Ingeniería Biomédica: pasado, presente y futuro

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INGENIERÍA BIOMÉDICA:

PASADO, PRESENTE Y FUTURO

Dr. Joaquín Roca González Subdirector de Relaciones Internacionales y Movilidad de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y profesor responsable del curso de Doctorado en “Ingeniería Biomédica” de la Universidad Politécnica de Cartagena. Miembro de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica desde 2000.

AL IGUAL QUE SUCEDE CON OTRAS DISCIPLINAS DE LAS CIENCIAS DE LA SALUD, NO SE PUEDE CONCEBIR LA TÉCNICA ODONTOLÓGICA ACTUAL SIN EL SOPORTE DE LOS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS QUE INGENIEROS E INDUSTRIA HAN PUESTO AL SERVICIO DE LOS CLÍNICOS.

Tubuladura CPAP de último recurso impresa en 3D mediante SLA en el SEDICUPCT FabLab de la Universidad Politécnica de Cartagena. Escaneado 3D, Remodelado, Ingeniería Inversa, Simulación funcional, Impresión SLA.

Así, entre los primeros equipos de radiología ortopantográfica y los escáneres intraorales actualmente utilizados existe el mismo salto evolutivo que entre las primeras impresiones dentales en cera y los actuales modelos dentales en 3D utilizados para la fabricación de prótesis y dispositivos implantes totalmente personalizados.

Esta evolución, ha sido posible gracias a los desarrollos en Ingeniería Biomédica, responsable de la traslación de los avances tecnológicos de la industria al sector de la salud.

Los orígenes de la Ingeniería Biomédica como disciplina científica

Si bien se pueden encontrar ejemplos de la aplicación de la tecnología en la mejora y cuidado de la salud desde los primero tiempos del Homo Faber, hay que esperar a 1948, para que se produzca el primer encuentro profesional sobre ingeniería aplicada a la biología y la medicina (1st Annual Conference of Engineering in Medicine and Biology); un año después de que tanto el Institute for Radio Engineers (IRE) y el American Institute for Electrical Engineers (antecesor del Institute of Electrical and Electronics Engineers lEEE) estableciesen sendos comités para el estudio de las áreas de biología y medicina relacionadas con la ingeniería.

Sin embargo, no es hasta 1961 cuando el fisiólogo e ingeniero estadounidense J.H.U. Brown acuña el término “Ingeniería Biomédica” en un intento por aglutinar el campo de "la ingeniería en la medicina y la biología", denominación que se utilizaba en esos momentos, frente a otros como el de "Ingeniería Clínica", que se utilizaba en el Reino Unido.

Entre las organizaciones que más han contribuido al reconocimiento de esta disciplina hay que citar a la “International Federation for Medical and Biological Engineering (IFMBE)”, fundada a raíz de la 2nd International Conference of Medical and Biological Engineering celebrada en 1959 en el edificio de la UNESCO en Paris; y originalmente llamada “International Federation for Medical Electronics and Biological Engineering”. En la actualidad, la IFMBE integra a cerca de 120.000 miembros de 59 organiza-

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ciones afiliadas. Fruto de la actividad de la IFMBE en colaboración con la International Organization of Medical Physics (IOMP), fue la creación en 1980 de la “International Union for Physical and Engineering Sciences in Medicine (IUPESM)” que en la actualidad cuenta con más de 40.000 profesionales titulados de 100 países. En 1999 el “International Council for Science (ICSU)” admitió a la IUPESM como "Full Scientific Union Member" número 26 (de un total actual de 40), lo que supuso uno de los hitos más importantes en el reconocimiento internacional de la Ingeniería Biomédica por las otras ramas de la ingeniería.

