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Academic Year/course: 2023/24

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

69704 - Computer aided prosthesis and implant design

Syllabus Information

Academic year:

2023/24

Subject:

69704 - Computer aided prosthesis and implant design

Faculty / School:

110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura

Degree:

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

ECTS:

3.0

Year:

Semester:

Second semester

Subject type:

Optional

Module:

---

1. General information

The objective of the subject Prosthesis and Implant Design using Computational Tools is to provide the student with the ability to discern which implant/prosthesis is the most suitable for a pathology, knowing how to distinguish between different types within a prosthesis/implant. The student will also acquire knowledge of the most common computational tools used in the design of prostheses and implants.

The subject focuses on the following aspects. First, the fundamentals of prosthetic and implant design will be reviewed in a general way, including both the types of implants and their biomechanical requirements.

We will also go into more detail on the above aspects, especially on the different types of biomaterials, as well as on their mechanical behaviour. The different types of implants (used in bone) that are defined according to the type of fracture will be presented in a general way. Subsequently, the mechanical and biological design factors that will be decisive in the functioning of the implant will be analysed. Once the mechanical and biological factors have been studied, the different types of prostheses indicated to solve bone fractures will be shown: hip, knee, etc. prostheses. Then, the rest of implants on the market in the dental, cardiovascular and other fields will be developed.

Finally, the legislation regulating the design of prostheses and implants in the United States (Federal Regulation of Medical Devices-FDA) and Europe (MEDDEV) will be analysed, studying the different protocols required for the implementation of a new design (clinical trials, biocompatibility, etc.).

Emphasis will be placed on the use of computational tools, mainly those based on the finite element method for the design of prostheses and implants.

https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDGs, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific targets, so that the acquisition of the learning results of the subject provides training and competence to the student to contribute to some extent to their achievement:

Goal 3: Ensure Healthy Lives and Promote Wellness for All at All Ages. Objective: 3.6: By 2020, halve the number of deaths and injuries from road traffic crashes worldwide.
Goal 9: Industry, Innovation and Infrastructure. Objective: 9.5.Enhance scientific research and improve the technological capabilities of industrial sectors in all countries, in particular developing countries, among others, by fostering innovation and significantly increasing, by 2030, the number of R&D personnel per million population and public and private sector expenditures on research and development. Object 9.b: Support the development of domestic technologies, research and innovation in developing countries, even ensuring an enabling policy environment for industrial diversification and value addition to commodities, among others.

2. Learning results

Competencies

To 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)
To know how to apply their acquired knowledge and problem-solving skills in new or unfamiliar environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of study (CB.7).
To integrate knowledge and face the complexity entailed by the formulation of judgments based on incomplete or limited information that includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to the application of their specialized knowledge and judgments (CB.8)
To communicate their conclusions and the ultimate knowledge and rationale behind them to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous manner (CB.9)
To possess the learning skills that will enable the students to continue studying in a largely self-directed or autonomous manner (CB.10).
To possess the aptitudes, skills and methods necessary to carry out multidisciplinary research and/or development work in any area of Biomedical Engineering (CG.1).
To be able to learn continuously and develop autonomous learning strategies (CG.4).
To be able to manage and use bibliography, documentation, legislation, databases, software and hardware specific to biomedical engineering (CG.5).
To be able to analyse, design and evaluate solutions to biomedical problems through advanced knowledge and technologies in biomechanics, biomaterials and tissue engineering. (CO.3)

Learning results

To be able to discern which prosthesis design is appropriate for a given pathology.
To be able to evaluate the advantages and disadvantages of different prosthesis designs, defining the variables that should be modified to counteract poor results.
To be able to use a computational tool for the design of a given prosthesis or implant.
To be able to apply the existing regulations in the field of prosthesis design.

3. Syllabus

The program offered to the student comprises the following subjects:

Introduction
Design factors
Hip prosthesis
Knee prosthesis
Dental implants
Foot implants
Prostheses and implants for the spine
Cardiovascular implants
Regulations

4. Academic activities

The learning process designed for this subject is based on the following:

A01 Participative master class(20 hours): Presentation by the teachers of the main contents of the subject.

A03 Laboratory/Computer Practices(10 hours) Computer and laboratory practices will be performed. For the development of the practices, there will be scripts that must be read before starting, with a series of activities to be carried out.

A05 Practical application or research work. The work to be done will be explained at the beginning of the term. The work will be presented in a written document of 15 to 20 pages, attaching the necessary material for the presentation of the content of the work.

A06 Tutoring: Personalized attention to students in order to review and discuss the materials and topics presented in the theoretical and practical classes.

A08 Assessment: Set of theoretical-practical written tests and presentation of reports or papers used in the evaluation of the student's progress. Details can be found in the section corresponding to the assessment activities.

The rest of the activities (including tutorials-A05, evaluations-A08, deliverables, and personal study) amount to 45 hours.

5. Assessment system

The student must demonstrate achievement of the intended learning results through the following assessment activities:

E1: Final exam (40%).

Written exam, with a grade from 0 to 10 points, common for all groups of the subject. The test will consist of a series of theoretical and practical questions and will have an estimated duration of 2 hours.

