UNEFM, Ingeniería Biomédica, Introducción a la Ingeniería Biomédica, Fundamentos de la ingeniería biomédica

1. UNIDAD N°-1
FUNDAMENTOS DE LA INGENIERIA BIOMEDICA E
INTRODUCCIÓN A LA TEORIA DE SISTEMAS APLICADOS A
SISTEMAS FISIOLÓGICOS
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
AREAS CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE INGENIERIA BIOMEDICA
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA BIOMÉDICA
PROF. ING. EMMELYSABETH CÓRDOVA

3. • BIOINGENIERÍA: la definición mas amplia abarca
todas las posibles interacciones entre las
Ciencias Naturales y la Ingeniería.
• ING. BIOMÉDICA: Centrada en el ser humano y en
el cuidado de su salud.
• ING. CLÍNICA: Centrada en el paciente (excluye
el desarrollo de tecnologías).
• ING. HOSPITALARIA: Centrada en la
infraestructura soporte.
• ELECTROMEDICINA: Exclusivamente
equipamiento electrónico de uso en Medicina.
• BIOTECNOLOGÍA: Generalmente asociada a la
Genética y relacionada con aplicaciones
agropecuarias y en medicamentos.

4. La Electromedicina es una disciplina, cuya principal
característica es la preparación técnico operativa y el
desarrollo de habilidades y destrezas para la prestación de
servicios en las diferentes áreas del equipamiento biomédico
y su entorno, por medio del estudio y la práctica de la
electrónica, los circuitos, la fisiología y la instrumentación,
para el mejoramiento de la calidad de los servicios médicos
asistenciales. La Electromedicina se ha catalogado como una
rama de la Ingeniería Biomédica que realiza Diagnostico
Preventivo y Correctivo de Equipo Médico.
La Ingeniería Biomédica es una disciplina capaz de integrar la
Ingeniería con las Ciencias Biológicas, Médicas y Ambientales, a fin de
desarrollar y adaptar nuevas tecnologías en salud; así como también
permite abordar con criterio humanístico, científico y ético, lo
relacionado con la planificación, diseño, construcción, dotación,
mantenimiento de la tecnología médica e infraestructura hospitalaria
en toda su red de prestación de servicio; la gestión tecnológica, la
bioseguridad hospitalaria, la investigación biomédica, la formación y
capacitación del talento humano, en concordancia con el medio
ambiente.

5. Ingeniería biomédica es la disciplina encargada de conjuntar los
mundos de la ingeniería con la medicina y fisiología para lograr
avances en el conocimiento científico y el desarrollo de la
tecnología en medicina y biología. Las actividades que eso incluye
van desde la aplicación de métodos matemáticos, la ciencia
experimental, el desarrollo tecnológico y de aplicaciones clínicas.

6. Creciente aumento de la
población mundial y por
ende necesidades
sanitarias
Instrumentos Biomédicos
El personal que interviene en la ingeniería, unidos a los médicos o biólogos desarrollan o mejoran
los sistemas para permitir el planteamiento de sus necesidades instrumentales destinadas a
mejorar el servicio sanitario.
Impulsa a
producir
El prefijo “Bio” indica que esta relacionado con la vida. Así, la bioelectrónica, la
Bioinstrumentación o la biométrica, son ramas de la ingeniería orientadas a los seres vivos. La
Bioingeniería no escapa a esto, es una interdisciplina que aplica los conocimientos propios de la
ingeniería y de la biología en beneficio del hombre.

7. Una prótesis del dedo gordo
del pie que fue descubierta
en una tumba egipcia con
una antigüedad de más de
3000 años
Entre los años de 1890 y
1930 se desarrolló la
instrumentación eléctrica y
electrónica lo cual se
considera un origen cercano
de la Ing. Biomédica.
Ejemplos:
Los registros de
Waller en corazones de
humanos (1887)
Descubrimiento de
los rayos-X por Röntgen
en 1895, su primera
aplicación en
biomedicina fue una
semana después.
Registro de señales
electroencefalográficas
en humanos por Berger
(1924).
desarrollo de la
instrumentación en
imagenologíaA partir de 1945 Los investigadores dentro del campo
de la biología y la medicina vieron claramente que
ganarían una incalculable cantidad de tiempo no sólo
si se familiarizaban con los adelantos técnicos
existentes, sino también si iban dando paso a los
nuevos que fuesen llegando. Entonces surgió la
necesidad de un bioingeniero que hiciese de puente
sobre el hueco que separaba a la elaborada
tecnología de la ingeniería de las ciencias biológicas.

