93932 - AGEING AND REHABILITATION ENGINEERING

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede conoscenze avanzate sull'analisi e la progettazione dei più diffusi sistemi bioingegneristici per la valutazione funzionale, l'assistenza e la riabilitazione sensori-motoria e cognitiva, e per la prevenzione in ambito geriatrico. In particolare, lo studente è in grado di: - ricondurre le principali alterazioni funzionali alla fisiopatologia dei sistemi coinvolti ed ai processi di invecchiamento fisiologico; - utilizzare criticamente i principali strumenti e metodi per la valutazione delle funzioni corporee, determinando le proprietà essenziali delle misure in un’ottica bio-psico-sociale; - eseguire una progettazione di alto livello di dispositivi assistivi, riabilitativi e preventivi; - orientarsi tra i principali approcci in ambito neurorobotico e neuroriabilitativo.

Contenuti

1. Ingegneria della riabilitazione

1.1 I paradigmi riabilitativi. Il modello biopsicosociale ICF. Principali determinanti dello spazio riabilitativo: Modelli teorici; Strumenti e paradigmi; Valutazione dell'outcome. Le sfide dell'ingegneria riabilitativa. Nuove tecnologie in riabilitazione: tendenze generali. Tecnologie abilitanti.

1.2 Modelli teorici: neurofisiopatologia dei sistemi motori. Neuroplasticità. Il circuito della ricompensa. Neuroni specchio. Le basi dell'apprendimento neuromotorio in riabilitazione.

1.3 Strumenti e paradigmi: protesi, ortesi, tecnologie assistive e riabilitative. Il paradigma del feedback aumentato: sistemi di biofeedback e neurofeedback. Sostituzione sensoriale. Architettura generale e principali specifiche progettuali di un sistema di biofeedback. Esempi e demo di sistemi di biofeedback: sEMG, equilibrio, deambulazione e HRV. Feedback unisensoriale vs multisensoriale. Progettazione di esperimenti basati sul biofeedback. Realtà virtuale per la riabilitazione. Exergames. Stimolazione elettrica funzionale. Esoscheletri robotici. Architettura generale di una piattaforma di teleriabilitazione. Applicazioni mHealth per la riabilitazione.

1.4 Valutazione dell'outcome: le sfide della misurazione di funzioni e comportamenti corporei. Teoria della misurazione per le scienze biopsicosociali. Il ruolo delle misure strumentali in riabilitazione. Misure e rumore. Principali proprietà delle misure: Validità; Affidabilità; Sensibilità. Proprietà psicometriche delle comuni scale utilizzate in riabilitazione. Test funzionali e di performance. Controllo dell'equilibrio: neurobiomeccanica, modelli, misure. Locomozione: neurobiomeccanica, modelli, misure. Modello di filtro di Kalman lineare e non lineare per la fusione sensoriale.


2. Ingegneria per l'invecchiamento e la longevità

2.1 La fisiologia dell'invecchiamento. Principali disabilità croniche della vecchiaia: Giganti Geriatrici. Focus su: demenza, cadute e vertigini, osteoporosi, dolore negli anziani, fragilità. Determinanti dell'invecchiamento attivo e in buona salute.

2.2 Gerontecnologie. Obiettivi delle gerontecnologie: Prevenzione; Compensazione; Cura; Potenziamento. Sfide di progettazione per le soluzione per un invecchiamento attivo e in buona salute. Casi studio: soluzioni tecnologiche per la prevenzione, la compensazione, la cura ed il potenziamento. Biomarcatori digitali dell'invecchiamento.

Testi/Bibliografia

Letture necessarie

Materiali ed articoli forniti dal docente

Letture consigliate

A. Cappello, A. Cappozzo, P.E. di Prampero (Eds.), Bioingegneria della Postura e del Movimento, Patron Editore, Bologna, 2003.

Nuno M. Garcia, Joel Jose P.C. Rodrigues (Eds.), Ambient Assisted Living, CRC Press, 2017.

Letture di approfondimento della materia

D. Popovic, T. Sinkjaer, Control of Movement for the Physically Disabled, Sprinter-Verlag, London, 2000.

A. Bonfiglio, S. Cerutti, D. De Rossi, G. Magenes (Eds.), Sistemi indossabili intelligenti per la salute e la protezione dell’uomo, Patron Editore, Bologna, 2008.

J. Thomas, J. Nelson, S. Silverman, Research Methods in Physical Activity-7th Edition, Human Kinetics, 2015.

Metodi didattici

Durante le lezioni (da remoto o in presenza) vengono presentati e discussi i problemi generali relativi alla progettazione, allo sviluppo e all'analisi di sistemi bioingegneristici per la riabilitazione e l'invecchiamento.
Il corso sarà completato da sessioni sperimentali di misura ed analisi dati condotte in presenza presso il Laboratorio di Ingegneria Biomedica, dalla soluzione di problemi in ambiente Matlab e da vari seminari specialistici. Una parte significativa del corso sarà poi dedicata ad attività progettuale condotta per gruppi, che permetterà agli studenti di trasporre i contenuti teorici visti a lezione in un'esperienza sperimentale condotta da protagonisti, con la supervisione di un tutor.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Il processo di apprendimento sarà valutato:
1) durante le lezioni, tramite Q&A, attività ed esercizi risolti dal docente interagendo con gli studenti;
2) in laboratorio, mediante la soluzione di esercizi pratici in ambiente Matlab;
3) mediante progetti condotti per gruppi (obbligatori);
4) mediante l'esame finale (prova scritta e presentazione orale dei progetti).

La prova scritta riguarderà la soluzione di 3 esercizi e la risposta a 3 domande di teoria a scelta multipla.

La presentazione dei progetti sarà fatta per gruppi in giornata diversa rispetto alle date delle prove scritte. Sarà calendarizzata nei mesi di gennaio o febbraio, prima della ripresa delle lezioni. La valutazione sarà individualizzata e riguarderà: qualità complessiva e consistenza del lavoro svolto in relazione agli obiettivi inizialmente assegnati; autonomia del gruppo; efficacia della presentazione; apporto individuale al progetto.

Il voto finale sarà la media delle valutazioni ottenute nello scritto (50%) e nella presentazione del progetto (50%).

Strumenti a supporto della didattica

  • Slide Power Point
  • 1 treadmill strumentato con sistema di biofeedback
  • 1 sistema Stereo-fotogrammetrico (6 TC)
  • 2 pedane di forza
  • 1 sistema EMG wireless multicanale
  • 1 sistema EEG
  • Sensori inerziali indossabili (IMU)
  • Dispositivi mobili (smartphone/smartwatch) con Android
  • PC con Matlab
  • Altri materiali necessari per l'implementazione dei progetti (kit di sviluppo)
  • Orario di ricevimento

    Consulta il sito web di Lorenzo Chiari