Juan Jos Aranda Aboy

2. Introducci�n a laIngenier�a Biom�dica Dr. Juan Jos� Aranda Aboy

3. Contenido Evoluci�n del Sistema de Salud El Sistema de Salud contempor�neo �Qu� es Ingenier�a Biom�dica? Los roles del Ingeniero Biom�dico La Ingenier�a Biom�dica en Ibero Am�rica y en Chile Asociaciones profesionales Conclusiones Bibliograf�a

4. Hitos en la Evoluci�n de los Sistemas de Salud Los �brujos�: Enfrentamiento entre los �buenos� y los �malos� esp�ritus. Medicina �Verde�. D�gito y Acupuntura. Cirug�a. Los egipcios: Imhotep Los griegos: Esculapio -> �Mente sana en cuerpo sano� Hip�crates-> Juramento. Primera escuela de Medicina. Los romanos:Contribuciones a la salud p�blica. Creaci�n de Hospitales. Galeno -> Observaciones anat�micas, prescripci�n de remedios La Edad Media: la Iglesia conserva el conocimiento y mantiene responsabilidad por el enfermo a trav�s de sus hospitales. El Renacimiento y la Reforma: da Vinci, Galileo, Harvey, ... El Siglo XIX: las Enfermeras Los �brujos�: Enfrentamiento entre los �malos� y los �buenos� esp�ritus: Medicina �Verde�, Digitopuntura y Acupuntura; Trepanaci�n de cr�neos y cirug�as Los egipcios: Imhotep � S�mbolo de recetas:Rx �> Remedios, cirug�a Los griegos: Esculapio -> Continua la tradici�n de respeto por la profesi�n Los romanos: Galeno La Edad Media El Renacimiento y la Reforma El Siglo XIX Los �brujos�: Enfrentamiento entre los �malos� y los �buenos� esp�ritus: Medicina �Verde�, Digitopuntura y Acupuntura; Trepanaci�n de cr�neos y cirug�as Los egipcios: Imhotep � S�mbolo de recetas:Rx �> Remedios, cirug�a Los griegos: Esculapio -> Continua la tradici�n de respeto por la profesi�n Los romanos: Galeno La Edad Media El Renacimiento y la Reforma El Siglo XIX

5. Hitos de la Ingenier�a Biom�dica en el Sistema de Salud contempor�neo 1895 - Roentgen y los Rayos X: el cuerpo �se abre� a la inspecci�n m�dica 1903 - Einthoven y la electrocardiograf�a. Biopotenciales. 1927 - Ventilador para cirug�a 1928 - Marcapasos (tard� 32 a�os en comercializarse) 1939 - �Bypass� Coraz�n � Pulm�n 194x - Ultrasonido, Medicina Nuclear y Microscopios electr�nicos 194x - Computadores e Inform�tica 1954 - Primer trasplante exitoso de ri��n 197x - Tomograf�a Axial Computadorizada, Resonancia Magn�tica de Imagen 200x - Coraz�n artificial implantable y otras Pr�tesis bi�nicas 2002 - Secuenciamiento del Genoma humano

6. �Qu� es Ingenier�a Biom�dica? Un �rea multidisciplinaria de especializaci�n profesional relacionada con la salud. Conocimientos necesarios Potencial de la especialidad �reas de especializaci�n Objetivos de trabajo

7. Conocimientos necesarios La especializaci�n profesional del Ingeniero Biom�dico vincula conocimientos de un amplio conjunto de disciplinas: Ingenier�as: electr�nica, mec�nica y qu�mica Ciencias biol�gicas y terminolog�a m�dica b�sica que le permiten relacionarse con los restantes profesionales a cargo de los cuidados de salud

8. Potencial de la Especialidad Desarrollo de mejores especies de animales y plantas para la producci�n de alimentos Dise�o de nuevas herramientas para el diagn�stico de enfermedades Producci�n de vacunas sint�ticas a partir de c�lulas clonadas Protecci�n del medio ambiente biol�gico para la preservaci�n de la vida de seres humanos, animales y plantas de t�xicos y contaminaci�n Estudio de las interacciones entre prote�nas y superficies Modelo del crecimiento de c�lulas Investigaci�n en tecnolog�a de enzimas Desarrollo de prote�nas terap�uticas y anticuerpos monoclonales