8. Contribuir con el
mejoramiento de la
calidad del Servicio de
Salud, mediante la
optimización de procesos,
procedimientos, equipos y
sistemas, que incorporen
las diferentes tecnologías
en el Área de la
Bioingeniería, con el fin
de generar bienestar
social sustentable y
desarrollo tecnológico,
en los sectores Medico-
Asistencial, Institucional,
Bioindustrial y de
Biodiversidad, acordes
con la modernización de
la prestación del Servicio
Socio Sanitario.
Biomecánica
Prótesis / órganos
artificiales
Imágenes médicas
Biomateriales
Análisis médicosBiosensores
Ingeniería
clínica
Informática
médica
Ingeniería de
rehabilitación
Instrumentación
biomédica
Biotecnología
Ingeniería
neural
Ingeniería
de tejidos
Modelación
fisiológica

9. Los Ing. Biomédicos emplean su experticia en:
 Biología,
 Medicina,
 Física,
 Matemática,
 Ciencias de la ingeniería y
 Comunicación.
Hacer del mundo
un lugar mas
saludable
El Ing. Biomédico es entrenado para trabajar en la intersección
de la ciencia, la medicina y las matemáticas para resolver
problemas biológicos y médicos.

10. Trabajan en:
La industria,
Empresas de servicios y ventas,
Instituciones Educativas,
Hospitales e
Institutos gubernamentales.

11. Biomecánica
Prótesis / órganos artificiales
Imágenes médicas
Biomateriales
Análisis médicos
Biosensores
Ingeniería clínica
Informática médica
Ingeniería de rehabilitación
Instrumentación biomédica
Biotecnología
Ingeniería neural
Ingeniería de tejidos
Modelación fisiológica

12. Telemedicina
INGENIERIA
BIOMÉDICA
Imagenología
Ing. Clínica Ing.
Hospitalaria
Electrónica
Médica
Instrumentación
Médica
Electromedicin
a
Biomecánica
Robótica Bioelectrónica
BioinformáticaIng. de Tejidos
Ing. En
Rehabilitación

13. Campos de
Competencias
Educación,
Formación,
Capacitación y
Adiestramiento del
talento humano de
salud.
Gestión
tecnológica y
bioindustrial
Desarrollo de
Nuevas
Tecnologías
Modernización de
la infraestructura
hospitalaria
Aseguramiento de
la calidad y
bioseguridad
hospitalarias
Informática
biomédica y
telemedicina
Investigación
Biomédica

14.  Desarrollo de nuevas tecnologías
• Analizar, diseñar, construir, instalar, evaluar, modelar y/o simular
bajo principios y valores éticos; procesos, procedimientos, equipos
y sistemas, de naturaleza bioelectrónica, biomecánica y
biotecnológica, aplicados al soporte de vida, terapia y
rehabilitación, diagnostico clínico, procedimientos quirúrgicos,
Imagenología médica, áreas de rehabilitación de personas con
discapacidad, con enfoque en las ayudas tecnológicas; bien sean
de ámbitos convencionales, alternantes o emergentes.

15.  Modernización de la infraestructura hospitalaria
• Contribuir como integrante del equipo multidisciplinario de salud,
con el diseño, remodelación, construcción, mantenimiento y
modernización de la infraestructura hospitalaria, servicios
generales y suministros.

16.  Aseguramiento de la calidad y bioseguridad hospitalaria
• Conocer, aplicar y administrar Normas Técnicas Nacionales e
Internacionales de: calidad, seguridad hospitalaria y
bioseguridad.
• Valorar, corregir y controlar, los riesgos asociados al uso de la
Tecnología Biomédica Hospitalaria.
• Implementar dispositivos, sistemas y/o procedimientos de
protecciones eléctricas, mecánicas, por radiación ionizante o de
otra naturaleza, contaminantes ambientales, desecho y manejo
de insumos.
• Implementar programas de prevención y manejos de desastres o
contingencias naturales o fortuitas.

