INGEGNERIA BIOMEDICA
Corso di laurea magistrale
Piano di Studi
Curricula:
CURRICULUM BIOSTRUMENTAZIONE E BIOINFORMATICA
Primo anno
Tecnologie biomediche (12 cfu)
- Il modulo di Laboratorio di Tecnologie Biomediche ha lo scopo di abilitare lo studente nella realizzazione di prototipi elettromeccanici per applicazioni biomediche. Saranno trattati i seguenti argomenti:
1) Valutazione della classe di rischio dei dispositivi medici e degli standard di progettazione con particolare focus alla regolamentazione europea;
2) fondamenti di tecnologia meccanica applicata al settore biomedico;
3) fondamenti di modellazione CAD tramite utilizzo di
software (Solidworks o Fusion 360);
4) prototipazione rapida di tipo elettronico utilizzando
schede elettroniche open-source (arduino) interfacciabili con sensori e attuatori;
5) prototipazione elettromeccanica (scelta attuatori, driver e loro dimensionamento). Gli argomenti trattati nel
modulo abilitano lo studente ad affrontare alcune delle tematiche attinenti ad Industria 4.0
Nel modulo di Materiali e Sistemi Intelligenti lo studente svilupperà:
1) conoscenze sui materiali intelligenti e bioresponsivi, quali idrogel, nanomateriali, piezoelettrici, materiali elettro e magneto-responsivi;
2) conoscenza dei vincoli progettuali per sistemi Biomimetici in vitro;
3) conoscenza della realizzazione di semplici sensori e trasduttori basati sui materiali intelligenti;
4) conoscenza sulla progettazione di sistemi intelligenti nell’ambito biomedico;
5) le conoscenze in modo da poter fare delle scelte critiche sulle tecnologie appropriate per un dato applicazione.
- Il modulo di Laboratorio di Tecnologie Biomediche ha lo scopo di abilitare lo studente nella realizzazione di prototipi elettromeccanici per applicazioni biomediche. Saranno trattati i seguenti argomenti:
Attività a libera scelta (12 cfu)
- La scelta effettuata tra gli insegnamenti del gruppo "Attivita' consigliate per la libera scelta" verrà automaticamente approvata. Altre scelte sono soggette ad approvazione da parte del Consiglio di Corso di Studio.
- La scelta effettuata tra gli insegnamenti del gruppo "Attivita' consigliate per la libera scelta" verrà automaticamente approvata. Altre scelte sono soggette ad approvazione da parte del Consiglio di Corso di Studio.
Analisi e modelli di segnali biomedici (12 cfu)
- Fornire agli studenti i supporti metodologici per l’analisi di segnali aleatori, per l’analisi statistica multivariata e per l’impiego dei modelli nell’analisi di serie temporali di dati biomedici.
- Fornire agli studenti i supporti metodologici per l’analisi di segnali aleatori, per l’analisi statistica multivariata e per l’impiego dei modelli nell’analisi di serie temporali di dati biomedici.
Bioinformatica (6 cfu)
- Fornire le competenze necessarie per operare con i tipici dati della Biologia Molecolare, sia su DNA che su altre sequenze biologiche, nonché su modelli di bio-macromolecole: tali competenze trovano applicazione sia nel campo della ricerca che in quello clinico. Il corso intende preparare lo studente a partecipare alla progettazione, implementazione e integrazione di sistemi software bioinformatici, con particolare riguardo ai settori emergenti della Genomica. Infine, l’esperienza acquisita nella programmazione con il linguaggio Python ha lo scopo di completare adeguatamente la preparazione in ambito informatico dell’ingegnere Biomedico, anche al di là delle specifiche applicazioni in campo biologico molecolare.