9. Areas de Especializaci�n Aplicaci�n de la Ingenier�a de Sistemas: Modelado Fisiol�gico y de �rganos, Simulaci�n y Control; a los problemas biol�gicos. Detecci�n, medici�n y monitoreo de se�ales fisiol�gicas: Biosensores e Instrumentaci�n biom�dica. Interpretaci�n diagn�stica mediante t�cnicas de Procesamiento de Se�ales de los datos bioel�ctricos: Biopotenciales y Potenciales Evocados. Procedimientos y Equipos para Terapia y Rehabilitaci�n. Equipos para sustituci�n y ampliaci�n de las funcionalidades corporales: �rganos artificiales. An�lisis mediante computadores de datos de los pacientes y apoyo a la toma de decisiones m�dicas: Inform�tica M�dica e Inteligencia Artificial. Imagenolog�a M�dica: muestra gr�fica de detalles de la estructura anat�mica y de funcionamiento fisiol�gico. Creaci�n de nuevos productos biol�gicos: Biotecnolog�a e Ingenier�a de Tejidos. Agriculture - Soil monitoring Botany - Measurements of metabolism Genetics - Human genome project Medicine - Anesthesiology Microbiology - Tissue analysis Pharmacology - Chemical reaction monitoring Veterinary science - Neutering of animals Zoology - Organ modeling Agriculture - Soil monitoring Botany - Measurements of metabolism Genetics - Human genome project Medicine - Anesthesiology Microbiology - Tissue analysis Pharmacology - Chemical reaction monitoring Veterinary science - Neutering of animals Zoology - Organ modeling

10. Objetivos del Ingeniero Biom�dico Sus capacidades y habilidades pueden utilizarse en: Investigaci�n en nuevos materiales para implante de �rganos artificiales. Desarrollo de nuevos instrumentos para el diagn�stico. Modelado fisiol�gico del funcionamiento del cuerpo humano. Escritura de programas de computador para an�lisis de datos de investigaci�n m�dica. An�lisis de equipos m�dicos y sus peligros para seguridad y eficacia. Estudio de la Biomec�nica humana y Dise�o de instrumentaci�n para medicina deportiva. Dise�o de herramientas de comunicaci�n para ayuda a discapacitados. Etc.

11. Roles del Ingeniero Biom�dico Bioinstrumentaci�n Ingenier�a Cl�nica Biomateriales Biomec�nica Ingenier�a de Rehabilitaci�n Biose�ales Biosistemas Biotransporte Ingenier�a Celular Ingenier�a de Tejidos

12. Bioinstrumentaci�n Aplica los fundamentos de la Medici�n a la creaci�n de dispositivos biom�dicos. Enfatiza principios comunes y problemas �nicamente asociados con la toma de mediciones en sistemas vivientes; lo que incluye conceptos tales como: Precisi�n y Exactitud, Reproducibilidad, Filtrado (Suavizamiento � Supresi�n) de Ruidos, M�todos de Calibraci�n y Requerimientos de Seguridad. Incluye m�todos para: obtenci�n de mediciones ( invasivas y no invasivas) del cuerpo humano: �rganos, c�lulas y mol�culas; instrumentaci�n electr�nica, principios de procesamiento de se�ales anal�gicas y digitales y dispositivos de muestra de informaci�n. A physiological variable originates from a molecular, cellular, or systemic process whose nature may be described by a mechanical, electrical, chemical, optical, or other event. A variable must be carefully specified before being measured. The sensor should be designed to minimize the disturbance to the measured variable and its environment, comply with the requirements of the living system, and maximize the signal-to-noise ratio, i.e. the clarity of the signal. The signal, typically after being converted into an electrical form, is then conditioned using linear and nonlinear signal processing, and delivered to an appropriate output device. A physiological variable originates from a molecular, cellular, or systemic process whose nature may be described by a mechanical, electrical, chemical, optical, or other event. A variable must be carefully specified before being measured. The sensor should be designed to minimize the disturbance to the measured variable and its environment, comply with the requirements of the living system, and maximize the signal-to-noise ratio, i.e. the clarity of the signal. The signal, typically after being converted into an electrical form, is then conditioned using linear and nonlinear signal processing, and delivered to an appropriate output device.

