecnologías y metodología más actuales para el modelado, desarrollo, integración y evaluación de servicios de telemedicina.

CONTENIDOS

I. Telemedicina: evolución y tendencias actuales

II. Marco de referencia: modelos sanitarios, contexto socio-económico, contexto tecnológico, métodos de modelado de servicios de telemedicina, legislación, directivas europeas, ley de Protección de datos

III. Tecnologías y servicios: sistemas de información y comunicaciones, interoperabilidad, organismos e iniciativas de estandarización, historia clínica electrónica, interoperabilidad: ontologías y arquetipos, arquitecturas, estándares, motores de integración, redes de sensores, telemonitorización, y dispositivos biomédicos, seguridad, inteligencia ambiental

IV. Metodologías de implantación y evaluación de servicios de telemedicina

Profesorado:

Enrique J. Gómez Aguilera (Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería-ETSIT)

M. Teresa Arredondo Waldmeyer (Dpto. Tecnología Fotónica y Bioingeniería-ETSIT)












Lección magistral

Trabajo autónomo


Trabajo en grupo






0 10


0 40



0 40



Modelado y simulación de biosistemas


ECTS MATERIA 4 ECTS



1


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí


Conocimiento de técnicas avanzadas de modelado fisiológico y sus aplicaciones en el campo médico.

Conocimiento de técnicas avanzadas de modelos, construcción y de validación, comprendiendo las limitaciones impuestas por el dominio de aplicación.

Conocimiento de los fundamentos del modelado matemático de sistemas fisiológicos, siendo capaz de expresar las ecuaciones que rigen los fenómenos físicos y químicos más sencillos.

CONTENIDOS

I. Modelado de sistemas fisiológicos: evolución y tendencias actuales

II. Construcción de modelos

III. Técnicas avanzadas de modelado matemático

IV Análisis de sistemas dinámicos

V Herramientas avanzadas de simulación

VI Ejemplos de modelos biológicos

Profesorado:


Agustín Rodríguez Herrero (Departamento de Sistemas Electrónicos y de Control, EUIT)












Lección magistral

Trabajo autónomo

Trabajo en grupo






0 10


0 40



0 40



Biomecánica


ECTS MATERIA 4 ECTS



1


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí


Conocimiento de los métodos y técnicas más actuales en la cinemática y la cinética de los mecanismos y estructuras de los sistemas del cuerpo humano

CONTENIDOS

Biomecánica: evolución, tendencias actuales y campos de aplicación

Fundamentos de la mecánica de los sólidos reales: modelo de equilibrio, modelo cinemático, modelos de comportamiento, rotura de los materiales, tensiones y deformaciones en tracción, cortadura, flexión y torsión, caracterización mecánica y métodos de análisis numéricos y experimentales

Comportamiento mecánico de los materiales biológicos: biomecánica de las fibras, biomecánica de los tejidos flexibles, biomecánica de los tejidos rígidos

Bioestructuras: sistema músculo-esquelético humano, miembro superior, miembro inferior, tronco y raquis

Biomecanismos: introducción a los mecanismos, articulaciones, lubricación, mecanismos de precisión

Motor de los biomecanismos: fisicoquímica del músculo y control muscular, biomecánica del sistema circulatorio, biomecánica cardíaca y valvular, perspectivas de futuro: músculos artificiales












Lección magistral

Trabajo autónomo

Trabajo en grupo






0 10


0 40



0 40



Módulo II: Telemedicina e Imagen Médica

Tecnologías avanzadas de imágenes médicas

CREDITOS ECTS 4 -- IDIOMA ESPAÑOL/INGLÉS


Andrés Santos Lleó (Coordinador) DIE

Enrique J. Gómez TFO

Mª Jesús Ledesma DIE

Programa:

El objetivo de la asignatura es profundizar en técnicas avanzadas de procesamiento

y análisis de imagen médica centrándose en dos campos de aplicación que

conforman las dos partes principales de la asignatura: 1) nuevos métodos de

diagnóstico basados en imágenes moleculares y 2) técnicas de simulación y

planificación quirúrgica basadas en imagen.

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

I. Introducción a las técnicas de adquisición, procesamiento

y análisis de imágenes

2

II. Nuevos métodos de diagnóstico

Obtención de imágenes funcionales: perfusión, metabolismo

de glucosa, nivel de oxigenación…

Técnicas de adquisición de imágenes moleculares

Procesamiento y análisis de imágenes. Modelado.

Otras técnicas de adquisición de información biológica.

12

Imágenes médicas en simulación y planificación quirúrgica

Introducción a la cirugía mínimamente invasiva (CMI)

Métodos y técnicas básicas

Interacción sensorial multimodal en CMI

Metodologías de medición de propiedades biomecánicas de

tejidos in-vivo

Reconstrucción y visualización de imágenes médicas 3D

Realidad virtual y realidad aumentada en medicina

Cirugía asistida por computador

Simulación virtual

Planificación quirúrgica

Cirugía guiada por imágenes

Telecirugía

14

Objetivos específicos del aprendizaje:

En esta asignatura el alumno conocerá diversas técnicas de diagnóstico médico por

imagen que permiten obtener información de una manera no invasiva sobre el

funcionamiento o actividad biológica de un tejido u órgano. Especialmente se

tratarán las técnicas de imagen molecular que, mediante distintos marcadores,

permiten identificar moléculas o genes. En la asignatura se tratarán tanto las


técnicas de adquisición de datos e imágenes, como métodos y algoritmos para su

reconstrucción y análisis.

Asimismo se proporcionará un conocimiento teórico y práctico de las técnicas y

métodos empleados en cirugía asistida por computador, con un énfasis principal en

los nuevos sistemas de formación y planificación de intervenciones quirúrgicas

mínimamente invasivas, basados en la realidad virtual y en la visualización de

imágenes médicas 3D.

Bibliografía:

Webster, Medical Instrumentation: Application and Design. John Wiley & Sons.

1998.

Phelps M.E., Molecular Imaging and Its Biological Applications. Springer, 2004.

von Schulthess G.K., Hennig J., Functional Imaging. Lippincott-Raven Pub., 1998.

Northrop R.B., Non-Invasive Instrumentation and Measurements in Medical

Diagnosis. CRC Press, Oct. 2001.

Diversos artículos en IEEE T Biom Eng, IEEE T Med Imag, IEEE EMB Mag.

Usón, J, Pascual, S.; Sánchez, FM, Hernández, FJ. Pautas para el aprendizaje en

suturas laparoscópicas. En Pascual, S, Usón, J. Aprendizaje en suturas

laparoscópicas. Capítulo 2. Librería General S.A. Zaragoza. 38-54. 1999.

Taylor, Rusell H.; Lavallé, Stéphane; Burdea, Grigore C.; Mösges, Palph.

“Computer-Integrated Surgery”. MIT PRESS, 1996.

J. Beutel, “Handbook of Medical Imaging”, Volume I- Physics and Psycophysics;

Volume II- Medical Image Processing and Analysis; Volume III- Display and PACS,

SPIE Press, Washington, 2000.

Udupa, J. Herman G, Ed. ·” 3D Imaging in Medicine”, CRC Press, 2000.

Gorman, P.J., Meier, A., Krummel, T., “Computer-assisted training and learning in

surgery”, Comp Aid Surg 5:120-130, 2000.

A.Liu, F.Tendick, K.Cleary y C.Kaufmann, “A survey of surgical simulation:

applications, technology, and education,” Presence, 12(6), 2003.

A.G. Gallagher, C.D.Smith, S.P.Bowers, N.E.Seymour, A.Pearson, S.McNatt,

D.Hananel y R.M.Satava, “Psychomotor skills assessment in practicing surgeons

experienced in performing advanced laparoscopic procedures,” Journal of the

American College of Surgeons, 197(3):479-488, 2003.


Inteligencia Ambiental para apoyo a la salud y la inclusión

social


Profesorado:


María Teresa Arredondo (Coordinadora) TFO

Programa:

TEMA Nº horas

presenciales

Inteligencia Ambiental

Introducción a la Inteligencia Ambiental

Entornos de aplicación en el ámbito médico Reconocimiento y

acomodación a diversidad de dispositivos

Personalización y adaptabilidad de los sistemas

Redes sensoriales y de actuadores

Redes BAN, PAN y WSAN

Sistemas de localización de personas y objetos móviles en

interiores

Sistemas domóticos

Gestión de servicios de AmI

Introducción a la tecnología de Agentes Inteligentes

Servicios de apoyo a la vida independiente

Servicios e-salud en el entorno AmI

Diseño para todos en AmI

30

Redes de sensores inteligentes

Redes de comunicación personales y de entorno próximo 20


Se pretende iniciar a los alumnos en los conocimientos y habilidades necesarias

para el diseño de sistemas y aplicaciones en el ámbito de la Inteligencia Ambiental

orientada al sector de la salud y de los servicios sociales.

El objetivo general del curso es que el asistente adquiera una visión unificada y

completa de las diferentes tecnologías que, para comunicación y control en entorno

próximo existen en la actualidad. Se analizan las tecnologías inalámbricas basadas

en radiofrecuencia (802.11, Bluetooth, ZigBee) o infrarrojos (IrDA).

Metodología:

El curso se basa en la impartición de clases magistrales basadas en presentaciones

Power Point. En ellas, se mantiene una estructura común para los distintos temas.

Para cada tecnología se presentan sus bases de funcionamiento, su modelado y

características esenciales.

El curso también incluye un conjunto de casos prácticos, especialmente

seleccionados, que se resuelven en común y permiten asentar los conocimientos

teóricos impartidos. Los alumnos completan el curso con un trabajo final de

carácter individual.

Documentación:

Trasparencias en Power Point comentadas en las páginas de notas. Se entrega a los

alumnos las fotocopias de las mismas.

Artículos seleccionados.

