Consulta de Guías Docentes



Academic Year/course: 2022/23

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

69710 - Biomechanical modeling of the cardiovascular system


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
69710 - Biomechanical modeling of the cardiovascular system
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
633 - Master's Degree in Biomedical Engineering
ECTS:
3.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The objective of the course Biomechanical Modeling of the Cardiovascular System is to provide the student with the necessary skills to create simple models to reproduce the main characteristics of the cardiovascular system. The course focuses on providing the student with a series of basic tools in computational simulation to reproduce the functional behavior of different components of the system, such as blood vessels, heart or blood flow. Models capable of simulating the main physiological conditions of organs or tissues will be presented, as well as some of the most widespread pathologies in this field. Finally, some situations of clinical interest will be presented, such as the modeling of tissue interaction with prostheses or intravascular devices.

SDG Goals:

  • Goal 3: Ensure healthy lives and promote well-being for all people of all ages. Target 3.4 Reduce by one-third the mortality from non-communicable diseases through prevention and treatment and promote mental health and well-being.
  • Goal 9: Build resilient infrastructure, promote inclusive and sustainable industrialization and foster innovation. Target 9.5 Increase scientific research and upgrade the technological capabilities of industrial sectors in all countries, in particular developing countries, including by fostering innovation and significantly increasing, by 2030, the number of research and development personnel per million population and public and private sector expenditures on research and development.

 

1.2. Context and importance of this course in the degree

The course Biomechanical Modeling of the Cardiovascular System is an elective course within the specialty in Biomechanics and Advanced Biomaterials. This specialty aims to introduce engineering tools in the biomedical context for diagnosis, prevention, therapies, device and implant design, etc. To this end, the construction of numerical models that allow mimicking the behavior of the biological tissues that make up the cardiovascular system and blood flow under different physiological or pathological conditions are of great scientific and technological interest in the context of the degree.

 

1.3. Recommendations to take this course

Students should have taken the following courses of the master's degree: Fundamentals of Anatomy, Physiology, Pathology and Therapeutics; Biomechanics and Biomaterials and Biostatistics and Numerical Methods.

2. Learning goals

2.1. Competences

Possess and understand knowledge that provides a basis or opportunity for originality in the development and/or application of ideas, often in a research context (CB.6).

That students know how to apply acquired knowledge and problem-solving skills in new or unfamiliar environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of study (CB.7).

That students are able to integrate knowledge and face the complexity of making judgments based on information that, being incomplete or limited, includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to the application of their knowledge and judgments (CB.8).

That students know how to communicate their conclusions and the ultimate knowledge and reasons that support them to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous way (CB.9).

That students possess the learning skills that will enable them to continue studying in a way that will be largely self-directed or autonomous (CB.10).

To possess the aptitudes, skills and method necessary to carry out a multidisciplinary research and/or development work in any area of Biomedical Engineering (CG.1).

To be able to use the techniques, skills and tools of engineering necessary for the resolution of problems in the biomedical and biological field (CG.2).

To be able to understand and critically evaluate scientific publications in the field of Biomedical Engineering (CG.3).

To be able to learn continuously and develop autonomous learning strategies (CG.4).

Be able to manage and use bibliography, documentation, legislation, databases, software and hardware specific to biomedical engineering (CG.5).

Be able to analyze, design and evaluate solutions to problems in the biomedical field through advanced knowledge and technologies in biomechanics, biomaterials and tissue engineering (CO.3).

 

2.2. Learning goals

To know the main characteristics that define the mechanical behavior of the tissues of the cardiovascular system.

To identify the mathematical models of behavior (elastic, hyperelastic, inelastic, etc.) that best reproduce the properties of each type of tissue (heart, arteries and veins), as well as the behavior of blood.

To know how to apply numerical methodologies to model the behavior of the different biological structures that compose the cardiovascular system.

To be able to apply numerical methodologies to analyze and model blood flow and its interaction with the vessels and the heart.

Know how to apply numerical methodologies to analyze and study the interaction of the cardiovascular system with medical devices and implants.

2.3. Importance of learning goals

Nowadays, computational models have become increasingly important. Together with the development of analytical models and experimental studies. They have allowed important advances in different fields, such as a better understanding of numerous cardiovascular pathologies, improvements in their therapies or treatment, new detection methods or the development of new devices and prostheses, among many others. The skills acquired by the student in this course will allow him/her to approach this type of approaches, and to join multidisciplinary working groups, which will allow these problems to be approached from a much more comprehensive point of view. The biomedical engineer must have a broader profile that allows to build bridges between two traditionally somewhat distant fields such as engineering and biomedical sciences.

3. Assessment (1st and 2nd call)

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

In order to allow the continuous evaluation of the student who is studying the course as it is taught, the following activities are proposed with their corresponding weighting in the final grade and minimum grade for averaging

E1: Final exam (40%).

