Aplicações em Bioengenharia Aula 1 - Aplicações.ppt

Aplicações de técnicas de bioengenharia

1. Prof. André Luis Willerding
19:34 1

2. 19:34 2

3. 19:34 3
A Engenharia Biomédica é uma
área multidisciplinar que conjuga
conhecimentos
de
 química, física, biologia e
medicina
 bem como as técnicas
de
 engenharia química, engenharia
eletrônica,
 engenharia
mecânica,
 engenharia
biológica,
 engenharia dos
materiais,
 bioinformática, bioengen
haria
 e engenharia física.

4. 19:34 4
BIOTECNOLOGIA
QUÍMICABIOLOGIA
ENGENHARIA
BIOENGENHARIA ENG. QUÍMICA
BIOQUÍMICA

5. A
 
Engenharia Biomédica 
é uma área que integra
princípios das ciências exatas e ciência da saúde,
desenvolvendo abordagens inovadoras aplicadas
na prevenção, diagnóstico e terapia de doenças.
Esta área da
 Engenharia está em grande
expansão e se dedica ao desenvolvimento e
produção de
 próteses, instrumentos médicos,
equipamentos de diagnóstico, e ao estudo dos
organismos vivos do ponto de vista da
engenharia.
Além disso, os Engenheiros Biomédicos estão
aptos a ocupar cargos em hospitais e clínicas
(administração hospitalar), industrias e
empresas da área médica (elaboração e
desenvolvimento de novos equipamentos) e
universidades (pesquisa).
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6. 19:34 6

7. MICROSCOPIA19:34 7

8. Microscopio óptico Células eucariontes tratadas con colchicina
Gram negativo Gram positivo19:34 8

9. Poder de resolução e limite de
resolução
A qualidade de um microscópio não depende apenas da ampliação,
mas também do poder de resolução, que é a capacidade de distinguir
pontos situados muito próximos no objeto observado. Quanto maior
essa capacidade, melhor a definição da imagem.
O poder de resolução de um microscópio óptico tem limite. Se dois pontos
estiverem a menos de 0,25 micrometro (1 um= 1 x 10 mm) um do outro, eles serão
vistos como um único ponto .Essa distância é o limite de resolução.
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10. . .
. .
. .
. .
. .
..
..
..
Poder de
resolução:
capacidade de
distinguir dois
pontos
separadamente
Não conseguimos ver objetos menores que
um décimo de milímetro, pois esse é o
limite de resolução do olho humano ( 1/10
mm ou 100 micrômetros).
No microscópio óptico esse limite é de um
quarto de micrometro(0,25 micrometro ou
250 nanômetro).
Já no microscópio óptico de transmissão, o
limite de resolução é de 0,1 namometro, o
que permite observar moléculas e até
mesmo átomos.
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11. UNIDADES DE MEDIDA DAS
CÉLULAS
• Micrômetro (µm)- milésima parte do milímetro
• 1 m (10
-6
m) = 1mm/1000 ou 1mm = 10
6
m
• - Nanômetro (nm) = milionésima parte do milímetro
• 1 nm (10
-9
m) = 1mm/1.000.000 ou 1mm = 10
9
nm
•- Ângstron (A) = décima de milionésima parte do milímetro
• 1 A (10
-10
m) = 1mm/10.000.000 ou 1mm = 10
7
A
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12. 19:34 12

13. 19:34 13

14. 19:34 14

15. RAIO X
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16. TOMÓGRAFO
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17. Com o desenvolvimento de técnicas inovadoras e a
interação de diversas áreas surgiram uma série de
idéias que fazem com que a sociedade atual se
modernize e se supere a nível do conhecimento
genético.
Esta evolução dá-se no âmbito industrial com a
utilização de transgênicos, por exemplo, para
aumentar a produção de certo alimento assim como no
âmbito das ciências da saúde com possibilidade de
entender, diagnosticar e tratar diversas doenças.
ENGENHARIA GENÉTICA
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18. ENGENHARIA GENÉTICA
19:34 18

