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Ingeniería Biomédica
Curso agosto a noviembre 2009
nib
Facultades de Medicina e Ingeniería
Franco Simini
Daniel Geido
Jorge Lobo
Marcelo David
Y docentes invitados
www.nib.fmed.edu.uy
Ingeniería Biomédica
Ingeniería: concepto y realización de
soluciones cuantificadas, seguras y
documentadas.
Medicina: acompañamiento de la vida para
contrarrestar lo indeseable científica y
sensiblemente.
I. Biomédica: contribuye a la medicina en
equipamiento, métodos y prótesis.
Ingeniería Biomédica
Marco actual:
Gasto en Salud: 10% del PBI
Reorganización del sector: SNS
Impulso al “Uruguay productivo”
MERCOSUR
IB
Ingeniería Biomédica
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•
•
•
Tipo de actividad
Proyecto de equipos y programas
Instalaciones y su mantenimiento
Integración en investigación fisiológica
Control de calidad (sistemas telemáticos)
Evaluación (equipos, compras, eficiencia)
Ingeniería Biomédica
Particularidades respecto a instrumentación eléctrica
• Magnitudes pequeñas
• Frecuencias bajas
• Dificultad de acceso (transductores)
• Variabilidad biológica
• Complejidad de interacción biológica
• Preservar la seguridad del paciente
Ingeniería Biomédica
Particularidades respecto a computación
clásica
• Muchos datos (cf. tarjeta crédito/débito)
• Imágenes y señales
• Conexión con equipos clínicos
• Privacidad información médica
Curso de Ingeniería Biomédica
Finalidad formativa
• Fundamentos de algunos mecanismos
fisiológicos
• Enfoque interdisciplinario para proyectar
equipos biomédicos
• Seguridad del paciente y del operador en
equipos e instalaciones
• Programación y sistemas telemáticos
Ingeniería Biomédica
varios enfoques en este curso:
Ingeniería (electrónica, informática)
Fisiología
Medicina
Gestión
Ingeniería Biomédica
Enfoque desde la Ingeniería
•
•
•
•
Tareas de proyecto
Tecnologías integradas
Evaluación de costos y beneficios
Investigación
Ingeniería Biomédica
Enfoque desde la Ingeniería
– Electrónica
– Instalaciones eléctricas
– Fluidos, etc.
– Programación
– Telemática
Ingeniería Biomédica
Enfoque desde la Fisiología
•
•
•
•
Célula y potenciales eléctricos
Sistemas (renal, cardio, resp, etc.)
Sistemas de regulación
Investigación
Ingeniería Biomédica
Enfoque desde la Medicina
•
•
•
•
•
Concepto de prueba diagnóstica
Prótesis
Acciones terapéuticas
Instrumentos para ejercer la medicina
Confidencialidad de la historia clínica
Ingeniería Biomédica
Enfoque desde la Gestión
• Gestión de mantenimiento
• Gestión de Tecnologías integradas
• Evaluación costo/beneficio de
procedimientos diagnósticos
• Investigación con fin práctico
IB
Ingeniería Biomédica
Aproximación por medio de ejemplos
Electrodo
Estimulador
Llave
BiliLED
Generador de
NO2
óxido nítrico
(vasodilatador, no confundir
con NO óxido nitroso,
anestésico)
TACONATAL
VESTI 90
CCC del Uruguay
PESOPAC
IMPETOM
reconstrucción tomográfica sobre datos de impedancia eléctrica
Dado de datos, para Holter
SEÑALES
BIOLOGICAS:
Del cuerpo del
paciente, 7 electrodos
adquieren las señales
eléctrocardiográficas
PROTOTIPO DEL
EQUIPO PORTATIL
Componentes
analógicos y digitales
procesan las señales
TARJETA DE
MEMORIA
REMOVIBLE
(MultiMedia Card)
Transporte de datos
DESCARGA DE
DATOS AL PC
Clasificación y
análisis gráfico de
los datos en un
computador
Lámpara de hendidura con procesamiento
de imágenes
saca fotos y muestra en pantalla lo que ve el médico
Cirugía robótica ZEUS
Tomografía por emisión de positrones (PET)
de Budinger, T. F.,VanBrocklin, H. F.