Evaluación:


Examen tipo test (50% de la nota final)

Trabajo final (50% de la nota final)

Bibliografía:

Stefano Marzano,. The New Everyday View on Ambient Intelligence, Ed. Emile Aarts

2004.

Paolo Remagnino et al. Ambient Intelligence: A novel paradigm. Springer-Verlag

2004

AmbieSense. http://www.ambiesense.com/

J.P. Bigus and J. Bigus. Constructing Intelligent Agents Using Java. Ed.Wiley, 2001.

Dey. Understanding and using context. Personal and ubiquitous computing, 5,

2001.

K. Ducatel, M. Bogdanowicz, F. Scapolo, Leijten J., and J.C. Burgelma. Istag:

Scenarios for ambient intelligence in 2010. ISTAG 2001 Final Report, 2001.

M. Friedewald and O. Da Costa. Science and technology roadmapping: Ambient

intelligence in everyday life. JRC/IPTS - ESTO Study, 2003.

HoleLab. research.philips.com/technologies/misc/homelab/index.html

JADE. Java agent development framework, 2004. URL:

http://jade.cselt.it/index.html.

P. Jones. Ambient information for collaboration and discovery: Adapting from

information practices in the eld. In Proceedings of the Ambient Intelligence for

Scientic Discovery conference, 2004.

Multi-agent systems and applications. In Springer, editor, Proceedings of the ECCAI

Advance Course, 2001.

Ambient intelligence for scientic discovery (aisd). SIGCHI Workshop, April 25, 2004,

Vienna, 2004.

G.M.P. O’Hare, M.J. O’Grady, S. Keegan, D. O’Kane, R. Tynan, and D. Marsh.

Intelligent agile agents: Active enablers for ambient intelligence. In Proceedings of

the Ambient Intelligence for Scientic Discovery conference, 2004.

Libros generales:

“Data and Computer Communications” (6th. Edition). William Stallings. Prentice Hall

International Edition. ISBN 0-13-086388-2

“Computer Networks” (3rd. Edition). Andrew S. Tannenbaum. Prentice Hall

International Editions. ISBN 0-13-394248-1

“Digital Communications” (3rd. Edition). John G. Proakis. McGraw-Hill International

Editions. ISBN 0-07-113814-5

“Residential Broadband, Second Edition” George Abe. Cisco Press ISBN: 1-57870-

177-5.

“Home Networking Basis” Walter Y. Chen, Prentice Hall Professional Series, ISBN 0-

13-016511-5

Ethernet y LAN:

“Ethernet: The Definitive Guide”. Charles E. Spurgeon. O´Reilly & Associates INC.

ISBN 1-56592-660-9

“Practical Networking”. Frank J. Derfler, Jr. Que, MacMillan U.S.A. ISBN 0-7897-

2252-6

Bluetooth:

“Bluetooth Apllication Developer´s Guide: The short range interconnect solution”

David Kammer, Gordon McNutt, Brian Senese, Jennifer Bray (Tech. Ed.). Syngress

Publishing. ISBN 1-928994-42-3

ZigBee:

“Wireless Sensor Networks: Architectures and Protocols” Edgar H. Callaway.

Auerbach Publications ISBN: 0-8493-1823-8 802.11:

“802.11 Wireless Networks: The definitive guide” Matthew S. Gast. O’Reilly. ISBN:

0-596-00183-5.

http://www.ambiesense.com/

http://jade.cselt.it/index.html


Informática Biomédica


Profesorado:


Víctor Maojo (Coordinador) FI-DIA

Programa:

La informática médica intenta analizar los problemas de la práctica médica y buscar

las mejores soluciones mediante el uso de las tecnologías de la información. Por

ello, el énfasis se realiza en el manejo de datos, informaciones y conocimientos, y

no en las técnicas y métodos utilizados. Muchos de los problemas actuales de la

medicina tienen su causa básica en defectos de análisis y manejo de información,

que podrían tener mejores soluciones con sistemas adecuados de informática

médica.

En este curso se dará al alumno una visión global de la informática médica,

haciendo especial énfasis en aspectos de investigación y no de puro desarrollo de

aplicaciones. La investigación en informática médica es, básicamente, aplicada pero

tiene características propias que las diferencian de otras áreas. La información que

se suele manejar en medicina tiene un nivel de complejidad habitualmente mayor

que en otras áreas. Por ello, la investigación desarrollada en informática médica ha

llevado, tradicionalmente, a logros de gran éxito en otros dominios -por ejemplo,

en sistemas expertos-.

Las tecnologías no son el fin último de la informática médica; sin embargo, sí es

importante el uso de métodos que permitan no sólo construir las mejores

aplicaciones, sino el intercambio y reutilización de técnicas y conocimientos

favoreciendo la colaboración entre grupos de investigación. Estos esfuerzos

conjuntos se ven estimulados por el crecimiento de Internet y nuevas técnicas de

Inteligencia Artificial, base de datos, programación e Ingeniería del Software, que

facilitan la comunicación entre aplicaciones y grupos. El uso de sistemas basados en

nuevas tecnologías (por ejemplo, ahora mismo con JAVA o CORBA) está

contribuyendo a un avance decisivo en la informática médica.

Estas tecnologías, serán expuestas a los estudiantes del curso como medio de

construcción de aplicaciones distribuidas en informática médica.

Se va a hacer también especial énfasis en la exposición de las nuevas tecnologías

de la información aplicadas en medicina. Concretamente, en tres áreas como son la

realidad virtual, la telemedicina y la bioinformática. En esta última, por ejemplo, se

describirán modelos de historia clínica que incorporan información proveniente del

Proyecto Genoma, aplicada a pacientes individuales

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

1.Introducción.

2.Adquisición, almacenamiento y manejo de datos.

3.Inteligencia Artificial y Medicina: Aplicaciones a la toma de

decisiones y los sistemas de ayuda a la consulta.

4. Bioinformática

5.Sistemas de información hospitalaria.

6.Historias clínicas computarizadas. Vocabulario médico.

Fundamentos de la historia clínica. Terminologías médicas,

vocabularios y ontologías. Modelos y estándares de HC

electrónica. Lenguajes de descripción de ontologías

7.Redes de comunicaciones hospitalarias.

8.Internet y medicina. Aplicaciones distribuidas. Agentes.

40


9.Otras aplicaciones en investigación, áreas clínicas,

medicina gestionada y educación.


Comprensión de las diferencias entre la Informática Biomédica (IBM) y otras

disciplinas aplicadas de la informática.Análisis de la historia de la IBM y lecciones

aprendidas desde los años 50 Modelos y técnicas principales en uso actual.

Exposición de retos científicos y tecnológicos en el área.

El alumno, finalmente, deberá ser capaz de comprender las características

intrínsecas de la disciplina y conocer los criterios adecuados para afrontar el diseño

de sistemas de IBM.

Metodología:

Orientación fundamental al diseño de sistemas de informática biomédica

Documentación:

Libros de texto y artículos científicos

Evaluación:

Asistencia a las clases y presentación de un trabajo, por escrito y oral, basado en

los contenidos

del curso. Opcionalmente, diseño de un prototipo de sistema informático.

De acuerdo a la evolución del programa podría ser oportuno una evaluación a

través de un examen.

Bibliografía:

Altman RB. The interactions between clinical informatics and bioinformatics: a case

study. J Am Med Inform Assoc. 2000 Sep-Oct;7(5):439-43.

Belmonte, M., Coltell, O., Maojo, V., Mateu, J y Sanz, F. (Eds). Manual de

Informática Médica. Diciembre de 2003. M.R.A.

Blum, B. and K. Duncan. (Eds). A History of Medical Informatics. Reading: Addison

Wesley Pub. 1990.

Clancey, W. and E.H. Shortliffe (Eds). Readings in Medical Artificial Intelligence:

The First Decade. Reading: Addison Wesley. 1984

Evans, D. and Patel, V. (eds.) Cognitive Science in Medicine. Biomedical Modelling,

MIT Press, Boston, MA. 1989.

Greenes, R.A. and Shortliffe, E.H.: Medical Informatics: An Emerging Academic

Discipline and Institutional Priority. JAMA, 263, 1114-1120, 1990

Kassirer, J. and R. Kopelman. Learning Clinical Reasoning. Baltimore: Williams and

Wilkins. 1991.

Kitano H. Systems biology: a brief overview. Science 2002 Mar 1;295(5560):1662-

4

Maojo V, Kulikowski CA. Bioinformatics and Medical Informatics: Collaboration on

the Road to Genomic Medicine? Journal of the American Medical Informatics

Association, Noviembre-Diciembre de 2003, pp.515-522.

Maojo, V., F. Martín-Sanchez, J. Crespo, and H. Billhardt. Theory, Abstraction and

Design in Medical Informatics. Methods of Information in Medicine 2002, 41: 44-50.

Martín, F.; Maojo, V. and López-Campos, G. Integrating genomics into health

information systems. Methods Inf Med. 2002;41(1):25-30.

McKusick VA. The anatomy of the human genome: a neo-Vesalian basis for

medicine in the 21st century. JAMA 2001. Nov 14; 286(18): 2289-95

Sander C. Genomic medicine and the future of health care. Science 2000 Mar

17;287 (5460):1977-8.

Shortiffe, E.H. y Perreault, L. Medical Informatics. Computer Applications in Health

Care. 2nd Edition. New York: Springer Verlag. 2001.


Sox, H., Blatt, M., Higgins, M. and Marton, K.: Medical Decision Making.

Butterworths. Boston, USA, 1988.

Van Bemmel, J. and M, Musen. Handbook of Medical Informatics. New York:

Springer-Verlag. 1997.


