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Bioingeniería Conceptos Fundamentales
Dra. Thalía San Antonio
Temario
Biomecánica (Ergonomía)
Biomateriales
Bioinstrumentación
Conceptos Básicos de Anatomía
Inicio de la Actividad 1
Biomecánica
Estudia seres vivos desde una perspectiva físico-mecánica
Médica
Deportiva
Ocupacional
Biomecánica Médica
Evalúa patologías y plantea soluciones
Femoral Meniscal
Tibial
Biomecánica Médica
Evalúa patologías y plantea soluciones
Biomecánica Médica
Estudia las propiedades y movimientos de los organismos vivos
FASE DE APOYO FASE DE BALANCEO
0% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%
PORCENTAJE DEL CICLO DE MARCHA
ZANCADA
Biomecánica Deportiva
Analiza la práctica deportiva para mejorar el rendimiento
Biomecánica Deportiva
Analiza la práctica deportiva para mejorar la técnica
Biomecánica Deportiva
Diseña implementos deportivos para optimizar el rendimiento
Biomecánica Deportiva
Diseña implementos deportivos para optimizar el rendimiento (calzado)
Biomecánica Ocupacional Evalúa la interacción entre el cuerpo y el
ambiente que lo rodea para adaptarlo a sus necesidades y capacidades (ergonomía)
Biomecánica Ocupacional
La ergonomía abarca el diseño de estaciones de trabajo, mobiliario, herramientas y utensilios
Biomecánica Ocupacional
Adicionalmente la ergonomía comprende el estudio del descanso requerido, de acuerdo al
tiempo y tipo de actividad que se realiza
Repeticiones
Posturas inapropiadas o sin cambios
Esfuerzos excesivos
Esfuerzos por contacto
Ángulos de confort y Antropometría
Biomecánica Ocupacional
Tipos de antropometría
Estructural o estática: dimensiones en reposo Funcional o Dinámica: medidas relacionadas a un movimiento
asociado a una actividad.
Biomecánica Ocupacional
Diseño Centrado en el Usuario Método de Kano para la satisfacción del usuario
Requerimientos
Atractivos
Unidimensionales
Obligatorios
Tiempo
Biomecánica Ocupacional
Satisfacción del usuario
Insatisfacción del usuario
No se cumplen las expectativas
Si se cumplen las expectativas
Implementación del Método de Kano
Se realizan tres preguntas:
Funcional
Disfuncional
Importancia
Biomecánica Ocupacional
Respuestas: 1. Me agrada 2. Es lo esperado 3. No me importa 4. Lo acepto 5. Me desagrada
Respuestas: 1. Para nada 2. Un poco 3. Me es indiferente 4. Muy 5. Extremadamente
Biomateriales
Estudia seres vivos desde una perspectiva físico-mecánica
Tejidos biológicos (huesos)
Materiales bioinertes
Materiales biodegradables
Materiales bioactivos
Biomateriales
Tejidos Biológicos – Huesos
Es un tejido dinámico, en continua remodelación y según su forma se
clasifican en: Largos, cortos, planos.
Biomateriales
Composición y funciones del tejido óseo
Materia orgánica (colágeno): elasticidad, flexibilidad (30%).
Materia inorgánica (sales minerales, calcio y fosfato): dureza y rigidez (70%)
Cavidad medular
Hueso compacto
Hueso trabecular
Epífisis proximal
Diáfisis
Epífisis distal
Biomateriales
Tejidos Biológicos – Huesos Largos
Biomateriales
Propiedades del tejido óseo
Heterogéneo
Ortotrópico
Viscoelástico
Biomateriales - Biocompatibilidad
Es la tolerancia biológica de un tejido:
Ausencia de respuesta inflamatoria aguda o crónica
Carencia de efectos nocivos.
Materiales Bioinertes
Ausencia de reacción de los tejidos vivos luego de su implantación (Metales y polímeros)
Materiales Biodegradables El producto se descompone por actividad
celular, enzimática, bacteriana o viral, (polímeros, vidrios y cerámicos)
Materiales Bioactivos Inducen una acción biológica en su interfaz con el
tejido receptor
Producto químico: antibiótico, anestésico, osteogénico, etc.
Bioinstrumentación
Señales bioeléctricas para diagnóstico, monitorización y terapia, sistemas de ayuda
funcional, prótesis electrónicas.