- Fornire le competenze necessarie per operare con i tipici dati della Biologia Molecolare, sia su DNA che su altre sequenze biologiche, nonché su modelli di bio-macromolecole: tali competenze trovano applicazione sia nel campo della ricerca che in quello clinico. Il corso intende preparare lo studente a partecipare alla progettazione, implementazione e integrazione di sistemi software bioinformatici, con particolare riguardo ai settori emergenti della Genomica. Infine, l’esperienza acquisita nella programmazione con il linguaggio Python ha lo scopo di completare adeguatamente la preparazione in ambito informatico dell’ingegnere Biomedico, anche al di là delle specifiche applicazioni in campo biologico molecolare.
Elettronica biomedica I (6 cfu)
- Lo studente che ha completato con successo il corso sarà in grado di progettare e analizzare elettronico analogico front-end per le diverse strumentazioni biomediche. Sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza dei circuiti elettronici di base e avanzate utilizzate nella maggior parte dei biomedica strumentazione font-end, come differenziale, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e digitale -to-analog converter, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari. Il corso riguarda la progettazione e l'analisi dei differenziali, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e convertitori digitali-analogici, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari.
- Lo studente che ha completato con successo il corso sarà in grado di progettare e analizzare elettronico analogico front-end per le diverse strumentazioni biomediche. Sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza dei circuiti elettronici di base e avanzate utilizzate nella maggior parte dei biomedica strumentazione font-end, come differenziale, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e digitale -to-analog converter, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari. Il corso riguarda la progettazione e l'analisi dei differenziali, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e convertitori digitali-analogici, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari.
Bioingegneria delle radiazioni (12 cfu)
- a) Modulo “Radiazioni ionizzanti e interazioni biologiche” (ING-IND/20) Obiettivi: Obiettivi: Fornire agli studenti nozioni di base su fisica atomica e nucleare, sorgenti di radiazioni, interazioni tra radiazioni e materia e applicazioni in campo biomedico. b) Modulo "Radiazioni elettromagnetiche ed interazioni biologiche " (ING-INF/02) Obiettivi: : Il corso ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali sulla generazione, caratterizzazione e propagazione dei campi elettromagnetici, sulla loro interazione con i tessuti biologici, e sulle tecniche di misura. Verranno inoltre illustrati gli aspetti dosimetrici (dosimetria analitica, numerica e sperimentale), i sistemi di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche, i metodi di schermatura, le linee guida internazionali (ICNIRP)e la normativa italiana sui limiti di esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti.
- a) Modulo “Radiazioni ionizzanti e interazioni biologiche” (ING-IND/20) Obiettivi: Obiettivi: Fornire agli studenti nozioni di base su fisica atomica e nucleare, sorgenti di radiazioni, interazioni tra radiazioni e materia e applicazioni in campo biomedico. b) Modulo "Radiazioni elettromagnetiche ed interazioni biologiche " (ING-INF/02) Obiettivi: : Il corso ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali sulla generazione, caratterizzazione e propagazione dei campi elettromagnetici, sulla loro interazione con i tessuti biologici, e sulle tecniche di misura. Verranno inoltre illustrati gli aspetti dosimetrici (dosimetria analitica, numerica e sperimentale), i sistemi di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche, i metodi di schermatura, le linee guida internazionali (ICNIRP)e la normativa italiana sui limiti di esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti.
Altre attività utili per l'inserimento nel mondo del lavoro (3 cfu)
- Tale attività sarà articolata in cicli di seminari tenuti da personale del mondo accademico e delle aziende sanitarie con l’obiettivo di favorire lo studente all’apprendimento delle metodologie e delle opportunità lavorative con particolare riferimento al comparto della sanità.
- Tale attività sarà articolata in cicli di seminari tenuti da personale del mondo accademico e delle aziende sanitarie con l’obiettivo di favorire lo studente all’apprendimento delle metodologie e delle opportunità lavorative con particolare riferimento al comparto della sanità.
Metodi per l'analisi di segnali multidimensionali (6 cfu)
- Preparare lo studente a sviluppare e interpretare i risultati dell’applicazione di alcuni metodi di analisi di segnali e immagini biomediche.