La actividad científica en Ingeniería Biomédica en España

Una excepcional crónica sobre el germen y evolución de la Ingeniería Biomédica en España puede encontrarse en la conferencia impartida por el Dr. Pere Caminal en el Acto de Clausura del XXXVI Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica celebrado en noviembre de 2018 en Ciudad Real. En dicha conferencia, el profesor Caminal Magrans recordó la figura de D. Jesús Galván Ruiz, secretario general de la Agrupación Española de Bioingeniería y director del Departamento de Aplicaciones de la Fundación para el Desarrollo de la Función Social de las Comunicaciones (Fundesco). Sus publicaciones en la Revista Mundo Electrónico desde 1978 reivindicando la figura del ingeniero biomédico y de la necesidad de regular la enseñanza fueron claves para el despegue de la profesión en España. Una de sus colaboraciones con en El País publicada en 1983 concluía con un alegato en defensa de la profesión que, desgraciadamente, sigue plenamente vigente en la actualidad:

“En un momento en el que se impone racionalizar al máximo los gastos del sistema sanitario, es importante que se contemple la posibilidad de que la gestión del equipamiento médico hospitalario sea responsabilidad de técnicos cualificados para ello. El reconocimiento de este hecho pasa por la inserción de ingenieros dentro del organigrama hospitalario. Esperemos que no deba ser una situación límite (accidente, electrocución, etcétera) la que ponga, una vez más, sobre la mesa el problema de la tecnificación hospitalaria”.

En 1980 se constituye la Agrupación Española de Bioingeniería (AEB), teniendo por presidente al Catedrático del Área de Ingeniería de Sistemas y Automática, Dr. Gabriel Ferraté. Bajo su periodo como presidente, y ayudado por profesor Galván Ruiz como secretario, organizarían la I Reunión Anual de la AEB en 1980 en Barcelona, a la que seguirían ediciones posteriores en Madrid en 1981, de nuevo en Barcelona en 1982, en Sevilla en 1983, llegándose a celebrar en Gijón la I Conferencia Iberoamericana de Bioingeniería en 1985 y la IV Mediterranean Conference on Medical and Biological Engineering en Sevilla en 1986. Por otra parte, y de forma paralela, el Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicación, la ETSITM y la ETSITB organizan el “I Symposium Nacional sobre Ingeniería Biomédica” en Madrid en 1981, del que actúa como secretario general, el muy estimado Catedrático del Área de Tecnología Electrónica, Dr. Francisco del Pozo. A este le seguiría el II International Symposium on Biomedical Engineering celebrado en 1983 en Madrid cuyo comité científico también presidiría el desaparecido profesor; y más tarde el III ISBE (Madrid 1987), IV ISBE (Peñíscola 1991), y V ISBE (Santiago Compostela 1994). En 1995, la AEB constituida en 1980, pasa a denominarse Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (SEIB) con el fin de aunar la Reunión Anual de la AEB y el International Symposium on Biomedical Engineering en el Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica (CASEIB), celebrado ininterrumpidamente desde 1996 (con el primer congreso, CASEIB’96 celebrado en Pamplona).

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La formación universitaria en Ingeniería Biomédica

Desde que el National Institute of Health comisionase a Cartensen, Healy, Schwan y Talbot en los años 50 del siglo pasado para fijar las bases de los primeros programas académicos en Ingeniería Biomédica, el número de universidades ofertantes de estudios reglados en esta disciplina no ha hecho sino avanzar. Así, el Accreditation Board for Engineering and Technologyv (ABET) ha acreditado más de 129 planes de estudio a nivel mundial (122 en Estados Unidos y 7 en terceros países) según sus últimos informes. Sólo en Europa, existe constancia de más de 350 planes de estudio europeos en Ingeniería Biomédica (85 de Grado, 160 de Master y 65 de Doctorado) según una reciente publicación del consorcio “Curricula Reformation and Harmonisation in the field of Biomedical Engineering (CRH-BME Project)”. Finalmente, en la “Introducción al programa de mantenimiento de equipos médicos de la Organización Mundial de la Salud” se contabilizan al menos otras 144 instituciones que imparten programas de Ingeniería Biomédica no consideradas por los estudios ya citados.

