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Curso : 2020/2021

69327 - Bioelectricidad y electrofisiología


Información del Plan Docente

Año académico:
2020/21
Asignatura:
69327 - Bioelectricidad y electrofisiología
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
547 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica
Créditos:
3.0
Curso:
547 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica: 1
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
Periodo de impartición:
330 - Segundo semestre
547 - Segundo semestre
547 - Segundo semestre
547 - Segundo semestre
Clase de asignatura:
547 - Optativa
330 - Complementos de Formación
Materia:
---

1.Información Básica

1.1.Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El objetivo principal de la asignatura Bioelectricidad y Electrofisiología es introducir al estudiante los principios de bioelectricidad relacionados con la electrofisiología cardiaca, haciendo énfasis no sólo en los principios físicos, sino también en los aspectos numéricos asociados. El curso proveerá al estudiante las herramientas básicas para llevar a cabo trabajos de investigación en la simulación numérica de la electrofisiología cardiaca. A pesar de que la aplicación fundamental alrededor de la cual se plantea la asignatura es la electrofisiología cardiaca, los aspectos numéricos se concentran en la solución de la clase de problemas del tipo reacción-difusión presente en numerosos problemas de biología.

1.2.Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura Bioelectricidad y Electrofisiología es una asignatura optativa enmarcada dentro de las Tecnologías Horizontales, que pueden servir a las dos especialidades del máster. Junto con la asignatura Tratamiento de Señales biológicas, permite que el estudiante lleve a cabo investigación en la simulación de electrofisiología cardiaca de patologías como la isquemia o determinadas canalopatías, así como también la simulación del efecto de fármacos anti-arrítmicos. Asimismo, la generalidad de las ecuaciones y modelos matemáticos tratados, permiten que los estudiantes que cursen esta asignatura junto a otras asignaturas como mecanobiología celular puedan llevar a cabo investigaciones en el área de ingeniería de tejidos.

Los objetivos de esta asignatura se construyen sobre los resultados del aprendizaje obtenidos de asignaturas como 1) Fundamentos de Anatomía, Fisiología, Patología y Terapéutica: i) reconocer todos los componentes y orgánulos de una célula tipo y saber sus funciones además de identificar diferentes tipos celulares y saber su organización en un determinado tejido; ii) reconocer diferentes tejidos así como su localización y función dentro del organismo. 2) Bioestadística y Simulación Numérica: i) métodos de resolución numérica de ecuaciones y sistemas de ecuaciones diferenciales de sistemas biológicos; ii) métodos de resolución numérica de ecuaciones en derivadas parciales que describen sistemas biológicos. 3) Tratamiento de señales e imágenes biomédicas: i) origen y los mecanismos de generación de las señales e imágenes biomédicas; ii) comprensión y realización de tareas típicas de procesamiento de señales e imágenes médicas, como filtrado, acondicionamiento, detección de eventos, estimación de parámetros, segmentación.

 Los resultados del aprendizaje obtenidos en esta asignatura se podrán utilizar en la realización del proyecto fin de máster, así como en la investigación en simulación electrofisiológica. Sin embargo, debido al carácter general del tratamiento numérico de las ecuaciones, los métodos numéricos y algoritmos aquí descritos podrán emplearse en otros ámbitos como la mecanobiología celular y tisular.

1.3.Recomendaciones para cursar la asignatura

El profesor encargado de impartir la docencia pertenece al área de Teoría de la Señal y Comunicaciones (Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones).

 

2.Competencias y resultados de aprendizaje

2.1.Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación (CB. 6)

Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio (CB.7)

Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimiento y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios (CB.8)

Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades (CB.9)

Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo (CB.10)

Poseer las aptitudes, destrezas y método necesarios para la realización de un trabajo de investigación y/o desarrollo de tipo multidisciplinar en cualquier área de la Ingeniería Biomédica (CG.1)

Ser capaz de usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la resolución de problemas del ámbito biomédico y biológico (CG.2)

Ser capaz de comprender y evaluar críticamente publicaciones científicas en el ámbito de la Ingeniería Biomédica (CG.3)

Ser capaz de aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo (CG.4)

Ser capaz de gestionar y utilizar bibliografía, documentación, legislación, bases de datos, software y hardware específicos de la ingeniería biomédica (CG.5)

Ser capaz de analizar, diseñar y evaluar soluciones a problemas del ámbito biomédico mediante conocimientos y tecnologías avanzados de biomecánica, biomateriales e ingeniería de tejidos (CO.3)

2.2.Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Conocer los principios de la electrofisiología cardiaca

Conocer los modelos bioeléctricos de la membrana celular y los canales iónicos

Conocer los modelos de potencial de acción de células cardiacas

Conocer los métodos de resolución numérica de las ecuaciones de bioelectricidad.

