35374 - BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE M

Anno Accademico 2017/2018

  • Docente: Angelo Cappello
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: ING-IND/34
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • 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 caso del 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
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
Estrazione dell'informazione dai dati: impiego di modelli e di tecniche di classificazione
Ambienti per la valutazione delle funzioni cognitive. Esempi applicativi.

6. Reti di sensori ed attuatori indossabili
Sensori inerziali: accelerometri, giroscopi
Magnetometri
Attuatori
Tecnologia MEMS
Cenni su sensori EMG indossabili
Sensor fusion: filtro di Kalman, approccio model-based
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
 
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:
1) in aula, durante lo svolgimento di esercizi;
2) in laboratorio, durante lo svolgimento di esercitazioni;
3) mediante le tesine (opzionali);
4) nella prova d'esame finale, scritta e orale.

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni Power Point
Sistema stereofotogrammetrico a 6 telecamere
Pedane dinamometriche
Elettromiografo wireless multicanale
Sensori ed attuatori indossabili

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Angelo Cappello