En este informe se detalla a fondo todo sobre el significado de la Bioingeniería, sus principales objetivos, su historia, y trabajos realizados. En al bioingeniería existen muchas ramas de las cuales explicaremos solo una, que es el desarrollo de las prótesis sobre todo las prótesis mioeléctricas que son aplicadas para el bienestar de las personas con algún tipo de discapacidad.
Palabras clave – ingenieurbiologie, Electrodo, Tejidos blandos, Mioeléctricas.
Tener un significado claro sobre la Bioingeniería.
Saber cuál es el propósito principal por la cual existe la Bioingeniería
Examinar a fondo una de las ramas que abarca la Bioingeniería.
2.1 DEFINICIÓN DE LA BIOINGENIERÍA
La bioingeniería o también conocida como ingeniería biológica se lo define una solución para los problemas que existen en los medios naturales como por ejemplo las ciencias biológicas, ciencias médicas, la aparición de fenómenos, la inestabilidad de los suelos, etc. Todo esto acompañado de la ingeniería. [Fig.1]
Fig. 1. Tipos de trabajos relacionados a la Bioingeniería. [1]
2.1.1 TÉCNICAS DE LA BIOINGENIERÍA
Es como una rama de la vida que ha desarrollado una ciencia para mejorar el estilo de vida de los seres vivos y del medio ambiente, desarrolla avances de una manera confiable en las ciencias médicas siendo responsable en su desarrollo de tecnología y sostenible para el uso en la comunidad.
2.1.2 HISTORIA SOBRE LA BIOINGENIERÍA
Se inició desde la segunda guerra mundial cuando el personal médico en conjunto con los investigadores de la biología necesitaban tener laboratorios cómodos que cumplan todas las necesidades para sus investigaciones, de esta forma utilizaban técnicas sencillas de la ingeniería y aumentando sus conocimientos; con esto diseñaron muchos instrumentos que llegaron a completar sus laboratorios; que encajaron de una forma cómoda para todas sus prácticas. Uno de los primeros equipos que más deseaban era un soplador de vidrio entre ello conocimientos de un carpintero y de una mecánico; de esta forma comenzaron a desarrollar nuevas tecnologías para equipar y mejorar cada vez sus laboratorios; lo que causo que los biólogos tuvieran más fundamento y principios sobre el campo de la electrónica y así solucionando mediante técnicas muchos problemas biológicos y problemas médicos.
ramas de la bioingeniería
La bioingeniería se divide en diferentes áreas; ya sea en la medicina, en el medio ambiente o en el cuidado y reparación de la vegetación, las áreas principales que han desarrollado tecnología son la biónica, biología aplicada, ingeniería biométrica e ingeniería ambiental.
En este documento se estudiara muy a fondo el área de la ingeniería biomédica; la ingeniería biomédica es el estudio combinado de la medicina con la ingeniería desarrollando una ciencia de tecnología para el cuerpo humano. Como objetivo crear la relación entre hombre y máquina, de esta forma poder reconstruir partes humanas sustituyendo con estructuras que cumplan la función de la parte dañada, a la vez construir y desarrollar instrumentos para ver el diagnóstico del cuerpo humano; de tal forma existe un impacto tanto de la medicina como de la ingeniería. Con el pasar de los años ha ido aumentando la complejidad de tecnología que aplican a los instrumentos médicos; de esta forma los hospitales cada vez van necesitando más de los bioingeniería en coordinación con los médicos, psicólogos y hasta los mismo biólogos. [Fig.2]
Fig. 2. Ejemplo de una prótesis, una rama perteneciente a la Bioingeniería.
La ingeniería que se ha aplicado en todos los equipos médicos ha permitido realizar varios tratamientos para curar todas las enfermedades que existen en todos los seres vivos.
En este documento se desarrollará el estudio sobre las prótesis para el cuerpo humano, estas prótesis reemplazan partes dañadas con el objetivo de cumplir la función de aquella parte defectuosa, para estos se han desarrollado muchos tipos de prótesis externas e internas, mecánicas y eléctricas, etc.