Simulación y Planificación Quirúrgica

CREDITOS ECTS 4 TIPO IDIOMA

Profesorado:


Enrique J. Gómez Aguilera

(Coordinador)

TFO

Félix Monasterio TEAT

Objetivos:

El objetivo de esta asignatura es proporcionar al alumno un conocimiento teórico y

práctico de las técnicas y métodos empleados en cirugía asistida por computador,

con un énfasis principal en los nuevos sistemas de formación y planificación de

intervenciones quirúrgicas mínimamente invasivas, basados en la realidad virtual y

en la visualización de imágenes médicas 3D.

El curso está estructurado en cuatro partes principales: 1) una introducción al

campo de aplicación clínica, es decir, la Cirugía Mínimamente Invasiva y la cirugía

laparoscópica; 2) una introducción a los sistemas de cirugía asistida por

computador y a las tecnologías básicas que permiten la construcción empleadas en

los sistemas de formación y planificación quirúrgica; 3) la descripción detallada de

los conceptos, componentes y aplicaciones principales de los simuladores virtuales

y planificadores en cirugía laparoscópica; y 4) un análisis de los métodos de

evaluación de estas nuevas técnicas de formación e intervención quirúrgica así

como los aspectos ético-legales involucrados en su implantación en rutina clínica.

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

Introducción a la cirugía mínimamente invasiva (CMI)

Modelos de formación en CMI

Técnicas y procedimientos quirúrgicos

Métodos y técnicas básicas

Interacción sensorial multimodal en CMI

Metodologías de medición de propiedades biomecánicas de

tejidos in-vivo

Reconstrucción y visualización de imágenes médicas 3D

Realidad virtual y realidad aumentada en medicina

Cirugía asistida por computador

Simulación y planificación

Cirugía guiada por imágenes

Telecirugía

Simuladores Virtuales:

Arquitectura

Interfaces de visualización e interfaces hápticas

Detección y gestión de colisiones

Modelos biomecánicos para deformación en tiempo real de

tejidos blandos

Modelado y construcción de procedimientos quirúrgicos

virtuales: prensión, tracción, corte y sutura

Ejemplos prácticos

Planificación Quirúrgica

Definiciones y conceptos

Sistemas básicos de planificación

30


Definiciones de trayectorias e intervenciones

Ejemplos prácticos

Implantación, validación y aspectos ético-legales de la

simulación y planificación quirúrgica

Metodología:

El curso se divide en dos partes: presentación de contenidos básicos y trabajos

dirigidos.

Clases magistrales por parte de los profesores sobre los contenidos propios del

curso.

Desarrollan trabajos dirigidos por grupos.

Presentación y puesta en común de los trabajos en clase.

Documentación:

Material utilizado en clase: presentaciones, artículos, etc.

Material de referencia inicial para los trabajos proporcionado a los grupos

Evaluación:

Examen individual (50%): Conocimiento general de los contenidos de la asignatura

mediante un examen individual.

Evaluación del trabajo (50%):

Conocimiento detallado del estado del arte del tema desarrollado en el trabajo.

Actualidad de los contenidos expuestos: grupos de trabajo y líneas de desarrollo

emergentes.

Prospección de las implicaciones socioeconómicas de las líneas de investigaciones

en curso en el tema.

Conexiones con tecnologías.

Calidad de la presentación de los trabajos

Bibliografía:

Usón, J, Pascual, S.; Sánchez, FM, Hernández, FJ. Pautas para el aprendizaje en

suturas laparoscópicas. En Pascual, S, Usón, J. Aprendizaje en suturas

laparoscópicas. Capítulo 2. Librería General S.A. Zaragoza. 38-54. 1999.

Taylor, Rusell H.; Lavallé, Stéphane; Burdea, Grigore C.; Mösges, Palph.

“Computer-Integrated Surgery”. MIT PRESS, 1996.

J. Beutel, “Handbook of Medical Imaging”, Volume I- Physics and Psycophysics;

Volume II- Medical Image Processing and Analysis; Volume III- Display and PACS,

SPIE Press, Washington, 2000.

Udupa, J. Herman G, Ed. ·” 3D Imaging in Medicine”, CRC Press, 2000.

Gorman, P.J., Meier, A., Krummel, T., “Computer-assisted training and learning in

surgery”, Comp Aid Surg 5:120-130, 2000.

A.Liu, F.Tendick, K.Cleary y C.Kaufmann, “A survey of surgical simulation:

applications, technology, and education,” Presence, 12(6), 2003.

A.G. Gallagher, C.D.Smith, S.P.Bowers, N.E.Seymour, A.Pearson, S.McNatt,

D.Hananel y R.M.Satava, “Psychomotor skills assessment in practicing surgeons

experienced in performing advanced laparoscopic procedures,” Journal of the

American College of Surgeons, 197(3):479-488, 2003.


Ayuda a la Decisión y gestión del conocimiento en Medicina


Profesorado:


Mª Elena Hernando Pérez

(Coordinadora)

TFO-ETSIT

Gregorio Fernández DIT-ETSIT

José Carlos González DIT-ETSIT

Pedro Zufiría MAT-ETSIT

Víctor Maojo FI-UPM

Programa:

En esta asignatura se introduce al alumno en el campo de los sistemas de ayuda a

la decisión en medicina, presentando sus características y sus fundamentos, y los

sistemas de gestión e conocimiento médico. Se muestran todos los aspectos

necesarios para la definición de un sistema de ayuda inteligente, partiendo de la

obtención del conocimiento médico, la elección de la aproximación de

representación del conocimiento más adecuada a cada problema médico y la

evaluación final de los razonamientos del sistema utilizando métodos objetivos y

subjetivos.

Se muestran al alumno cuáles son las aplicaciones más habituales utilizando

ejemplos de sistemas concretos y analizando el grado de implantación en rutina

clínica.

Por último se muestran los sistemas de gestión del conocimiento médico que

persiguen la difusión y reutilización eficiente del conocimiento generado por la

comunidad médica.

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

I. Tema 0- Introducción: fundamentos cognitivos del

razonamiento médico

3

II. Tema 1: Introducción a la inteligencia artificial

2

III. Tema 2: Métodos de adquisición del conocimiento

4

IV. Tema 3: Métodos de representación del conocimiento

(Aproximaciones basadas en reglas, razonamiento con

incertidumbre, razonamiento temporal, redes neuronales

artificiales, sistemas multiagentes)

12

V. Tema 4: Métodos de aprendizaje automático e inducción

de conocimiento

6

VI. Tema 5: Evaluación de sistemas de ayuda

4

VII. Tema 6: Sistemas de gestión de conocimiento.

Métodos de aprendizaje basados en la experiencia

10

VIII. Tema 7: Aplicaciones en medicina (Diagnóstico,

terapia, análisis de datos en genómica y proteómica)

10



Que el alumno conozca los fundamentos de la inteligencia artificial, las técnicas

más habituales para la representación del conocimiento y que analice cuál es la

técnica más adecuada dado un tipo de conocimiento concreto

Que el alumno conozca las fases de evaluación y comprenda la importancia del

proceso para conseguir la aceptación de los usuarios.

Que el alumno comprenda la aportación de los sistemas de ayuda al diagnóstico

y de gestión del conocimiento en medicina y que conozca algunas aplicaciones

concretas en el campo médico

Metodología:

La metodología de las clases se distribuirá entre lecciones magistrales y la

realización y exposición de trabajos en grupo. En una o dos ocasiones se invitará a

un investigador o profesional del sector para que aporten a los alumnos la visión

más aplicada de un tema concreto.

La primera clase se dedicará a presentar a los alumnos los objetivos de la

asignatura, la metodología de trabajo, las fuentes bibliográficas, los criterios de

evaluación y la planificación temporal del curso. Es conveniente incluir en esta

primera clase una introducción completa a la asignatura que permita a los alumnos

hacerse una idea de los conocimientos que adquirirán. Se presentará el contenido

de los temas que se tratarán en la asignatura, poniendo de manifiesto las

relaciones entre ellos y la importancia relativa de cada uno frente al resto.

Documentación:

Toda la información estará accesible en la página Web de la asignatura y será

complementada con enlaces a grupos de investigación y bases de datos

bibliográficas. Se proveerá a los alumnos de una lista de referencias para consulta

recomendada y complementaria clasificada por temas.

Evaluación:

La evaluación del aprovechamiento de los alumnos se realizará a partir de los

trabajos realizados en grupo y se complementará con una prueba escrita al finalizar

la asignatura. Los resultados de la evaluación serán comunicados a los alumnos en

los tablones habilitados por la Escuela para tal fin y en la página Web de la

asignatura, con acceso restringido a los alumnos individuales.

Bibliografía:

Clinical Decision Support Systems – Theory and practice. Health Informatics

Series. Ed. Berner, E.S. Springer-Verlag, 1999

Handbook of Medical Informatics, Editores: van Bemmel, J.H. y Musen, M.A.

Springer-Verlag, 1997. http://www.mieur.nl/mihandbook

Probabilistic reasoning in intelligent systems: networks of plausible inference.

Pearl, J. (1988) (San Mateo, California: Morgan Kaufmann).

Hilden, J. y Habbema, J.D.F. (1990) Evaluation of clinical decision aids-more to

think about”. Medical Informatics, vol 15, no. 3, 275-284

Representación del conocimiento en sistemas inteligentes. Fernández, G.

http://www.gsi.dit.upm.es/~gfer/ssii/rcsi/index.html

http://www.mieur.nl/mihandbook

http://www.gsi.dit.upm.es/~gfer/ssii/rcsi/index.html


Tecnologías asistivas


Profesorado:


Santiago Aguilera (Coordinador) TFO

José Gabriel Zato EUI

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

Tema 1: Introducción

1. Concepto de deficiencia, discapacidad y minusvalía.

2. Tipos de discapacidades: Físicas, Psíquicas, Sensoriales,

Mayores.

Diferentes grados.

Habilidades asociadas al grado.

Limitaciones funcionales, y soluciones tecnológicas.