- Preparare lo studente a sviluppare e interpretare i risultati dell’applicazione di alcuni metodi di analisi di segnali e immagini biomediche.
Elettronica biomedica II (12 cfu)
- Il corso è diviso in due moduli “Elettronica Biomedica II” e “Sistemi embedded per applicazioni biomedicali”. Nel modulo di Elettronica Biomedica II lo studente imparerà a conoscere le architetture dei sistemi embedded usati per le apparecchiature biomediche; sarà in grado di descriverne e analizzarne le architetture affrontando le problematiche applicative della programmazione e analisi dei segnali. Inoltre, lo studente verrà messo in condizione di conoscere l’informazione digitale da come viene codificata a come viene memorizzata passando dagli algoritmi di elaborazione. Nel modulo di Sistemi Embedded per applicazioni biomedicali lo studente sarà messo nella condizione di conoscere sia i principali metodi e algoritmi per la programmazione di sistemi embedded mobili e sensori, sia di acquisire competenze di carattere partico per sviluppare applicazioni che implementino algoritmi di intelligenza artificiale nell'ambito biomedicale. Il corso si propone di fare acquisire competenze relative alla programmazione di sistemi embedded mobili (quali smartphone/tablet) e di piattaforme sensoristiche. Gli argomenti trattati nel modulo abilitano lo studente ad affrontare alcune delle tematiche attinenti ad Industria 4.0.
- Il corso è diviso in due moduli “Elettronica Biomedica II” e “Sistemi embedded per applicazioni biomedicali”. Nel modulo di Elettronica Biomedica II lo studente imparerà a conoscere le architetture dei sistemi embedded usati per le apparecchiature biomediche; sarà in grado di descriverne e analizzarne le architetture affrontando le problematiche applicative della programmazione e analisi dei segnali. Inoltre, lo studente verrà messo in condizione di conoscere l’informazione digitale da come viene codificata a come viene memorizzata passando dagli algoritmi di elaborazione. Nel modulo di Sistemi Embedded per applicazioni biomedicali lo studente sarà messo nella condizione di conoscere sia i principali metodi e algoritmi per la programmazione di sistemi embedded mobili e sensori, sia di acquisire competenze di carattere partico per sviluppare applicazioni che implementino algoritmi di intelligenza artificiale nell'ambito biomedicale. Il corso si propone di fare acquisire competenze relative alla programmazione di sistemi embedded mobili (quali smartphone/tablet) e di piattaforme sensoristiche. Gli argomenti trattati nel modulo abilitano lo studente ad affrontare alcune delle tematiche attinenti ad Industria 4.0.
Bioimmagini (12 cfu)
- a) Modulo “ Immagini biomediche” (ING-INF/06)
Introdurre lo studente alle conoscenze dei principi di formazione e al contenuto informativo delle bioimmagini.
b) Modulo “Elaborazione delle bioimmagini” (ING-INF/06)
Obiettivi. Fornire le competenze necessarie riguardo alle principali tecniche per il filtraggio, la segmentazione, la registrazione e l’analisi quantitativa delle bioimmagini
- a) Modulo “ Immagini biomediche” (ING-INF/06)
Chirurgia assistita dal calcolatore e Informatica medica (12 cfu)
- Il corso è diviso in due moduli “Chirurgia assistita dal calcolatore” e “Informatica medica”
Modulo “Chirurgia assistita dal calcolatore”: L’obiettivo è capire il funzionamento e progettare sistemi per chirurgia computer assistita. Gli argomenti trattati riguardano principalmente la gestione e l'elaborazione delle immagini mediche per finalità di pianificazione e simulazione della
terapia, il tracking (approfondendo in particolare quello ottico), la registrazione, l'ergonomia delle interfacce utente con accenni all’impiego della realtà aumentata, la robotica medica guidata dalle immagini e non, le dime chirurgiche paziente specifiche, l’integrazione dei dispositivi con il
workflow chirurgico. Le lezioni frontali saranno affiancate da attività di laboratorio per lo sviluppo delle funzionalità di base di un navigatore per chirurgia mediante l’impiego
dell’ambiente Matlab. Gli argomenti trattati nel modulo abilitano lo studente ad affrontare alcune delle tematiche attinenti ad Industria 4.0.
