REPUBLICA BOIVARIANA DE VENEZUELA LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE ELECTRICA CATEDRA: INSTRUMENTACION ELECTRONICA PROFESORA: MIRIAM BORJAS
BIOINGENIERIA
ELABORADO POR: Marcano Juan C.I.: V-22.177.825 Muñoz Carlos C.I.: V-19.988.237 Maracaibo, Febrero de 2012
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TABLA DE CONTENIDO -
INTRODUCCION MARCO TEORICO MARCO METODOLOGICO
1.- BIOINGENIERIA 1.1.- Antecedentes y surgimiento 1.2.- Bioingeniería en el siglo XXI 1.3.- Aspectos de la Bioingeniería 2.- CAMPOS O AREAS DE TRABAJO DE LA BIOINGENIERIA 2.1- Biónica 2.2- Biología Aplicada 2.3.- Ingeniería Ambiental 3.- INGENIERIA BIOMEDICA 3.1.- Campos específicos de trabajo 3.1.1.- Área de Traumatología 3.1.2.- Área de Cardiología 3.1.3.- Área de Neurología 3.2.- Instrumentación Biomédica (Bioinstrumentación) 3.2.1.- Sensores biomédicos 3.2.1.1.- Sensores físicos.
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3.2.1.5.- Sensores bioanalíticos. 4.- BIOINGENIERIA EN VENEZUELA - CONCLUSIONES - BIBLIOGRAFIA
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INTRODUCCION En todos los casos, cuando hacemos referencia a la ingeniería como carrera, en cualquier rama de la misma, por lo general pensamos en el área en que dicha ingeniería se especializa, es decir, si hacemos referencia a la ingeniería civil, pensamos en edificios u obras civiles, y asimismo cuando hablamos de otra ingeniería ocurre el mismo caso. Notemos que en cada, una los sistemas creados, asi como los elementos utilizados en esos procesos, sin duda contribuyen a maximizar la calidad de vida de la humanidad y su entorno. Pero olvidamos que hay otras áreas que hacen uso de las herramientas de la ingeniería y que hacen una labor sinfín para la vida de las personas, dichas áreas hacen énfasis en la aplicación directa en el análisis de los fenómenos que puedan ocurrir en el cuerpo humano y, en general, en todos los sistemas biológicos. Estas áreas en conjunto conforman lo que hoy se conoce c onoce como Bioingeniería. Estas herramientas son utilizadas también para la creación de dispositivos que sean capaces de controlar esos fenómenos y que a consecuencia de ellos logren solventar el problema que generan. Cabe destacar que al hacer referencia a la Bioingeniería, hablamos de un término cuya aplicación es excesivamente extenso, ya que de él se desprenden muchas áreas de desempeño, bien sea en referencia al área mecánica, civil, medica, etc. En este apartado haremos énfasis en algunas de las áreas de la Bioingeniería, y en los procesos que se realizan en estas así como también sus inicios y los dispositivos que se elaboran en dichas áreas.
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MARCO TEORICO: ¿Qué es la Bioingeniería?
“La
bioingeniería o ingeniería biomédica es una rama interdisciplinaria de la ingeniería que va desde temas teóricos y no experimentales hasta aplicaciones muy actuales. Esta puede abarcar investigación, desarrollo, implementación y operación. En consecuencia, tal y como ocurre en la práctica médica, no es posible que una sola persona pueda adquirir una especialización que abarque todo el campo.” Cabe destacar que esta no es la única definición que existe para bioingeniería debido a que existen otras definiciones que corresponden a otras áreas de la bioingeniería como por ejemplo la referente a la plantación vegetal y al análisis de terrenos para dicho fin. Fuente: Apuntes de Bioingeniería-Universidad de las palmas de Gran Canaria – Sonnia M. Lopez Silva y Jose Ramon Sendra Sendra
Campos de trabajo de la Bioingeniería:
“Pueden visualizarse cuatro ramas mayores en el campo de la Bioingeniería:
Biónica: Es la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos ingenieriles con el fin de crear dispositivos específicos. Biología Aplicada: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos. Ingeniería Biomédica: Es la aplicación de la ingeniería sobre la medicina en estudios con base en el cuerpo humano y en la relación hombre-máquina, para proveer la restitución o sustitución de funciones y estructuras dañadas y para proyectar y luego construir instrumentos con fines terapéuticos y de diagnóstico. Esta es la rama de la Bioingeniería donde se verifica más directamente el impacto entre la medicina y la ingeniería. Ingeniería Ambiental: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes óptimos para la vida y el trabajo. ”
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MARCO METODOLÓGICO Tipo de investigación:
El tema a desarrollar se encuentra ubicado dentro de la metodología de investigación documental. La información extraída de las distintas fuentes se analizo posteriormente para su inclusión en el trabajo.
