Anno Accademico 2018/2019
- Docente: Angelo Cappello
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-IND/34
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
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Corso:
Laurea Magistrale in
Ingegneria meccanica (cod. 0938)
Valido anche per Laurea Magistrale in Ingegneria elettronica (cod. 0934)
Conoscenze e abilità da conseguire
Fornire allo Studente un quadro sulle problematiche della disabilità, gli ausili utilizzati e le tecniche per la valutazione funzionale con particolare riferimento alla neuroriabilitazione e neuroprotesi nel controllo della postura e del movimento, alla protesi e ortesi per arti superiori e inferiori, e al monitoraggio remoto, applicazioni domotiche e realtà virtuale.
Contenuti
1. Introduzione al corso
- Cenni storici
- Le tecnologie per la riabilitazione ed il loro impatto sulla salute e sulla società: il disabile e l'anziano
- Progetti di ricerca regionali, nazionali ed europei: il progetto regionale StartER
2. Basi anatomo-fisiologiche
- Anatomo-fisiologia del sistema muscolo-scheletrico
- Organizzazione del sistema nervoso centrale e periferico
- Funzioni del sistema nervoso centrale colpite più spesso da eventi traumatici/vascolari o da malattie neurodegenerative
3. La biomeccanica
- La biomeccanica: definizione, obiettivi, metodologie
- Biomeccanica del movimento umano: finalità generali, cenni storici
- Statica, cinematica e dinamica del corpo rigido
- Cinematica e dinamica del movimento umano
- Il laboratorio di analisi del movimento: stereo-fotogrammetria, dinamometria, elettromiografia
- Applicazioni cliniche
4. Il controllo della postura e del movimento
- Il controllo posturale
- I disordini dell'equilibrio e la loro valutazione clinica
- La valutazione del controllo posturale per via strumentale: posturografia statica e dinamica
- Modelli del controllo posturale
- Il segnale posturografico: parametri derivati dalla traiettoria del centro di pressione
- Applicazioni cliniche della posturografia quantitativa.
- Caso di studio: valutazione funzionale del paziente parkinsoniano
5. Elementi di valutazione funzionale
- Definizione di funzione
- Le scale di valutazione funzionale
- Tecniche strumentali per la valutazione funzionale
- L'estrazione di informazione dai dati: uso di modelli e di tecniche di classificazione
- Valutazione della funzione cognitiva
- Esempi applicativi
6. Reti di sensori ed attuatori indossabili
- Sensori inerziali: accelerometri, giroscopi
- Magnetometri
- Attuatori
- Tecnologia MEMS
- Cenni su sensori EMG indossabili
- Tecniche di sensor fusion
- Analisi cinematica e dinamica della postura e del movimento mediante accelerometri uniassiali
- Stima dei parametri antropometrici mediante accelerometria e dinamometria
- Protocolli di trasmissione wireless
- Reti di sensori ed attuatori
- Applicazioni: classificazione di atti motori, allarme negli eventi di caduta
- Il progetto europeo FARSEEING
7. Tecniche riabilitative basate su biofeedback e realtà
virtuale
- Biofeedback posturale: audio e video-biofeedback
- Funzionamento base di un sistema basato su Realtà Virtuale
- I progetti europei SENSACTION-AAL, SMILING e CAMMI
- Casi applicativi
8. Stimolazione elettrica funzionale
- Il segnale mioelettrico: basi neurofisiologiche, acquisizione ed elaborazione
- Lesioni centrali e periferiche e conseguenti deficit motori
- Evoluzione spontanea del deficit motorio nella lesione spinale o nello stroke (ictus cerebrale)
- Organizzazione del trattamento riabilitativo: fase acuta, fase stabilizzata, valutazione funzionale e scelta del setting di riabilitazione
- La stimolazione neuromuscolare: definizioni e nozioni di base
- La Stimolazione Elettrica Funzionale (SEF): applicazioni riabilitative e funzionali
- Stato dell'arte degli stimolatori neuromuscolari per SEF e risultati della riabilitazione
- FES-Cycling
9. Gli ausili: protesi, ortesi, sistemi per la mobilità e l'autonomia
- Introduzione alla Disabilità.
- Classificazione ICIDH e ICF
- Definizione di Ausilio. Ausili per l'autonomia. Design for All
- Protesi ed ortesi. Fasi del trattamento protesico. Tecniche di costruzione
- Protesi di arto inferiore. Classificazione e codifica. Protesi esoscheletriche ed endoscheletriche
- Protesi di arto superiore. Classificazione e codifica. Protesi estetiche e protesi funzionali. Ortesi
- Ausili per la mobilità
- Cenni sui sistemi robotici per la riabilitazione
10. Interfaccia uomo-calcolatore-ambiente
- Sensori per disabilità motorie.
- Sistemi di accesso al computer. Tastiere speciali ed emulatori di mouse. Software per l'accesso facilitato al PC
- Sistemi domotici e standards. Modalità di trasmissione dati nei sistemi domotici.
- Domotica e disabilità
- Interfacce basate sulla realtà virtuale
- La brain-computer interface (BCI)
Testi/Bibliografia
Appunti del docente
Presentazioni Power Point
- A.Cappello, A.Cappozzo, P.E. di Prampero (Eds.), Bioingegneria della Postura e del Movimento, Patron Editore, Bologna, 2003
- D.Popovic, T.Sinkjaer, Control of Movement for the Physically Disabled, Sprinter-Verlag, London, 2000
- J.M.Winters, P.E.Crago (Eds.) Biomechanics and Neural Control of Posture and Movement, Springer-Verlag, New York, 2000
Metodi didattici
Durante le lezioni verranno discusse le problematiche generali
connesse con la progettazione e lo sviluppo di sistemi per la
riabilitazione sensori-motoria.
Il corso sará affiancato da esercitazioni di laboratorio e da
visite presso Centri di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico.
Esercitazioni al calcolatore consentiranno di progettare e simulare
esperimenti in modo realistico. Questi verranno successivamente
realizzati nel laboratorio di Ingegneria Biomedica per mettere a
punto le metodologie. Lo svolgimento di tesine consentirà a gruppi
di studenti di approfondire alcuni aspetti del corso attraverso
l'analisi di casi clinici.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Le verifiche dell'apprendimento avverranno:
- in aula, durante lo svolgimento di esercizi
- in laboratorio, durante lo svolgimento di esercitazioni
- progetto
- nella prova d'esame finale, scritta e orale
La prova d'esame prevede lo svolgimento di un esercizio e la discussione del progetto.
Strumenti a supporto della didattica
Presentazioni Power Point
Sistema stereo-fotogrammetrico
Pedane dinamometriche
Elettromiografo wireless multicanale
Sensori ed attuatori indossabili
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Angelo Cappello