35374 - BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE M

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

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.

Programma/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 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