Exam with a score from 0 to 10 points. The test will consist of several theoretical-practical questions. There will be a final exams on the dates and times determined by the School. The student must obtain a minimum total score of 4 points out of 10 to average with the rest of the evaluation activities, in case of being lower the global evaluation of the whole subject will be failed.

E2: Personal work (30%).

Scoring from 0 to 10 points. In the evaluation of the tutored works proposed throughout the two-month period, both the memory presented and the suitability and originality of the proposed solution, as well as the oral presentation, will be taken into account. The student must obtain a minimum total score of 4 points out of 10 to average with the rest of the evaluation activities, in case of being lower the global evaluation of the whole course will be failed.

E3: Lab or computer practices (30%).

Scoring from 0 to 10 points. The evaluation of the practicals will be carried out through the reports presented after the practicals, as well as the work done in the laboratory or computer room. The student must obtain a minimum total score of 4 points out of 10 to average with the rest of the evaluation activities, in case of being lower the global evaluation of the whole subject will be failed.

In the case of students who choice the global evaluation, the final exam will include questions of the theoretical part with a value of 70% and of the practices whose final value will be 30%.

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. It promotes the continuous development of the matter and the relationship between the different parts of this course. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures where the main contents are presented and discussed; practice sessions where different activities related to the main contents would be planned practice tasks, homework, and specific research activities.

Students are expected to participate actively in the class throughout the semester.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  • A01 Lectures (20 hours). The main course contents are presented and student participation is encouraged.
  • A03 Practice sessions (8 hours). Different practice sessions are carried out. Notes for each practice session where the different activities are planned will be available before the session. In the following days after the practice session, the student should hand in a report of the corresponding lab session.
  • A05 Assignments. Different activities/tasks are proposed related to theoretical contents or the research in this field.
  • A06 Tutorials. Students may ask any questions they might have about unclear contents of the course.
  • A08 Assessment (4 hours). The student will take an exam and submit several reports derived from the computer lab sessions and the assignments.
  • Autonomous work and study.

Activities A05 Assignments, A08 Assessment and autonomous work will account for 48 hours.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

  1. Introduction
  2. Composition, structure and functionality of the tissues of the cardiovascular system.
  3. Elastic behaviour models for cardiovascular tissue.
  4. Inelastic behaviour models for cardiovascular tissue.
  5. Modelling of the blood flow.
  6. Modelling of adaptive and degenerative processes in the cardiovascular pathologies.
  7. Interaction of intravascular devices and prostheses in the cardiovascular system.

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=69310&Identificador=4985


Curso Académico: 2022/23

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

69710 - Modelado biomecánico del sistema cardiovascular


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
69710 - Modelado biomecánico del sistema cardiovascular
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica
Créditos:
3.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

El objetivo de la asignatura Modelado biomecánico del sistema cardiovascular es dotar al estudiante de las capacidades necesarias para realizar modelos simples que permitan reproducir las principales características del sistema cardiovascular.  La asignatura se centra en proporcionar al estudiante una serie de herramientas básicas en simulación computacional que permita reproducir el comportamiento funcional de distintos componentes del sistema, como son los vasos sanguíneos, corazón o flujo sanguíneo. Se presentarán modelos capaces de simular las principales condiciones fisiológicas de los órganos o tejidos, así como algunas de las patologías más extendidas en este ámbito. Por último, se presentarán algunas situaciones de interés clínico, como puede ser el modelado de la interacción del tejido con prótesis o dispositivos intravasculares.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible,  ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas  concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura  proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

  • Objetivo3: Garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades. Meta 3.4 Reducir en un tercio la mortalidad prematura por enfermedades no transmisibles mediante la prevención y el tratamiento y promover la salud mental y el bienestar.
  • Objetivo 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación. Meta 9.5 Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos  los  países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de  personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura Modelado Biomecánico del Sistema Cardiovascular es una asignatura optativa enmarcada en la especialidad en Biomecánica y Biomateriales Avanzados. Esta especialidad pretender dar a conocer herramientas ingenieriles en el contexto biomédico tanto para diagnóstico, prevención, terapias, diseño de dispositivos e implantes, etc. Para ello, la construcción de modelos numéricos que permitan mimetizar el comportamiento de los tejidos biológicos que constituyen el sistema cardiovascular y del flujo sanguíneo ante diferentes condiciones fisiológicas o patológicas son de gran interés científico y tecnológico en el contexto de la titulación.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Los alumnos deberían haber cursado las asignaturas troncales del máster, especialmente Fundamentos de Anatomía, Fisiología, Patología y Terapéutica; Biomecánica y Biomateriales y Bioestadística y Bioestadística y Métodos Numéricos.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

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

Conocer las características principales que definen el comportamiento mecánico de los tejidos del sistema cardiovascular.

Identificar los modelos matemáticos de comportamiento (elástico, hiperelástico, inelástico, etc.) que mejor reproducen las propiedades de cada tipo de tejido (corazón, arterias y venas), así como del comportamiento de la sangre.