Técnicas e instrumentos de recolección de datos:
Para el desarrollo del tema se utilizaron diversas fuentes tanto bibliográficas (Libros, trabajos de investigación y tesis de grado realizadas) como electrónicas (sitios web, documentos pdf) cuya ubicación se encuentra respaldada en la bibliografía del trabajo.
Validez y Confiabilidad de la información:
La información obtenida de las fuentes mencionadas anteriormente son consideradas confiables y validas puesto que cuentan con el soporte de editoriales, información de autores (libros), respaldo universitario (en su su mayoría trabajos de investigación investigación y tesis de grado).
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1.- BIOINGENIERIA La Bioingeniería queda definida por la IEEE como la ciencia que estudia y busca la aplicación de principios y métodos de las ciencias exactas, en general, y de la ingeniería particularmente a la solución de problemas referentes a las ciencias biológicas y medicas. Se puede decir entonces que la bioingeniería estudia como se comportan normalmente los distintos tipos de sistemas que constituyen el cuerpo humano, esto es mostrado por el estudio de las propiedades mecánicas de elementos óseos realizado por los ingenieros civiles, el efecto de las distintas enfermedades en estos sistemas, como por ejemplo la enfermedad auditiva que padecen las personas cuando llegan a cierta edad, desarrollado por un grupo de ingenieros electrónicos y eléctricos. Lo anterior conforma la base para la evolución de ciertas soluciones a los diversos problemas que se plantean, siendo el caso de la construcción de una silla de ruedas auxiliar para la sala sanitaria, diseñada y elaborada por un grupo de ingenieros industriales y electrónicos
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Ya a finales del siglo XIII se tiene una mejor visualización de las primeras obras publicadas, las cuales hacían referencia a la bioingeniería como una disciplina. Eso permitió establecer un origen para dichas técnicas en la Europa Alpina, específicamente en Austria y en Suiza. En el año 1886 se publica una obra compilatoria que se tituló “Estabilización de las Riberas de nuestros Ríos y Desprendimientos de Tierras” cuyo autor fue Robert Lauterburg. Durante el siglo XIX y principios del siglo XX dichas técnicas fueron aplicadas principalmente en obras para restaurar el aspecto hidrológico-forestal. Con la aparición de nuevas técnicas y materiales, principalmente el hormigón, hizo posible que las técnicas de bioingeniería quedaran referenciadas al ámbito rural y forestal en la zona centroeuropea y perdieran importancia a favor de estas últimas. En la década de los 30, en el siglo XX, tuvo lugar una de las crisis económicas más graves de Europa Occidental, Occidental, esto dio lugar a que muchas de las técnicas de la la bioingeniería se retomaran debido a su bajo costo. Los registros de investigaciones científicas de los últimos 40 años, el anexo de nuevos materiales industriales, la mejora de los criterios y capacidades técnicas para ese entonces, han llevado a la consolidación científica de esta disciplina que con respecto a nuevas exigencias tanto sociales como culturales, y a una variación en la escala de valores, principalmente con la creciente conciencia ambiental, se ha vuelto en un instrumento operativo, no solamente en cuestiones del control de erosión, sino también en la protección del medio ambiente.