Positron-Emission Tomography (PET)
The Biomedical Engineering Handbook:
Second Edition.Ed. J. D. Bronzino Boca Raton:
CRC Press LLC, 2000
Accelerador lineal, Tbó.
Ingeniería Biomédica
• Ejemplo:
• Proyecto de la alimentación de
dispositivos implantados (marcapasos)
• Goto et al. IEEE Trans. BME julio 2001
Ing. Biom. / Sistemas de
información
Control de calidad de la atención
Historia clínica
Distribución de datos e información (carnet)
Accesibilidad de datos e indicadores (WAP)
Modelos de datos adaptados
REDIENTE
REDIENTE
Num:
Pacientes
Indicadores
Agenda
Fecha:
Buscar
Buscar
Ingeniería Biomédica
Otros ejemplos de problemas a resolver:
• Registrar las salvas de succión de un RN
• Desplegar señales de un paciente en CTI
• Estimar el volumen de agua en el pulmón
• Evolución del peso del paciente en cama
• Desarrollar sistemas de historias clínicas
• Dar un ratón a un niño sin brazos
IB
nib
Actividades:
1. maestría
2. proyectos de fin de carrera - módulos de taller
3. convenios, proyectos, transferencia tecnológica
4. investigación
5. asesorías
6. Seminario de Ing. Biomédica
7. Curso de Imágenes Médicas
8. Curso de Seguridad Eléctrica para EUTM
9. Curso de Ing. Biomédica
10. pasantías y concursos 2009
1. maestría - ejemplo de contenidos:
Preparación y enseñanza de curso “Electricidad Seguridad” EUTM 8 cr
Pasantía en Laboratorio de Exploración Respiratoria 45 horas 3 cr.
Curso “Aspectos físicos de PET” Prof. Hans Lundqvist, en CIN 3 cr
Estudio e instalación en HC de un prototipo de tomógrafo 45 horas 3 cr
Curso Fundamentos de Biología para Ingenieros, Fac. Ciencias.4 cr.
Proyecto “Interconexión de equipos en departamento obstetricia” 8 cr
Curso de Procesadores Digitales de Señales (DSP),. 60 horas, 8 cr.
Pasantía de Gestión de Mantenimiento en el Hospital Saint Bois 5 cr.
Curso Imágenes Médicas: 90 horas, 6 créditos.
Tesis: “Sistema de reducción del espacio muerto en ventilación asistida
de recién nacidos”. 40 créditos.
2. proyectos de fin de carrera
Se desarrolla un prototipo si
•
•
•
•
contiene algo de original
recursos disponibles
grupo clínico que lo define y lo usará
grupo de desarrollo
Hay prioridad si
• existen perspectivas de transferencia a la industria
2. proyectos fin de carrera, módulos taller
Proyectos disponibles:
• PREMAX presión respiratoria máxima *
• SIMPAC simulador de paciente para ventiladores
• SIMVENT simula con fuelle y motores un paciente
con dificultades respiratorias
• TACONATAL ritmo cardíaco del RN *
• CALORNAT control de temperatura *
• PANTOJO movimiento de prótesis ocular
• CERMON rutina de prueba de distorsión y su
corrección en monitores de imágenes
• NEFROVOL Volumen renal en base a ecografía
(poliquistosis)
2. proyectos fin de carrera, módulos taller
Módulos de Taller
• definición de dispositivos para rehabilitación neuropediátrica 2004
• duplicar un prototipo existente, BiliLED 2005
• elección de componentes para dispositivo experimental en
Farmacología disponible
• fuente de poder para transducción presión 2006
• Duplicación PREMAX para Paysandú 2008
• Calibración de PESOPAC
• Ajustes de PREMAX
• Pasantía interna en Hosp. Tbó y St Bois
ver sitio www.nib.fmed.edu.uy
3. convenios, proyectos, transf. tecnológica
• FNR fondo nacional de recursos -verificación de
seguridad de equipos e instalaciones
• REDIENTE (Fac. Odontología)
• SICRASH-LEFA seguimiento pacientes acc. tránsito
• CERMON (OpenDICOM SRL) certificación de
monitores para diagnóstico médico
• BiliLED fototerapia neonatal
• SITEM (MSP historia clínica de equipos) *
3. convenios, proyectos, transf. tecnológica
• PASOS de una TRANSFERENCIA TECN.