19. PRÓTESES
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20. POLÍTICA DE DESENVOLVIMENTO DA
BIOTECNOLOGIA
Desenvolvimento de produtos e processos
biotecnológicos inovadores.
Áreas Diretrizes:
Saúde Humana
Agropecuária
Industrial
Ambiental
Áreas Estratégicas: com grande
potencial de mercado.
Áreas Priorizadas: apresentam
importância nas demandas.
Áreas de Fronteira: constituem a
inovação tecnológica.
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21. BIOTECNOLOGIA MOLECULAR
BIOTECNOLOGIA CELULAR APLICADA
À MEDICINA E SAÚDE
construções moleculares necessárias para
a expressão de proteínas em
bioprocessos industriais usando os
organismos vivos, ou a produção de
vetores
visando a transferência de genes requerida
em terapia gênica
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22. Área: Saúde Humana
Alvos estratégicos:
kit diagnósticos
imagiologia
 biomateriais
proteínas recombinantes
 hormônio de crescimento humano
 insulina humana
 novas biomoléculas e fármacos para rotas
metabólicas para doenças virais e negligenciadas
Antibióticos, antifúngicos e antitumorais
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23. Demanda crescente de tecnologia nas diversas áreas da Saúde
e Biológicas provocou um desenvolvimento tecnológico
específico.
Além da tecnologia pura, propriamente dita, houve um
desenvolvimento paralelo de técnicas e teorias físicas e
matemáticas, visando a melhor compressão dos fenômenos
biológicos.
Existe uma necessidade de capacitar profissionais com
formação em Ciências Exatas e/ou Biológicas para atuar na
área de Engenharia Biomédica, tanto na docência e pesquisa
quanto em desenvolvimento tecnológico, visando atender à
demanda existente em Instituições de Pesquisa, Empresas de
Desenvolvimento Tecnológico, Hospitais e Centros Médicos.
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24. O que é Engenharia Biomédica
•Engenharia Biomédica é a aplicação dos métodos de
distintas áreas das Ciências Exatas no campo de
Ciências Médicas e Biológicas
•A evolução crescente da tecnologia nas últimas
décadas levou a Engenharia Biomédica a atuar também
no desenvolvimento de instrumentos para uso médico
(Engenharia Médica) e na sua utilização adequada em
ambiente médico-hospitalar (Engenharia Clínica).
•O Engenheiro Biomédico poderá atuar nas seguintes
áreas:
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25. Atuação
Engenharia Química
Desenvolvimentos de sistemas de
administração de medicamentos;
Engenharia Genética
Cultura de células e engenharia de
tecidos;

Engenharia Elétrica
Aquisição, análise e processamento de
sinais biológicos,
Engenharia de Ciência
dos Materiais
Análise da biocompatibilidade e fadiga
de biomateriais

Engenharia Mecânica
Modelamento e simulação do
comportamento de sistema bio
mecânicos

Empreendedor

Desenvolvimento de produtos e
gerenciamento de empresas nas áreas de
engenharia e saúde.



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26. Algumas sub-áreas da
Engenharia Biomédica
•Biomateriais
•Bioengenharia
•Engenharia Clínica
•Informática Médica
•Diagnósticos e Análises
•Instrumentação Biomédica
•Engenharia de Reabilitação
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27. Biomaterias
•Naturais
–Tecidos de sustentação biológicos: colágeno, etc
•Artificiais: Biocompatibilidade e biofuncionalidade
–metais e suas ligas (titânio, aço F-138, etc)
–cerâmicas (Alumina, zirconia, etc)
–polímeros (poli-ácido lactico (PLLA) e glicólico (PGA)
–materias compósitos (SiO
2
-Al
2
O
3
-CaO-CaF
2
)
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28. Biomateriais
•Matriz Orgânica de Osso Bovino
Liofilizada
–acelerar o reparo ósseo
•Aglutinante de Colágeno Bovino
–Colágeno:proteína fibrosa cristalina que se
encontra em todos os organismos
multicelulares.
–criado para que quando outros biomateriais
implantáveis fossem utilizados em um pro-
cedimento cirúrgico, estes pudessem ser
aglutinados de forma homogênea.
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29. Biomateriais
•Membranas ou Barreiras
Biológicas
–constituída de cortical óssea
bovina descalcificada.
–recobrimento de outros
biomateriais.
–cobertura de implantes dentários.
•barreira biológica
–nos setores de bucomaxilo,
ortopedia e traumatologia,
neurologia, oftalmologia,
–cirurgia plástica estética e
reparadora, cirurgia facial,
craniana e oncologia.
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30. Bioengenharia
•Criar produtos, segundo especificações
fornecidas pelos médicos, que propiciam a
recuperação funcional e estética de
pacientes que estão ou foram submetidos a
tratamentos clínicos ou cirúrgicos.
•Exemplos de alguns produtos: Endoprótese,
sistema de drenagem, reservatórios
p/quimioterapia e moldagem.
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31. Endoprótese
•Matéria prima
–polietileno é o UHMW 1900 que possui
excelentes propriedades físicas e
resistência à abrasão.
–aço inox (F-138) ou liga de titânio 6AL-
4V
•Teste de qualidade
–Ultrassom, Raios X e de líquidos
penetrantes para detectar trincas no aço
inox, esfericidade, fadiga,
resistência a corrosão, microscopia de
reflexão e de varredura
eletrônica.
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32. RESERVATÓRIO IMPLANTAVEL P/
QUIMIOTERAPIA
Indicado para tratamento
quimioterápico em pacientes
que necessitam de acesso
venoso ou arterial com
freqüência variável e de longa
duração, o reservatório
implantável é biocompatível.
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33. Moldagem
Indicado para posicionamento e
contenção em situações que requeiram
imobilidade durante a atividade, ou que
necessitam assumir posições específicas
e de longa duração como Radioterapia,
Radiologia, Cirurgia, Transporte, etc.
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34. Ortodentistica
•Pinos intra-canal: composto por pinos de
fibra de vidro, fotocondutores que permitem a
construção direta do núcleo.
•Implantes temporários: produzidos em
titânio grau 1 ASTM e possuem as
propriedades normais dos implantes regulares
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35. Engenharia Clínica
–gerenciar compras de equipamentos e sistemas de diagnóstico e
terapia,
–avaliar a relação custo benefício de cada equipamento ou
sistema,
–análisar a inclusão de peças e/ou partes ao sistema principal,
–projetar e desenvolver novos equipamentos para utilização no
ambiente clínico-hospitalar,
–adaptar e/ou modificar sistemas existentes para melhorar sua
operacionalidade,
–orientar as equipes que utilizam os equipamentos e sistemas
para os limites de operação.
–calibrar e aferir e realizar manuntenção de equipamentos e
sistemas.
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36. Diagnósticos e Análises
•Biópsia óptica:
–Espectroscopia Raman
–Espectroscopia de Fluorêscencia
–Espectroscopia de Infravermelho
•Terapia Fotodinâmica
•Ultra-som
•Ressonância Magnética
•Tomografia Computadorizada
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37. Espectrômetro
CCD
Computador
Polarizador
Amostra
Analisador
d
e
d
o