Saber aplicar metodologías numéricas para modelar el comportamiento de las diferentes estructuras biológicas que componen el sistema cardiovascular.

Estar en condiciones de aplicar metodologías numéricas para analizar y modelar el flujo sanguíneo y su interacción con los vasos y el corazón.

Saber aplicar las metodologías numéricas para analizar y estudiar la interacción del sistema cardiovascular con dispositivos médicos e implantes.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Hoy en día, los modelos computacionales han ido adquiriendo una importancia cada vez más creciente. Conjuntamente con el desarrollo de modelos analíticos y estudios experimentales han permitido importantes avances en distintos ámbitos, como son la mejor comprensión de numerosas patologías cardiovasculares, mejoras en las terapias o tratamiento de las mismas, nuevos métodos de detección o el desarrollo de nuevos dispositivos y prótesis, entre otras muchas. Las competencias adquiridas por el estudiante en la presente asignatura le permitirán abordar este tipo de planteamientos, e incorporarse en grupos de trabajo de índole multidisciplinar, que permitirán plantear estos problemas desde un punto de vista mucho más integral. El ingeniero biomédico debe poseer un perfil más amplio que permita lanzar puentes entre dos campos tradicionalmente algo distantes como son la ingeniería y las ciencias biomédicas.

3. Evaluación

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

Para permitir la evaluación continuada del estudiante que vaya estudiando la asignatura a medida que se imparte, se plantean las siguientes pruebas con su correspondiente ponderación en la calificación final y nota mínima para promediar

  • E1: Examen final (40%).

Examen con puntuación de 0 a 10 puntos. La prueba constará de diversas cuestiones teórico-prácticas. 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. El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4 puntos sobre 10 para promediar con el resto de actividades de evaluación, en caso de ser inferior la evaluación global de toda la asignatura será suspensa

  • E2: Trabajos prácticos tutorizados (30%).

Puntuación de 0 a 10 puntos. En la evaluación de los trabajos tutorizados propuestos a lo largo del bimestre se tendrá en cuenta la idoneidad y originalidad de la solución propuesta, la relación con los conceptos aprendido en clase, así como la presentación oral.  El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4 puntos sobre 10 para promediar con el resto de actividades de evaluación, en caso de ser inferior la evaluación global de toda la asignatura será suspensa

  • E3: Prácticas de la asignatura (30%).

Puntuación de 0 a 10 puntos. La evaluación de las prácticas se realizará a través de los informes presentados posteriormente a las mismas, así como del trabajo realizado en el laboratorio o sala de ordenadores. Podrá requerir de la obtención de algún resultado teórico previo relacionado con el contenido de la práctica. El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4 puntos sobre 10 para promediar con el resto de actividades de evaluación, en caso de ser inferior la evaluación global de toda la asignatura será suspensa.

Para el caso de estudiantes que opten por la evaluación global, tanto en primera como en segunda convocatoria, en el examen escrito se incluirán preguntas de la parte teórica con un valor del 70% y de las prácticas cuyo valor final será del 30%.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje se desarrollará en varios niveles: clases expositivas por parte del profesor en las que se fomentará la participación del estudiante, clases prácticas, realización de actividades y trabajos prácticos de aplicación y/o investigación. La metodología que se propone trata de fomentar el trabajo continuado del estudiante y la interrelación entre los diferentes tipos de actividades de la asignatura.

4.2. Actividades de aprendizaje

A01 Clase magistral participativa (20 horas). Exposición por parte del profesor de los principales contenidos de la asignatura. 

A03 Prácticas. ( 8 horas). Se realizarán varias prácticas . Para el desarrollo de las prácticas se tendrán unos guiones que el alumno deberá leerse antes de la práctica, planteándose una serie de actividades a realizar durante las mismas. Posteriormente a la finalización de las prácticas se deberá entregar un informe debidamente cumplimentado.

A05 Realización de trabajos prácticos de aplicación o investigación. Al principio de curso se explicará el trabajo a realizar. Será un trabajo orientado a la aplicación de los conocimientos teóricos presentados en la asignatura. Se deberá presentar oralmente ante el resto de estudiantes en castellano o inglés.

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

1: Introducción

2: Composición, estructura y funcionalidad de tejidos del sistema cardiovascular.

3: Modelos elásticos del comportamiento del tejido cardiovascular.

4: Modelos inelásticos del comportamiento del tejido cardiovascular.

5: Modelado del flujo sanguíneo.

6: Modelado de los procesos adaptativos y degenerativos en patologías del sistema cardiovascular.

7: Interacción de dispositivos e implantes con el sistema cardiovascular.

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

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.

La asignatura se imparte en cuatrimestre de primavera. Entre las principales actividades previstas se encuentran la exposición de los contenidos teóricos-prácticos y resolución de problemas, la realización de prácticas 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 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 exámenes parciales, 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/ > (o bien en el servidor Alfresco del Máster).

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=69710