Frictionless contact in a layered piezoelectric medium composed of materials with hexagonal symmetry

A matrix formulation is presented for the solution of frictionless contact problems on arbitrarily multilayered piezoelectric half-planes. Different arrangements of elastic and transversely orthotropic piezoelectric materials within the multilayered medium are considered. A generalized plane deformation is used to obtain the governing equilibrium equations for each individual layer. These equations are solved using the infinite Fourier transform technique. The problem is then reformulated using the local/global stiffness method, in which a local stiffness matrix relating the stresses and electric displacement to the mechanical displacements and electric potential in the transformed domain is formulated for each layer. Then it is assembled into a global stiffness matrix for the entire half-plane by enforcing interfacial continuity of tractions and displacements. This local/global stiffness approach not only eliminates the necessity of explicitly finding the unknown Fourier coefficients, but also allows the use of efficient numerical algorithms, many of which have been developed for finite element analysis. Unlike finite element methods, the present approach requires minimal input. Application of the mixed boundary conditions reduces the problem to an integral equation. This integral equation is numerically solved for the unknown contact pressure using a technique based on the Chebyshev polynomials.Se presenta una formulación matricial para la solución de problemas de contacto sin fricción en semiplanos piezoeléctricos elásticos de múltiples capas. Se consideran diferentes disposiciones de materiales piezoeléctricos elásticos y transversalmente ortotrópicos dentro del medio de múltiples capas. Se usa una deformación de plano generalizada para obtener las ecuaciones gobernantes de equilibrio para cada capa individual, que se resuelven con la técnica de transformada de Fourier infinita. Entonces el problema se reformula con el método de rigidez local/global, en el cual se formula para cada capa una matriz de rigidez local que relaciona los esfuerzos y el desplazamiento eléctrico con los desplazamientos mecánicos y el potencial eléctrico en el dominio transformado. En seguida se ensambla en una matriz de rigidez global para todo el semiplano imponiendo la continuidad interfacial de tracciones y desplazamientos. Este enfoque por rigidez local/global no sólo elimina la necesidad de hallar explícitamente los coeficientes de Fourier desconocidos, sino que también permite el uso de algoritmos numéricos eficientes, muchos de los cuales se desarrollaron para análisis por elementos finitos. A diferencia de los métodos de elementos finitos, este enfoque requiere una entrada miníma. El uso de condiciones de borde mezcladas reduce el problema a una ecuación integral, que se resuelve para la presión de contacto desconocida con una técnica basada en los polinomios de Chebyshev

Micro y nanocanales integrados: nuevas herramientas para control de movimiento molecular

This paper presents a review of work on the fabrication and use of nanochannels in silicon and polymers for the control of molecular transport. The method of Sacrifi cial Layer Lithography is reviewed and demonstrated for silicon and polymers. A novel technique for the productions of conical nanopores through a polymer membrane is also reviewed. Nanochannels and nanopores have many potential applications for drug delivery, immunoprotection of cell implants, blocking of globular proteins from biosensor surfaces, and diagnostic devices. All of these applications benefi t from the more direct interactions of devices with biomolecules.El presente trabajo presenta una revisión literaria sobre los métodos de fabricación de nanocanales en silicio y diferentes materiales poliméricos; y su uso en control de transporte molecular. Se describe el método “Sacrifi cial Layer Lithography” para silicio y polímeros. Adicionalmente, una novedosa técnica para la producción de nanoporos cónicos a través de una membrana polimérica es descrita. Los nanocanales y los nanoporos poseen diversas aplicaciones potenciales en la liberación de drogas, en la inmunoprotección de implantes celulares, el bloqueo de proteínas globulares en la superfi cie de biosensores, y en dispositivos para diagnóstico. Todas estas aplicaciones se benefi cian de la interacción directa entre los dispositivos y las biomoléculas