LA bioingeniería en la creación de prótesis
Las prótesis que se han ido desarrollando con el pasar de los años son aparatos electrónicos o mecánicos que tiene una principal función reemplazar partes del cuerpo humano que estén defectuosas o dañadas ya sea x alguna enfermedad o golpe. [Fig.3]
Fig. 2. Tipos de Prótesis. [5]
4.1 TIPOS DE PRÓTESIS
4.1.1 PROTESIS BUCALES
1. Obtura trices: Estas prótesis son diseñadas para reemplazar al maxilar superior en caso de que el maxilar este defectuoso o dañado.
1.2 mandibulares: es la sustitución de la sustancia ósea, perteneciente al maxilar inferior.
1.3 velo faríngeas: este sirve para obturar la pérdida de tejidos pertenecientes al paladar.
4.2 PROTESIS COSMETICA FACIALES:
4.2.1 ORBITARIAS: este caso de da cuando hay exéresis perteneciente al apéndice nasal.
4.2.2 AURICULARES: se lo puede denominar un reemplazo cuando está mal el pabellón de la oreja.
4.2.3 FACIALES EXTENSAS: este caso es cuando existen más de una lesión facial.
4.3. PRÓTESIS SOMÁTICAS:
Son prótesis que se utilizan generalmente en partes del cuerpo excepto el rostro, como puede ser dedos, senos, manos, pezón, etc.
4.4. PRÓTESIS INTERNAS:
Estas prótesis son implementadas solo en cirugías para reemplazar medios internos como toráxicos, rellanos faciales, etc.
4.5. PRÓTESIS MECÁNICA:
Estas prótesis son dispositivos que remplazan por lo general extremidades del cuerpo, estos son unidos mediante cintas de agarre o cables, una vez ya incorporada la prótesis el movimiento de la misma depende de la energía con la que se mueva ya que está diseñada para realizar movimientos de tensión para la funcionalidad. [Fig.4]
Fig. 4. Ejemplo de una prótesis mecánica. [2]
4.6. PRÓTESIS MIOELÉCTRICAS:
Son prótesis controladas por medio de unas reacciones mioeléctricas, en si son prótesis armadas eléctricamente que en la actualidad son utilizados como miembros artificiales, ya que cumplen una fuerza parecida al miembro reemplazado o mayor y con un movimiento de gran precisión. [Fig.5]
Fig. 5. Ejemplo de ondas de una señal mioeléctrica. [5]
4.6.1 IMPULSO NERVIOSO
Este tipo de control mioeléctrico es un tipo de controlador muy popular, el principio de este control se da cuando un musculo se contrae formando me produce como información una señal tipo eléctrica llamada (EMG), que se crea por interacciones que forman el cuerpo humano formando señales de voltajes bajos de 5&µV a 20&µV, para identificar estas señales se utilizan electrodos que están en permanente contacto con la piel en donde se añade la prótesis, una vez obtenida la señal es amplificada por un circuito interno el cuál controla los motores para girar según sea la necesidad de la persona que lo esté usando, puede ser el movimiento de un codo, muñeca, mano dedos, etc. Formando movimientos en coordinación. Tiene una técnica basada en suspensión, que son los bloqueos de los tejidos ya sean blandas o sean esqueleto. [Fig.6]
Fig. 6. Proceso de control de una prótesis mioeléctrica. [3]
Su desventaja es que utiliza una batería la cual requiere un mantenimiento para recargar y desechar la batería en caso de necesitarlo, también el pero de una prótesis eléctrica tiende a ser más pesada que otro tipo de prótesis. [Fig.7]
Fig. 7. Ejemplo de una prótesis mioeléctrica de un brazo. [5]
Existen dos tipos de electrodos
a) Electrodo seco
b) Electrodo con gel [Fig.8]
Fig. 8. Forma de un electrodo. [9]
4.6.2 VENTAJAS y DESVENTAJAS DE LAS PRÓTESIS MIOELÉCTRICAS
VENTAJAS
La primera ventaja mes importante de las prótesis mioeléctricas es su manejo sencillo tan solo con la flexión de los músculos que son detectadas por electrodos los cuales están conectados al control de la prótesis.