17.  Gestión Tecnológica Hospitalaria y bioindustrial.
• Analizar, diseñar, desarrollar, implementar, Gerenciar y
administrar modelos de Gestión Tecnológica Hospitalaria,
bioindustrial y servicios básicos de soporte.
• Desarrollar Planes de Mantenimiento, inversión, reposición
del equipamiento hospitalario accesorios, partes y
consumibles.
• Calibrar bajo normas y estándares de fabricantes,
dispensadores de tecnología al servicio de la salud o sistema
nacional e internacional de metrología; instrumentos, equipos
sistemas o dispositivos de aplicación médica.

18.  Informática biomédica y telemedicina.
• Desarrollar y aplicar las bondades de la informática, la
computación, la programación y la telemedicina al modelo
sanitario, en el contexto social de la información y del
conocimiento, así como modelar y desarrollar métodos de
servicios, mediante la tecnología avanzada de redes de
comunicación; que permita contribuir con la prestación del
servicio de salud tanto en el ámbito hospitalario o fuera de
este.

19.  Investigación biomédica
• Promover y conformar grupos de investigación en las disciplinas
de: Ingeniería clínica, Bioelectrónica, Biomecánica, Biomateriales
y biotecnología., centrado en los problemas y necesidades
Nacionales y de la Región; bajo principio ético y deontológico, que
favorezca el mejoramiento de la calidad de vida de los
ciudadanos, con el mayor respeto por la vida.

20.  Educación, formación, capacitación y adiestramiento del
talento humano de salud.
• Participar activamente como facilitador educativo; desarrollando
planes de adiestramiento, dirigido al talento humano que integra el
sistema asistencial para la salud, orientados hacia al uso
apropiado de la tecnología, riesgos y precauciones para operarios
y pacientes, operación y aprovechamiento de los recursos
tecnológicos, la calidad y la seguridad hospitalaria

21. Los Ing. Biomédico deben estar entrenados en las ciencias
de la vida.
Deben integrar la biología y la medicina con la ingeniería
para resolver problemas relacionados con los sistemas
vivos.
Requieren tener fundamentos sólidos más allá de una
ingeniería tradicional, tal como la eléctrica, mecánica o
ingeniería química.
Requiere que los estudiantes tomen cursos del curriculum
tradicional de una carrera de ingeniería.
Deben integrar sus habilidades de ingeniería con su
entendimiento de la complejidad de sistemas biológicos.

22. Tiene sus inicios en los 1900
Con base en los adelantos de las ciencias
como la: química, la fisiología,
farmacología, y otros.
Una era de colaboración interdisciplinaria
Por ejemplo, en 1903 William Einthoven,
ideo el primer electrocardiógrafo y midió
los cambios eléctricos que ocurren en el
corazón.

23. W. K. Roentgen (1895)
El ser humano es “abierto” para la
exploración médica.
Para el año 1930, era posible ver la mayoría
de los órganos del cuerpo humano mediante el
uso de sustancias radio-opacas (contraste).
1940, uso de la penicilina, evitando la
mortandad por infecciones.

24. Después de la II Guerra Mundial (1945
– 1973) científicos de Estados Unidos
de Norte América se destacaron por
sus avances tecnológicos e
investigaciones en el campo de la
medicina, convirtiendo este país en
una potencia mundial en este
sentido.
La tecnología juega un rol de suma
importancia para este avance

25. Desde 1970, los sistemas computacionales han afectado
positivamente los procedimientos clínicos y médicos.
Los dispositivos de telemetría permitieron monitorear el
corazón de una paciente sin tener que estar ambos en un
mismo cuarto de hospital.
Las computadoras hacen cálculos complejos, mantienen los
expedientes médicos actualizados, e incluso controlan y
mantiene la vida de pacientes.
Las técnicas de imágenes médicas como la tomografía
computadorizada (CT) y la imagen por resonancia magnética
(MRI), dependen totalmente de la tecnología computacional.