Healthcare Facility Management in the United States

In the United States there is a close association between medical technology management (clinical engineering) and healthcare facility management (facility engineering). It is useful for clinical engineers to understand the work of facility engineers because both professions represent the application of engineering expertise to support safe and effective patient care. This article provides an overview of healthcare facility management practice in the United States

Desarrollo de un guante ortótico para proveer asistencia en la extensión de los dedos a pacientes que han sufrido derrame cerebral

An externally actuated glove, controlled by a microprocessor, is being developed to assist fi nger extension in stroke survivors. The goal of this device is to allow repeated practice of specifi c tasks for hand therapy in the home environment. The device allows the user three control modes: voice recognition, electromyography or manual. These modes can be used either independently or combined according to the needs of the user. Both position and force feedback are available for control and safety. Initial testing of the prototype has shown promising performance.Se presenta el desarrollo de un guante activado externamente y controlado por un microprocesador para asistir la extensión de los dedos en pacientes con derrame cerebral. La meta del dispositivo es permitir la repetición de tareas específi cas para realizar terapia de la mano en un ambiente casero. El usuario puede controlar el dispositivo por tres medios diferentes: reconocimiento de voz, electromiografía o manualmente. Estos medios pueden ser usados tanto independientemente como en combinación según las necesidades del paciente. Para el control y la seguridad, se tiene retroalimentación de posición y de fuerza. Las pruebas iniciales del prototipo han demostrado un desempeño prometedo

Algoritmos generales para simuladores de cirugía laparoscópica

Recent advances in fields such as modeling of deformable objects, haptic technologies, immersive technologies, computation capacity and virtual environments have created the conditions to offer novel and suitable training tools and learning methods in the medical area. One of these training tools is the virtual surgical simulator, which has no limitations of time or risk, unlike conventional methods of training. Moreover, these simulators allow for the quantitative evaluation of the surgeon performance, giving the possibility to create performance standards in order to define if the surgeon is well prepared to execute a determined surgical procedure on a real patient. This paper describes the development of a virtual simulator for laparoscopic surgery. The simulator allows the multimodal interaction between the surgeon and the surgical virtual environment using visual and haptic feedback devices. To make the experience of the surgeon closer to the real surgical environment a specific user interface was developed. Additionally in this paper we describe some implementations carried out to face typical challenges presented in surgical simulators related to the tradeoff between real-time performance and high realism; for instance, the deformation of soft tissues are simulated using a GPU (Graphics Processor Unit) -based implementation of the mass-spring model. In this case, we explain the algorithms developed taking into account the particular case of a cholecystectomy procedure in laparoscopic surgery.Recientes avances en áreas tales como modelación computacional de objetos deformables, tecnologías hápticas, tecnologías inmersivas, capacidad de procesamiento y ambiente virtuales han proporcionado las bases para el desarrollo de herramientas y métodos de aprendizaje confiables en el entrenamiento médico. Una de estas herramientas de entrenamiento son los simuladores quirúrgicos virtuales, los cuales no tienen limitaciones de tiempo o riesgos a diferencia de los métodos convencionales de entrenamiento. Además, dichos simuladores permiten una evaluación cuantitativa del desempeño del cirujano, dando la posibilidad de crear estándares de desempeño con el fin de definir en qué momento un cirujano está preparado para realizar un determinado procedimiento quirúrgico sobre un paciente. Este artículo describe el desarrollo de un simulador virtual para cirugía laparoscópica. Este simulador permite la interacción multimodal entre el cirujano y el ambiente virtual quirúrgico usando dispositivos de retroalimentación visual y háptica. Para hacer la experiencia del cirujano más cercana a la de una ambiente quirúrgico real se desarrolló una interfaz cirujano-simulador especial. Adicionalmente en este artículo se describen algunas implementaciones que solucionan los problemas típicos cuando se desarrolla un simulador quirúrgico, principalmente relacionados con lograr un desempeño en tiempo real mientras se sacrifica el nivel de realismo de la simulación: por ejemplo, la deformación de los tejidos blandos simulados usando una implementación del modelo masa-resorte en la unidad de procesamiento gráfico. En este caso se describen los algoritmos desarrollados tomando en cuenta la simulación de un procedimiento laparoscópico llamado colecistectomía