Modulo Informatica medica: Al termine del modulo di informatica medica lo studente sarà in grado di eseguire l’ analisi di problemi per la definizione di specifiche di sistema; capire se un database è progettato bene; progettare e realizzare un prototipo web con il framework open source BMF 3.x specifico per soluzioni e-health. Acquisirà nozioni di base su standard di comunicazione in sanità HL7 e nozioni di base sul trattamento dei dati sensibili. Saprà di cosa si occupa l'ICT per un'azienda sanitaria; conoscerà la complessità del modello organizzativo. Brevi cenni di management di sistemi complessi.
- Il corso è diviso in due moduli “Chirurgia assistita dal calcolatore” e “Informatica medica”
Prova finale (15 cfu)
Attività a libera scelta (12 cfu)
- La scelta effettuata tra gli insegnamenti del gruppo "Attivita' consigliate per la libera scelta" verrà automaticamente approvata. Altre scelte sono soggette ad approvazione da parte del Consiglio di Corso di Studio.
- La scelta effettuata tra gli insegnamenti del gruppo "Attivita' consigliate per la libera scelta" verrà automaticamente approvata. Altre scelte sono soggette ad approvazione da parte del Consiglio di Corso di Studio.
Bioingegneria delle radiazioni (12 cfu)
- a) Modulo “Radiazioni ionizzanti e interazioni biologiche” (ING-IND/20) Obiettivi: Obiettivi: Fornire agli studenti nozioni di base su fisica atomica e nucleare, sorgenti di radiazioni, interazioni tra radiazioni e materia e applicazioni in campo biomedico. b) Modulo "Radiazioni elettromagnetiche ed interazioni biologiche " (ING-INF/02) Obiettivi: : Il corso ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali sulla generazione, caratterizzazione e propagazione dei campi elettromagnetici, sulla loro interazione con i tessuti biologici, e sulle tecniche di misura. Verranno inoltre illustrati gli aspetti dosimetrici (dosimetria analitica, numerica e sperimentale), i sistemi di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche, i metodi di schermatura, le linee guida internazionali (ICNIRP)e la normativa italiana sui limiti di esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti.
- a) Modulo “Radiazioni ionizzanti e interazioni biologiche” (ING-IND/20) Obiettivi: Obiettivi: Fornire agli studenti nozioni di base su fisica atomica e nucleare, sorgenti di radiazioni, interazioni tra radiazioni e materia e applicazioni in campo biomedico. b) Modulo "Radiazioni elettromagnetiche ed interazioni biologiche " (ING-INF/02) Obiettivi: : Il corso ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali sulla generazione, caratterizzazione e propagazione dei campi elettromagnetici, sulla loro interazione con i tessuti biologici, e sulle tecniche di misura. Verranno inoltre illustrati gli aspetti dosimetrici (dosimetria analitica, numerica e sperimentale), i sistemi di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche, i metodi di schermatura, le linee guida internazionali (ICNIRP)e la normativa italiana sui limiti di esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti.
Meccanica applicata al sistema muscolo scheletrico (6 cfu)
- • Fornire gli strumenti per l’analisi cinematica, statica e dinamica tridimensionale di sistemi meccanici, basandosi su un approccio robotico, sia di tipo teorico che pratico (programmi al calcolatore)
• Indicare le strategie per la definizione degli schemi meccanici per l’analisi del movimento
• Fornire gli elementi di base per la descrizione del sistema muscolo-scheletrico, in particolare arti e rachide
• Metodi per la stima delle forze muscolari e dei carichi sulle articolazioni
- • Fornire gli strumenti per l’analisi cinematica, statica e dinamica tridimensionale di sistemi meccanici, basandosi su un approccio robotico, sia di tipo teorico che pratico (programmi al calcolatore)
Analisi e modelli di segnali biomedici (12 cfu)
- Fornire agli studenti i supporti metodologici per l’analisi di segnali aleatori, per l’analisi statistica multivariata e per l’impiego dei modelli nell’analisi di serie temporali di dati biomedici.