26. Visualización Diagnóstico por imágenes
En tiempo real

27. Mediante este proceso de
evolución, los hospitales han
llegado a ser las instituciones
centrales donde se provee la
atención médica.
Debido a la alta complejidad y el
costo de la tecnología y añadiendo
la especialización de los médicos
que trabajan en los hospitales,
ambos pacientes y médicos han
tenido un mayor acercamiento a
estos grandes centros de salud.

28.  Nanotecnología
 Ingeniería de los tejidos
 Órganos artificiales
 Cibernética y otros
 Son un claro ejemplo de que la ciencia ficción
continuará convirtiéndose en realidad.

30. Biofísica: Tiene por objeto aplicar los conocimientos provenientes de las
ciencias físicas al estudio de los sistemas vivos.
Bioingeniería: Tiene por objeto aplicar las técnicas provenientes de la
ingeniería (en todas sus especialidades) al estudio de los sistemas vivientes.
El termino BIOFÍSICA ha sido empleada con muchos significados diferentes.
Los temas que estudia a menudo han sido y son incluidos en otras áreas o
disciplinas tales como fisiología, bioquímica, biología molecular, etc.
Por su parte, la Bioingeniería se pude considerar como la intersección entre
dos grandes campos de aplicación como son la medicina y la ingeniería.

31. PRIMEROS
CONOCIMIENTOS FILOSOFIA NATURAL
BIOLOGIA FISICA
BIOFISICA

32. BIOLOGIA
FISICA
INGENIERIAMEDICINA
BIOFISICA
INGENIERIA
BIOMEDICA
BIOINGENIERIA
INGENIERIA BIOMEDICA
INGENIERIA CLINICA
FISICA MEDICA

33. El objetivo de la Biofísica es el estudio de los aspectos físicos de los fenómenos
biológicos, los cuales a su vez son procesos que ocurren en estructuras biológicas. Así
pues, podemos estudiar los aspectos físicos de un proceso biológico. Ej:
Transferencia de calor
Potenciales eléctricos de las membranas
Trabajo muscular
Óptica geométrica del ojo
Generación de impulsos eléctricos en el corazón, etc.
Capacidad calórica de los tejidos
Estructuras de las membranas biológicas
Estructura de las fibras musculares
Estructura del ojo
Propiedades eléctricas de las membranas, etc.

34. Sin embargo, en cualquiera de los casos, a menudo la etapa física queda
rápidamente superada, para llegar a procesos moleculares de tipo físicos o
químicos.

35. • Entrada de información y procesamiento de la
señal
• Origen del Potencial de Acción
• Conducción del Impulso Nervioso
• Despolarización de los terminales nerviosos
• Liberación del neurotransmisor
• Acoplamiento excitación-contracción
• Contracción muscular.
En este proceso tenemos:
• Movimiento de iones a través de membranas
• Desprendimiento de calor
• Cambios moleculares en la membrana
• Liberación de sustancias
• Procesos subcelulares, etc.
A otro nivel tenemos:

36. La Biofísica se ocupa del estudio de los aspectos físicos de los procesos
biológicos, entonces la Biofísica se encarga del estudio de los aspectos físicos
de las estructuras biológicas y de sus funciones. Sus métodos de estudio y de
investigación, provienen primordialmente de técnicas y métodos teóricos de
la Física. Por lo tanto, por su metodología la Biofísica esta muy relacionada
con las Ciencias Físicas.
Sin embargo, por la naturaleza de los temas bajo su estudio, la Biofísica se
ubica como parte de las Ciencias Biológicas.
LA BIOFÍSICA
Podemos concluir, que dar una definición de Biofísica es bastante difícil, si no
imposible. Sin embargo, esto no es lo realmente importante, lo importante
es el conocimiento del fenómeno biológico hasta sus últimos detalles y la
biofísica provee una metodología que contribuye a lograr este conocimiento.
Así pues, partiendo de que la Biofísica es una ciencia interdisciplinaria por
excelencia, muchas veces se plantea el interrogante de cuales tópicos o
temas corresponden al área de la Biofísica y cuales no.