13. Ingenier�a Cl�nica Est� relacionada con el manejo del equipamiento para diagn�stico y laboratorios en el hospital. El Ing. Cl�nico Trabaja conjuntamente con los restantes trabajadores de la salud en el hospital para determinar: necesidades espec�ficas de equipamiento; investiga en la b�squeda del equipamiento �ptimo, lo especifica, realiza inspecci�n a su llegada, entrena al personal correspondiente en el manejo apropiado para la mejor operaci�n del equipo y mantiene el inventario del equipamiento existente en la organizaci�n. Decide si se realiza mantenci�n �in situ� y negocia los contratos con los suministradores. Realiza inspecciones a los equipos para seguridad.

14. Biomateriales Aplicaci�n de la Ing. de Materiales para la producci�n de dispositivos m�dicos y productos de diagn�stico. Propiciada por los avances ocurridos en la Biolog�a Molecular, que han conducido al dise�o y desarrollo de nuevas clases de materiales derivados de fuentes naturales. These include molecularly engineered materials, hybrid materials and devices, biomimetic or synthetic biological materials, and other biologically related materials. Biomaterials covers current and traditional applications for biologically and pharmacologically active materials as well as materials used in such applications as tissue and organ engineering, diagnostic products, and drug delivery. These include molecularly engineered materials, hybrid materials and devices, biomimetic or synthetic biological materials, and other biologically related materials. Biomaterials covers current and traditional applications for biologically and pharmacologically active materials as well as materials used in such applications as tissue and organ engineering, diagnostic products, and drug delivery.

15. Biomec�nica Estudia la conducta de los tejidos y fluidos biol�gicos. Integra fen�menos a nivel molecular y celular con la conducta macrosc�pica de tejidos y �rganos. Como ejemplo est� la Ergonom�a, que se ocupa del dise�o de dispositivos de la vida com�n de manera que se reduzca el da�o sufrido por el cuerpo.

16. Ingenier�a de Rehabilitaci�n A rehabilitation engineer works directly with patients such as disabled individuals to assist in achieving a better standard of life. The rehabilitation engineer modifies or designs new equipment for such an individual. A rehabilitation engineer could be involved with an individual requiring a prosthetic limb, by designing the limb to suit the individual�s personal needs. Such a limb would be required of an individual who has lost a leg, but still desires to run on his or her own power.

17. Biose�ales Biosignals covers time series analysis in biomedical studies and concentrates on use of data to uncover the nature of the underlying phenomena, the mechanisms of signal production, and the fundamental origins of the variability in the signal. Standard methods of signal analysis have been used for characterizing rather than for elucidating the mechanisms. Biosignals treats signals from a variety of sources; standard methods of signal analysis, including transform and statistical techniques and their relationships; methods of signal generation, fractal analysis methods for signals with different characteristics, methods for analyzing chaotic signals, and approaches to reviewing data to determine or distinguish among possible origins.

18. Biosistemas Biosystems, which uses modern biology, has given us the tools to identify and characterize molecules and cells, the fundamental building blocks of organ systems. Understanding how molecules and cells function in tissues, organs and organ systems is the domain of biological systems analysis. Whereas molecular biology has focused on reductionism, biomedical engineering is in a unique position to move biology to the next frontier where synthesis will lead to an understanding of the function of complex systems. Biosystems analysis integrates properties of biological systems with current tools of systems analysis.

19. Biotransporte Biotransport phenomena covers transport processes from the organ to the subcellular level. Quantitative understanding of biological processes is based on the fundamentals of the complementary processes of mass, momentum, and energy transport. Transport of ions, substrates, proteins, viruses, and cells is a central issue for the quantitative understanding of biological systems. It builds an integrated picture of the convection, diffusion, permeation, and reaction kinetics in the circulation, through capillary beds and the tissues of the body. While using the fundamentals of transport phenomena for understanding membrane transport, cellular and tissue energetics, enzymatic regulation and metabolism, it also considers how data from microsensors, tissue samples, or regional concentrations over time can be acquired, quantified, and interpreted. Transport phenomena considers methods suitable for interpreting data from intact systems.