Interface layer to improve polystyrene attachment on a quartz crystal resonator

Se describe el empleo de técnicas de formación de películas tendientes a mejorar el funcionamiento de un resonador de cristal de cuarzo (QCR); dichas tecnologías fueron, por ejemplo, preparaciones de recubrimiento mediante los métodos de spin y Langmuir-Blodgett (LB). La uniformidad y homogeneidad de la película sobre el cristal de cuarzo es fundamental para las aplicaciones que tiene un resonador como sensor químico y biológico. Se formaron películas de poliestireno (PS) y de cloruro de polivinilo (PVC) en solventes como ciclohexanona, tetrahidrofurano (THF), dimetilformamida y cloroformo a diferentes concentraciones, usando el procedimiento de cubrimiento por spin en soportes corrugados tipo wafer. La calidad de las películas fue determinada usando microscopía óptica, elipsometría y perfilometría. Además, se prepararon películas en soportes corrugados y en QRC con superficie de oro por irrigación de la mencionada sustancia en una subfase acuosa y transfiriéndola por impregnación de la superficie de subfase en el soporte. Para la preparación de la película LB se empleó ácido araquídico y partículas de PS. Las preparaciones de películas de monocapa y multicapa de estas sustancias en soportes corrugados o en superficies de cuarzo doradas se controlaron adicionalmente por espectrometría IR. El comportamiento resonante del QCR antes y después del recubrimiento de su superficie se midió con un analizador de red. En combinación con una interfaz gráfica los datos se pudieron fácilmente grabar y observar.Technologies for thin film deposition have been used to improve the functionalization of quartz crystal resonators (QCR); such technologies, for example, are spin coating and Langmuir-Blodgett (LB) film preparation. These experiments are required because the film uniformity and homogeneity over the quartz crystal resonator are fundamental for its applications as chemical and biological sensors. Film deposition of polystyrene (PS) particles, as well as polyvinyl chloride (PVC), was performed in solvents such as cyclohexanone, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide and chloroform at different concentrations using the spin coating procedure on wafer targets. The film quality was determined by optical microscopy, ellipsometry, and profilometry. Additionally, films on wafers or QCR with gold surface have been prepared by spreading the mentioned substances on an aqueous subphase and transferring it by dipping from the subphase surface onto the target. For LB film preparation arachidic acid and PS particles have been used. Prepared mono- or multilayered films of these substances on wafer or gold quartzes have been controlled additionally by IR-spectrometry. The resonant behavior of QCR before and after surface coating has been measured with a network analyzer. In combination with a graphical user interface the data could be easily recorded and visualized

Isolation of human bone marrow mesenchymal stem cells and evaluation of their osteogenic potential