3. Contraposición “diseño para todos”, tecnología asistiva.

4

Tema 2: Diseño para todos

4. Diseño para todos.

4.1. Concepto.

4.2. Páginas web accesibles.

Cómo acceden las personas discapacitadas al ordenador?.

Ayudas técnicas de acceso al ordenador.

Legislación sobre accesibilidad de páginas web.

Normas WAI del W3C, de diseño de páginas web accesibles.

Herramientas para diseño de páginas web accesibles.

Herramientas para evaluar la accesibilidad de las páginas

web.

12

Tema 3: Tecnología asistiva para mayores.

5.1. Para mayores:

Tecnología para residencias tuteladas.

Sistemas de teleasistencia.

4

Tema 4: Tecnología asistiva para deficientes auditivos.

5.2.1. Sordos y deficientes auditivos:

El mecanismo de audición.

5.2.1.1. Sistemas de diagnóstico:

Audiometría tonal aérea y ósea.

Logoaudiometría.

Impedanciometría.

5.2.1.2. Sistemas de apoyo.

Bucles magnéticos.

Teléfonos de texto.

Centros de intermediación de texto.

Lengua de signos.

Comunicación a distancia en lengua de signos:

Videoconferencia.

Centros de intermediación de lengua de signos.

Síntesis automática de lengua de signos. Estado del arte.

Primeros intentos de reconocimiento de lengua de signos.

Estado del arte.

12


5.2.1.3. Prótesis:

Implantes cocleares. Estado del arte.

Audífonos. Estado del arte.

Tema 5: Tecnología asistiva para deficientes visuales.

5.2.2. Ciegos y deficientes visuales:

La vista.

Código Braille.

Línea Braille.

Sintetizadores de voz.

Lectores de pantalla de ordenador.

Agendas personales.

Lupas.

Magnificadores de pantalla.

Dispositivos para transmitir información sobre imágenes.

Estado del arte.

Prótesis visuales. Estado del arte.

4

Tema 6: Tecnología asistiva para personas sordo-

ciegas.

5.2.3. Sordo-ciegos:

Lengua de signos para sordo-ciegos.

Teléfonos de texto para sordo-ciegos: la sustitución de la

pantalla por una línea Braille.

2

Tema 7: Tecnología asistiva para personas con

problemas de fonación.

5.2.4. Personas con problemas de fonación (Comunicación

Alternativa y Aumentativa).

Grado tecnológico del sistema: Bajo, medio, alto.

Acceso: directo (personas sin problemas de movilidad).

Indirecto (personas con problemas de movilidad).

Sistemas pictográficos, (para personas con discapacidad

psíquica severa): Bliss, SPL, etc..

Sistemas textuales, (para personas con discapacidad

psíquica leve o nula).

Salida: visual o auditiva.

Distintos modos de barrido.

Métodos de predicción de palabra: estadísticos, basados en

gramáticas, mezcla. Adaptación al usuario. Estado del arte.

Contraposición entre sistemas de escritura(flexibles y lentos)

y sistemas de comunicación (rígidos y rápidos) Estado del

arte.

12

Tema 8: Tecnología asistiva para discapacitados

físicos.

5.3. Discapacitados físicos:

5.3.1. Sistemas de acceso al ordenador:

Emuladores de ratón.

Emuladores de teclado.

Sistemas de reconocimiento de voz.

Sistemas de reconocimiento biométrico. Estado del arte.

5.3.2. Sistemas domóticos.

6

Tema 9: Tecnología asistiva para discapacitados

psíquicos.

5.4. Discapacitados Psíquicos.

Sistemas de diálogo.

Asistentes virtuales.

2


Realidad virtual.


Introducir a los alumnos en el campo de la discapacidad para poner de manifiesto

cómo la tecnología puede ayudarles a reducir o eliminar sus deficiencias. Se hace

una revisión de los sistemas asistivos más frecuentemente utilizados por cada tipo

de discapacidad, enfatizando en sus componentes tecnológicas.

Una vez conocidas las distintas discapacidades, y las tecnologías utilizadas para

solventarlas, estarán en disposición de seleccionar adaptar y diseñar los sistemas

que se utilizarán en los próximos años.

Metodología:


dirigidos.


curso.



Documentación:


Material de referencia inicial para los trabajos proporcionado a los grupos

Evaluación:






emergentes.





Bibliografía:

Universal Design Handbook ISBN 0-07-137605-4

Coordinador: Robert Ivy, Editorial: McGraw Hill 2002

Tecnologías de la Información y Comunicación y Discapacidad (Propuesta de

Futuro) ISBN 84-932521-7-9, Editor: Fundación Vodafone. 2003

Hand Book of Augmentative and Alternative Communication ISBN 1-56593-684-1

Sharon L. Glemnen and Denise C De Coste Edtorial: Singular Publishing Group

1998

Assistive Technology Principles and Practice ISBN 0-8016-1038-9

Cook-Hussey Editorial Mosby 1995

Computer processing of natural language

Gilbert K. Krulee, Editorial Prentice Hall, 1991

http://www.utdallas.edu/~loizou/cimplants/tutorial/

Página web sobre implantes cocleares de la Universidad de Dallas.

Diversa normativa de la International Telecomunication Union (ITU), sobre

Telefonía de Textos.

http://www.utdallas.edu/~loizou/cimplants/tutorial/


Laboratorio de Imágenes Biomédicas

CREDITOS ECTS 3 TIPO OP2 IDIOMA ESPAÑOL-INGLES

Profesorado:


Enrique J. Gómez Aguilera (Coordinador) TFO

Objetivos:

El objetivo de esta asignatura es “proporcionar una formación experimental al

alumno en los métodos y técnicas de procesamiento de señales biomédicas y de

imágenes médicas”.

Durante el desarrollo de las prácticas, el alumno se ejercitará en la programación

de algunos de los algoritmos de procesamiento que más se utilizan para facilitar las

tareas de diagnóstico médico a los especialistas.

Programa:

El laboratorio se divide en dos Unidades didácticas diferentes dedicadas al

procesamiento imágenes médicas. En cada una de ellas se utiliza MATLAB.

Los alumnos se ejercitarán en el manejo de imágenes médicas de diferentes

modalidades e implementarán algunos de los métodos de procesamiento que se

han ido introduciendo en la asignatura teórica.

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

Introducción al procesado de imágenes médicas

Introducción a MATLAB

Mejora e intensificación de imágenes médicas

Segmentación de imágenes médicas

Metodología:

Principalmente se trata de trabajo de laboratorio en grupo, con una

introducción teórica y el software de procesamiento de imágenes. El trabajo fuera

del laboratorio debe reducirse a la preparación de las memorias de prácticas. Las

prácticas se realizan de forma guiada mediante la concatenación de tareas cuyo

resultado es muy concreto e independiente de las demás tareas. Se plantean


cuestiones por escrito a medida que las tareas progresan, cuya respuesta debe

figurar como parte esencial de las memorias. Así, en vez de plantear el resultado

final a conseguir desde el principio, se plantean resultados parciales, cuya

consecución secuencial conduce al resultado final esperado.

Documentación:

Guión de prácticas y transparencias correspondientes a la presentación del

laboratorio.

Evaluación:

La evaluación del aprovechamiento de los alumnos se realizará con la valoración de

las memorias entregadas por los alumnos para cada una de las prácticas.

Los resultados de la evaluación serán comunicados a los alumnos en los tablones

habilitados por la Escuela para tal fin y en la página Web de la asignatura, con

acceso restringido a los alumnos individuales.

Bibliografía:

- Foundations of Medical Imaging, Cho et al., John Wiley, 1993.


Laboratorio de Telemedicina


Profesorado:


M. Elena Hernando Pérez

(Coordinadora)

TFO

Programa:

El Laboratorio de Telemedicina incluye:

1. Diseño y desarrollo de aplicaciones de Telemedicina

2. Integración de aplicaciones y sistemas de información

3. Transmisión y almacenamiento de imágenes médicas

4. Comunicaciones a través de INTERNET

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

I. Diseño y desarrollo de aplicaciones de Telemedicina

PRÁCTICA 1: Evaluación de usabilidad de aplicaciones

PRÁCTICA 2: Introducción al entorno Delphi

PRÁCTICA 3: Aplicación para la gestión de pacientes y visitas

PRÁCTICA 4: Visualización de variables fisiológicas

16

II Transmisión y almacenamiento de imágenes médicas

PRÁCTICA 5: Estándar DICOM -Transmisión,

almacenamiento y visualización

4

III. Comunicaciones a través de INTERNET

PRÁCTICA 6: Teleconsulta entre especialistas

PRÁCTICA 7: Acceso a bases de datos médicas desde WEB

8


El laboratorio proporciona al alumno un conjunto de métodos y recursos para su

formación en el diseño, desarrollo y evaluación de aplicaciones de telemedicina. Las

prácticas van guiando al alumno para que adquiera conocimientos sobre diferentes

tecnologías utilizadas en la creación e integración de Sistemas de Información: la

gestión y diseño de bases de datos relacionales, los motores de integración de

sistemas de información sanitarios, la visualización gráfica de información clínica,

los protocolos de comunicación, el acceso remoto a bases de datos a través de

servidores Web, los servicios de consulta remota entre especialistas, el diagnóstico

cooperativo y la teleradiología e interoperabilidad DICOM.

Metodología:

Principalmente se trata de trabajo de laboratorio en grupo, con una introducción

teórica a la materia y las herramientas SW más necesarias. El trabajo fuera del

laboratorio debe reducirse a la preparación de las memorias de prácticas. Las







Documentación:


laboratorio.


Evaluación:

La evaluación se realizará basada esencialmente en los resultados de las prácticas y

en un examen escrito final.

Bibliografía:

- E-health, telehealth and telemedicine. A guide to start-up and success, M.M.

