Juan José Aranda Aboy

1976 – 2001: Investigador Titular del Instituto Central de Investigación Digital (ICID) y Profesor Titular del Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echevarría”, CUBA.1998 – 2002: Profesor Universidad Ibero Americana Ciencia y Tecnología, CHILE.2003 – ........: Profesor e Investigador Titular grado 5 de la Universidad de Valparaiso, CHILE

Trabaja en Procesamiento de Imágenes DigitalProcesamiento de Imágenes Digitaleses (PID) desde 1987. Coordinador NacionalCoordinador Nacional del grupo cubano de trabajo en PID desde su creación en 1994 hasta 1999. Ha impartido cursos de pre y postgradocursos de pre y postgrado en varias universidades. Ha dictado conferenciasconferencias en universidades, empresas y organismos de la ex URSS, Perú, Argentina y Chile. Miembro del Tribunal Nacional de Grados CientíficosMiembro del Tribunal Nacional de Grados Científicos en Ciencias Técnicas de Cuba entre 1997 y 2001. AutorAutor principal o coautor de varios artículos sobre PID y otras aplicaciones de la Computación. Premio del Centro Regional para la Enseñanza de la InformáticaPremio del Centro Regional para la Enseñanza de la Informática,,España, 1983, por el libro “Introducción a la

Computación” Medalla “30 Aniversario de la Ira Computadora Cubana” Ha participado como ponente en múltiples eventos cubanos e internacionales.

Doctor en Ciencias Técnicas

Introducción a la

Ingeniería Biomédica

Dr. Juan José Aranda Aboy

Contenido1. Evolución del Sistema de Salud2. El Sistema de Salud contemporáneo3. ¿Qué es Ingeniería Biomédica?4. Los roles del Ingeniero Biomédico5. La Ingeniería Biomédica en Ibero América

y en Chile 6. Asociaciones profesionales7. Conclusiones8. Bibliografía

Hitos en la Evolución de los Sistemas de Salud

• Los “brujos”: Enfrentamiento entre los “buenos” y los “malos” espíritus. Medicina “Verde”. Dígito y Acupuntura. Cirugía.

• Los egipcios: Imhotep• Los griegos:

– Esculapio -> “Mente sana en cuerpo sano”– Hipócrates-> Juramento. Primera escuela de Medicina.

• Los romanos:Contribuciones a la salud pública. Creación de Hospitales. – Galeno -> Observaciones anatómicas, prescripción de remedios

• La Edad Media: la Iglesia conserva el conocimiento y mantiene responsabilidad por el enfermo a través de sus hospitales.

• El Renacimiento y la Reforma: da Vinci, Galileo, Harvey, ...• El Siglo XIX: las Enfermeras

Hitos de la Ingeniería Biomédica en el Sistema de Salud contemporáneo

• 1895 - Roentgen y los Rayos X: el cuerpo “se abre” a la inspección médica

• 1903 - Einthoven y la electrocardiografía. Biopotenciales.• 1927 - Ventilador para cirugía• 1928 - Marcapasos (tardó 32 años en comercializarse)• 1939 - “Bypass” Corazón – Pulmón• 194x - Ultrasonido, Medicina Nuclear y Microscopios electrónicos• 194x - Computadores e Informática• 1954 - Primer trasplante exitoso de riñón• 197x - Tomografía Axial Computadorizada, Resonancia Magnética

de Imagen• 200x - Corazón artificial implantable y otras Prótesis biónicas• 2002 - Secuenciamiento del Genoma humano

¿Qué es Ingeniería Biomédica?

Un área multidisciplinaria de especialización profesional relacionada con la salud.

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

Conocimientos necesarios

La especialización profesional del Ingeniero Biomédico vincula conocimientos de un amplio conjunto de disciplinas:– Ingenierías: electrónica, mecánica y química

– Ciencias biológicas y terminología médica básica

que le permiten relacionarse con los restantes profesionales a cargo de los cuidados de salud

Ingeniería Biomédica

Potencial de la Especialidad• Desarrollo de mejores especies de animales y plantas para la

producción de alimentos• Diseño de nuevas herramientas para el diagnóstico de

enfermedades• Producción de vacunas sintéticas a partir de células clonadas• Protección del medio ambiente biológico para la preservación de

la vida de seres humanos, animales y plantas de tóxicos y contaminación

• Estudio de las interacciones entre proteínas y superficies• Modelo del crecimiento de células• Investigación en tecnología de enzimas• Desarrollo de proteínas terapéuticas y anticuerpos monoclonales

Ingeniería Biomédica

Areas de Especialización• Aplicación de la Ingeniería de Sistemas: Modelado Fisiológico y de

Órganos, Simulación y Control; a los problemas biológicos.• Detección, medición y monitoreo de señales fisiológicas: Biosensores e

Instrumentación biomédica.• Interpretación diagnóstica mediante técnicas de Procesamiento de

Señales de los datos bioeléctricos: Biopotenciales y Potenciales Evocados.