Las células madre mesenquimatosas de médula ósea humana (abreviadas hBMSCs) constituyen una fuente de células auto-renovables con alto potencial de diferenciación, comúnmente aisladas a partir de los aspirados medulares en huesos largos. Su diferenciación hacia el linaje osteogénico, por ejemplo, ha sido ampliamente utilizada para la evaluación biológica de biomateriales o matrices con aplicaciones en la ingeniería de tejidos óseos. El objetivo de este trabajo consistió en aislar hBMSCs a partir de la cabeza femoral de pacientes sometidos a artroplastia total de cadera, así como evaluar su potencial osteogénico. Brevemente, se extrajo el hueso esponjoso y se disgregó mecánicamente; las células desprendidas se cultivaron y las células no adherentes se eliminaron luego de 4 días. El potencial osteogénico se evaluó en la quinta generación de cultivo, mediante ensayos de diferenciación a 14 y 20 días donde se compararon cultivos con y sin suplementos osteogénicos. La evaluación se realizó mediante tinción con Alizarina Roja y la cuantificación de los niveles de expresión génica de los marcadores osteogénicos colágeno tipo I, osteonectinca y sialoprotiena ósea mediante RT-PCR en tiempo real. Las hBMSCs obtenidas presentaron un fenotipo no-diferenciado estable, así como la capacidad de mineralizar la matriz extracelular y expresar un fenotipo similar al osteoblasto durante la inducción osteogénica. Los tres marcadores evaluados se sobre-expresaron en los cultivos en condiciones osteogénicas, y se encontró que cambios hasta de 2X en sus niveles de expresión son relevantes para el desarrollo del proceso de diferenciación. El modelo de hBMSCS presentado podría ser utilizado para la evaluación in vitro de la osteoinductividad de diferentes biomateriales, moléculas bioactivas o matrices para ingeniería de tejidos.Human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs) comprise a cell population capable of self-renewal and multilineage differentiation commonly isolated from bone marrow aspirates of large bones. Their osteogenic potential has been extensively exploited for the biological evaluation of scaffolds or biomaterials with applications in bone tissue engineering. This work aimed to isolate hBMSCs from femoral heads of patients undergoing total hip arthroplasty and to evaluate their osteogenic potential. Briefly, the trabecular bone was extracted and mechanically disaggregated; the released cells were cultured and non-adherent cells were removed after 4 days. The osteogenic potential was evaluated at the fifth passage after 14 and 20 days of induction, comparing cultures with and without osteogenic supplements, via Alizarin red staining and the quantification of the gene expression levels of the osteogenic markers collagen type I, osteonectin and bone sialoprotein through real-time RT-PCR. The obtained hBMSCs presented a stable undifferentiated phenotype after prolonged cell culture, matrix mineralization capabilities and expression of osteoblast phenotype upon osteogenic induction. The three markers were up-regulated in cultures under osteogenic conditions and 2 fold differences in their expression levels were found to be significant for the onset of the differentiation process. The obtained hBMSCs may have applications on the in vitro evaluation of the osteoinductivity of different biomaterials, bioactive molecules or tissue engineering scaffolds

Trends in clinical engineering practices

La adecuada implementación y aplicación de herramientas tecnológicas contribuye al mejoramiento de la calidad en la prestación de los servicios de salud, la minimización de los costos de dichos servicios, y el aumento de la accesibilidad al sistema hospitalario. En las últimas décadas los hospitales han venido asignando una considerable porción de sus recursos al cuidado y administración de sus bienes de capital; enfrentan continuamente la necesidad de adquirir nuevas tecnologías biomédicas al tiempo que deben administrar la existente, situación para la que no están bien preparados. Con el fin de orientar eficientemente sus inversiones, los hospitales han venido desarrollando programas de administración de tecnología médica que requieren expertos en el tema y la aplicación de metodologías específicas para un aprovechamiento seguro y eficiente de estas herramientas en el sector salud. Los ingenieros clínicos son quienes pueden liderar estos programas al proveer soluciones tecnológicas basadas en las necesidades prioritarias, cuidadosamente establecidas, y en los objetivos organizacionales específicos. El éxito en la práctica de la ingeniería clínica radica en la habilidad de estos profesionales de transferir los conocimientos del campo de la ingeniería y de las ciencias de la salud al entorno hospitalario para servir de soporte en las aplicaciones médicas. A medida que se dan grandes y rápidos cambios en la complejidad y variedad de las herramientas tecnológicas disponibles y en las formas de evaluar el cuidado que se le brinda a los pacientes, la mejor forma de transferir dichos desarrollos es mediante un completo conocimiento del tema. Esto se puede lograr sólo cuando los objetivos de la profesión han sido claramente definidos y son coherentes con el compromiso y la visión profesional. Tal compromiso debe incluir la promoción del uso seguro y eficaz de la ciencia y la tecnología al servicio del cuidado de los pacientes y la aceptación de la necesidad de demostrar sus capacidades como ingeniero clínico al adquirir el reconocimiento de sus competencias profesionales mediante el programa de certificación profesional nacional.Appropriate deployment of technological tools contributes to improvement in the quality of healthcare delivered, the containment of cost, and better access to healthcare systems. Hospitals have been allocating significant portion of their resources to procuring and managing capital assets; they are continuously faced with demands for new biomedical technology while asked to manage existing inventory for which they are not well prepared. To effectively manage their investments, hospitals are developing medical technology management programs that need expertise and planning methodology for safe and efficient deployment of healthcare technological tools. Clinical engineers are practitioners that can lead such programs and deliver technological solutions based on carefully determined needs and specified set of organization objectives and abilities. The successful practice of clinical engineering is dependent on the ability of these practitioners to transfer knowledge from the engineering and life sciences to the support of clinical applications. As rapid changes in the complexity and variety of technological tools and in the measurement of patient care outcomes taking place, it is best to facilitate transfer of such knowledge having well defined body of knowledge. This can be accomplished only when the goals of the profession are clearly described and uniformly accepted accommodating profession vision and commitment. Such a commitment must include the promotion of safe and effective application of science and technology in patient care and on the acceptance of professional accountability demonstratable by the achievement of competency recognition by national professional certification program

