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La Bioingeniería ó Biomedica es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina. Cabe mencionar que la Electrónica es la rama cientifico-técnica que ha hecho las aportaciones más espectaculares en la instrumentación biomédica en los últimos años. La aplicación de la electrónica a las diversas facetas de las ciencias biológicas y médicas ha dado lugar a la consolidación de una serie de disciplinas teóricas y tecnológicas que configuran el campo de la Bioelectrónica.
La interacción interdisciplinar en la División de Ingeniería Biomédica, donde especialistas en Biología, Medicina, Física, Matemáticas e Ingeniería convergen con objeto de avanzar en las aplicaciones que las tecnologías de hoy ofrecen en la mejora de la salud y la calidad de vida. De hecho, las tecnologías disponibles en el diagnóstico, monitorización, terapéutica, cirugía y solución de las necesidades de los discapacitados incorporan la mayoría de los dominios de la Ingeniería.
La confluencia de técnicos y especialistas biomédicos tiene una tradición muy escasa. No ocurre así en naciones avanzadas de nuestro entorno donde la investigación en tecnologías aplicables al campo de la salud es una de las disciplinas de mayor importancia. Son muchas las razones que hacen que en los últimos años el uso de muy distintas tecnologías se haya disparado en el campo biomédico. Así, las demandas de la sociedad en facetas como el diagnóstico precoz, las políticas preventivas, la demanda de mejoras en las condiciones de los discapacitados, en el puesto de trabajo, en el desempeño de actividades físicas de alta exigencia y, por supuesto, en el mantenimiento y mejora de las capacidades físicas de la creciente población en la tercera edad son algunas de estas razones. Aspectos tales como la electrónica aplicada a la monitorización en tiempo real de pacientes, la telemedicina, el tratamiento inteligente de imágenes médicas en el diagnóstico y la planificación preoperatoria, los biomateriales, el diseño de prótesis e implantes y un larguísimo etcétera hacen de este campo uno de los de mayor impulso en la actualidad.
Hoy en día se concentran una serie de grupos que cubren muy distintas facetas de la Ingeniería Biomédica como son los relacionados con el tratamiento de imagen y señales biomedicas, los biomateriales, la biomecánica y la simulación del comportamiento de tejidos, el diseño y construcción de nuevos equipos electrónicos y electromecánicos, la evaluación ergonómica de puestos de trabajo y de equipos discapacitados han sido durante los últimos años y son objeto de interés para los investigadores.
La formación del Bioingeniero comprende una sólida base en ingeniería conjugada con los conocimientos fundamentales de medicina y biología, complementados con materias específicas de aplicación de tecnología: electrónica, informática, robótica, óptica, etc., para satisfacer las demandas de la medicina y la biología. Entre los más importantes campos que nuclea la Bioingeniería a nivel mundial se pueden mencionar: Biomateriales; Ingeniería Biomédica; Ingeniería Hospitalaria; Biomecánica; Bioóptica; Biosensores; Ingeniería Clínica y de Rehabilitación; Imágenes Médicas; Informatica Médica; Órganos Artificiales; Procesamiento de Señales Biológicas; Telemedicina; y todo lo que concierne a la Tecnología Médica. El lenguaje del ingeniero y el médico son diferentes. Aunque es importante que el médico conozca suficiente terminología de ingeniería que le permita tratar problemas con el ingeniero. El resultado es que el ingeniero o técnico deben aprender algunas nociones sobre anatomía y fisiología, de forma que ambas disciplinas puedan trabajar en armonía. La Ingeniería Biomédica ocupa un espacio importante en el desarrollo de la Medicina. El siglo XXI está asistiendo a realizaciones de significación cuya consecuencia será una mejor calidad de vida para las poblaciones de todos los países, el diseño de prototipos, desarrollo, fabricación y venta de nuevos equipos o instrumentos biomédicos es una tarea compleja, cara y que requiere de un proceso largo. No todos los prototipos de equipos pueden utilizarse y muy pocos llegan al mercado superando las pruebas y controles médicos.
El proyecto de un equipo para uso médico es una actividad que involucra el enfoque profesional del médico y la capacidad de creación del ingeniero. Se procede mediante la interacción de diversos especialistas en la definición de un instrumento para luego proyectarlo y construirlo, seguida por la verificación de su eficacia en la clínica y nuevamente la vuelta al diseño para mejorarlo. La Biomedica lleva al estudiante a adquirir dos conjuntos de conocimientos complementarios: por un lado los conceptos de fisiología necesarios para mantener el diálogo con profesionales de la salud en el desarrollo de propuestas tecnológicas para el diagnóstico o la terapia, y por otro lado los conceptos de ingeniería para plasmar soluciones instrumentales en medicina, que inician con la descripción de un órgano o de una función del cuerpo y siguen con el proyecto de un instrumento de medida o con la construcción de la prótesis correspondiente.