• Procedimientos y Equipos para Terapia y Rehabilitación. • Equipos para sustitución y ampliación de las funcionalidades corporales:

Órganos artificiales.• Análisis mediante computadores de datos de los pacientes y apoyo a la

toma de decisiones médicas: Informática Médica e Inteligencia Artificial.• Imagenología Médica: muestra gráfica de detalles de la estructura

anatómica y de funcionamiento fisiológico.• Creación de nuevos productos biológicos: Biotecnología e Ingeniería de

Tejidos.

Ingeniería Biomédica

Objetivos del Ingeniero BiomédicoSus capacidades y habilidades pueden utilizarse en:• Investigación en nuevos materiales para implante de órganos

artificiales.• Desarrollo de nuevos instrumentos para el diagnóstico.• Modelado fisiológico del funcionamiento del cuerpo humano.• Escritura de programas de computador para análisis de datos de

investigación médica.• Análisis de equipos médicos y sus peligros para seguridad y

eficacia.• Estudio de la Biomecánica humana y Diseño de instrumentación

para medicina deportiva.• Diseño de herramientas de comunicación para ayuda a

discapacitados.• Etc.

Roles del Ingeniero Biomédico

• Bioinstrumentación• Ingeniería Clínica• Biomateriales • Biomecánica• Ingeniería de Rehabilitación• Bioseñales• Biosistemas• Biotransporte• Ingeniería Celular• Ingeniería de Tejidos

Bioinstrumentación• Aplica los fundamentos de la Medición a la creación de

dispositivos biomédicos. • Enfatiza principios comunes y problemas únicamente asociados

con la toma de mediciones en sistemas vivientes; lo que incluye conceptos tales como: – Precisión y Exactitud, – Reproducibilidad, – Filtrado (Suavizamiento – Supresión) de Ruidos, – Métodos de Calibración y – Requerimientos de Seguridad.

• Incluye métodos para:– obtención de mediciones ( invasivas y no invasivas) del cuerpo humano:

órganos, células y moléculas; – instrumentación electrónica, – principios de procesamiento de señales analógicas y digitales y – dispositivos de muestra de información.

Ingeniería Clínica• Está relacionada con el manejo del equipamiento para

diagnóstico y laboratorios en el hospital.• El Ing. Clínico Trabaja conjuntamente con los restantes

trabajadores de la salud en el hospital para determinar:– necesidades específicas de equipamiento;– investiga en la búsqueda del equipamiento óptimo, lo

especifica, realiza inspección a su llegada, entrena al personal correspondiente en el manejo apropiado para la mejor operación del equipo y

– mantiene el inventario del equipamiento existente en la organización.

• Decide si se realiza mantención “in situ” y negocia los contratos con los suministradores.

• Realiza inspecciones a los equipos para seguridad.

Biomateriales

• Aplicación de la Ing. de Materiales para la producción de dispositivos médicos y productos de diagnóstico.

• Propiciada por los avances ocurridos en la Biología Molecular, que han conducido al diseño y desarrollo de nuevas clases de materiales derivados de fuentes naturales.

Biomecánica

• Estudia la conducta de los tejidos y fluidos biológicos.• Integra fenómenos a nivel molecular y celular con la

conducta macroscópica de tejidos y órganos.• Como ejemplo está la Ergonomía, que se ocupa del

diseño de dispositivos de la vida común de manera que se reduzca el daño sufrido por el cuerpo.

Ingeniería de Rehabilitación

• A rehabilitation engineer works directly with patients such as disabled individuals to assist in achieving a better standard of life. The rehabilitation engineer modifies or designs new equipment for such an individual. A rehabilitation engineer could be involved with an individual requiring a prosthetic limb, by designing the limb to suit the individual’s personal needs. Such a limb would be required of an individual who has lost a leg, but still desires to run on his or her own power.

Bioseñales• Biosignals covers time series analysis in biomedical

studies and concentrates on use of data to uncover the nature of the underlying phenomena, the mechanisms of signal production, and the fundamental origins of the variability in the signal. Standard methods of signal analysis have been used for characterizing rather than for elucidating the mechanisms. Biosignals treats signals from a variety of sources; standard methods of signal analysis, including transform and statistical techniques and their relationships; methods of signal generation, fractal analysis methods for signals with different characteristics, methods for analyzing chaotic signals, and approaches to reviewing data to determine or distinguish among possible origins.