E2: Practical sessions (60%).

Graded from 0 to 10 points. The assessment of the internships will be done through the reports presented, as well as the work done in the laboratory.

The student must obtain a minimum total grade of 4 out of 10 points in each of the two tests. In order to pass the subject, the student must achieve an average grade of 5 taking into account both tests. If this minimum is not obtained, there will be a global test in each of the calls for exams established throughout the academic year on the date and at the times determined by the School. The overall test will consist of an exam with theoretical and practical questions.

Curso Académico: 2023/24

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

69704 - Diseño de prótesis e implantes mediante herramientas computacionales

Información del Plan Docente

Año académico:

2023/24

Asignatura:

69704 - Diseño de prótesis e implantes mediante herramientas computacionales

Centro académico:

110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura

Titulación:

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

Créditos:

3.0

Curso:

Periodo de impartición:

Segundo semestre

Clase de asignatura:

Optativa

Materia:

---

1. Información básica de la asignatura

El objetivo de la asignatura Diseño de Prótesis e Implantes mediante Herramientas Computacionales es dotar al alumno de la capacidad de discernir qué implante/prótesis es el más adecuado para una patología, sabiendo distinguir entre distintos tipos dentro de una prótesis/implante. Así como se dotará al alumno del conocimiento de las herramientas computacionales más habituales usadas en el diseño de prótesis e implantes.

La asignatura se centra en los siguientes aspectos. Se revisarán, en primer lugar, los fundamentos del diseño de prótesis e implantes, repasando de forma general tanto los tipos de implantes como sus requisitos biomecánicos.

A continuación se entrará más en detalle en los aspectos anteriores sobretodo en los distintos tipos de biomateriales, así como en su comportamiento mecánico. Se presentarán de forma general los distintos tipos de implantes (usados en hueso) que se definen según el tipo de fractura. Posteriormente se analizarán los factores de diseño tanto mecánicos como biológicos que van a ser determinantes en el funcionamiento del implante. Una vez estudiados los factores mecánicos y biológicos, se mostrarán los distintos tipos de prótesis indicados para solucionar las fracturas óseas: prótesis de cadera, rodilla, etc. A continuación se desarrollarán el resto de implantes en el mercado dentro del campo dental, cardiovascular y otros.

Finalmente se analizará la legislación que regula el diseño de prótesis e implantes a nivel americano (Federal Regulation of Medical Devices-FDA) y europeo (MEDDEV) estudiando los distintos protocolos necesarios para la implantación de un nuevo diseño (ensayos clínicos, biocompatibilidad, etc.)

Se enfatizará el uso de herramientas computacionales, fundamentalmente, las basadas en el método de los elementos finitos para el diseño de prótesis e implantes.

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:

Objetivo 3: Garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades. Meta 3.6: Para 2020, reducir a la mitad el número de muertes y lesiones causadas por accidentes de tráfico en el mundo.
Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras. 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. Meta 9.b: Apoyar el desarrollo de tecnologías, la investigación y la innovación nacionales en los países en desarrollo, incluso garantizando un entorno normativo propicio a la diversificación industrial y la adición de valor a los productos básicos, entre otras cosas.

2. Resultados de aprendizaje

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 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)

Resultados de aprendizaje

Ser capaz de discernir qué diseño de prótesis es el adecuado para una patología determinada.
Ser capaz de evaluar las ventajas e inconvenientes que pueden tener distintos diseños de una prótesis definiendo las variables que se deberían modificar para contrarrestar unos malos resultados.
Ser capaz de usar una herramienta computacional para el diseño de una prótesis o implantes determinado.
Ser capaz de aplicar la normativa existente en el campo del diseño de prótesis.

3. Programa de la asignatura

El programa que se ofrece al estudiante comprende las siguientes materias:

Introducción
Factores de diseño
Prótesis de cadera
Prótesis de rodilla
Implantes dentales
Implantes para pie
Prótesis e implantes para la columna vertebral
Implantes cardiovasculares
Normativa

4. Actividades académicas

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en las siguientes actividades:

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

A03 Prácticas de laboratorio/ordenador (10 horas).Se realizarán prácticas de ordenador y de laboratorio. 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 o posteriormente.

A05 Realización de trabajos prácticos de aplicación o investigación. Al principio de curso se explicará el trabajo a realizar. El trabajo se presentará en un documento escrito de 15 a 20 páginas, adjuntándose el material necesario para la presentación del contenido del trabajo.

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.

Al resto de actividades (incluidos trabajos tutorados-A05, evaluaciones-A08, entregables, y estudio personal) le corresponden 45 horas.

5. Sistema de evaluación

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

E1: Examen final (40%).

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

E2: Prácticas (60%).

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.

El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4 puntos sobre 10 en cada una de las dos pruebas. La asignatura se aprueba con un 5 de media entre las dos pruebas. En caso de no obtenerse este mínimo, se dispondrá de una prueba global en cada una de las convocatorias establecidas a lo largo del curso, en la fecha y horarios determinados por la Escuela. La prueba global consistirá en un examen con cuestiones teórico prácticas y cuestiones relativas a las prácticas.