La formación universitaria en Ingeniería Biomédica en España

En España, las primeras experiencias docentes regladas en Ingeniería biomédica pueden encontrarse en el Postgrado en Bioingeniería de la UPC desde 1984, más tarde convertido en Máster Universitario y cuyo impacto fue analizado en 1990 por el equipo del Profesor Caminal Magrans. Por otra parte, un reconocido docente de la citada institución, el Profesor Dr. Pallás-Arenys, padre de la Instrumentación Electrónica en España y colaborador del reconocido profesor John G. Webster estudiaría, en 1988, los diversos programas docentes de Ingeniería Biomédica que se impartían en Europa y EE.UU, sembrando el germen de la intensificación en Ingeniería Biomédica en los estudios de ingeniería Técnica Industrial en sus distintas especialidades (Mecánica, Eléctrica, Electrónica, Química, ...) ofertada en la UPC desde 2001 y que más tarde daría lugar al uno de los primeros grados en Ingeniería Biomédica acreditados tras la llegada del Plan Bolonia, en 2009. De forma similar, otras universidades como la UPM ofrecieron Postgrados en Bioingeniería e incluso una Intensificación de Bioingeniería en los estudios de Ingeniería de Telecomunicación desde 1984 antes de ofrecer su Grado en Ingeniería Biomédica acreditado en 2011.

LAS TECNOLOGÍAS DE IMPRESIÓN 3D HAN DEMOSTRADO SU VERSATILIDAD Y FUNCIONALIDAD AL PERMITIR REDUCIR DE FORMA SIGNIFICATIVA EL TIEMPO NECESARIO, NO SOLO PARA LA FABRICACIÓN DE PROTOTIPOS, SINO TAMBIÉN PARA LA PRODUCCIÓN DE PEQUEÑAS SERIES.

El rol de los Graduados en Ingeniería Biomédica en la Medicina 4.0

Impulsados por la Lex Artis, que obliga a ofrecer al paciente la mejor alternativa terapéutica, los sistemas sanitarios deben adoptar las soluciones tecnológicas, que permitan mejorar la calidad y efectividad de los cuidados de salud. Estos recursos (métodos, dispositivos, equipos y sistemas) completan la traslación de los resultados de la investigación básica, clínica y el desarrollo tecnológico innovador al paciente, permitiendo que este se beneficie de mejoras diagnósticas y terapéuticas de probada eficiencia basadas en evidencias científicas y clínicas.

La medicina actual hace uso de complejos sistemas para el diagnóstico a partir del análisis matemático de bioseñales e imágenes médicas mediante el uso de equipos altamente conectados, que exige un elevado gra-

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do de interoperabilidad entre equipos. En el campo del diagnóstico se prevé una revolución con la adopción de los sistemas no invasivos para el registro continuo y ubicuo de bioseñales, lo que permitirá la monitorización remota de pacientes crónicos y la confección de ingentes lagos de datos que serán analizados mediante métodos de la ciencia de datos con el fin de desarrollar nuevos sistemas de ayuda a la toma de decisiones diagnósticas de uso en atención primaria y especializada; así como en medicina preventiva y salud pública.

De forma similar, se recurre al empleo de prótesis obtenidas mediante el mecanizado de precisión en materiales avanzados, y en breve, personalizadas mediante procesos de fabricación aditiva y prototipado rápido tras el correspondiente modelado 3D a partir de los registros de imagen del propio paciente. En un futuro no muy lejano estas técnicas serán aplicadas a la impresión de tejidos como la piel para su injerto en grandes quemados y de órganos totalmente personalizados mediante la deposición selectiva de compuestos biológicos cultivados en laboratorio.

Con este propósito, el de la mejora de los cuidados ofrecidos al paciente, se recurre al empleo de prótesis obtenidas mediante el mecanizado de precisión en materiales avanzados, y en breve, personalizadas mediante procesos de fabricación aditiva y prototipado rápido tras el correspondiente modelado 3D a partir de los registros de imagen del propio paciente. Las tecnologías de impresión 3D han demostrado su versatilidad y funcionalidad al permitir reducir de forma significativa el tiempo necesario, no solo para la fabricación de prototipos, sino también para la producción de pequeñas series.