20. Ingenier�a Celular Cellular engineering develops and communicates quantitative biochemical and biophysical design principles that govern cell function. An engineering perspective integrates underlying molecular mechanisms. Relevant topics are fundamental kinetics, mechanics, and transport processes that use calculus, differential equations, and cell biology. Models analyze cell functions, such as metabolism, signaling and regulation, biomolecular uptake and secretion, proliferation, adhesion, migration, and differentiation characterizing molecular and cellular properties. Techniques from modern biochemistry and molecular biology alter these parameters in order to test model predictions and demonstrate how the underlying design principles can be applied to manipulate cell function.

21. Ingenier�a de Tejidos

22. Posibilidades de empleo Industria Desarrollo de nuevos equipos Venta y gerencia Instituciones del gobierno Ministerio de Salud Instituciones regulatorias Hospitales y cl�nicas Adquisici�n Ingenier�a cl�nica Investigaci�n Acad�mica Universidades Institutos de investigaci�n

23. La Ingenier�a Biom�dica en Ibero - Am�rica Argentina: Entre Rios, Tucum�n Brasil: Sao Paulo, Rio de Janeiro Chile: Universidad de Valparaiso, Proyecto en Araucan�a, Asociaci�n Chilena de Ingenier�a Hospitalaria Colombia Cuba: Sociedad Cubana de Bioingenier�a Espa�a M�xico: Sociedad Mexicana de Ingenier�a Biom�dica

24. Programa de Ingenier�a Biom�dica en Valparaiso 2000 - ... Carrera de Ingenier�a Biom�dica en la Universidad de Valparaiso 2001 - ... Carrera de Tecnolog�a M�dica 2002 � 2004 Proyecto FONDEF para homologaci�n de la Norma Internacional de Seguridad en Equipos M�dicos

25. Universidad Iberoamericana Fortalezas: Sus Carreras: Medicina Veterinaria, Agronom�a, Forestal, Alimentos y Electr�nica Investigaciones en Biotecnolog�a y en Electr�nica. Oportunidades: Cooperaci�n con el programa existente en Valparaiso Alumnos en centros de investigaci�n y empresas dedicadas a la venta y mantenimiento de equipos m�dicos.

26. Asociaciones Profesionales American Institute for Medical and Biological Engineering IEEE Engineering in Medicine and Biology International Federation for Medical and Biological Engineering American College of Clinical Engineering Organizaci�n Panamericana de la Salud Asociaci�n Chilena de Ingenier�a Hospitalaria

27. Conclusiones Se ha mostrado que los principales avances en la tecnolog�a m�dica, asociados directamente con la Ingenier�a Biom�dica, han jugado un relevante papel en el establecimiento de los sistemas de salud contempor�neos Se ha definido que se entiende por Ingenier�a Biom�dica y las tareas fundamentales que realizan los profesionales de esta especialidad dentro del sistema de salud En Chile se est�n sentando las bases para el fortalecimiento nacional de la especialidad.

28. Bibliograf�a Bronzino,J.D. (Editor) �The Biomedical Engineering Handbook, 2nd Ed. IEEE Press, 2000 Brown,B.H.; Smallwood,R.H.; Barber,D.C.; Lawford,P.V.; y Hose,D.R. �Medical Physics and Biomedical Engineering�, Institute of Physics, 2001 Carson,E. y Cobelli,C. �Modelling Methodology for Physiology and Medicine�, Academic Press, 2001 Enderle, J.; Blanchard,S. y Bronzino, J.D. �Introduction to Biomedical Engineering�, Academic Press, 2000 Webster, J.G. (Editor) �BioInstrumentation�, 2003, en Internet: http://courses.engr.wisc.edu/ecow/get/bme/310/webster/bme310bioi/