– Prototipo exitoso
– Negociación con una empresa
– Convenio para la adaptación y fabricación / certificación
• HISTORIA
–
–
–
–
MECVENT 1987 – 1995 3 ejemplares
Intento EUREKA (DDD, PESOPAC, etc.)
2002-2004 PREMAX no salió, disponible
2006 BiliLED - CONTROLES S.A. presente en mercado CE
4. investigación
•
•
•
•
•
línea de IMPETOM
línea respiratoria (MONICLI, SIMVENT)
línea instrumentación (pres. intraabd., ventilador)
seguridad de equipos (ISO, marca CE, etc.)
instalaciones y control de calidad (FNR)
• línea sistemas (SICTI, REDIENTE, SICRASH)
• asociarse a una necesidad de grupo clínico
Señal de succión del RN
Equipo de registro de succión del RN
5. asesorías
•
•
•
•
Fisiopatología
Otros servicios del HC
Pliegos de licitación de compras de equipos
Departamento de Farmacología del HC para
adquisición de instrumentación
6. Seminario
•
•
•
•
Instancia Informativa
Realizaciones concretas
Invitados de la UR y de la industria
Trabajo personal del estudiante
7. Curso Imágenes Médicas
• Instancia Formativa
• Principios de formación de imágenes (eco,
Rx, RM, PET)
• Enfoque de proyecto de los instrumentos
• Gestión de imágenes (DICOM)
8. Curso Seguridad Electr. EUTM
• Instancia Formativa
• Clases con enfoque fisiológico y enfoque de
proyecto
• Trabajos prácticos del estudiante (diálogo
del estudiante con personal médico)
9. Curso Ing. Biomédica
• Instancia Formativa
• Clases con enfoque fisiológico y enfoque de
proyecto
• Trabajos prácticos del estudiante (diálogo
del estudiante con personal médico)
Oportunidades de trabajo
• Mantenimiento:
– Hospitales y Sanatorios
– Empresas que venden equipamiento
• Desarrollo y fabricación
– Empresas (local y para exterior -ver CCC-)
– Universidad
• Investigación
– Universidad (Fac. Ing, Med, Vet, Ciencia, HC, etc.)
Curso 2009 - 1/2
Introducción a la Ingeniería Biomédica. Ejemplos de proyectos y actividades. Clasificación
de equipos, características del proyecto de equipos normativas de seguridad, modelo
general de equipo biomédico. Organización del curso 2009.
Conducción eléctrica tisular: Potencial de membrana celular. Tejido excitable, potencial de
acción y su propagación. Funciones que cumple el sistema de automatismo y
conducción cardíaco en condiciones fisiológicas
Electrocardiografía Sistema de conducción eléctrica del corazón, ECG cardiodesfibriladores
Seguridad eléctrica del paciente y del operador. Efectos nocivos de la electricidad sobre el
cuerpo humano, instalaciones eléctricas, distribución en hospitales. Criterios de
proyecto y seguridad, Norma IEC60601. Protocolos e informes de pruebas.
Cardiovascular. Anatomía y fisiología del sistema cardiovascular. Los dos circuitos: el mayor
y el menor. Movimiento de sangre en el corazón. Presión sistólica y diastólica. Medidas
de presión sanguínea: transductores. Gasto cardíaco y métodos para su medida.
Renal Fisiología renal. Funciones de filtración, reabsorción y secreción. Insuficiencia renal.
Biofísica de la hemodiálisis. Diálisis peritoneal. Tratamiento de agua para hemodiálisis.
Hemodiálisis. Intercambio transmembrana. Hemodiálisis y composición del baño. Proyecto de
un equipo de diálisis. Seguridad en la hemodiálisis.