Design of a quality control process for Dealgecco GmbH

146 páginasEn este proyecto, el objetivo es obtener el objetivo general de diseñar un sistema de garantía de calidad. Los pasos que se tomaron para hacerlo comenzaron con la preparación de los datos y los resultados del proceso. Esta información es la base para determinar el estado de todos los procesos, una tarea necesaria al diseñar un sistema de garantía de calidad. De toda esta información, se ha obtenido una extensa lista de problemas. Esta lista es uno de los problemas más importantes que afectan el desarrollo correcto del negocio del ciclo de vida. Este artículo está disponible en cuatro grupos; equipo, proceso, producto e información. Una vez que esto se determinó, la tarea consistió en ofrecer soluciones para estos problemas mediante el desarrollo de herramientas útiles y simples.PregradoIngeniero(a) Industria

Development of a Dynamic Goniometer with an Incremental Encoder

Angle dynamic measurements of body joints have become an important parameter to know for sportsmen, physicians and analysts of rehabilitation processes. The development of devices that allows those measurements turns out to be a hard work for biomedical engineers because during the acquisition process the mechanical system usually affects the natural joints movements. Digital goniometers have been constructed using different electronic principles, especially using resistance variations in potentiometers. In this paper we propose the construction of a dynamic goniometer with an incremental encoder using a mechanical transmission between a hinge and a pulley connected to an optical disk. The rotation is detected with an infrared led and a phototransistor. Calculations are done through a microcontroller and finally shown in real time using a liquid crystal display (LCD).La medición dinámica de los ángulos articulares se ha convertido en un parámetro fundamental para deportistas, médicos y analistas de los procesos de rehabilitación. El desarrollo de dispositivos para estas aplicaciones ha presentado retos importantes debido a la imposibilidad de implementar los sistemas mecánicos requeridos para la medición, sin afectar el movimiento natural de las articulaciones. Los goniómetros digitales se han construido a partir de diferentes principios electrónicos, particularmente basados en las variaciones resistivas de potenciómetros. Este trabajo muestra el desarrollo e implementación de un goniómetro dinámico basado en un encoder incremental con un sistema de transmisión mecánico entre una articulación de tipo bisagra y una polea conectada a un disco óptico. La rotación se detecta con un LED infrarrojo y un fototransistor. El cálculo del movimiento angular en la articulación se realiza con un microcontrolador. Finalmente los datos se muestran en tiempo real en una pantalla de cristal líquido (LCD)