Bioingeniería Conceptos Fundamentales. Dra. Thalía San Antonio

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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
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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 ZANCADA FASE DE APOYO FASE DE BALANCEO 0% % PORCENTAJE DEL CICLO DE MARCHA 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 Biomecánica Ocupacional 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 Satisfacción del usuario No se cumplen las expectativas Insatisfacción del usuario Si se cumplen las expectativas Requerimientos Atractivos Unidimensionales Obligatorios Tiempo Biomecánica Ocupacional Implementación del Método de Kano Se realizan tres preguntas: Funcional Disfuncional Importancia Respuestas: 1. Me agrada 2. Es lo esperado Respuestas: 3. No me importa Para Lo acepto nada Un Me poco desagrada 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%) Biomateriales Tejidos Biológicos Huesos Largos Hueso trabecular Hueso compacto Cavidad medular Epífisis proximal Diáfisis Epífisis distal 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 Emisor de Rayos X Anillo Móvil 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) Imágenes Médicas - TAC La atenuación es proporcional a la densidad de los tejidos por lo que la imagen se calibra utilizando una recta Hueso Cortical Aire Imágenes Médicas - TAC Esto permite asignar a modelos heterogéneos con densidades reales y personalizadas 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 Mecatrónica - Médica 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 Robot Quirúrgico Ventajas: Temblores Presión en tejidos Imagen amplificada Instrumentos 6 GDL Soportan radiación Controlado por un cirujano Robot Quirúrgico 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_n um28_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
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