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Ingeniería BiomédicaCurso agosto a noviembre 2009

nibFacultades de Medicina e Ingeniería

Franco SiminiDaniel GeidoJorge Lobo

Marcelo David

Y docentes invitados

www.nib.fmed.edu.uy

Ingeniería BiomédicaIngeniería: 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

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 BiomédicaFinalidad 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

Estimulador

Electrodo

Llave

BiliLED

Generador de NO2

óxido nítrico (vasodilatador, no confundir

con NO óxido nitroso, anestésico)

TACONATAL

VESTI 90

CCC del Uruguay

PESOPAC

IMPETOMreconstrucción tomográfica sobre datos de impedancia eléctrica

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

Dado de datos, para Holter

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

PacientesIndicadoresAgenda

Pacientes

REDIENTE

Num:

Fecha:

BuscarBuscar

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

nibActividades:1. maestría2. proyectos de fin de carrera - módulos de taller3. convenios, proyectos, transferencia tecnológica4. investigación5. asesorías6. Seminario de Ing. Biomédica7. Curso de Imágenes Médicas8. Curso de Seguridad Eléctrica para EUTM9. Curso de Ing. Biomédica10. pasantías y concursos 2009

1. maestría - ejemplo de contenidos:

Preparación y enseñanza de curso “Electricidad Seguridad” EUTM 8 crPasantía en Laboratorio de Exploración Respiratoria 45 horas 3 cr.Curso “Aspectos físicos de PET” Prof. Hans Lundqvist, en CIN 3 crEstudio e instalación en HC de un prototipo de tomógrafo 45 horas 3 crCurso Fundamentos de Biología para Ingenieros, Fac. Ciencias.4 cr.Proyecto “Interconexión de equipos en departamento obstetricia” 8 crCurso 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 carreraSe 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)

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

2. proyectos fin de carrera, módulos taller

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.)

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 - 1/2

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

Curso 2009 - 2/2

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.

- 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: - 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).

- Bibliografía: - 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 BiomédicaFac. de Medicina e Ingeniería

www.nib.fmed.edu.uy