- Docente: Silvia Fantozzi
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-INF/06
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Silvia Fantozzi (Modulo 1) Pierpaolo Palumbo (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea in Ingegneria elettronica e telecomunicazioni (cod. 9065)
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Orario delle lezioni (Modulo 1)
dal 19/09/2023 al 02/11/2023
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Orario delle lezioni (Modulo 2)
dal 07/11/2023 al 19/12/2023
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso lo studente ha acquisito le conoscenze di base sui principali sistemi fisiologici; è in grado di formulare, anche attraverso esercitazioni di laboratorio, semplici modelli matematici di sistemi fisiologici (cardiovascolare, respiratorio, renale, metabolico, neuro-muscolo-scheletrico) e di validarli a partire da misure sperimentali; sarà in grado di affrontare un semplice processo diagnostico a partire dalla identificazione parametrica di tali modelli; ha acquisito i fondamenti sui principi di funzionamento e la progettazione di alcuni sistemi di supporto alla vita (defibrillatore, pacemaker, rene artificiale).
Contenuti
Il corso, a carattere introduttivo, illustra le metodologie di base dell’ingegneria biomedica e la loro applicazione allo studio dei principali sistemi fisiologici e alla diagnosi, terapia e riabilitazione.
MODULO 1: BIOMECCANICA
- Vengono introdotte le basi della biomeccanica. I modelli esplorati sono quelli del punto materiale, del corpo rigido e della catena multisegmentale di corpi rigidi, per giungere a fornire gli elementi di conoscenza essenziali nell'analisi teorica e strumentale del movimento umano, nei suoi aspetti cinematici e dinamici.
- Vengono illustrate le principali apparecchiature per l’acquisizione della cinematica e della dinamica del movimento umano: stereo-fotogrammetria, pedana dinamometrica, elettromiografia, sensoristica indossabile.
- Verranno effettuate tre esercitazioni pratiche presso il Laboratorio di Analisi del Movimento della Record. Queste avranno come obiettivi: 1) la valutazione dell’accuratezza e della precisione delle apparecchiature; 2) la valutazione della cinematica del corpo durante l’esecuzione di semplici atti motori (cammino, alzata da una sedia, salto, postura ortostatica, ecc.); 3) la valutazione della dinamica mediante l’uso della pedana di forza e dell’elettromiografo; 4) l’uso di sensori indossabili per la stima della cinematica angolare. Ognuna delle tre esercitazioni porterà allo sviluppo di un progetto da parte di un gruppo di studenti.
MODULO 2: MODELLI A COMPARTIMENTI, RENE ARTIFICIALE ED ELETTROFISIOLOGIA
Introduzione all’Ingegneria Biomedica ed elementi propedeutici
- Ingegneria Biomedica e Bioingegneria: metodologie, applicazioni, figure professionali
- Richiami di biologia e fisiologia: dalle biomolecole alle cellule, ai tessuti, agli organismi
- La pressione osmotica: scambi di liquidi ed elettroliti tra i compartimenti extracellulare ed intracellulare
- Una visione unificante: i principi di conservazione e le equazioni di bilancio. Es. Bilancio di massa di un farmaco
- Il metodo dei minimi quadrati; Esempi
- Il linguaggio Matlab
- Seminario 1. I modelli matematici: simulazione numerica e identificazione parametrica con l’uso di Matlab
Modelli a compartimenti
- Fondamenti per la formulazione e l’uso dei modelli a compartimenti, strumenti in grado di descrivere il movimento di sostanze (nutrienti, farmaci, ecc.) all'interno del corpo umano
- Esempi: reazione chimica, test di funzionalità epatica (Matlab)
Rene artificiale
- Il rene
- La dialisi renale: modello a compartimenti. Determinazione della dose dialitica. Il dializzatore: setting dei parametri di macchina
- Elementi descrittivi e di progetto del rene artificiale
- Esempio. Simulazione di tre dialisi settimanali (Matlab)
Elettrofisiologia
- Fenomeni di trasporto
- Modello di membrana cellulare
- Genesi dei potenziali di membrana: il potenziale di azione
- Seminario 2. Sistemi di supporto alla vita: pacemaker e defibrillatori
- Seminario 3. Elaborazione di segnali bioelettrici: ECG, EMG (Matlab)
Testi/Bibliografia
Cappello A., Cappozzo A., Di Prampero P.E. Bioingegneria della postura e del movimento, Collana di Ingegneria Biomedica, 2003, Patron Editore.
Cobelli C., Carson E. Introduzione alla modellistica in fisiologia e medicina, Collana di Ingegneria Biomedica, 2012, Patron Editore.
Özkaya N., Nordin M., Goldsheyder D., Leger D. Fondamenti di biomeccanica. Equilibrio, movimento e deformazione, Padova, Piccin Nuova Libraria spa, 2021 (trad. Cappello A., Chiari L.)
Metodi didattici
Il programma del corso è svolto in aula attraverso un ciclo di lezioni frontali. Il corso è integrato da seminari, da esercitazioni al calcolatore in ambiente Matlab e da esercitazioni pratiche relative alla biomeccanica e all'analisi del movimento umano. Il materiale didattico, costituito da copia dei file power point, dispense ed esercizi, è reso disponibile on line prima della lezione.
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
MODULO 1: L’apprendimento sarà verificato attraverso la presentazione e la discussione del progetto.
MODULO 2: l’apprendimento sarà verificato attraverso una prova scritta da svolgere a libri chiusi contenente due esercizi e dieci domande a risposta multipla.
La votazione finale sarà la media dei voti ottenuti per il MODULO 1 ed il MODULO 2.
Strumenti a supporto della didattica
Slide Power Point, videoproiettore, PC/laptop con Matlab, Laboratorio di Analisi del Movimento.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Silvia Fantozzi
Consulta il sito web di Pierpaolo Palumbo