37. LA BIOFÍSICA

38. Lo que quizá diferencia más a la Biofísica de otras ramas de la Biología es su
método, el cual tiene aspectos comunes con la matemática y la física. Como
toda ciencia natural, está basada en la observación de los fenómenos y la
experimentación.
Por otra parte, la Biofísica tiene en común con las otras ramas de la biología
la gran complejidad de los sistemas que investiga. Aún en los casos
relativamente simples, en los cuales se estudia una sola célula, se esta
trabajando en una estructura sumamente compleja, donde ocurren
numerosos fenómenos simultáneamente, los cuales, a su vez, pueden ser
modificados por otro sin número de factores.

39. En forma esquemática, podemos decir que
los estudios biofísicos se realizan a tres
niveles:
• Nivel macroscópico.- en el cual se pueden
considerar procesos tales como la circulación de
la sangre, la ventilación pulmonar, etc.
• Nivel celular.- en el cual se incluyen fenómenos
tales como el transporte a través de membranas,
fenómenos eléctricos en células excitables,
contracción muscular, etc.
• Nivel molecular.- a este nivel se llega cuando se
profundice en el estudio de los fenómenos
mencionados anteriormente. A este nivel se
estudian las interacciones entre los diferentes
tipos de moléculas, entrando así en las áreas de
la bioquímica y la biología molecular.

40. Antecedentes:
El origen de la Biofísica antecede a las divisiones de las ciencias naturales
en disciplinas separadas. Fenómenos como la producción de corrientes
eléctricas (bioelectricidad) y la producción de luz (bioluminiscencia) por
animales, fueron objeto de estudio por los antiguos egipcios.
Más adelante en la historia, la relación entre la electricidad y la biología
fue tema de especulaciones en el siglo XVII; que luego se transformó en
sujeto de extensas investigaciones durante los siglos XVIII y XIX.
Esta confrontación dio origen con el tiempo al estudio de la electricidad y
a la electrónica por una parte, y a la electrofisiología por la otra.
Las investigaciones sobre nervios y músculos dio origen a la neurofisiología
y estableció a la Biofísica como una ciencia. También los estudios de
gradientes de difusión y la ósmosis, dos fuerzas responsables del flujo
pasivo de materia en los organismos vivos, fueron objeto de estudios en
los inicios de la Biofísica. Estas leyes fueron enunciadas por Adolfo Fick,
quien el año 1856 publicó el primer tratado de Biofísica (Medical Physics).

41. Haciendo un
intento para
sistematizar
el estudio de
la Biofísica,
podemos
clasificar los
posibles
tópicos de su
estudio en
cinco grupos:
1-Física Biológica que cubren el estudio de técnicas o
métodos teóricos de la Física relevantes en la investigación
de los fenómenos biológicos: mecánica, electricidad, ondas,
luz, termodinámica, bioenergética, etc.
2- Física Médica relacionados con métodos físicos que
permiten el estudio de las estructuras biológicas tanto a nivel
molecular, como al nivel celular u organístico tales como
estructura de órganos, estructura de biomoléculas, etc.
Ejemplo de tales métodos son: microscopía electrónica, rayos
X, resonancia magnética nuclear (NMR), espectroscopía, etc.
3- Métodos o técnicas que permiten el estudio del
funcionamiento de las estructuras biológicas, también desde
el nivel molecular, hasta el nivel organístico: electrónica,
fluídica, transductores, isótopos, etc.

42. 4- Procesos biológicos en los cuales, los avances de la
investigación han permitido establecer una relación entre
la estructura biológica y su funcionamiento; tales como:
conducción nerviosa (Hodgkin y Huxley), contracción
muscular (Huxley, A.V. Hill), visión, audición,
hemodinámia, electrocardiogénesis, etc.
5- Estudios de los efectos de agentes físicos externos sobre
el proceso biológico; su estructura y funcionamiento.
Ejemplo, el efecto y uso de las radiaciones ionizantes y no
ionizantes.

43.  Es posible afirmar que la Bioingeniería se encarga
de las aplicaciones prácticas de los resultados
obtenidos por la Biofísica.