- Fornire agli studenti i supporti metodologici per l’analisi di segnali aleatori, per l’analisi statistica multivariata e per l’impiego dei modelli nell’analisi di serie temporali di dati biomedici.
Principi di metodologie Biochimiche e Biomolecolari (6 cfu)
- Il corso si prefigge di fornire agli studenti un quadro teorico/pratico delle principali metodologie biochimiche e biomolecolari utilizzate per lo studio di macromolecole biologiche, quali proteine e acidi nucleici, e la loro applicazione nel campo della ricerca biochimica, biologico-molecolare e biomedica. Saranno inoltre trattate le più comuni e avanzate tecniche utilizzate nella medicina di laboratorio a scopi diagnostici.
- Il corso si prefigge di fornire agli studenti un quadro teorico/pratico delle principali metodologie biochimiche e biomolecolari utilizzate per lo studio di macromolecole biologiche, quali proteine e acidi nucleici, e la loro applicazione nel campo della ricerca biochimica, biologico-molecolare e biomedica. Saranno inoltre trattate le più comuni e avanzate tecniche utilizzate nella medicina di laboratorio a scopi diagnostici.
Tecnologie biomediche (12 cfu)
- Il modulo di Laboratorio di Tecnologie Biomediche ha lo scopo di abilitare lo studente nella realizzazione di prototipi elettromeccanici per applicazioni biomediche. Saranno trattati i seguenti argomenti:
1) Valutazione della classe di rischio dei dispositivi medici e degli standard di progettazione con particolare focus alla regolamentazione europea;
2) fondamenti di tecnologia meccanica applicata al settore biomedico;
3) fondamenti di modellazione CAD tramite utilizzo di
software (Solidworks o Fusion 360);
4) prototipazione rapida di tipo elettronico utilizzando
schede elettroniche open-source (arduino) interfacciabili con sensori e attuatori;
5) prototipazione elettromeccanica (scelta attuatori, driver e loro dimensionamento). Gli argomenti trattati nel
modulo abilitano lo studente ad affrontare alcune delle tematiche attinenti ad Industria 4.0
Nel modulo di Materiali e Sistemi Intelligenti lo studente svilupperà:
1) conoscenze sui materiali intelligenti e bioresponsivi, quali idrogel, nanomateriali, piezoelettrici, materiali elettro e magneto-responsivi;
2) conoscenza dei vincoli progettuali per sistemi Biomimetici in vitro;
3) conoscenza della realizzazione di semplici sensori e trasduttori basati sui materiali intelligenti;
4) conoscenza sulla progettazione di sistemi intelligenti nell’ambito biomedico;
5) le conoscenze in modo da poter fare delle scelte critiche sulle tecnologie appropriate per un dato applicazione.
- Il modulo di Laboratorio di Tecnologie Biomediche ha lo scopo di abilitare lo studente nella realizzazione di prototipi elettromeccanici per applicazioni biomediche. Saranno trattati i seguenti argomenti:
Altre attività utili per l'inserimento nel mondo del lavoro (3 cfu)
- Tale attività sarà articolata in cicli di seminari tenuti da personale del mondo accademico e delle aziende sanitarie con l’obiettivo di favorire lo studente all’apprendimento delle metodologie e delle opportunità lavorative con particolare riferimento al comparto della sanità.
- Tale attività sarà articolata in cicli di seminari tenuti da personale del mondo accademico e delle aziende sanitarie con l’obiettivo di favorire lo studente all’apprendimento delle metodologie e delle opportunità lavorative con particolare riferimento al comparto della sanità.