Maheu, P. Whitten and A. Allen, Jossey-Bass, Wiley, 2001

- Telemedicine Theory and Practice, Bashshur, R. et al, De. Charles C. Thomas,

Springfield USA, 1997

- Designing the User Interface: Strategies for effective human-computer

interaction, Shneiderman S., Addison-Wesley Publishing Company, 1992

- Asynchonous transfer mode: Solution for broadband ISDN, Prycker M.,

Berkeley: Prentice Hall, 1995

- DICOM. Digital Imaging and Communication in Medicine, American College of

Radiology/National Electrical Manufactures Association. Publication Nº PS 3.1, 1995

- Guide for Usability evaluation of telecommunication systems and services, ETSI,

European Telecommunication Standards Institute, ETSI DTR/HF 3001, 1995


Módulo III: Dispositivos, Biomateriales y Biomecánica

Bioelectromagnetismo


Profesorado:

PROFESOR DEPARTAMENTO-CENTRO

Ceferino Maestú (Coordinador) UPM

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

Introducción a la bioelectricidad y el bioelectromagnetismo.

Propiedades dieléctricas de los materiales biológicos

2

Fundamentos matemáticos de los campos electromagnéticos 4

Bases anatómicas y fisiológicas del bioelectromagnetismo

Células y tejidos excitables: sistema nervioso y

sistema motor

El corazón

4

Modelado de fuentes y conductores bioeléctricos

Fuentes y conductores volumétricos

Modelos de fuentes

Modelos de conductores volumétricos

6

Métodos de análisis para bioelectromagnetismo

Métodos de análisis de fuentes y conductores

volumétricos

Teoría para las medidas biomagnéticas

6

Medidas eléctricas y magnéticas de la actividad eléctrica del

sistema nervioso

Electroencefalografía

Magnetoencefalografía

6

Medidas eléctricas y magnéticas de la actividad eléctrica del

corazón

Electrocardiografía

Vectocardiografía

Factores de distorsión

Magnetocardiografía

2

Estimulación electromagnética de tejidos neuronales

Estimulación de alto campo

Estimulación de muy bajo campo

8

Estimulación electromagnética del corazón 2

Medida de las propiedades

Pletismografía de impedancias

Tomografía de impedancias

4

Otros fenómenos bioelectromagnéticos 2

Técnicas de diagnóstico y terapia asociadas 2


Introducirse en la Bioelectricidad y el bioelectromagnetismo. Conocer los principios

y aplicaciones de los campos bioeléctricos, desde una descripción de los aspectos

básicos de los tejidos excitables causantes de la actividad bioelectromagnética y de

su fundamento teórico y formalización matemática. Derivación de los fenómenos

bioelectromagnéticos para el análisis e interpretación de las variables medidas

Metodología:


Orientación fundamental a la formación en los conocimientos básicos de

bioelectromagnetismo y las tecnologías para la interpretación de señales de campos

biomagnéticos y bioeléctricos y la estimulación


dirigidos.

Clases magistrales por parte de los profesores sobre los contenidos propios

del curso.



Documentación:


Material de referencia inicial para los trabajos proporcionado a los grupos. Evaluación:

Examen individual (50%): Conocimiento general de los contenidos de la

asignatura mediante un examen individual.


o Conocimiento detallado del estado del arte del tema desarrollado

en el trabajo.

o Actualidad de los contenidos expuestos: grupos de trabajo y

líneas de desarrollo emergentes.

o Prospección de las implicaciones socioeconómicas de las líneas de

investigaciones en curso en el tema.

o Conexiones con tecnologías.

o Calidad de la presentación de los trabajos

Bibliografía:

Bioelectromagnetism. Principles and applications of bioelectric and biomagnetic

fields”, Jaakko Malmivuo y Robert Plonsey, Oxfrod University Press, 1995

J. D. Bronzino. Biomedical Engineering Handbook, CRC Press & IEEE Press 2000.


Biosensores y micronanobiomedicina


Profesorado:


Javier Serrano (Coordinador) TE

Programa:

Los biosensores, en su sentido actual, que es el enfoque de esta asignatura, son el

resultado de la intersección de varios desarrollos pujantes en tecnologías de la

micro y nanodimensión, y de la bioquímica. Así, es necesario situar el contexto

mediante una caracterización global, a modo de taxonomía del campo de

conocimiento para entresacar la genealogía de tipos por sus aplicaciones más

relevantes: sondas estáticos y de flujo, técnicas de inmovilización de enzimas

(aplicaciones a membranas y reactantes; recubrimientos bioespecíficos. Después se

describen los tipos de biosensores de más uso: electroquímicos (ISFET, electrodos),

ópticos, resonadores piezoeléctricos y termoeléctricos. Se fundamenta lo anterior

mediante un repaso de las tecnologías que permiten realizar aquellos tipos como

micro y nanosistemas, pasando después a la implementación como microsistemas

(MEMS) y los modos de uso apropiados para ellos: substratos enzimáticos

(metabolitos), inhibitorio, immunoquímico (afinidad), basados en nucleótidos.

Reduciendo la dimensión todavía más se presentan las nanoestructuras para

aplicaciones biométricas. Se cierra el aspecto teórico mediante la presentación de

aplicaciones completas: monitorización de procesos, biomedicina, medio ambiente,

bioafinidad. Para terminar se presentan ejemplos comerciales y tendencias.

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

1. Características de biosensores. 4

2. Tipos de biosensores 6

3. Tecnologías para micro y nanosistemas. 6

4. Miniaturización, microanálisis y BioMEMS. 6

5. Modos de medida. 4

6. Nanoestructuras para aplicaciones biométricas. 6

7. Aplicaciones 4

8. Ejemplos comerciales y tendencias. 2


Presentar la actualidad del estado del arte en el campo de los biosensores, de modo

que se perciba el enorme entrecruzamiento de tecnologías, con la complejidad que

ello conlleva, pero también por las enormes posibilidades abiertas y todavía en fase

de investigación y desarrollo

Metodología:


dirigidos.


curso.



Documentación:


Material de referencia inicial para los trabajos proporcionado a los grupos.


Evaluación:






emergentes.





Bibliografía:

Journal of Biosensors and Bioelectronics

Chemical Sensors and Biosensors, Brian R. Eggins, John Wiley & Sons, Ltd.,

England, 2002. ISBN 0-471-89914-3

Bronzino, J.D. 1995. The Biomedical Engineering Handbook. CRC Press, Boca

Raton, FL.

Cass, E.A..G. 1990. Biosensors: A Practical Approach. Oxford University Press,

Oxford, U.K.

Hall, E.A.H. 1991. Biosensors. Prentice Hall Inc., Englewood Cliffis, NJ.

Kress-Rogers, E. 1997. Handbook of Biosensors and Electronic Noses. CRC Press,

Boca Raton, FL.

Wangner, G. and G.G. Guibault . 1994. Food Biosensor Analysis. Marcel Dekker,

New York.

Webster, J.G. 1999. The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook.

CRC Press, Boca Raton, FL.

Yang, V.C. and T.T. Ngo. 2000. Biosensors and Their Applications. Kluwer

Academic/Plenum Publishers, New York, NY.


Biomateriales e Ingeniería de Tejidos


Profesorado:


Gustavo V. Guinea Tortuero

(coordinador)

Ciencia de Materiales. UPM

Breve Descripción del contenido:

Obtención y procesado de materiales para el diagnóstico y el tratamiento de

enfermedades. Materiales bioestables. Materiales biodegradables.


Conocimiento de los grupos de biomateriales y materiales biológicos más

importantes. Conocimiento de la relación entre su estructura y propiedades, su

obtención y procesado.

Metodología:

40 Clases magistrales de 50 minutos de duración

4 prácticas de laboratorio de 2.5 horas de duración

Documentación:

Evaluación:

a) El aprobado en la asignatura se consigue con un mínimo de asistencia a

clase del 80% y la realización de las tres prácticas de laboratorio.

b) Además, los alumnos deben realizar un examen final consistente en 20

preguntas cortas y dos preguntas largas o problemas que determina su calificación

definitiva.

c) En caso de no cumplir la condición de aprobado, los alumnos deben sacar

más de 5 puntos en el examen final para aprobar la asignatura.

Bibliografía:

Structural Biological Materials (Edited by M. Elices), Pergamon Elsevier Science,

Oxford, 2000

Biomateriales, Aqui Y Ahora. M. Vallet-Regí And L. Munuera, Dykinson, S.L.,

Madrid, 2000.

Biomaterials Science.An Introduction To Materials In Medicine. Ed. By Buddy D.

Ratner, Allan S. Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack Lemons. Academic Press. Usa.

1996

Biomedical Surface Science: Foundations To Frontiers. Ed. By D.C. Castner & B.D.

Ratner. Surface Science , 2002

Biological Performance Of Materials: Fundamentals Of Biocompatibility. Jonathan

Black. John Wiley & Sons, Inc. New York. 1992.

High Performance Biomaterials. Ed. Michael Szycher, Ph. D. Technomic Publishing

Company, Inc. Lancaster. 1991.


Biofotónica

CREDITOS ECTS 4 TIPO OP IDIOMA ESPAÑOL/INGLÉS

Profesorado:


Ana P. González Marcos (Coordinadora) TFO

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

- Nociones básicas de propiedades de una radiación láser:

generación, parámetros característicos y detección.

Características de una radiación óptica coherente

Distintos tipos de láseres empleados en Medicina

Propiedades de las distintas radiaciones ópticas de acuerdo

con su longitud de onda, potencia y forma de trabajo, para

su empleo en Medicina

Detección y caracterización de haces láser

Encaminado de radiaciones láser mediante fibras ópticas

- Interacción radiación láser – tejido humano

Principales fenómenos físicos existentes

Principales parámetros de trabajo

Variación del estado final de acuerdo con las condiciones

iniciales

Técnicas de estimulación y retardo de los diferentes procesos

Procesos in vitro e in vivo

- Terapia láser de los diferentes tipos de tejidos

Procesos cutáneos. Cauterización y corte superficial.