Sistemas de Bioinstrumentación
Elementos de un sistema:
Medida
Sensor
Acondicionamiento de señal
Dispositivo de salida
Elementos auxiliares: (Calibración, Retroalimentación)
Sistemas de Bioinstrumentación
Método o sensor para captar la señal
Electrodos de contacto
Electrodos de aguja
Termómetros
Galgas extensiométricas
Manómetro
Micrófono
Anatomía Funcional
Conceptos básicos
Biomecánica articular
Conceptos Básicos de Anatomía
Posición anatómica del cuerpo humano y sus planos y ejes de movimiento
Conceptos Básicos de Anatomía
Posición anatómica del cuerpo humano y sus planos y ejes de movimiento
Conceptos Básicos de Anatomía
Movimientos básicos
• Flexión - Extensión
• Rotación Interna - Externa
• Abducción - Adducción
Bioingeniería-Actual
Nanotecnología
Robótica
Monitoreo remoto
Órganos artificiales
Dosificación de medicamentos
Prótesis electromiográficas
Materiales biodegradables
Bioingeniería Biomecánica de las Articulaciones
Dra. Thalía San Antonio
Temario
Articulaciones • Extremidades superiores • Extremidades inferiores • Columna vertebral
Prótesis y Equipos de Asistencia Inicio de la Actividad 2
Columna La columna vertebral o raquis es el eje central del tronco.
Formado por 32 a 34 vértebras superpuestas
Entre vértebras se sitúa una estructura cartilaginosa denominada disco intervertebral.
Funciones de la columna:
Proteger las funciones de la estructura cilíndrica que aloja en su interior (médula espinal).
Permitir el movimiento del tronco en todas las direcciones posibles.
Soportar el peso de tres estructuras diferentes (la cabeza, las extremidades superiores y el mismo tronco). Es una función de soporte.
Suministrar inserción a los grupos musculares para mantener la estática de la columna.
Amortiguar la acción de las cargas, absorbiendo la acción y disminuyendo el riesgo traumático de lesión.
Discos intervertebrales:
Tres Funciones:
Función estática: reciben presiones de columna y la reparten de una manera uniforme.
Función dinámica: permite la movilidad de la columna.
Función plástica: permiten que la columna se curve, dando paso a la aparición de la cifosis y de la lordosis. Éstas formaciones aparecen cuando el ser humano comienza a caminar, y éstas la hacen más resistente.
El disco intervertebral es una de las partes de la columna vertebral que más se lesiona. La lesión más importante del
disco es la hernia discal, que consiste en la proyección hacia el conducto raquídeo del núcleo pulposo, por rotura del
anillo fibroso, y que da lugar a la comprensión de la médula espinal y de sus raíces. Puede manifestarse
e n todas las edades, pero es más común en el adulto.
Bioingeniería Imágenes Médicas
Dra. Thalía San Antonio
Temario
Imágenes médicas
Tomografías Axiales Computarizadas (TAC)
Resonancias Magnéticas (IRM)
Ecosonogramas (Eco)
Termografía
Imágenes Médicas - TAC Son RX secuenciales, de alta calidad que contienen
información sobre su ubicación espacial
Anillo Móvil
Emisor de Rayos X
Detector de Rayos X
Imágenes Médicas - TAC La atenuación se mide en Unidades Hounsfield
Imágenes Médicas - TAC
Las imágenes están ordenadas de forma secuencial en el espacio permitiendo recrear la anatomía (Segmentación)
La atenuación es proporcional a la densidad de los tejidos por lo que la imagen se calibra
utilizando una recta
Imágenes Médicas - TAC
Aire
Hueso Cortical
Esto permite asignar a modelos heterogéneos con densidades reales y personalizadas
Imágenes Médicas - TAC
Imágenes Médicas - IRM Se utiliza un campo magnético y se genera un
gradiente
Imágenes Médicas - IRM El campo magnético hace que los ejes de
rotación de las átomo de hidrógeno se alinean
Imágenes Médicas - IRM Rotación (spin) y Precesión