La fuerza que ejerce estos tipos de prótesis son muy semejantes al de las del cuerpo humano ya que tiene una gran igualdad de funcionamiento y de trabajo o fuerza.
Esta prótesis tiene un sistema o técnica de mantener los tejidos de tipo blando y no causa succión.
DESVENTAJAS
Tomando en consideración que son prótesis eléctricas y de control tiende a ser más pesadas que la prótesis tradicional.
Otra desventaja es la batería de la prótesis que alimenta el control para generar los movimientos, por la misma esta batería tiene que en mantenimiento constante ya sea para recargarla o reemplazarla.
Puede existir movimientos no deseado o no causados que se pueden generar por las ondas electro-magnéticas
El costos de las prótesis son elevados sobretodo por los controles que son de un nivel de tecnología costosa para si elaboración.
4.6.3 APLICACIÓN DE LOS SERVOMOTORES EN LA BIOINGENIERÍA
En todas las estrategias de control que se han desarrollado con el pasar de los años son aplicaciones que relacionan a los servomotores, de esta forma pueden generar los movimientos o giros que desempeñen la función de alguna parte del cuerpo ya sea el giro que genera la mano, la muñeca, el tobillo, la rodilla, etc.
Los servomotores es la parte primordial de una prótesis mioeléctricas por tener la capacidad de controlar su velocidad y tiempo de giro que son controlados por medio de decodificadores y codificadores de las señales electro-magnéticas para ellos se utiliza un encoder, con el encoder se puede codificar la posición que está unida a un control de torques o engranajes. Por lo general los servomotores están alimentados por (c.c.) corriente continua.
4.7 PROTESIS COSMETICAS:
Se encarga de desarrollar extremidades que son artificiales, estas pueden ser de diferentes tipos de materiales, plástico, madera, etc. Existen prótesis que son diseñadas con movimientos a base de un controlador q me acciona los motores para generar el giro. [Fig.9]
Fig. 1. Prótesis cosméticas con sensores mioeléctricas. [4]
Se puede concluir que con la bioingeniería utilizando recursos naturales pertenecientes a los biólogos en combinación con la ingeniería sobretodo la ingeniería electrónica se puede desarrollar muchos tipos de prótesis y con mayor semejanza al cuerpo humano.
La bioingeniería se la puede denominar como una ciencia exacta ya que está en el estudio constante del organismo humano o en el desarrollo de prótesis como reemplazar para partes interna del cuerpo humano, con esto pretenden generar un nuevo estilo de vida deja por lado las enfermedades que causan la muerte en algunos casos tan solo con reemplazar un órgano dañado causan la muerte en algunos casos, y evitarlo tan solo con reemplazar un órgano dañado.
En esta ciencia involucra mucho a la robótica ya que para generar movimientos automáticos y de precisión de ciertas partes del cuerpo humano se necesita realizar giros de precisión y de gran exactitud con el tiempo y posición requeridos, por lo cual la robótica juega un papel muy importante.
Para generar prótesis de las mismas fuerza y funcionalidad se utilizar el diseño de arquitectos, ya que la forma robusta de alguna prótesis son complejas de realizar sobretodo la forma en generar la fuerza, ya sea de una mañana de un brazo o de un hombro, etc.
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[2]Escobar Juan, Bioingeniería [En línea], Universidad El Bosque,[fecha de consulta: 16 de junio del 2013]. Disponible en: http://www.uelbosque.edu.co/programas_academicos/pregrado/bioingenieria
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Autor:
Wilson Xavier Jaramillo Ayavaca
Carrera: Ingenieria Electrónica