CAMPOS DE LA BIOMEDICA
Visualización avanzada en Medicina y creación de entornos médicos virtuales. Se desarrollan y utilizan técnicas de visualización realista, realidad aumentada y realidad virtual a partir de información obtenida de imágenes generadas por fuentes mono o multi-modales para una interpretación inteligente de datos médicos, para la formación médica, para la simulación y para la generación de paquetes de ayuda a la planificación preoperatoria incluyendo interfases con máquinas de prototipado y mecanizado rápido.
Análisis y procesamiento de señales e imágenes médicas. Se desarrollan técnicas y sistemas de tratamiento de la información tanto referentes a imágenes biomédicas, como a señales bioeléctricas para obtener diagnósticos médicos mejor fundados. Para ello se utilizan las técnicas más avanzadas de tratamiento de señal y de segmentación, corregistrado y análisis espacio-temporales de imágenes, así como de reconstrucción geométrica y obtención de parámetros fisiológicos de interés a partir de las mismas. Las aplicaciones se centran en el área cardiovascular principalmente, aunquetambién en ortopedia y señales cerebrales.
Telemedicina. Se plantea en esta línea la construcción y análisis de sistemas de comunicaciones para entornos móviles, remotos y/o de emergencias basados en el uso de las nuevas tecnologías tanto de comunicaciones como de tratamiento de la información. Aplicaciones como UVIs móviles, telediagnóstico o telemensajería de datos y registros médicos son tan sólo algunas de las contempladas en esta línea por parte de los grupos del I3A.
Instrumentación médica. Se diseñan sistemas de propósito específico como pueden ser sistemas de adquisición de datos, sistemas de control y dosificación o sistemas específicos de sensorización. Algunos de los realizados en los últimos años han sido sistemas de electromiografía, podoscopios o instrumentos de calentamiento por RF para la quema de tumores.
Simulación en biomecánica y mecanobiología. Se trabaja en la formulación y evaluación de modelos de comportamiento para tejidos biológicos. Se contemplan
aspectos como la remodelación y consolidación ósea, modelos multifásicos y fibrados para tejidos blandos (ligamentos, cartílagos, vasos sanguíneos, cornea)
incidiendo especialmente en la mecanobiología de los mismos. También se plantea su implementación en elementos finitos y con ello la influencia de distintas
patologías (fracturas, implantación de prótesis, fijaciones, osteoporosis, etc.) en el comportamiento a corto y largo plazo, tanto en los tejidos como en los implantes y las interfases entre ambos (cementos acrílicos, oseointegración, etc.).
Biomateriales. Se diseñan y fabrican prótesis y ortesis de NiTi como stents, anclajes óseos y ferulajes, basados en el comportamiento termo-mecánico singular de este tipo de materiales. También se analizan otros biomateriales como polipropilenos de alto peso molecular o titanio, tanto desde el punto de vista estructural como de comportamiento a largo plazo (desgaste, fatiga, efecto de las irradiaciones, etc.).
Óptica médica. Se trabaja en óptica fisiológica, incluyendo la simulación óptica y mecánica del ojo humano tanto sano, como con distintas patologías y tras la
realización de distintas técnicas qurúrgicas de corrección. También se desarrollan elementos de medida de capacidad visual y calibración y homologación de los
existentes en el mercado.
Robótica móvil para apoyo a los discapacitados. En esta línea se investiga y desarrollan prototipos de sistemas automatizados y sensorizados de ayuda a pacientes con alto grado de discapacitación, tales como sillas de ruedas motorizadas, sistemas de autolocalización, dispositivos para rehabilitación, etc.
Sistemas de percepción y reconocimiento de entornos. Se diseñan sistemas de autolocalización, reconocimiento de formas y locales con autoaprendizaje y memorización automática de entornos, con objeto de ayudar a pacientes con discapacitación psíquica de alto grado, para la evaluación de órdenes con riesgo y la monitorización externa de la situación y actividad de pacientes en entornos hospitalarios o de rehabilitación.
Métodos de evaluación ergonómica. Se diseñan y desarrollan sistemas de adaptación de puestos de trabajo bien para personas con necesidades especiales bien para tareas rutinarias con posiciones incómodas. Para ello se utilizan sistemas de información muy avanzados que permiten la evaluación de posiciones y movimientos desde el punto de vista ergonómico. También se dispone de sistemas de análisis del movimiento y de la actividad muscular, permitiendo la racionalización del puesto de trabajo, el diseño de prototipos de ayuda y un mejor diseño global de los elementos de apoyo a la discapacitación.
Sistemas para la evaluación de la evolución de enfermedades neurodegenerativas. Se trabaja en la adquisición de señales electromiográficas, así como los
patrones de movimiento de ratones transgénicos para el estudio de la evolución de enfermedades neurodegenerativas implantadas genéticamente como la
esclerosis lateral amiotrófica o el Alzheimer.
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