Imágenes Médicas - IRM Cuando se aplica una onda de radio frecuencia
idéntica a la precesión el átomo la absorbe
Imágenes Médicas - IRM El gradiente permite que se obtengan imágenes
de secciones del cuerpo
Imágenes Médicas - IRM Se obtienen imágenes secuenciales muy claras
de los tejidos blandos
IRM TAC
Imágenes Médicas - IRM Inserciones musculares
Imágenes Médicas - Eco El sonido es la sensación percibida por el oído a
causa de una onda mecánica (vibración)
Imágenes Médicas - Eco La velocidad de propagación de las ondas varia
con la densidad de los tejidos
Imágenes Médicas - Eco Un transductor (micrófono) emite ondas de
ultrasonidos de alta frecuencia y recibe su eco que es convertido en una imagen
Imágenes Médicas - Eco
Eco Scan-B Eco 3D
Imágenes Médicas - Eco En el Eco-Doppler la onda es continua y permite
detectar la velocidad y dirección de una estructura o fluido en movimiento
Imágenes Médicas - Termografía Estas captan la radiación infrarroja que emite el
cuerpo gracias a la alta emisividad de la piel
Imágenes Médicas - Termografía Se utiliza para el diagnóstico el estudio de la
simetría en la distribución del calor
Imágenes Médicas - Termografía
El calor que emite el cuerpo depende del flujo y volumen sanguíneo subcutáneo y de la actividad metabólica
Su principal uso es en la monitorización de la evolución de patologías ya diagnosticadas
La tecnología asociada a las cámaras infrarrojas ha mejorado mucho (± 0,05 °C)
Bioingeniería Mecatrónica
Dra. Thalía San Antonio
Temario
Mecatrónica - Aplicaciones
Robots y rehabilitación
Componentes de un sistema mecatrónico
Charla de Oratoria
Mecatrónica
Mecatrónica - Doméstica
Mecatrónica - Industrial
Mecatrónica - Juguetes
Robots y Rehabilitación:
Dispositivos asistenciales
Prótesis
Equipos clínicos
Robot quirúrgico
Mecatrónica - Médica
Asistencia a personas con discapacidad
Mecatrónica - Médica
Sustitución de miembros amputados (Prótesis)
Mecatrónica - Médica
Camas clínicas y mesas de quirófano
Mecatrónica - Médica
Robot Quirúrgico
Robot Quirúrgico
Ventajas:
Temblores
Presión en tejidos
Imagen amplificada
Instrumentos 6 GDL
Soportan radiación
Controlado por un cirujano
Sistema Mecatrónico
Componentes:
Mecanismo
Actuadores
Controles
Sensores
Sistema Mecatrónico
Mecanismo
Conjunto de eslabones conectados
Movimiento predecibles
Sistema Mecatrónico
Actuadores
Son los músculos del sistema computarizado
Capaces de generar una fuerza a partir de energía hidráulica, eléctrica o neumática
Estas fuerzas son para mover al mecanismo
Sistema Mecatrónico
Controles
Control automático e inteligente
Manipula a los actuadores
Toma en cuenta las medidas de los sensores
Sistema Mecatrónico
Sensores
Son los ojos del sistema computarizado
Miden temperatura, velocidad, flujo, presión entre otros
Convierten la medida en impulsos eléctricos
Bibliografía Recomendada
Física básica (http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm) Sociedad internacional de biomecánica (www.isbweb.org/) Laboratorio de biomecánica del deporte
(http://www.physedandrec.ualberta.ca/en/Research/LaboratoriesandResearchWorksho/SportsBiomechanicsLaboratory.aspx)
Biomateriales (http://www.uam.mx/difusion/casadeltiempo/28_iv_feb_2010/casa_del_tiempo_eIV_num28_55_58.pdf)
Instrumentación biomédica (http://www.bioingenieria.edu.ar/academica/catedras/bioingenieria2/archivos/apuntes/tema%201%20%20introduccin%20a%20la%20instrumentacin.pdf)
Ergonomía (http://www.tlalpan.uvmnet.edu/oiid/download/Ergonomia%20Biomec%C3%A1nica_04_ING_IIS_PIT-E.pdf)
Anatomía (http://bernardoalonzo.bligoo.com.mx/media/users/14/708943/files/96166/ANATOMIA_Y_FISIOLOGIA_HUMANA.pdf)
Biomecánica articular (http://imedleloir.com.ar/documentos/Biomecanica_articular.pdf)
Revisado marzo 2014