Ingegneria biomolecolare e cellulare (6 cfu)
- Il corso, si propone di fornire le conoscenze di base sui sistemi cellulari e tissutali, utili per applicazioni in ambito bioingegneristico. In particolare, la prima parte del corso ha come obiettivo sia quello di fornire una panoramica sulla struttura e il funzionamento dei diversi tessuti biologici sia quello di fornire le conoscenze relative alle tecniche e alle procedure per la coltivazione in vitro di cellule animali con particolare riferimento alla loro applicazione nel settore dell'ingegneria tissutale. Si parlerà di cellule staminali e del loro uso nell’ambito della rigenerazione tissutale, si parlerà della forma più avanzata di colture cellulari in vitro, ossia di organ on a chip e di clonazione e terapia genica. Obiettivo della seconda parte del corso e' invece quello di approfondire le conoscenze sull'ingegneria tissutale. Sarà anche trattato il processo di vascolarizzazione dei tessuti bioingegnerizzati, e saranno affrontati i processi e i meccanismi molecolari alla base dello sviluppo del cancro, puntando l’attenzione sulla progettazione di sistemi 3D ingegnerizzati per lo studio in vitro, dei processi di cancerogenesi. Sarà inoltro approfondito il concetto delle 3R e si parlerà metodi alternativi alla sperimentazione animale.
- Il corso, si propone di fornire le conoscenze di base sui sistemi cellulari e tissutali, utili per applicazioni in ambito bioingegneristico. In particolare, la prima parte del corso ha come obiettivo sia quello di fornire una panoramica sulla struttura e il funzionamento dei diversi tessuti biologici sia quello di fornire le conoscenze relative alle tecniche e alle procedure per la coltivazione in vitro di cellule animali con particolare riferimento alla loro applicazione nel settore dell'ingegneria tissutale. Si parlerà di cellule staminali e del loro uso nell’ambito della rigenerazione tissutale, si parlerà della forma più avanzata di colture cellulari in vitro, ossia di organ on a chip e di clonazione e terapia genica. Obiettivo della seconda parte del corso e' invece quello di approfondire le conoscenze sull'ingegneria tissutale. Sarà anche trattato il processo di vascolarizzazione dei tessuti bioingegnerizzati, e saranno affrontati i processi e i meccanismi molecolari alla base dello sviluppo del cancro, puntando l’attenzione sulla progettazione di sistemi 3D ingegnerizzati per lo studio in vitro, dei processi di cancerogenesi. Sarà inoltro approfondito il concetto delle 3R e si parlerà metodi alternativi alla sperimentazione animale.
Robotica per chirurgia e per riabilitazione (12 cfu)
- Robotica Medica: il corso si propone di illustrare le problematiche fondamentali che si incontrano nella progettazione, nella fabbricazione e nell’impiego di sistemi robotici e meccatronici nel contesto della medical robotics. Lo scopo principale del corso consiste nel descrivere le principali macchine per chirurgia robotica, e.g. macchine teleoperate, assistite, autonome, navigatori chirurgici, e fornire le conoscenze necessarie per la progettazione di sistemi per la chirurgia minimamente invasiva (Minimally Invasive Surgery - MIS), per la chirurgia assistita al calcolatore (Computer-Assisted Robotic Surgery – CAS and Computer-Assisted Robotic Surgery – CARS), per la chirurgia eseguita mediate ultrasuoni focalizzati ad alta intensità, e per specifiche applicazioni mediche, quali ad esempio la chirurgia robotica endoscopica, ortopedica, cardiovascolare, etc.. Sintesi degli argomenti trattati: i) introduzione, analisi ed esempi di piattaforme robotiche MIS/CAS-CARS; ii) architettura e moduli principali delle piattaforme robotiche MIS/CAS-CARS, i.e. attuatori e unità di controllo, sensori e microcontrollori, acquisizione ed elaborazione di immagini medicali e di segnali biomedici; e iii) normative per la progettazione, sicurezza e la certificazione dei robot medicali. Il corso prevede, oltre alle lezioni frontali e alle esercitazioni in aula con il docente titolare del corso, alcune visite, incontri e dibattiti di approfondimento con medici ed imprenditori di aziende nel settore biomedicale, al fine di fornire agli studenti una visione e una conoscenza della robotica medica esaustiva ed attuale, discutendo, infine, delle nuove tendenze e degli sviluppi futuri.