f
r
i
o
Laser
espelho
Espectroscopia Raman
vibrações das moléculas
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38. 19:34 38

39. 19:34 39

40. •Não Invasiva
•Ganho no tempo de
tratamento
•Efeito psicológico
•Menor custo
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41. Engenharia de Reabilitação
•Utilizar as técnicas, métodos e
processos da engenharia no
auxílio aos deficientes:
–neuro-motoras
–sensoriais
–cardíacas
–pulmonares
–urinárias
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42. Imagiologia
As técnicas de imagiologia são
utilizadas no diagnóstico. Entre
estas técnicas encontram-se:
Radiografia
Tomografia axial computorizada
Ultra-sonografia
Fluoroscopia
Ressonância magnética
Tomografia por emissão de
positrões (PET)
Tomografia por emissão de
positrão único (SPECT)
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43. Os exames radiográficos utilizam
  raio x; neste, o feixe de raios-
X, transmitido através do paciente, impressiona o filme
radiográfico, o qual, uma vez revelado, proporciona uma
imagem que permite distinguir estruturas e tecidos com
propriedades diferenciadas. Durante o exame radiográfico os
raios-X interagem com os tecidos através do efeito fotoelétrico
e Compton. Em relação à probabilidade de ocorrência destes
efeitos, obtém-se imagens radiográficas que, mostram
tonalidades de cor cinza bem diferenciadas; conforme a
densidade, tudo o que está dentro do corpo surge em uma cor
diferente numa radiografia.
Nos
 ossos, a radiografia acusa fraturas, tumores, distúrbios de
crescimento e postura. Nos
 pulmões, pode flagrar
da
 pneumonia ao câncer.
Em casos de ferimento com
 arma de fogo ela é capaz de
localizar onde foi parar o projétil dentro do corpo.
Para os dentistas , é um recurso fundamental para apontar as
cáries. Na densitometria óssea, os raios-X detectam a falta de
mineral nos ossos e podem acusar a osteoporose, comum em
mulheres após a
 menopausa.
RADIOGRAFIA
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44. A
 