Además de facilitar la producción de prótesis y elementos de fijación a medida (Herschdorfer et al. 2020)(Pajot et al. 2020), resulta especialmente interesante su uso en la educación terapéutica de los pacientes (WHO 1998). De especial interés en oncología (Bernhard et al. 2016) (Gilligan et al 2017)(van de Belt 2018), la adopción de técnicas de impresión 3d de modelos anatómicos se ha mostrado como una herramienta especialmente valiosa en la educación del paciente también en otras disciplinas como la cardiología (Halldorsdottir et al. 2020) y la reumatología (Eisenmenger et al. 2017).

A nivel europeo, la fabricación de productos sanitarios mediante técnicas de fabricación aditiva en centros hospitalarios queda amparada bajo el artículo 5.4 del Reglamento (UE) 2017/745 del Parlamento Europeo y del Consejo de 5 de abril de 2017 sobre los productos sanitarios (MDR), cuya entrada en vigor fue postpuesta hasta el pasado mes de mayo de 2021 con motivo de la pandemia. El citado reglamento responde así a las recomendaciones recibidas por la comisión para asegurar la calidad y la sostenibilidad en todos los pasos de la cadena de valor de la producción mediante fabricación aditiva de productos sanitarios. Así, al facilitar la producción local de estos productos, a nivel de centro hospitalario, se busca minimizar los fallos en la transcripción de las especificaciones de fabricación y el reducir los costes y la huella de carbono asociada al transporte de los elementos necesarios para la misma. De otra parte, se busca fomentar la excelencia local, favoreciendo la realimentación entre los clínicos responsables de la prescripción y los técnicos a cargo de la fabricación, lo que a la larga redundará en la calidad de los cuidados prestados y una mejora significativa en la seguridad del paciente.

SE RECURRE AL EMPLEO DE PRÓTESIS OBTENIDAS MEDIANTE EL MECANIZADO DE PRECISIÓN EN MATERIALES AVANZADOS, Y EN BREVE, PERSONALIZADAS MEDIANTE PROCESOS DE FABRICACIÓN ADITIVA Y PROTOTIPADO RÁPIDO TRAS EL CORRESPONDIENTE MODELADO 3D A PARTIR DE LOS REGISTROS DE IMAGEN DEL PROPIO PACIENTE.

La propuesta formativa en Ingeniería Biomédica de la UPCT

La introducción de estos sistemas ha propiciado la aparición de nuevos roles profesionales, cualificados para el diseño 3D, el empleo de biomateriales, el análisis de imágenes médicas, el uso y programación de dispositivos robóticos, la fabricación digital (aditiva y substractiva), así como en el manejo de normas técnicas, de seguridad y de calidad en su producción.

Es en esta línea en la que se presenta el plan de estudios verificado por la ANECA de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Cartagena para el Grado en Ingeniería Biomédica en la Universidad Politécnica de Cartagena, con el fin de atender la demanda de titulados con ese perfil de la industria y los proveedores de cuidados de salud.

BIBLIOGRAFÍA

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Caminal, Pere “Una perspectiva de 40 años de la Ingeniería Biomédica en España” Conferencia de Clausura. XXXVI Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica. Ciudad Real 2018.

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REGLAMENTO (UE) 2017/745 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 5 de abril de 2017 sobre los productos sanitarios por el que se modifican la Directiva 2001/83/CE, el Reglamento (CE) n.o 178/2002 y el Reglamento (CE) n.o 1223/2009 y por el que se derogan las Directivas 90/385/CEE y 93/42/CEE del Consejo https://www.boe.es/doue/2017/117/ L00001-00175.pdf

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LA INTRODUCCIÓN DE ESTOS

SISTEMAS HA PROPICIADO

LA APARICIÓN DE NUEVOS

ROLES PROFESIONALES,

CUALIFICADOS PARA EL

DISEÑO 3D, EL EMPLEO DE BIOMATERIALES, EL ANÁLISIS DE IMÁGENES MÉDICAS, EL USO Y PROGRAMACIÓN DE

DISPOSITIVOS ROBÓTICOS, LA FABRICACIÓN DIGITAL (ADITIVA Y SUBSTRACTIVA), ASÍ COMO

EN EL MANEJO DE NORMAS

TÉCNICAS, DE SEGURIDAD Y DE CALIDAD EN SU PRODUCCIÓN.

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