Bioingeniería

Descripción

La mejora en la calidad de vida de las personas sería imposible sin los avances científicos y la evolución de los instrumentos de laboratorio y de diagnóstico en el área de la salud. La contribución de la electrónica, de sistemas de control y del análisis computarizado de los datos tiene implicaciones y retos en todos los ámbitos de la existencia humana, es en este contexto que la figura del ingeniero biomédico juega un rol fundamental como creador de la tecnología que posibilita la transformación de la sociedad. La ingeniería biomédica se configura como una realidad no del futuro, sino del presente, con un excelente trabajo en la frontera del conocimiento y en la interfaz de varias disciplinas en la que, además, se tiene la sensación de estar contribuyendo de forma positiva a la calidad de vida de la especie humana y del planeta.

VENTAJAS

• Cada capítulo inicia con el planteamiento de los objetivos del mismo y con una introducción en la que se plantean los antecedentes y una descripción de la estructura lógica de los temas expuestos.
• Durante la exposición se presentan ejemplos desarrollados detalladamente.
• Cada capítulo concluye con un resumen y una serie de preguntas propuestas.

CONOZCA

• El funcionamiento del equipo utilizado en la instrumentación biomédica.
• La tecnología que sirve de auxiliar en la medición de los diferentes sistemas que componen el cuerpo humano.
• Las normas que rigen la seguridad de las instalaciones eléctricas hospitalarias.

APRENDA A

• A identificar las características y especificaciones generales de los equipos utilizados en la instrumentación biomédica.
• Cómo operan los electrodos en la electro-estimulación.
• A distinguir los potenciales de membrana, los potenciales de reposo y los potenciales de acción.
• Cómo se desarrolla la generación y la propagación de la estimulación eléctrica en el corazón.

DESARROLLE SUS HABILIDADES PARA

• Establecer cómo se realizan mediciones indirectas de la presión sanguínea a través del tensio-manómetro y el ultrasonido; así como de los sonidos cardíacos.
• Identificar e interpretar un electroencefalograma.
• Establecer cómo se lleva a cabo la medición de la presión en el intercambio de gases en el sistema respiratorio.
• Identificar los sistemas de control de temperatura y de presión negativa en el proceso de hemodiálisis.

A QUIÉN VA DIRIGIDO

La presente obra está dirigida a estudiantes y profesores de ingeniería biomédica, así como a todo lector interesado en la materia.

CONTENIDOS

Introducción ………………………………………………………………………………………….. XV
Plataforma de contenidos interactivos …………………………………………………. XVI

CAPÍTULO 1

Introducción a la bioingeniería …………………………………………………………………1
1.1 Resumen preliminar …………………………………………………………………………3
1.2 Introducción ……………………………………………………………………………………3
1.3 Concepto de biotecnología ……………………………………………………………3
1.4 Concepto de bioingeniería ……………………………………………………………..6
1.4 .1 .1 Ingeniería clínica y hospitalaria …………………………………………..7
1.5 La bioingeniería en el mundo…………………………………………………………11
1.6 La estructura del conocimiento en la bioingeniería ……………………….17
1.7 La educación en bioingeniería ………………………………………………………19
1.8 La inserción laboral del bioingeniero ……………………………………………..21
1.9 Instrumentación médica generalizada…………………………………………..23
1.10 Conclusiones …………………………………………………………………………………24
1.11 Preguntas de repaso ……………………………………………………………………..25
1.12 Referencias ……………………………………………………………………………………26

CAPÍTULO 2

Instrumentación biomédica …………………………………………………………………….29
2.1 Resumen prelimina …………………………………………………………………………31
2.2 Introducción …………………………………………………………………………………..31
2.3 Instrumentación médica …………………………………………………………………31
2.4 Estructura general de un sistema de instrumentación biomédica ……..32
2.5 Características de la instrumentación biomédica …………………………….34
2.6 Modos de funcionamiento alternativo de
la instrumentación biomédica ……………………………………………………………35
2.7 Restricciones de las mediciones en los equipos utilizados
en la instrumentación médica ……………………………………………………….36
2.8 Criterios de diseño de los equipos utilizados para
la instrumentación médica …………………………………………………………….38
2.9 Características y especificaciones generales de los equipos
utilizados en la instrumentación médica ………………………………………..39
2.10 Conclusiones …………………………………………………………………………………41
2.11 Preguntas de repaso ……………………………………………………………………..42
2.12 Referencias ……………………………………………………………………………………44
X

