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Academic Year/course: 2023/24

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

69706 - Modeling the mechanical behaviour of musculoskeletal tissues


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
69706 - Modeling the mechanical behaviour of musculoskeletal tissues
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

The subject entails an understanding of the mechanical behaviour of biological tissues under different physiological and pathological conditions. In addition, the student will be provided with the necessary skills to define a model of any biological structure taking into account its main characteristics from a mechanical point of view (large deformations, anisotropy, strain rate dependence, etc.). The student must also be able to understand its limitations and interpret the results that can be obtained from the modelling.

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. Objective 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 use engineering techniques, skills and tools necessary to solve biomedical and biological problems (CG.2).
  • 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 know the main characteristics that define the mechanical behaviour of the tissues of the musculoskeletal system.
  • To identify the mathematical models of behaviour (elastic, hyperelastic, inelastic, etc.) that best reproduce the properties of each type of tissue (bone, cartilage, ligament, muscle) under each type of load.

To know how to apply the finite element methodology to solve numerically the behaviour of biological structures.

3. Syllabus

The program offered to the student to help them achieve the expected results includes the following activities:

 

1. Musculoskeletal system: computational modelling of the biomechanics and mechanobiology of biological tissues.

2. Bone tissue

3. Dense connective tissue. Ligaments and tendons

4. Musculoskeletal tissue

4. Academic activities

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

A01 Participative master class(18 hours): Presentation by the teachers of the main contents of the subject. 

A03 Computer practice (8 hours).

Several computer practices will be carried out. For the development of the practices there will be some scripts that the student will have to read before the practice, proposing a series of activities to be carried out during the same. 

A05 Performance of practical application or research activities/work.

As the term develops, activities and works related to the subject and to the computer practices that will be carried out will be proposed.

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

A08Assessment: Set of theoretical-practical written tests and submission 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. (1 hour) 

The rest of the activities (including tutorials-A05, evaluations-A08, deliverables, and personal study) amount to 48 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 several theoretical and practical questions.

  • E2: Computer practices, activities and tutored work (60%).

The evaluation of the practical sessions, activities and tutored work (60%) will take into account both the report presented and the suitability and originality of the proposed results. A series of tasks/activities will be proposed in the practical sessions script and the assignments will be directly related to each of them. 

 

The student must obtain a minimum total grade of 4.5 points out of 10 in each of the assessment activities (exam and computer practices and tutored work).If this minimum is not obtained, there will be a global test in each of the calls established throughout the academic year, on the dates and times determined by the School. The global test will consist of an exam with theoretical and practical questions and questions related to the practical sessions.


Curso Académico: 2023/24

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

69706 - Modelado del comportamiento de tejidos músculo-esqueléticos


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
69706 - Modelado del comportamiento de tejidos músculo-esqueléticos
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 de la asignatura

La asignatura debe implicar un entendimiento del comportamiento mecánico de los tejidos biológicos ante diferentes condiciones fisiológicas y patológicas. Además se dotará al estudiante de las habilidades necesarias para definir un modelo de cualquier estructura biológica teniendo en cuenta sus principales características desde un punto de vista mecánico (grandes deformaciones, anisotropía, dependencia de la velocidad de deformación, etc.). Así mismo el estudiante tiene que saber comprender sus limitaciones e interpretar los resultados que se pueden obtener del modelado.

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 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 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

  • Saber las características principales que definen el comportamiento mecánico de los tejidos del sistema músculo-esquelético.
  • Identificar los modelos matemáticos de comportamiento (elástico, hiperelástico, inelástico, etc.) que mejor reproducen las propiedades de cada tipo de tejido (hueso, cartílago, ligamento, músculo) ante cada tipo de carga.
  • Saber aplicar la metodología de elementos finitos para resolver numéricamente el comportamiento de estructuras biológicas.

3. Programa de la asignatura

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes lecciones:
 
1. Sistema músculo-esquelético: Modelado computacional de la biomecánica y mecanobiología de los tejidos biológicos.
2. Tejido óseo
3. Tejido conjuntivo denso. Ligamentos y tendones
4. Tejido músculo-esquelético

4. Actividades académicas

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

A01 Clase magistral participativa (18 horas).Exposición por parte del profesor de los principales contenidos de la asignatura. 

A03 Prácticas de ordenador (8 horas).

Se realizarán varias prácticas de ordenador. 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. 

A05 Realización de actividades/trabajos prácticos de aplicación o investigación.

Conforme se desarrolle el curso se irán proponiendo actividades y trabajos relacionados con la asignatura y con las prácticas de ordenador que se vayan llevando a cabo.

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 entrega de informes o de las actividades y trabajos utilizados en la evaluación del progreso del estudiante. El detalle se encuentra en la sección correspondiente a las actividades de evaluación. (1 horas) 

Al resto de actividades (incluidos trabajos tutorados-A05, evaluaciones-A08, entregables, y estudio personal) le corresponden 48 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 de diversas cuestiones teórico-prácticas.

  • E2: Prácticas de ordenador, actividades y trabajos tutorizados (60%).

Puntuación de 0 a 10 puntos. En la evaluación de las prácticas, actividades y trabajos tutorizados (60%) se tendrá en cuenta tanto la memoria presentada, como la idoneidad y originalidad de los resultados propuestos. En el guión de las prácticas se propondrán una serie de tareas/actividades y los trabajos estarán directamente relacionados con cada una de las sesiones prácticas. 

 

El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4.5 puntos sobre 10 en cada una de las actividades de evaluación (Examen y prácticas de ordenador y trabajos tutorizados). 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 las fechas y horarios determinados por la Escuela. La prueba global consistirá en un examen con cuestiones teórico prácticas y cuestiones relativas a las prácticas.