Curso Académico:
2022/23
633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica
69727 - Bioelectricidad y electrofisiología
Información del Plan Docente
Año académico:
2022/23
Asignatura:
69727 - Bioelectricidad y electrofisiología
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:
---
1.1. 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.
AGENDA 2030 Y ODS
- ODS 3: Garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades
3.d Reforzar la capacidad de todos los países, en particular los países en desarrollo, en
materia de alerta temprana, reducción de riesgos y gestión de los riesgos para la salud
nacional y mundial
Todos los temas en general
Ninguna actividad en particular. Por la naturaleza de la asignatura y la titulación la mayoría de las actividades se orientan a este objetivo
- ODS 9: Industria, innovación e infraestructuras
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
Todos los temas en general
Ninguna actividad directa. En general, todas las actividades de la asignatura, tanto clases teóricas, como prácticas y trabajos tutorizados, se encaminan a la modernización tecnológica
- ODS 9: Industria, innovación e infraestructuras
9.c Aumentar significativamente el acceso a la tecnología de la información y las comunicaciones y esforzarse por proporcionar acceso universal y asequible a Internet en los países menos adelantados de aquí a 2020
Todos los temas en general
Ninguna actividad directa. El modelado matemático y la simulación numérica, junto con el tratamiento de señales, es una da las partes esenciales de las tecnologías de la información y las comunicaciones, por lo que en general, todas las actividades de la asignatura se encaminan a esta meta
La adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir a:
• Objetivo N2: Crear autoconciencia, conciencia y sensibilidad
Meta N2.e Traer al aula experiencias externas, otros enfoques, otras realidades: Charlas Expertia, experiencias estudiantiles, casos de otros países, exposiciones, jornadas, PDI de otros centros.
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
Se recomienda que el estudiante esté familiarizado con elementos básicos de álgebra lineal así como conocimientos de
ecuaciones diferenciales oridinarias y en derivadas parciales.
El profesor encargado de impartir la docencia pertenece al área de Teoría de la Señal y Comunicaciones (Departamento
de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones).
Para el correcto desarrollo de esta asignatura es necesario que el estudiante haya cursado la asignatura de
Bioestadística y Métodos Numéricos.
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.
3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba
El estudiante tiene derecho a una prueba global que abarque toda la asignatura en primera convocatoria. En segunda convocatoria la evaluación se realizará una prueba global.
En primera convocatoria, el estudiante podrá optar por 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 tutorizados propuesto a lo largo del cuatrimestre se tendrá
en cuenta tanto la memoria presentada, su presentación oral, así 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, así como del trabajo realizado en el laboratorio.
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 tomando como referencia el trabajo de 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 (dos primeros temas del programa de la
asignatura).
Clases magistrales participativas basadas en diapositivas Power Point (resto de temas del programa de la asignatura).
Dos sesiones de prácticas tuteladas en el aula divididas en dos partes: 1) presentación tutorial del profesor acerca del
software a utilizar (OpenCOR y Matlab), y 2) trabajo individual de cada alumno con su ordenador personal o en el aula de
informática.
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. Esta actividad se realizará en el aula de forma presencial. 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).Actividades desarrolladas en espacios especiales con equipamiento
especializado (aulas informáticas). La asignatura cuenta con dos sesiones prácticas de dos horas cada una y se
realizarán en aulas informáticas. Habrá una tercera sesión para finalizar el trabajo desarrollado en las dos sesiones
previas. 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
4.5. Bibliografía y recursos recomendados
Bibliografía:
- Ferrero Corral, José María. Bioelectrónica General (I) : señales bioeléctricas / José María Ferrero Corral : Universidad Politécnica de Madrid, Escuela técnica superior de Ingenieros industriales, cátedra de electrónica, sección de publicaciones, 1981
- Gulrajani, Ramesh M. Bioelectricity and Biomagnetism / Ramesh M. Gulrajani. New York ; Chichester : John Wiley Sons, 1998
- Malmivuo, Jaakko. Bioelectromagnetism: Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields / Malmivuo, Jaakko; Plonsey, Robert. Oxford University Press 1995
- Mark, Roger G. Principles of Cardiac electrophysiology / Roger G. Mark. Massachusetts : Institute Of Technology Departments of Electrical Engineering, Mechanical Engineering, and the Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, 2004
Listado de URLs:
- Malmivuo, Jaakko; Plonsey, Robert. Bioelectromagnetism: Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields. Oxford University Press 1995. [http://www.bem.fi/book/]