Comprender la sinergia entre las diferentes escalas presentes en el problema de electrofisiología cardiaca.

2.3.Importancia de los resultados de aprendizaje

La importancia de los resultados de aprendizaje diseñados para esta asignatura radica en los conocimientos adquiridos en bioelectricidad tanto en los aspectos físicos como en la modelización y resolución numérica de las ecuaciones asociadas. Estos conocimientos permitirán al estudiante investigar en la simulación de electrofisiología para el estudio de patologías así como para la evaluación del efecto de fármacos. En la asignatura se abordarán los aspectos relacionados con la naturaleza multi-escala del problema describiendo las particularidades tanto a nivel de modelización como de resolución numéricas asociadas con cada escala. Con esto se pretende que el estudiante comprenda la sinergia entre los eventos que se suceden en cada nivel y su implicación sobre los restantes. Este enfoque dota al estudiante con la capacidad para relacionar los mecanismos microscópicos y mesoscópicos relacionados con la señal observada a nivel de superficie, esto es, el electrocardiograma.

3.Evaluación

3.1.Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación

  • E1: Examen final (50%).

Examen escrito, con puntuación de 0 a 10 puntos, común para todos los grupos de la asignatura. La prueba consiste en cuestiones teórico-prácticas y duración estimada 2h.

El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4.0 puntos sobre 10 en el examen final.  Se dispondrá de una prueba global en cada una de las convocatorias establecidas a lo largo del curso, en las fechas y horarios determinados por la Escuela.

  • E2: Trabajos prácticos tutorizados (30%).

Puntuación de 0 a 10 puntos. En la evaluación de un trabajo tutorizado propuesto a lo largo del cuatrimestre se tendrá en cuenta tanto la memoria presentada como la idoneidad y originalidad de la solución propuesta. 

  • E3: Prácticas de laboratorio (20%).

Puntuación de 0 a 10 puntos. La evaluación de las prácticas se realizará a través de los informes presentados en las mismas.

Para aprobar la asignatura es necesario que el alumno obtenga un cuatro en cada una  de las partes.

4.Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1.Presentación metodológica general

La metodología docente de la asignatura se basa en:

 

Clases magistrales participativas basadas en diapositivas Power Point 

Dos sesiones de prácticas tuteladas con trabajo individual de cada alumno con su ordenador personal.

Una sesión tutelada acerca del trabajo de la asignatura.

4.2.Actividades de aprendizaje

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

A01 Clase magistral participativa (22 horas).Exposición por parte del profesor de los principales contenidos de la asignatura. La clase comprenderá la exposición del tema con ejemplos prácticos, donde proceda, para demostrar los conceptos impartidos. Adicionalmente, la asignatura contará con un seminario de dos horas impartido por un experto invitado. 

A03 Prácticas de laboratorio. (6 horas). La asignatura cuenta con dos sesiones prácticas de dos horas cada una. Para cada práctica el alumno deberá preparar un temario de los conceptos discutidos en clase entregando un guion al final de la misma, el cual estará disponible en el anillo digital docente de la Universidad de Zaragoza. La práctica se evaluará de acuerdo a los resultados presentados en los guiones, siendo esta nota la correspondiente a la evaluación E3 (prácticas de laboratorio) correspondiente a un 20% de la nota final. 

A05 Realización de trabajos prácticos de aplicación o investigación. Se asignará un trabajo para llevar a cabo de forma individual, que consiste en la resolución de un problema de simulación en electrofisiología. Cada alumno hará entrega de una memoria. La evaluación se llevará a cabo de acuerdo a lo establecido en el punto E2 de la sección de evaluación de esta guía. 

A06 Tutoría. Horario de atención personalizada al alumno con el objetivo de revisar y discutir los materiales y temas presentados en las clases tanto teóricas como prácticas. 