Tratamiento terapéutico interno de entornos cerrados.

Abrasión y restauración

Aplicaciones en odontología, oftalmología y sistema

digestivo.

- Tecnologías fotónicas de detección de estados biológicos

Sensores optoelectrónicos.

Sensores basados en fibra óptica

Medición fotónica de parámetros físicos en tejidos biológicos

- Modelización fotónica de comportamientos sensoriales

Distintos tipos de emulación de la retina.

Interpretación de fenómenos internos en el cortex visual.

Compatibilidades y rechazos


El curso tiene por objetivo el estudio de los fenómenos relacionados con la

interacción de radiaciones láser con los tejidos orgánicos, así como la

instrumentación médica basada en técnicas fotónicas y los dispositivos de captación

de señales mediante las mismas.

Metodología:


El curso se divide en dos partes: una primera dedicada a cursos presenciales y una

segunda relativa a la realización de trabajos por los alumnos y comentarios por la

clase. La evaluación del curso se realizará por la presentación de dichos trabajos.

Documentación:

Evaluación:

Conocimiento general de los contenidos de la asignatura

Calidad del trabajo desarrollado (estado del arte del tema, actualidad de los

contenidos expuestos, implicaciones sociales del tema).

Bibliografía:

Laser in Medicine. W. Waidelich (ed). Berlin, Heidelberg, New York: Springer,

(1992).

Tunér, J., and Hode, L. Low Level Laser Therapy—Clinical Practise and Scientific

Background. Sweden: Prima Books, (1999).

Ohshiro, T. Low Level Laser Therapy: A Practical Introduction. New York: John

Wiley and Sons, (1988).

Laser applications in medicine and surgery. G. Galetti, U. Bolognani, eds. Bologna:

Monduzzi, (1992).

Biomedical optical instrumentation and laser-assisted biotechnology. A.M. Verga

Scheggi, et al. (eds.). New York: Kluwer Academic Publishers, (1996).

Biophysics. W. Hoppe, W. Lohmann, H. Marke, et al. (eds.). Heidelberg: Springer-

Verlag, (1983)

Lasers in medical dentistry. Simunovic, Z. (ed.). Vitgraf: Rijeka, (2000)

Halcin, H.H., and Uitto, J. Lasers in cutaneous and aesthetic surgery. Philadelphia:

Lippincott-Raven, (1997).

Sistemas y redes de comunicaciones ópticas. J.A. Martín-Pereda. Prentice

Hall. (2004).

J.A. Martin-Pereda & A. González-Marcos, “A New Approach to Optical Fibre Sensing

Techniques based on the Sensory Systems of the Living Bodies”. En “Handbook Of

Optical Fibre Sensing Technology”. Editor.: José Miguel López-Higuera. Wiley, pp.

769-781. (2002).

J.A. Martín-Pereda, “Biophotonic and Photobiological Sensors”. Capítulo 11 del libro

“OPTICAL Sensors”. Ed.: J.M. López-Higuera. pp.233-256. Universidad de

Cantabria. Santander. (1998).

J.A. Martín-Pereda & A. González-Marcos: “Some Connections between

Neurophysiology and Optical Computing based on the Theory of Complexity”. En

“Fluctuation Phenomena: Disorder And Nonlinarity”. Eds.: J. Bishop & L. Vázquez.

pp. 107-113. World Scientific Press. Singapur. (1995).

En paralelo se utilizarán revistas de la especialidad como: Laser Therapy., Lasers

Surg. in Medicine, J. Clin. Laser Med. Surg., J. Invest. Dermatol., Optics Lett.,

Biophotonics, Science and Nature, así como las Actas de Congresos especializados,

como por ejemplo, los realizados por SPIE y entre los que se encuentran los de

Laser Tissue Interaction y Lasers in oncology.


Fluido mecánica del flujo sanguíneo


Profesorado:


Javier Jiménez Fernández (Coordinador) Ingeniería Energética y Fluidomecánica

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

Características fluidomecánicas de la sangre, propiedades

reológicas.

Ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos.

Flujo viscoso en conductos: flujo laminar, turbulento,

pulsátil. Generalidades sobre la circulación sanguínea,

modelización de los sistemas venoso y arterial.

Estudio del movimiento sanguíneo en singularidades (curvas,

bifurcaciones, etc).

Estructura vascular y relación con las características del flujo

sanguíneo.

Flujo en conductos elásticos: modelo de Windkessel,

propagación de ondas.

Dinámica de burbujas y cavitación en el flujo sanguíneo.

Semejanza mecánica en movimientos arteriales.

Mecánica de Fluidos computacional aplicada al flujo

sanguíneo

30


Conocimiento teóricos básicos sobre fluidomecánica y propiedades reológicas de la

sangre.

Metodología:

Clases magistrales sobre contenidos conceptuales y teóricos.

Documentación:

Libros de texto en español e ingles.

Evaluación:

Asistencia y examen

Bibliografía:

. Mecánica de Fluidos. Antonio Crespo. Dpto. Publicaciones ETSII. 2002

. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press. 1967

. Biodynamics: Circulation. Y.C. Fung. 1984

. The Fluid Mechanics of Large Blood Vessels. Cambridge University Press. 1980


Modelos numéricos en biomecánica


Profesorado:


José M.ª Goicolea Ruigómez

(Coordinador)

Mecánica de Medios Continuos y Teoría

de Estructuras UPM

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

Resolución de ecuaciones algebraicas lineales y no lineales.

Resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias. Resolución

de ecuaciones en derivadas parciales. Método de elementos

finitos. Métodos de diferencias finitas y volúmenes finitos.

Aplicaciones en mecánica de tejidos duros y blandos.

Aplicaciones en hemodinámica y biofluidos. Aplicaciones

térmicas y procesos de difusión. Aplicaciones

electromagnéticas. Problemas acoplados. 30


Conocer y saber aplicar los modelos de cálculo por ordenador de Elementos Finitos

y Diferencias Finitas.

Conocer las bases teóricas y las limitaciones de dichos métodos

Conocer otros métodos numéricos como el de los elementos de contorno

Conocer y saber aplicar los métodos anteriores a problemas de biomecánica

Metodología:

20 Clases magistrales de 50 minutos de duración

4 prácticas de laboratorio de 2.5 horas de duración

Documentación:

Evaluación:

a) El aprobado en la asignatura se consigue con un mínimo de asistencia a

clase del 80% y la realización de las tres prácticas de laboratorio.

b) Además, los alumnos deben realizar un examen final consistente en 20

preguntas cortas y dos preguntas largas o problemas que determina su calificación

definitiva.

c) En caso de no cumplir la condición de aprobado, los alumnos deben sacar

más de 5 puntos en el examen final para aprobar la asignatura.

Bibliografía:

G.A. Holzapfel: Nonlinear Solid Mechanics, Wiley, 2000 (disponible en biblioteca

ETSI Caminos)

J. Bonet: Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis, Cambridge,

1997

J.C. Simó, T.J.R. Hughes: Computational Inelasticity, Springer, 1998. (disponible en

biblioteca ETSI Caminos)

M. Crisfield: Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures, Vols I, II,

Wiley, 1991, 1997. (disponible en biblioteca ETSI Caminos)

T. Belytschko: Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures, Wiley, 2000.

O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor: The Finite Element Method: Vol 1 - The Basics; Vol 2

- Solid mechanics, Butterworth Heinemann, 2000. (disponible en biblioteca ETSI

Caminos)

L.A. Taber: Nonlinear Theory of Elasticity, Applications in Biomechanics, World

Scientific 2004


Laboratorio de Bioinstrumentación

CREDITOS ECTS 3 TIPO OP2 IDIOMA ESPAÑOL-INGLES

Profesorado:


José Javier Serrano Olmedo

(Coordinador)

Tecnología Electrónica

Objetivos:

Adquirir una experiencia propia sobre el procedimiento para la medida de señales

biomédicas, las dificultades inherentes al problema y de algunas técnicas para

minimizarlas.

Mediante un conjunto de prácticas, se realiza un seguimiento empírico de las

distintas etapas del proceso de medida de magnitudes biomédicas, desde la captura

de la señal, hasta su presentación y almacenamiento. Para cada etapa se propone

una práctica concreta, que se desarrolla como un proyecto de subsistema

autocontenido, es decir, que debe tener un funcionamiento dentro de cierto margen

definido en los requisitos de la práctica. No es necesario, en cambio, que los

subsistemas así desarrollados puedan ser interconectados. Como para que la

medida sea posible, todos los subsistemas deben funcionar, en cada etapa, el resto

de subsistemas componentes (menos el objeto de estudio) es proporcionado como

material de laboratorio.

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

1. Presentación del laboratorio y las prácticas. Conceptos de

instrumentación electrónica básicos.

2

2. Captura de señales biomédicas elementales mediante

sensores: estudiar el comportamiento de la medida según el

uso de los sensores. Queda fuera del alcance del curso la

realización de sensores.

8

3 Acondicionamiento de biosensores: pequeño montaje

eléctrico y estudio del mismo.

4

4. Captura de la señal con ordenador y su

presentación/almacenamiento utilizando entornos de desarrollo

software orientados a la bioinstrumentación

6


Metodología:

Principalmente se trata de trabajo de laboratorio en grupo, con una

introducción teórica a los sensores que se utilizan, los elementos de electrónica más

necesarios, y el software de captura de señales disponible. El trabajo fuera del

laboratorio debe reducirse a la preparación de las memorias de prácticas. Las







Documentación:


laboratorio.

Evaluación:

Examen individual (30%): Cuestionario sobre tareas concretas y resultados

obtenidos durante el desarrollo de las prácticas.