CAPÍTULO 3

Los electrodos ……………………………………………………………………………………………….45
3.1 Resumen preliminar …………………………………………………………………………….47
3.2 Introducción ……………………………………………………………………………………….47
3.3 Electrodos …………………………………………………………………………………………..48
3.4 Interfaz electrodo-electrolito ………………………………………………………………49
3.5 Electrodos polarizables y los no polarizables ……………………………………….53
3.6 Sistema electrodo-piel ………………………………………………………………………..54
3.7 Diferentes tipos de electrodos …………………………………………………………….55
3.8 Electrodos para la piel: ECG, EEG y EMG ……………………………………………56
3.9 Electrodos internos, micro-electrodos y electro-estimulación …………….60
3.10 Características del gel para un electrodo ………………………………………….62
3.11 Conclusiones ………………………………………………………………………………………65
3.12 Preguntas de repaso …………………………………………………………………………..66
3.13 Referencias …………………………………………………………………………………………68

CAPÍTULO 4

Los biopotenciales eléctricos ………………………………………………………………………..69
4.1 Resumen preliminar …………………………………………………………………………….71
4.2 Introducción ……………………………………………………………………………………….71
4.3 Biopotenciales eléctricos ……………………………………………………………………72
4.4 Principios fisiológicos de los biopotenciales eléctricos ………………………..73
4.5 Potenciales de membrana, de reposo y de acción …………………………..75
4.6 Tejido excitable: células nerviosas y musculares …………………………………81
4.7 Propagación de las señales eléctricas ……………………………………………….83
4.8 Conducción volumétrica ……………………………………………………………………84
4.9 Generadores de biopotenciales: sensado, excitación y sistemas
autónomos …………………………………………………………………………………………92
4.10 Conclusiones ………………………………………………………………………………………93
4.11 Preguntas de repaso …………………………………………………………………………..94
4.12 Referencias …………………………………………………………………………………………95

CAPÍTULO 5

El sistema cardiovascular: su electrofisiología y su instrumentación…………….101
5.1 Resumen preliminar ………………………………………………………………………….103
5.2 Introducción ……………………………………………………………………………………..103
5.3 La anatomía del corazón…………………………………………………………………105
5.3.1 El corazón derecho …………………………………………………………………..106
5.3.2 El corazón izquierdo ………………………………………………………………….107
5.3.3 La estructura del miocardio ……………………………………………………..108
5.3.4 La estructura de las aurículas ……………………………………………………109
5.3.5 La estructura de los ventrículos …………………………………………………109
5.4 El corazón como una bomba …………………………………………………………..110
5.5 Los potenciales en la superficie del cuerpo …………………………………….112
5.6 El electrocardiograma y sus interpretaciones …………………………………..112
AlfAomegA BioingenieríA – Terán Pérez
XI
5.6.1 La instrumentación: el electrocardiógrafo (tipos y
características operativas) ……………………………………………………………….115
5.7 La fibrilación ventricular (FV) ……………………………………………………………..118
5.7.1 La instrumentación: el desfibrilador y la cardioversión ……………..120
5.8 Los marcapasos ……………………………………………………………………………….126
5.9 Conclusiones …………………………………………………………………………………….128
5.10 Preguntas de repaso …………………………………………………………………………129
5.11 Referencias ……………………………………………………………………………………….131

CAPÍTULO 6

El sistema cardiovascular: su biomecánica y su presión ……………………………..133
6.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………..135
6.2 Introducción ………………………………………………………………………………..135
6.3 El sistema cardiovascular como sistema hidráulico ………………………136
6.4 La onda de presión: generación, propagación y forma de onda ..143
6.5 Medición directa de la presión sanguínea con catéter ………………..145
6.6 Mediciones indirectas: el tensiómetro y el ultrasonido…………………..146
6.7 Auscultación y fonocardiografía ………………………………………………….149
6.8 Medición del caudal y del volumen de sangre …………………………….153
6.9 Conclusiones ……………………………………………………………………………….156
6.10 Preguntas de repaso ……………………………………………………………………158
6.11 Referencias ………………………………………………………………………………….159

CAPÍTULO 7

El sistema nervioso: su fisiología y su instrumentación ……………………………..163
7.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………..165
7.2 Introducción ………………………………………………………………………………..165
7.3 El sistema nervioso central ……………………………………………………………166
7.4 La célula nerviosa (neurona): distintos tipos de células nerviosas …………… 169
7.5 La anatomía y la fisiología del cerebro …………………………………………177
7.6 Las bio-potencialidades del cerebro ……………………………………………191
7.7 El electroencefalograma (EEG) y su interpretación ………………………194
7.7.1 Las diferentes ondas que tiene un encefalograma (EEG) …….198
7.8 Los potenciales evocados ……………………………………………………………205
7.9 La magnetoencefalografía ………………………………………………………….211
7.10 La estimulación cerebral a través de un electrochoque ………………213
7.11 Conclusiones ……………………………………………………………………………….214
7.12 Preguntas de repaso ……………………………………………………………………216
7.13 Referencias ………………………………………………………………………………….217