tomografia computadorizada
(TC), originalmente
apelidada
 
tomografia axial
computadorizada/computorizada 
(TAC), é um exame complementar
de diagnóstico por imagem, que
consiste numa imagem que
representa uma secção ou "fatia"
do corpo. É obtida através do
processamento por computador
 de
informação recolhida após expor o
corpo a uma sucessão de raios x.
Seu método principal é estudar a
atenuação de um feixe de raios X
durante seu trajeto através de um
segmento do corpo.
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45. A
 ultrassonografia (ou ecografia) é um método diagnóstico que
aproveita o
 eco produzido pelo som para ver em tempo real as
reflexões produzidas pelas estruturas e órgãos do organismo.
Os aparelhos de
 ultrassom em geral utilizam uma frequência variada
dependendo do tipo de transdutor, desde 2 até 14 MHz, emitindo
através de uma fonte de cristal piezoelétrico que fica em contato com
a pele e recebendo os ecos gerados, que são interpretados através
da
 computação gráfica.
A ultrassonografia permite também, através do efeito doppler, se
conhecer o sentido e a velocidade de fluxos sanguíneos. Por não
utilizar radiação ionizante, como na
 radiografia e
na
 tomografia computadorizada, é um método inócuo, barato e ideal
para avaliar gestantes e mulheres em idade procriativa.
A ultrassonografia é um dos métodos de diagnóstico por imagem mais
versáteis e ubíquos, de aplicação relativamente simples e com baixo
custo operacional. A partir dos ultimos vinte anos do
 século XX, o
desenvolvimento tecnológico transformou esse método em um
instrumento poderoso de investigação médica dirigida, exigindo
treinamento constante e uma conduta participativa do usuário.
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46. Ressonância magnética 
é uma
técnica que permite determinar
propriedades de uma substância
através do correlacionamento da
energia absorvida contra a
frequência, na faixa de megahertz
(MHz) do espectromagnético,
caracterizando-se como sendo
uma
 espectroscopia. Usa as
transições entre
 
níveis de energia
rotacionais 
dos 
núcleos 
componen
tes das espécies (átomos ou íons)
contidas na amostra. Isso dá-se
necessariamente sob a influência
de um campo magnético e sob a
concomitante irradiação de ondas
de rádio na faixa de frequências
acima citada.
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47. A
 tomografia por emissão de pósitrons , também conhecida pela
sigla
 PET, é um exame imagiológico da medicina nuclear que
utiliza
 radionuclídeos que emitem um positron  quando da sua
desintegração, o qual é detectado para formar as imagens do exame.
Utiliza-se glicose ligada a um elemento radioativo (normalmente Fluor
radioativo) e injeta-se no paciente. As regiões que estão metabolizando
essa glicose em excesso, tais como tumores ou regiões do cérebro em
intensa atividade aparecerão em vermelho na imagem criada pelo
computador. Um exemplo de um grande utilizador de glicose é o
músculo cardíaco - miocárdio.
Um
 computador produz uma imagem tridimensional da área, revelando
quão ativamente as diferentes regiões do
 miocárdio estão utilizando o
nutriente marcado. A tomografia por emissão de pósitrões produz
imagens mais nítidas que os demais estudos demedicina nuclear.
A PET é um método de obter imagens que informam acerca do estado
funcional dos órgãos e não tanto do seu estado morfológico como as
técnicas da
 radiologia propriamente dita.
A PET pode gerar imagens em
 3D ou imagens de "fatia" semelhantes
à
 Tomografia computadorizada.
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48. 19:34 48

49. Kits de diagnóstico
Os kits de diagnóstico são elaborados pelos engenheiros biomédicos por meio de
estudos e pesquisas na área, de modo que estes possam fazer parte do cotidiano da
medicina, no seu uso geral, bem como trazer novos benefícios na prevenção e no
tratamento de doenças.
Em 1998, Richard Flemmerson foi um dos poucos engenheiros biomédicos a
elaborarem equipamentos isolados para o tratamento do câncer de bacia. Seu kit
era composto por uma série de componentes, provindos das mais diversas áreas da
engenharia, e o tratamento para esse tipo de câncer sofreu significativa melhora
após a introdução de novas ferramentas, todas elas patenteadas pela Flemmerson
Health & Care Inc.
Ao elaborar um kit de diagnóstico, o engenheiro biomédico deve se basear na área
em que se encontra e por meio de estudos e pesquisas obter as peças-chave para a
elaboração da mesma, tendo em vista a junção motora das engenharias biomédica
e mecatrônica. Também utilizada na engenharia de reabilitação, os kits biomédicos
podem ser adquiridos pelas empresas que financiam os estudos e pesquisas sobre
novas formas de obter os sinais vitais que precisam o corpo humano
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50. Engenharia de tecidos, ramo
da
 Engenharia Biomédica, é a
ciência aplicada que utiliza
conhecimentos
de
 biologia, química e física para
desenvolver tecidos artificiais.
Pode ser aplicada à produção de
pele artificial, cartilagens e tecidos
ósseos. Os tecidos podem ser
produzidos fazendo crescer
células sobre um
substracto
 biodegradável.
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52. 19:34 52

53. 19:34 53