Evaluación de las prácticas (70%):

Bibliografía:

M. Lambrechts y W. Sansen. Biosensors: Microelectrochemical Devices. IOP

Publishing Ltd. 1992.

L. Cromwell, F. J. Wibell y E. A. Pfeiffer. Biomedical Instrumentation and

Measurements. Prentice Hall 1980.

John G. Webster, Medical Instrumentation: Application and Design. John

Wiley & Sons 1997

J. D. Bronzino. Biomedical Engineering Handbook, CRC Press & IEEE Press

2000.

H.J. Arditty, J.P. Dakin and R. Th Kersten. Optical Fiber Sensors. Springer

Verlag 1989.

Publicaciones periódicas de referencia

IEEE transactions on biomedical engineering

Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and

Biology Society,

Biosensors and Bioelectronics

Journal of Biomechanics,

IEEE Engineering in Medicine and Biology,

Medical Engineering & Physics


Laboratorio de Biomecánica


Profesorado:


Antonio Ros Felip

Rafael Claramunt Alonso

Mecánica Estructural y Construcciones

Industriales

Pilar Lafont Morgado

Andrés Díaz Lantada

Julio Muñoz García

José Luis Muñoz Sanz

Ingeniería Mecánica y Fabricación

Programa:

TEMA Nº HORAS

PRESENCIALES

1.- Organización de la asignatura y sistema de evaluación. Presentación de material y equipos: modelos biomecánicos, máquinas de ensayo, técnicas y equipos de análisis experimental de desplazamientos, tensiones y deformaciones. 2.- Estudios cinemáticos de articulaciones humanas (mano, cadera, rodilla, hombro, codo, etc). Trabajo con modelos a escala real, registro fotográfico de movimientos, realización de animaciones, identificación de movimientos limitados, etc. 3.-Equilibrio articular. Estudio cinético de la cadera simulando las acciones musculares con cables, pesas y tensores. Estudio cinético de la rodilla y la mandíbula mediante simulación de acciones musculares con cadenetas de ortodoncia. 4.- Ensayos de resistencia de huesos. Ensayo de torsión sobre hueso animal: obtención y preparación de muestras, montaje de bases de anclaje, ensayo de torsión en máquina Amsler de accionamiento manual, registro e interpretación de resultados. 5.- Ensayo de tracción sobre articulación biológica: obtención y preparación de muestras, montaje de elementos de amarre, ensayo en máquina universal INSTRN, registro e interpretación de resultados. 6.- Efectos de implantación de tallos femorales en la Artroplastia Total de Cadera. Ensayos sobre modelos de fémur sintéticos instrumentados con extensometría eléctrica. 7.- Presentación pública de trabajos. 8.- Introducción a las Tecnologías CAD-CAE 9.- Tecnologías de Prototipado Rápido

2

2

2

2

2

2

2

2

2


10.- Diseño en base a imágenes médicas 11.- Medidas de presión en el cuerpo humano 12.- Efectos fisiológicos de las vibraciones 13.- Ergonomía I : consideraciones de diseño 14.- Ergonomía II : seguridad y normativa

2

2

2

2

2


Conocimiento práctico de métodos experimentales aplicables a la Biomecánica

Conocimiento básicos para una aplicación en los campos de ergonomía, el diseño de

prótesis y la rehabilitación, así como los dispositivos de ayuda a los diferente tipos

de discapacidades.

Metodología:

Realización de aplicaciones prácticas de laboratorio. Diseño, desarrollo, puesta a

punto, aplicación, adquisición de datos e interpretación de resultados de ensayos

Documentación:

Libros de texto en español e inglés. Normativa de aplicación. Documentos sobre

soluciones específicas

Evaluación:

Asistencia y evaluación continua. Resolución de casos específicos a realizar por los

alumnos

Bibliografía:

. Fisiología articular. A. Kapandji. Editorial Médica Panamericana. Madrid 1999

. Biomecánica articular y sustituciones protésicas. Instituto de Biomecánica de

Valencia. 1998

. Biomecánica de la fractura ósea y técnicas de reparación. Instituto de

Biomecánica de Valencia. 1999

. Manual de Ergonomía fundación MAFRE

. Ergonomía fundamentos. Pedro R. Mondelo. Ediciones UPC

. Ergonomic solutions for the process industries. Dennis A. Attwood. Elsevier

. Ergonomía Bestratén Belloví INSHT 2003

. Normativa


Laboratorio de Señales Biomédicas

CREDITOS

ECTS

5 -- IDIOMA ESPAÑOL/INGLÉS

Profesorado:


Francisco del Pozo Ángel Nevado Ana Beatriz Solana Ricardo Bruña José Ángel Pineda Ricardo Bajo Guiomar Niso Pablo García-Polo Pablo Laguna Ernesto Pereda de Pablo

CTB-UPM UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA UNIVERSIDAD DE LA LAGUNA

Cada práctica aborda un problema real (clínico, experimental,...) para el que el alumno habrá de elaborar conclusiones a partir del análisis de señales, de manera que el propio análisis de las señales no es el objetivo último perseguido sino la elaboración de conclusiones sobre el problema inicial. Ejemplo: no se trata de que los alumnos hagan un análisis espectral de un EEG como una señal anónima sino de que saquen conclusiones de valor clínico o experimental de ese análisis espectral y perciban que el tema no se acaba obteniendo el espectro sino en conocer la fiabilidad de lo calculado y su validez para extraer conclusiones sobre el problema estudiado. Así, la práctica constará de los pasos siguientes: Definición del problema clínico real a resolver. Dado que no se van a utilizar pacientes para las prácticas, una vez definido el problema clínico real se dispondrá de una simulación del mismo, que podría consistir en:

registros hechos a los alumnos para experimentar en condiciones reales la fase de captura de señales, utilizando para las siguientes fases de análisis registros reales pregrabados o

simular las situaciones reales con los registros de los voluntarios. Además algunas prácticas se realizarán en modelos animales Definición de la estrategia de medida: identificación de los parámetros que necesitamos para extraer conclusiones del problema estudiado. Definición de las señales a capturar y de los requisitos de su captura en función del problema abordado. Selección de los métodos de análisis necesarios Captura de las señales Análisis de las señales para el propósito perseguido Elaboración de las conclusiones y presentación de las mismas OFERTA DE PRÁCTICAS: PRÁCTICA 1: Análisis EEG intracraneal, ECG y respiración en ratón anestesiado PRÁCTICA 2: EMG-1: Análisis cuantitativo de actividad voluntaria rítmica y temblor PRÁCTICA 3: Análisis cuantitativo del registro del reflejo rotuliano REGISTRO SIMULTÁNEO EEG/MRI PARA EPILEPSIA PRÁCTICA 5: MEG: Patrones de actividad cerebral en diferentes estadíos de la enfermedad de Alzheimer


PRÁCTICA 1: Análisis EEG intracraneal, ECG y respiración en ratón

anestesiado

MATERIAL

Ratones Equipo de anestesia Amplificador EEG Sistema de registro A/D Sensor de respiración Puesto pc con Matlab OBJETIVOS: Al finalizar, el estudiante habrá de ser capaz de: Objetivos generales Caracterizar el EEG, ECG y la respiración de un animal anestesiado en distintas situaciones experimentales Objetivos experimentales Utilizar el material apropiado para obtener un registro adecuado del EEG Objetivos de análisis de señales Analizar mediante técnicas de análisis de señal los registros obtenidos. Se emplearán como mínimos los métodos siguientes: filtrado y estimación espectral (periodograma y wavelets) Objetivos conceptuales Correlacionar el análisis visual de los registros y su tratamiento matemático Interpretar los datos obtenidos con los conceptos fisiológicos implicados,

FUNDAMENTOS

Origen de la señal EEG Origen de la señal ECG Mecanismos básicos de respiración

Tratamiento de la señal EEG

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Asistencia al procedimiento de anestesia y colocación del animal Colocación de sensores de respiración en animal anestesiado Registro EEG, ECG y respiración en reposo y con distintos niveles de anestesia Análisis de los datos obtenidos mediante matlab Elaboración de gráficas y presentación de resultados

PRÁCTICA 2: EMG-1: Análisis cuantitativo de actividad voluntaria rítmica y

temblor

MATERIAL

Cables registro EMG Amplificador EMG Acelerómetro Sistema de registro A/D Puesto PC con Matlab OBJETIVOS: Al finalizar, el estudiante habrá de ser capaz de: Objetivos generales Determinar la frecuencia media de la actividad muscular y motora registrada en cada una de las distintas situaciones experimentales


Objetivos experimentales Utilizar el material apropiado para obtener un registro adecuado de la actividad muscular, salida del acelerómetro y señales de sincronismo externo Objetivos de análisis de señales Analizar mediante técnicas de análisis de señal los registros obtenidos. Se emplearán como mínimos los métodos siguientes: filtrado y estimación espectral (periodograma y wavelets) Objetivos conceptuales Correlacionar el análisis visual de los registros y su tratamiento matemático Interpretar los datos obtenidos con los conceptos fisiológicos implicados

FUNDAMENTOS

Origen de la señal EMG Temblor Tratamiento de la señal EMG Frecuencia media


Colocación de los electrodos cutáneos en músculos extensores y flexores del brazo Colocación de acelerómetro en cara dorsal de mano y en péndulo Registro EMG y acelerómetro durante movimientos voluntarios de flexo-extensión Registro EMG y acelerómetro siguiendo péndulo Registro EMG y acelerómetro de temblor sosteniendo un peso en reposo y tras cafeína Análisis de los datos obtenidos mediante matlab Elaboración de gráficas y presentación de resultados

PRÁCTICA 3: Análisis cuantitativo del registro del reflejo rotuliano

MATERIAL

Cables registro EMG Amplificador EMG Sistema de registro A/D Estimulador EMG acelerómetro Martillo de reflejos con pulso de sincronismo eléctrico al golpear Puesto pc con Matlab