CAPÍTULO 8

El sistema respiratorio: su fisiología y su instrumentación …………………………221
8.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………..223
8.2 Introducción ………………………………………………………………………………..223
Bioingeniería – Terán Pérez alfaomega
XII
8.3 Anatomía y fisiología del sistema respiratorio ……………………………….226
8.4 Intercambio de gases en el sistema respiratorio……………………………237
8.5 Modelo del sistema respiratorio ……………………………………………………242
8.6 Medición de la presión en el sistema respiratorio ………………………….244
8.7 Medición del flujo/caudal de gas en la boca y en la nariz …………..248
8.8 Rinomanometría …………………………………………………………………………..253
8.9 Medición de volumen (pletismografía) …………………………………………254
8.10 Medición de concentración de gases en la respiración ………………256
8.11 Medición de gases en la sangre …………………………………………………..258
8.12 Conclusiones ……………………………………………………………………………….259
8.13 Preguntas de repaso ……………………………………………………………………261
8.14 Referencias ………………………………………………………………………………….263

CAPÍTULO 9

El sistema renal: hemodiálisis ………………………………………………………………….265
9.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………..267
9.2 Introducción ………………………………………………………………………………..267
9.3 Funciones y fisiología del riñón ……………………………………………………..268
9.4 Hemodiálisis: diagrama de bloques ……………………………………………..272
9.5 Descripción del sistema básico de hemodiálisis ……………………………277
9.6 Parámetros de control en la hemodiálisis ……………………………………..278
9.7 Sistemas de control de temperatura y de presión negativa………….280
9.8 Ultrafiltración ………………………………………………………………………………..281
9.9 Sistemas de seguridad: detección de hemoglobina y de aire …………..282
9.10 Otros sistemas de diálisis: instalación y bioseguridad …………………….283
9.11 Ósmosis inversa y normas ……………………………………………………………..286
9.12 Conclusiones ……………………………………………………………………………….290
9.13 Preguntas de repaso ……………………………………………………………………290
9.14 Referencias ………………………………………………………………………………….292

CAPÍTULO 10

Cirugía …………………………………………………………………………………………………..299
10.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………301
10.2 Introducción ………………………………………………………………………………301
10.3 Conceptos básicos sobre cirugía ……………………………………………….303
10.4 Principios físicos de la electrocirugía …………………………………………..304
10.5 El electro-bisturí: diagrama de bloques, circuitos típicos,
seguridad y normas ……………………………………………………………………312
10.6 Servo-cunas ……………………………………………………………………………….314
10.7 Oximetría en cirugía …………………………………………………………………..316
10.8 Robots quirúrgicos: el caso del robot Da Vinci ……………………………319
10.9 Conclusiones ……………………………………………………………………………..324
10.10 Preguntas de repaso ………………………………………………………………….326
10.11 Referencias ………………………………………………………………………………..327
AlfAomegA BioingenieríA – Terán Pérez
XIII

CAPÍTULO 11

La neonatología…………………………………………………………………………………….331
11.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………333
11.2 Introducción ………………………………………………………………………………335
11.3 Conceptos básicos de neonatología …………………………………………335
11.4 El ambiente controlado en la neonatología ………………………………335
11.5 Parámetros de control en la neonatología …………………………………345
11.6 Incubadoras: diagramas de bloques, circuitos típicos,
seguridad y normas ……………………………………………………………………352
11.7 Servocunas en neonatología ……………………………………………………..356
11.8 Oximetría en neonatología ………………………………………………………..357
11.9 Conclusiones ……………………………………………………………………………..361
11.10 Preguntas de repaso ………………………………………………………………….362
11.11 Referencias ………………………………………………………………………………..363

CAPÍTULO 12

Seguridad eléctrica y normalización en medicina …………………………………367
12.1 Resumen preliminar ……………………………………………………………………369
12.2 Introducción ………………………………………………………………………………369
12.3 Efectos biológicos de la corriente eléctrica
en el cuerpo humano ………………………………………………………………..372
12.4 Modelo físico del riesgo de choque (shock) eléctrico ………………..375
12.5 Seguridad en las instalaciones eléctricas hospitalarias:
puesta a tierra, protecciones, y alimentación de emergencia …………. 376
12.6 Microchoque y macrochoque eléctrico
(microshock y macroshock) y equipotencialidad ………………………385
12.7 Interferencias de los campos electromagnéticos ……………………….386
12.8 Normas JIS T-1022, VDE-107, NFPA-99, IRAM-4220 e IEC-601 …………387
12.9 Conclusiones ……………………………………………………………………………..411
12.10 Preguntas de repaso ………………………………………………………………….412
12.11 Referencias ………………………………………………………………………………..413
Indice analítico ……………………………………………………………………………………..417