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sabe que la mayor parte de las terapias de regeneración medica que son necesarias para la reparación del cuerpo humano ya existen y muchos otros proyectos están a punto de ser una realidad. Sin embargo, uno de los principales limitantes es que cada uno de estos va por su lado y lo que necesitamos es que todo ese conocimiento se integre, y para esto, el financiamiento es una gran limitación. Hay estudios que se centran en la lucha contra la degeneración y el daño de tejidos. Una estrategia para conseguir una larga juventud está dirigida a combatir efectos no deseados de diferentes procesos orgánicos como las mutaciones nucleares que causan el cáncer, mutaciones mitocondriales, acumulación de desechos infra y extracelulares, la pérdida celular irreversible, envejecimiento celular y proliferación de interconexiones entre células de distintos tejidos. La mayor parte de los esfuerzos de estas investigaciones, y la medicina en los últimos años, se ha centrado en el intento de curar el cáncer, una enfermedad que comúnmente se asocia al envejecimiento. Científicos creen que el secreto para curar esta patología está relacionado con los genes. Específicamente, la hipótesis base de estos científicos, está centrada en la eliminación completa de todo el potencial genético para la elongación de los telómeros en el cuerpo humano. Esto representa problemas en la regeneración de otros tejidos, lo que provoca que esta técnica se tenga que realizar conjuntamente con terapias que se basan en la administración de células madre cada cierto tiempo para mantener en acción la proliferación de los diferentes tejidos del cuerpo.
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2.1- Biónica La Ingeniería Biónica, básicamente, es la rama de la ingeniería encargada del estudio y desarrollo de aplicaciones tecnológicas cuya finalidad sea simular el comportamiento, la forma o el funcionamiento de ciertos organismos vivos, con el objeto de crear un sistema útil a la sociedad, bien sea para uso industrial, en el sector medico, con fines militares entre otros. Asimismo intenta hacer trabajar los sistemas biológicos y electrónicos conjuntamente, como por ejemplo para la construcción de articulaciones robóticas que simulen algunas ramificaciones del cuerpo humano (manos, pies, etc.) 2.2- Biología Aplicada La biología aplicada usa los métodos que han sido aprobados en la investigación científica en general, su labor fundamental consiste en el descubrimiento de nuevos caminos y medios para obtener un rendimiento alto y estable, como por ejemplo el caso del cultivo de plantas o de una producción elevada de animales domésticos. 2.3.- Ingeniería Ambiental La ingeniería ambiental se desprende de la rama de la ingeniería que se encarga del estudio de problemas ambientales de manera integrada, tomando tomando en cuenta las dimensiones tecnológicas, ecológicas, económicas y sociales, cuyo principal objeto es el de promover un desarrollo sostenible. Esta ingeniería busca garantizar, por medio de la preservación y conservación de los recursos naturales, una mejor calidad de vida
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partiendo de tecnologías nuevas, que sean capaces de satisfacer las necesidades de atención que los pacientes exijan. Estos ejecutan acciones que tienden a optimizar los servicios de salud. 3.1.- Campos específicos de trabajo La ingeniería Biomédica se especializa en muchos campos de trabajo, tanto a nivel micro como macro, algunos de estos son los siguientes: 3.1.1.- Área de Traumatología: En esta área la biomedicina facilita la sustitución de alguna extremidad del cuerpo por prótesis biónicas bien sea con o sin control neural, esto es prótesis que permitan o no la movilidad de la misma partiendo del uso de terminaciones nerviosas en el área afectada.
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no necesariamente sustituyen el órgano o parte de él sino que mejoran el desempeño del mismo como por ejemplo marcapasos.