OBJETIVOS: Al finalizar, el estudiante habrá de ser capaz de: Objetivos generales Caracterizar la respuesta muscular desencadenada por un estímulo eléctrico directo y por actividad refleja Objetivos experimentales Utilizar el material apropiado para obtener un registro adecuado de la actividad muscular, salida del acelerómetro y señales de sincronismo externo Analizar mediante técnicas de análisis de señal los registros obtenidos Objetivos de análisis de señales Analizar mediante técnicas de análisis de señal los registros obtenidos. Se emplearán como mínimos los métodos siguientes: filtrado y estimación espectral (periodograma y wavelets) Objetivos conceptuales Correlacionar el análisis visual de los registros y su tratamiento matemático Interpretar los datos obtenidos con los conceptos fisiológicos implicados


FUNDAMENTOS

Origen de la señal EMG Reflejo rotuliano Tratamiento de la señal EMG


Colocación de los electrodos cutáneos en músculos extensores de la pierna (cuádriceps) y flexores del pie (tibial anterior) Colocación de acelerómetro en pie y en péndulo Registro EMG y acelerómetro durante movimientos voluntarios de flexo-extensión de pie y pierna Registro EMG y acelerómetro siguiendo péndulo con pie y pierna Registro EMG y acelerómetro y pulso de sincronismo tras estímulo con máquina EMG en nervio peroneo Registro EMG y acelerómetro y pulso de sincronismo tras golpe suave mediante martillo de reflejos Análisis de los datos obtenidos mediante matlab Elaboración de gráficas y presentación de resultados

PRÁCTICA 4: Registro simultáneo eeg/mri para epilepsia

MATERIAL

Casco EEG compatible con RM de 32 canales Amplificador EEG compatible con RM Fibra óptica Dispositivo de sincronización de señales de reloj Ordenador Software de adquisición de señal Equipo de Resonancia Magnética OBJETIVOS: Al finalizar el estudiante ha de ser capaz de: A. Objetivos generales Familiarización de la señal de electroencefalografía y extracción de variables cuantitativas para caracterización de patrones sanos y epileptógenos basados en características morfológicas y espectrales de las señales. B. Objetivos experimentales Colocación del casco y chequeo de impedancias y calidad de la señal de EEG. Observación de artefactos fuera y dentro del equipo de Resonancias Magnética y en ausencia y presencia de secuencias de adquisición. Analizar mediante técnicas de análisis de señal los registros obtenidos C. Objetivos de análisis de señales Eliminación de artefactos propios del registro simultáneo EEG-RM: artefacto de gradiente y artefacto de balistocardiograma (aplicación de análisis de componentes independientes) Eliminación de artefactos propios de la señal EEG: parpadeos, ruido eléctrico (filtros FIR, análisis de componentes independientes) Análisis espectral: método de Welch, RMS.


D. Objetivos conceptuales Evaluación de la calidad de la señal de electroencefalografía fuera y en el interior de la Resonancia Magnética y a través de los pasos del preprocesado o eliminación de ruido. Interpretar los datos obtenidos para la identificación de patrones sanos y epileptógenos basados en los resultados espectrales.

FUNDAMENTOS

Origen de la señal EEG Definición de los ritmos cerebrales en function del estado del sujeto Filtrado y eliminación de ruido Extracción de características espectrales para su uso en la definición de patrones de normalidad.


Colocación del casco de electroencefalografía según el sistema 10/20.

Disminución de impedancias mediante el uso de gel electrolítico (< 10 K) Registro con ojos abiertos y ojos cerrados (manteniéndose despierto) fuera del escáner de Resonancia Magnética Registro con ojos abiertos y ojos cerrados (manteniéndose despierto) en el interior del escáner de Resonancia Magnética en ausencia de secuencia de RM y durante una adquisición fMRI. Se proporcionarán esos datos también correspondientes a dos sujetos epilépticos. Preprocesado de la señal de EEG. Análisis espectral de las señales EEG obtenidas tras el proceso de eliminación de ruidos. Comparación de resultados de sujetos sanos vs. sujetos epilépticos. Un objetivo de gran relevancia dentro de de la investigación biomédica es el de encontrar biomarcadores que permitan un diagnóstico lo más temprano posible de enfermedades como las demencias. Se sabe que uno de los primeros estadíos de la Enfermedad de Alzheimer es el llamado Deterioro Cognitivo Leve. Investigaremos cómo pacientes y controles presentan respuestas cerebrales diferenciadas durante una tarea de memoria.

PRÁCTICA 5: MEG: Patrones de actividad cerebral en diferentes estadíos de

la enfermedad de Alzheimer

MATERIAL

Sistema de magnetoencefalografía (MEG) (306-channel Elekta Neuromag®) Cámara aislada (Vacuumschmelze, Hanau, Germany) Sistema de monitorización del electrooculograma (EOG) Digitalizador 3D (FASTRACK; Polhemus, Colchester, VT) MaxFilter® software para el filtrado (Elekta Neuromag®) Plataforma HERMES para el cálculo de medidas de conectividad Puesto PC con Matlab OBJETIVOS: Al finalizar, el estudiante habrá de ser capaz de: Objetivos generales Caracterizar la señal de MEG en estado de reposo y durante la realización de una tarea, para un grupo control sano y un grupo de pacientes con deterioro cognitivo leve. Objetivos experimentales


Conocer y realizar todos los pasos requeridos hasta la obtención de la señal de MEG: desde la digitalización 3D de la cabeza del sujeto, la colocación de los electrodos del electrooculograma, el registro de MEG, la visualización de las señales y el filtrado de posibles artefactos. Objetivos de análisis de señales Una vez limpios los datos, analizar mediante técnicas de análisis de señal y ayudándose del software HERMES los registros obtenidos. Se emplearán como los siguientes métodos: filtrado, estimación espectral y diferentes medidas de conectividad funcional y efectiva. También se hará una análisis estadístico entre los distintos grupos para ver las diferencias significativas Objetivos conceptuales Correlacionar el análisis visual de los registros y su tratamiento matemático Interpretar los resultados obtenidos con los conceptos fisiológicos implicados

FUNDAMENTOS

Origen de la señal MEG Tratamiento de la señal MEG Deterioro cognitivo leve como primer estadío de la enfermedad de Alzhéimer.


Colocación de los electrodos del electrooculograma Colocación de los sensores HPI para monitorizar los posibles movimientos de la cabeza Digitalización 3D de la cabeja del sujeto Importancia de la cámara aislada Registro MEG Visualización por pantalla de las señales obtenidas en tiempo real Filtrado de artefactos mediante el software proporcionado por Elekta Análisis de diferentes medidas de conectividad funcional y efectiva, mediante el software HERMES Análisis estadístico entre grupos, mediante el software HERMES Extracción de conclusiones


Módulo IV: Seminarios Avanzados

Seminarios de investigación


ECTS MATERIA 3 ECTS



1 1


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí


Se ofrecen al alumno una serie de seminarios en el campo de la medicina y de la Ingeniería Biomédica para que el alumno adquiera un conocimiento puesto al día de los temas investigación. Al finalizar esta asignatura el estudiante habrá adquirido un conocimiento que le permitirá complementar sus propias perspectivas de investigación. Así mismo, este conocimiento le permitirá evaluar críticamente otros trabajos de investigación.

CONTENIDOS

Este módulo se organiza en torno a diversos seminarios impartidos por profesionales del campo de la medicina e investigadores de renombre en el campo de la Ingeniería Biomédica.

Se abordarán, entre otros, temas relacionados con la medicina y la práctica clínica; fundamentos de biología molecular, biología, fisiología, fisiopatología; metodología científica, estadística en investigación experimental, bibliometría y búsqueda bibliográfica; ingeniería clínica; ingeniería de rehabilitación; biomining.

OBSERVACIONES

Los alumnos elaborarán un breve resumen de cada seminario, que entregarán en un plazo no superior a 7 días. Asimismo existirán Jornadas específicas organizadas en el contexto del Master sobre temas que podrán variar anualmente.




Exposiciones por parte de los alumnos



Elaboración de trabajos y su discusión

Resolución de problemas

Prácticas de laboratorio



Lección magistral

Trabajo autónomo





0 80


0 0

Examen de prácticas 0 0


Presentación de trabajos escritos 0 80


Módulo V: Trabajo Fin de Máster

Trabajo Fin de Máster


ECTS MATERIA 15 ECTS



1 1


CASTELLANO INGLÉS

Si Sí


El trabajo fin de Máster tiene como objeto adquirir una experiencia práctica dentro de alguna de las líneas de Investigación del Programa del Master en Ingeniería Biomédica.

CONTENIDOS

Los alumnos deberán realizar un trabajo experimental, de al menos un cuatrimestre, que culminará con la redacción de una memoria escrita y con la presentación oral del trabajo.

En el contenido de la memoria se incluirán necesariamente los objetivos, fundamentación teórica, metodología, desarrollo, conclusiones y las fuentes utilizadas.

El trabajo escrito y la exposición oral se podrán presentar en cualquiera de las dos convocatorias de evaluación. Las normas específicas se comunicarán con antelación. La evaluación de esta actividad será realizada por un tribunal formado por 3 profesores del Máster.

OBSERVACIONES

En las primeras semanas de realización del Trabajo Fin de Máster, los alumnos deberán entregar una ficha de aceptación del TFM a realizar, que incluirá: nombre del alumno, título del trabajo, resumen, firma del tutor y propuesta de tribunal.

5.5.1.6 ACTIVIDADES FORMATIVAS







Resolución de problemas

Prácticas de laboratorio



Lección magistral

Trabajo autónomo





0 0


0 80

Examen de prácticas 0 0


Presentación de trabajos escritos 0 80

Descripción detallada de las asignaturas del plan de...

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