Bioingegneria della riabilitazione: l'obiettivo del corso è quello di fornire un quadro sintetico del processo di progettazione, dall'analisi delle esigenze fino alla progettazione concettuale, concreta e di dettaglio nell'ambito dell'ingegneria della riabilitazione. Fornire un panorama aggiornato della componentistica meccanica e dei relativi approcci di scelta e dimensionamento. Fornire un quadro completo ed aggiornato circa il comportamento meccanico dei materiali, i fenomeni che ne determinano il deterioramento o la rottura, i principali modelli per l'analisi e per la verifica della resistenza. Sintesi degli argomenti trattati: Progettare per l'uomo e per il disabile. Disabilità e menomazioni. Il processo riabilitativo. Cenni di ergonomia e di progettazione universale. Modello HAAT. Richiami sul quadro normativo di riferimento. La specifica tecnica. Esempi di progetto e verifica di ausili, protesi e macchine per la riabilitazione. Protesi di arto. Ausili. Macchine per la riabilitazione. Fondamenti di costruzione di macchine biomediche. Approccio alla progettazione. Risoluzione dei problemi di costruzione di macchine. Richiami di scienza dei materiali. Richiami di tecnica delle costruzioni. Verifiche principali nel progetto di costruzioni di macchine. Coefficiente di sicurezza e affidabilità. Verifiche di resistenza: forme di cedimento e criteri di equivalenza, concentrazione delle tensioni, resistenza dei contatti conformi e non conformi. Verifica in caso di urti. Verifiche di rigidezza. Verifiche di durabilità: introduzione alla fatica nei componenti delle macchine, usura e danneggiamento superficiale nei contatti. Coazione di più forme di danneggiamento. Dimensionamento e verifica dei principali elementi di macchina in relazione alla ingegneria della riabilitazione (collegamenti con bulloni, viti mordenti, elementi elastici, cuscinetti volventi e radenti, elementi di trasmissione).
- Robotica Medica: il corso si propone di illustrare le problematiche fondamentali che si incontrano nella progettazione, nella fabbricazione e nell’impiego di sistemi robotici e meccatronici nel contesto della medical robotics. Lo scopo principale del corso consiste nel descrivere le principali macchine per chirurgia robotica, e.g. macchine teleoperate, assistite, autonome, navigatori chirurgici, e fornire le conoscenze necessarie per la progettazione di sistemi per la chirurgia minimamente invasiva (Minimally Invasive Surgery - MIS), per la chirurgia assistita al calcolatore (Computer-Assisted Robotic Surgery – CAS and Computer-Assisted Robotic Surgery – CARS), per la chirurgia eseguita mediate ultrasuoni focalizzati ad alta intensità, e per specifiche applicazioni mediche, quali ad esempio la chirurgia robotica endoscopica, ortopedica, cardiovascolare, etc.. Sintesi degli argomenti trattati: i) introduzione, analisi ed esempi di piattaforme robotiche MIS/CAS-CARS; ii) architettura e moduli principali delle piattaforme robotiche MIS/CAS-CARS, i.e. attuatori e unità di controllo, sensori e microcontrollori, acquisizione ed elaborazione di immagini medicali e di segnali biomedici; e iii) normative per la progettazione, sicurezza e la certificazione dei robot medicali. Il corso prevede, oltre alle lezioni frontali e alle esercitazioni in aula con il docente titolare del corso, alcune visite, incontri e dibattiti di approfondimento con medici ed imprenditori di aziende nel settore biomedicale, al fine di fornire agli studenti una visione e una conoscenza della robotica medica esaustiva ed attuale, discutendo, infine, delle nuove tendenze e degli sviluppi futuri.