3.1.3.- Área Neurológica Esta área se especializa básicamente en el diagnostico, monitorización y
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3.2.- Instrumentación Biomédica (Bioinstrumentación). Los dispositivos biomédicos son empleados en los distintos niveles de especialización de los sistemas de salud y debido a su gran importancia conforman el pilar fundamental de los servicios médicos referentes a la prevención, tratamiento y diagnostico de patologías. Los principales dispositivos utilizados y fabricados la bioinstrumnentación son los sensores biomédicos planteados a continuación: 3.2.1.- Sensores biomédicos Los sensores son dispositivos que convierten las señales de cierto tipo, como por ejemplo la presión hidrostática de un fluido , en una señal equivalente de otro tipo, por ejemplo una señal eléctrica. Los sensores biomédicos seleccionan señales que representan variables biomédicas para posteriormente convertirlas en señales eléctricas, estos sirven como una interfaz entre los sistemas electrónicos y biológicos y deben funcionar de forma tal
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hidráulica, que en aplicaciones biomédicas estas pueden ser: el desplazamiento de un musculo, presión sanguínea, temperatura corporal, flujo sanguíneo, etc. El segundo grupo en la clasificación son los sensores químicos, que miden cantidades químicas identificando, por ejemplo; la presencia de determinados compuestos químicos detectando la concentración de varias especies químicas, y monitorizando la actividad química en el cuerpo por motivo terapéutico o de diagnostico. Seguidamente se definen algunos de estos tipos de sensores: 3.2.1.1.- Sensores físicos. Son aquellos que miden las variables físicas asociadas a los sistemas biológicos. Aunque son muchas las variables que pueden ser medidas en un sistema biomédico, estas pueden ser clasificadas como se muestra en la tabla #3. En esta tabla se especifica la magnitud física, el sensor asociado a esta cantidad y la variable que el sensor va a medir.
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moléculas que se encuentran en una estructura biológica y a las variaciones de la distribución como resultado de ciertos procesos, procesos, dichos cambios se pueden dar a cambio de una reacción bioquímica o pueden producirse a partir de fenómenos que alteran la anatomía local. Existe todo una gama de señales que son importantes para la comprensión y diagnostico de sistemas biológicos. Estas señales se encuentran junto a sus abreviaturas y los sistemas que ellas caractericen aparecen en la tabla #4.
TABLA #4 3.2.1.3.- Sensores electroquímicos.
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Se basan usualmente en fibra óptica o guías de ondas planas. Las guías de ondas se basan en el principio de reflexión total interna. La luz incidente es transmitida a través de la fibra si incide sobre la envoltura a un ángulo mayor al ángulo critico, siendo totalmente reflejada en la interfaz núcleo/envoltura. Una gran variedad de fibras ópticas de alta calidad está disponible para aplicaciones en sensores biomédicos, dependiendo de la longitud de onda de análisis deseada. Existen fibras de plástico, vidrio y cuarzo que cuben el espectro óptico desde ultravioleta hasta el la región del infrarrojo cercano pasando por el visible. Entre las ventajas de los sensores de fibra óptica se incluyen sus pequeñas
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Estas fallas se presentan en su mayoría en los servicios médicos de carácter público debido a los siguientes aspectos puntuales:
100% Tecnología Importada
Gran cantidad de de equipos obsoletos
Alto costo de reposición
Falta de Personal Calificado
La bioingeniería en Venezuela busca contar con la especialización en las siguientes áreas de trabajo:
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CONCLUSION La bioingeniería es una de las ciencias más recientes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se orientan a aplicarse en los problemas presentados por la biología y la medicina; en los hospitales tiene un ámbito de trabajo muy amplio ya que debe asesorar y contribuir en la elección de los equipos necesarios para el cuidado de los pacientes, debe además garantizar su correcto funcionamiento. La bioingeniería tiene un gran camino por avanzar y esto es gracias al aporte matemático junto con el ingenio del ser humano, la bioingeniería puede decirse que se
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aumentando el numero de materiales que se descubre que si puede ser utilizado par estos procesos. “La bioingeniería tiene un futuro que explotar en la humanidad y con certeza será
la solución a muchas problemáticas en distintas áreas, y en el área medica, su eficiencia en unos años beneficiara al ser humano y nos brindara posiblemente una larga y mejor vida “ --- Carlos Muñoz y Juan Marcano (13/02/2010
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BIBLIOGRAFIA
Oliveros Pantoja Roque Hernández Donado Donado - Bioingeniería Solución a problemas de las ciencias biológicas y médicas apoyados en la Ingeniería Ingrid
Sonnia M. Lopez Silva y Jose Ramon Sendra Sendra - Apuntes de Bioingeniería-Universidad de las palmas de Gran Canaria
Diego L. Manchini P. UCA-CYT T.A.I T.A.I 2 Trabajo de Investigación Investigación Bioingeniería 2005
Archivo PDF. Enrique Gomez Aguilera, Bioingenieria (Ingeniería Biomedica), Grupo Bioingenieria y telemedicina – Universidad Politecnica