Biosistemas• Biosystems, which uses modern biology, has

given us the tools to identify and characterize molecules and cells, the fundamental building blocks of organ systems. Understanding how molecules and cells function in tissues, organs and organ systems is the domain of biological systems analysis. Whereas molecular biology has focused on reductionism, biomedical engineering is in a unique position to move biology to the next frontier where synthesis will lead to an understanding of the function of complex systems. Biosystems analysis integrates properties of biological systems with current tools of systems analysis.

Biotransporte

• Biotransport phenomena covers transport processes from the organ to the subcellular level. Quantitative understanding of biological processes is based on the fundamentals of the complementary processes of mass, momentum, and energy transport. Transport of ions, substrates, proteins, viruses, and cells is a central issue for the quantitative understanding of biological systems. It builds an integrated picture of the convection, diffusion, permeation, and reaction kinetics in the circulation, through capillary beds and the tissues of the body. While using the fundamentals of transport phenomena for understanding membrane transport, cellular and tissue energetics, enzymatic regulation and metabolism, it also considers how data from microsensors, tissue samples, or regional concentrations over time can be acquired, quantified, and interpreted. Transport phenomena considers methods suitable for interpreting data from intact systems.

Ingeniería Celular

Cellular engineering develops and communicates quantitative biochemical and biophysical design principles that govern cell function. An engineering perspective integrates underlying molecular mechanisms. Relevant topics are fundamental kinetics, mechanics, and transport processes that use calculus, differential equations, and cell biology. Models analyze cell functions, such as metabolism, signaling and regulation, biomolecular uptake and secretion, proliferation, adhesion, migration, and differentiation characterizing molecular and cellular properties. Techniques from modern biochemistry and molecular biology alter these parameters in order to test model predictions and demonstrate how the underlying design principles can be applied to manipulate cell function.

Ingeniería de Tejidos

Posibilidades de empleo• Industria

– Desarrollo de nuevos equipos– Venta y gerencia

• Instituciones del gobierno– Ministerio de Salud– Instituciones regulatorias

• Hospitales y clínicas– Adquisición– Ingeniería clínica

• Investigación Académica– Universidades– Institutos de investigación

La Ingeniería Biomédica en Ibero - América

• Argentina: Entre Rios, Tucumán• Brasil: Sao Paulo, Rio de Janeiro• Chile: Universidad de Valparaiso, Proyecto en

Araucanía, Asociación Chilena de Ingeniería Hospitalaria

• Colombia• Cuba: Sociedad Cubana de Bioingeniería• España• México: Sociedad Mexicana de Ingeniería

Biomédica

Programa de Ingeniería Biomédica en Valparaiso

• 2000 - ... Carrera de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Valparaiso

• 2001 - ... Carrera de Tecnología Médica

• 2002 – 2004 Proyecto FONDEF para homologación de la Norma Internacional de Seguridad en Equipos Médicos

Universidad Iberoamericana

Fortalezas:• Sus Carreras:

– Medicina Veterinaria,– Agronomía, – Forestal,– Alimentos y – Electrónica

• Investigaciones en Biotecnología y en Electrónica.

Oportunidades:• Cooperación con el

programa existente en Valparaiso

• Alumnos en centros de investigación y empresas dedicadas a la venta y mantenimiento de equipos médicos.

Asociaciones Profesionales

• American Institute for Medical and Biological Engineering

• IEEE Engineering in Medicine and Biology• International Federation for Medical and Biologic

al Engineering• American College of Clinical Engineering• Organización Panamericana de la Salud• Asociación Chilena de Ingeniería Hospitalaria

Conclusiones

• Se ha mostrado que los principales avances en la tecnología médica, asociados directamente con la Ingeniería Biomédica, han jugado un relevante papel en el establecimiento de los sistemas de salud contemporáneos

• Se ha definido que se entiende por Ingeniería Biomédica y las tareas fundamentales que realizan los profesionales de esta especialidad dentro del sistema de salud

• En Chile se están sentando las bases para el fortalecimiento nacional de la especialidad.

Bibliografía

1. Bronzino,J.D. (Editor) “The Biomedical Engineering Handbook, 2nd Ed. IEEE Press, 2000

2. Brown,B.H.; Smallwood,R.H.; Barber,D.C.; Lawford,P.V.; y Hose,D.R. “Medical Physics and Biomedical Engineering”, Institute of Physics, 2001

3. Carson,E. y Cobelli,C. “Modelling Methodology for Physiology and Medicine”, Academic Press, 2001

4. Enderle, J.; Blanchard,S. y Bronzino, J.D. “Introduction to Biomedical Engineering”, Academic Press, 2000

5. Webster, J.G. (Editor) “BioInstrumentation”, 2003, en Internet: http://courses.engr.wisc.edu/ecow/get/bme/310/webster/bme310bioi/