Metodi e Tecnologie Ingegneristiche per la Medicina Rigenerativa (12 cfu)
- Il corso è diviso in 2 moduli: “Metodi Bioingegneristici per la Medicina Rigenerativa” e “Tecnologie Biomediche per la Medicina Rigenerativa”.
L’obiettivo generale è di permettere allo studente di fare delle scelte critiche sulle
tecnologie e sui metodi numerici appropriati nell’ambito della medicina rigenerativa e l’ingegneria tissutale. Lo studente acquisterà l’abilità di progettare e modellare bioreattori e scaffold per l’ingegneria tissutale, usando sia metodi analitici che analisi FEM e di monitorare e analizzare modelli in vitro strutture cellulari.
Nel modulo di “Metodi bioingegneristici per la Medicina Rigenerativa” lo studente svilupperà le conoscenze sullo stato dell’arte della medicina rigenerativa, le applicazioni e i nuovi sviluppi nell’ambito delle tecnologie per le ATMP (advanced therapeutic medicinal products) e i modelli in-vitro biomimetici nel rispetto delle normative europee sulla protezione degli animali ad uso scientifico e utilizzando i principi delle 3R (Reduction, Refinement, Replacement).
Obiettivi specifici: i) i) Conoscere i vincoli progettuali per sistemi in vitro in termini di sforzo di taglio e ricambio di nutrienti, ii) Sapere approcciare un problema usando metodi analitici in ambito fluidodinamico e di trasporto di massa, in tessuti e costrutti 3D in vitro.
Nel modulo di “Tecnologie biomediche per la Medicina Rigenerativa” lo studente svilupperà le conoscenze sulla formulazione dalla teoria del continuo fino alla teoria degli elementi finiti (FEM). La formulazione FEM sarà presentata principalmente in ambito di trasporto di massa e fluidodinamico. Inoltre, si presenteranno le principali tecniche utilizzate per monitorare lo stato di colture cellulari, in particolare dal punto di vista della microstruttura, e per analizzare i dati acquisiti.
Obiettivi specifici: i) Saper identificare metodiche per l’analisi quantitativa del comportamento cellulare, iii). Comprendere le tecnologie di analisi microstrutturale e funzionali di tessuti naturali e ingegnerizzati e applicazione di metodi di elaborazione in 2D e 3D utilizzando Matlab.
- Il corso è diviso in 2 moduli: “Metodi Bioingegneristici per la Medicina Rigenerativa” e “Tecnologie Biomediche per la Medicina Rigenerativa”.
Progettazione di micro e nano sistemi biomedicali (12 cfu)
- Il corso è suddiviso in due moduli “Micro e Nano Sistemi” e “Sviluppo di Modelli computazionali 3D”. Il modulo di “Micro e Nano sistemi” ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti metodologici e tecnici per la progettazione e la realizzazione di dispositivi dalle dimensioni micro
e nanometriche utilizzando le principali tecniche di micro e nano fabbricazione. Lo studente inoltre imparerà ad usare software CAD/CAM. Il modulo di “Sviluppo di Modelli Computazionali 3D” ha lo scopo di fornire agli studenti la teoria di base e le conoscenze degli strumenti software
dello stato dell'arte per consentire la sintesi di modelli 3D partendo da una serie immagini. Questi modelli 3D possono esser una sintesi di una selezione delle informazioni. Gli argomenti trattati nel corso abilitano lo studente ad affrontare alcune delle tematiche attinenti
ad Industria 4.0
- Il corso è suddiviso in due moduli “Micro e Nano Sistemi” e “Sviluppo di Modelli computazionali 3D”. Il modulo di “Micro e Nano sistemi” ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti metodologici e tecnici per la progettazione e la realizzazione di dispositivi dalle dimensioni micro
Prova finale (15 cfu)