Período de primeros parciales
Curso 2009 - 2/2
Respiratorio. Modelo de pulmones, resistencia pulmonar, complacencia pulmonar, bucles de
presión-volumen y presión-flujo, medidas de trabajo respiratorio. Métodos de medida y
transductores de flujo aéreo. Proyecto de equipos de medida de parámetros de la
mecánica ventilatoria.
Ventiladores. Parámetros ventilatorios. Tipos y generaciones de ventiladores. Modos
controlado, asistido y espontáneo. Modos de control: por volumen, por presión y otros.
Elementos para el proyecto de ventiladores. Pulmones artificiales y simuladores.
Marcapasos. Tipos de marcapasos y desfibriladores. Sistema de automatismo y conducción
cardíaco en condiciones fisiológicas. Elementos funcionales activos y de protección de
un marcapaso.Elementos de proyecto de un marcapasos.
Teoría de electrodos. Interface electrodo electrolito, polarización. Electrodo Ag/AgCl.
Equivalente eléctrico de un electrodo. Tipos de electrodos internos, externos,
microelectrodos y patch clamp.
Electrobisturies. Teoría. Modos monopolar y bipolar. Proyecto del generador de RF, tipos de
electrodos y de placas. Normas de seguridad.
Proyecto de equipos biomédicos y gestión mantenimiento. Etapas de proyecto
Responsabilidad del fabricante hasta el usuario. Vínculos entre uso, investigación y
desarrollo de equipos. Oportunidades para Uruguay y la región.
Recapitulación del curso
Cuatro prácticas Ing. Biom
• Proyecto e implementación de un amplificador de
ECG no aislado, medidas de corrientes de fuga y
adquisición digital de la señal.
• Proyecto e implementación de la aislación del
amplificador de ECG. Pruebas de seguridad en
equipos médicos.
• Tratamiento digital de señales de ECG y EMG.
• Adquisición y tratamiento de señales de flujo y
presión aéreos.
Organización Curso de Ing. Biomédica 2009
-
14 clases de 2 hs martes 17:30, salón 001. Asistencia obligatoria (se
permitirán solo 2 faltas justificadas). Ver cronograma www.nib.fmed.edu.uy
- 4 prácticas de laboratorio de 4 hs cada una en el NIB, HC piso 15 sala 2.
Para aprobar el laboratorio se asiste a las cuatro prácticas y preparar el
preinforme. Realizar el trabajo de cada práctica. Entregar el informe.
Control de preinformes: se verifica que el estudiante haya preparado la práctica y
que tiene los conceptos necesarios para su aprovechamiento. Sin eso no la
puede realizar.
Informes: se entregan hasta 1 semana después de realizada la práctica.
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El Curso prevé una dedicación de 28 horas de clases, 16 horas de
laboratorios, 46 horas de estudio personal, Total: 90 horas 6 créditos.
-
Conocimientos previos:
-
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Bibliografía:
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Grado: aprobado Sistema Lineales y Medidas Eléctricas, se sugieren además haber cursado
Electrónica I y II, y Muestreo y Procesamiento Digital.
Postgrado y Actualización: conocimientos de electrónica, medidas eléctricas y tratamiento de
señales (Matlab).
Libro “Ingeniería Biomédica – Perspectivas desde el Uruguay” realizado por el NIB (2007).
“Medical Instrumentation”, Segunda (1992) o Tercera (1998) Edición de John.G. Webster.
Anexos para las prácticas, ver libro cap. 20.
Diapositivas de clase, bajar del sito.
Evaluación: 3 instancias de seguimiento del estudiante y una instancia oral final:
-
2 pruebas parciales escritas de 40 puntos cada una.
4 prácticas de 20 puntos en total.
El estudiante que obtenga más de 60 puntos en la suma es admitido para la instancia oral, en la
cual la mesa resuelve la aprobación de la asignatura.
Núcleo de Ingeniería Biomédica
Fac. de Medicina e Ingeniería
www.nib.fmed.edu.uy