Sistema Urinario Masculino

Estudiantes

Delgado Soto José Sebastian; Escalante Esquivel Diana Ivana; Gil Gárate Carlos Andrés.

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Tecnológico Nacional de México/IT Tijuana, Blvd. Alberto Limón Padilla s/n, Tijuana, C.P. 22454, B.C., México. Correos: {l20212281; l21212151; l21212743}@tectijuana.edu.mx

Asignaturas o departmento donde se puede usar la Actividad

Modelado de Sistemas Fisiológicos de Ingeniería Biomédica

Información general

El modelizado de sistemas fisiológicos es una herramienta importante en Ingeniería Biomédica, permite comprender el funcionamiento del cuerpo humano, así como diseñar y evaluar terapias y dispositivos médicos; se define como el proceso de formular modelos matemáticos o computacionales que representan el comportamiento y la interacción de los sistemas biológicos y fisiológicos. Esta asignatura pretende aportar al perfil del Ingeniero Biomédico la capacidad de realizar investigación científica en el área de Biología de Sistemas con la finalidad de dirigir y participar en equipos de trabajo interdisciplinarios en contextos nacionales e internacionales, así como de proporcionar soluciones informáticas para resolver problemas en el campo de la Ingeniería Biomédica con ética profesional; lo anterior al proporcionar al estudiante bases sólidas para modelizar sistemas y diseñar controladores para la solución de problemas en las áreas de atención médica y del sector industrial médico. La construcción de analogías entre circuitos eléctricos y sistemas fisiológicos para la formulación de modelos matemáticos y el diseño de controladores mediante la experimentación in silico brindan herramientas de gran aplicación en el quehacer profesional del Ingeniero Biomédico.

La asignatura de Modelado de Sistemas Fisiológicos forma parte del plan de estudios de la carrera en Ingeniería Biomédica con la siguiente competencia general del curso: Utiliza las propiedades de los circuitos RLC para describir la dinámica de sistemas fisiológicos, obtener modelos matemáticos y aplicar el control clásico, esto con el objetivo de integrar los principios de la Ingeniería de Control, la Electrónica Analógica y las Ciencias de la Computación con la Anatomía y Fisiología del cuerpo humano para proporcionar descripciones cuantitativas y cualitativas de sistemas fisiológicos complejos con el objetivo de modelizar, analizar, controlar, ilustrar y predecir su dinámica tanto en el corto como en el largo plazo.

Objetivo general

Diseñar un gemelo digital de un sistema fisiológico que permita identificar las diferencias entre un paciente afectado por una enfermedad (caso) y un individuo saludable (control) para desarrollar un protocolo de tratamiento mediante un sistema de control en lazo cerrado.

Descripción detallada del sistema

El sistema urinario masculino puede representarse de manera simplificada mediante un modelo que simule el flujo urinario a través de sus diferentes estructuras anatómicas, como los riñones, los uréteres, la vejiga y la uretra. Este enfoque permite analizar su funcionamiento desde una perspectiva física y matemática, facilitando la creación de equivalentes en términos de circuitos eléctricos. Para describir el comportamiento del sistema urinario utilizando un modelo de circuito eléctrico, se asignan componentes que representan fenómenos clave, como la resistencia e inercia al flujo urinario (representadas por resistencias e inductores, respectivamente), la capacidad de almacenamiento de la vejiga (representada como un capacitor), y las variaciones de presión en las distintas partes del sistema (que pueden modelarse como fuentes de voltaje). Este modelo permite estudiar parámetros como el flujo urinario, las obstrucciones o resistencias, y los cambios en la dinámica del sistema debido a condiciones fisiológicas o patológicas.

Referencias principales

1] H. Bushnell, "Modeling Neural Circuit of Lower Urinary Tract", International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), vol. 52, num. 4, pp. 122-126, 2024.

[2] S. Zheng et al., "Fluid mechanical modeling of the upper urinary tract", WIREs Mech. Dis., vol. 13, núm. 6, 2021.

[3] A. S. Paya, D. R. Fernández, D. Gil, J. M. Garcia Chamizo, y F. M. Perez, "Mathematical modelling of the lower urinary tract", Comput. Methods Programs Biomed., vol. 109, núm. 3, pp. 323-338, 2013.