A08 Evaluación. Conjunto de pruebas escritas teórico-prácticas y presentación de informes o trabajos utilizados en la evaluación del progreso del estudiante. El detalle se encuentra en la sección correspondiente a las actividades de evaluación

4.3.Programa

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

Electrofisiología de células cardiacas

Principios físicos de electrofisiología

Modelos bioeléctricos de la membrana celular y canales iónicos

Modelos de potencial de acción

Modelos de propagación del potencial de acción en tejido

Solución numérica de la propagación del potencial de acción

Resolución del potencial extracelular. Solución del Torso

4.4.Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

El calendario de la asignatura, tanto de las sesiones presenciales en el aula como de las sesiones de laboratorio, estará determinado por el calendario académico que el centro establezca para el curso correspondiente. El calendario de presentación de trabajos se anunciará convenientemente al inicio de la asignatura.

Entre las principales actividades previstas se encuentran la exposición de los contenidos teóricos, el planteamiento y resolución de problemas, la realización de prácticas de laboratorio y la realización de trabajos prácticos tutorizados relacionados con los contenidos de la asignatura.

Las fechas de inicio y fin de las clases teóricas y de problemas, así como las fechas de realización de las prácticas de laboratorio y las pruebas de evaluación global serán las fijadas por la Escuela de Ingeniería y Arquitectura y publicadas en la página web del máster (http://www.masterib.es). Las fechas de entrega y seguimiento de los trabajos prácticos tutorizados se darán a conocer con suficiente antelación en clase y en la página web de la asignatura en el anillo digital docente, https://moodle.unizar.es/.

4.5.Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=69327


Curso : 2020/2021

69327 - Bioelectricity and electrophysiology


Información del Plan Docente

Academic Year:
2020/21
Subject:
69327 - Bioelectricity and electrophysiology
Faculty / School:
110 -
Degree:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
547 - Master's in Biomedical Engineering
ECTS:
3.0
Year:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
547 - Master's in Biomedical Engineering: 1
Semester:
330 - Second semester
547 - Second semester
547 - Second semester
547 - Second semester
Subject Type:
547 - Optional
330 - ENG/Complementos de Formación
Module:
---

1.General information

1.1.Aims of the course

1.2.Context and importance of this course in the degree

1.3.Recommendations to take this course

2.Learning goals

2.1.Competences

2.2.Learning goals

2.3.Importance of learning goals

3.Assessment (1st and 2nd call)

3.1.Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

4.Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1.Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures, computer lab sessions, assignments, tutorials, and assessment. 

4.2.Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  • A01 Lectures (22 hours). The teacher explains the main contents of the course with the support of PowerPoint slides and illustrative examples. The main source of information is the work by Prof. Roger G. Mark, 2004 Principles Of Cardiac Electrophysiology. Massachusetts Institute Of Technology Departments of Electrical Engineering, Mechanical Engineering, and the Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology as a reference (topics 1-2). This activity take place in the classroom. Additionally, there will be a seminar given by an invited expert on the topic.
  • A03 Computer lab sessions (6 hours). Activities developed in rooms with computing equipment (computer science rooms). For each 2-hour session, the students will prepare the concepts previously studied in class and will write a report with the main results and conclusions of the session. The third session will be used to finish the work done in the previous sessions. These sessions will be evaluated according to the submitted reports. The obtained score —E3 evaluation (practice sessions)— will correspond to 20% of the final score. Each session will deal with:
    • 1) presentation of the software (OpenCOR and Matlab) by the teacher. 
    • 2) individual work of the students in their personal computers or in the computer science room.
  • A05 Assignments. An individual assignment consisting of the solving of an electrophysiological simulation problem. Each student will present a report with the main results and conclusions. Evaluation will be performed according to E2 evaluation point of this guide.
  • A06 Tutorials. Sessions agreed with the students with the objective of reviewing and discussing the materials and topics studied during the course, both theoretical and practical.
  • A08 Assessment. A set of theoretical and practical tests and reports used in the evaluation of the student's progress. Further explanation about the evaluation is given in the Assessment section.

4.3.Syllabus

The course will address the following topics:

  1. Cardiac cell electrophysiology
  2. Physical principles of electrophysiology
  3. Bioelectric models of the cellular membrane and ionic channels
  4. Action potential modelling
  5. Action potential propagation, tissue models
  6. Numerical solution of action potential propagation
  7. Solution for the extracellular potential. Solution for the torso

4.4.Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the EINA website.

 

4.5.Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=69327