Corso di laurea magistrale - Area di Ingegneria - Accesso libero con verifica del possesso dei requisiti curriculari - Classe LM-21 (D.M. 270/2004)
Informazioni generali
Descrizione e obiettivi formativi
Il corso si propone di completare la preparazione di una figura professionale che, grazie alle conoscenze di principi, metodi e tecniche proprie dell´ingegneria, contribuisca all’identificazione e alla soluzione dei problemi di interesse medico e biologico.
Il percorso formativo si innesta con continuità rispetto alla triennale omonima. Vengono approfondite le conoscenze di fisica e viene affrontato lo studio di strumentazioni e impianti, con particolare attenzione a principi e metodi per l'analisi, la progettazione, la gestione e la sicurezza delle principali apparecchiature biomediche e dei principali impianti ospedalieri.
Sono inoltre analizzate le interazioni tra i campi fisico-biologici agenti su tessuti o organi in condizioni fisiologiche o patologiche, sotto l'aspetto della modellazione e dell'approccio progettuale all'intervento (ad esempio, protesiologico).
Sbocchi professionali
Il laureato magistrale può trovare impiego presso industrie del settore biomedico e farmaceutico produttrici e fornitrici di sistemi, apparecchiature e materiali per diagnosi, cura e riabilitazione; aziende ospedaliere pubbliche e private; società di servizi per la gestione di apparecchiature ed impianti medicali, di telemedicina; laboratori specializzati.
Egli può svolgere le seguenti funzioni: progettazione di apparecchiature e di sistemi; funzioni dirigenziali in aziende sanitarie; gestione di grandi sistemi, in particolare ad orientamento sanitario; ricerca e sviluppo.
Condizione occupazionale (indicatori di efficacia e livello di soddisfazione dei laureandi):
http://statistiche.almalaurea.it/universita/statistiche/trasparenza?CODICIONE=0580207302200001
Valutazione della didattica - Studenti
Anno accademico precedente
Riferimenti web e contatti
Sito Web: http://ing.uniroma2.it/corsi-di-laurea/ingegneria-medica/
Coordinatore: Prof. Paolo Bisegna
E-mail: bisegna@uniroma2.it
Segreteria didattica:
Sig.ra S. Maniccia
Tel: 06 72597017
E-mail: maniccia@ing.uniroma2.it
Per ulteriori informazioni consulta anche il sito web di Facoltà:
http://ing.uniroma2.it/didattica/corsi-di-laurea/
E' a tutti noto come gli straordinari risultati conoscitivi che a partire dagli ultimi decenni si stanno via via conseguendo nelle scienze della vita già consentono applicazioni alla Medicina ed offrano sicura prospettiva di migliori terapie e qualità di vita nel prossimo futuro.
La chiave dell'avvenire è quindi nello sviluppo di tecnologie fondate su tali scienze, compito primario di professionisti ad esse formati e che posseggono lo strumento intellettuale dell'analisi quantitativa e del progetto.
Questo è dunque l'Ingegnere Medico, così come è stato progettato, in collaborazione con la Facoltà di Medicina, dalla Facoltà di Ingegneria di Roma 'Tor Vergata', che ha cominciato a formarlo a partire dall'A.A.
1998/1999 con il Corso di Laurea in Ingegneria Medica.
L'impostazione, come detto, è stata quella di formare un professionista che, possedendo le leggi scientifiche che governano il comportamento della materia, sia inanimata che vivente, fosse capace di orientarle a pratiche applicazioni attraverso le capacità di analisi e di sintesi acquisite dallo studio della matematica.
La preparazione, generalista e di largo spettro, avrebbe così consentito attività diversificate nei molteplici aspetti del campo professionale.
La doverosa ottemperanza al più volte citato DM 509/1999 ha parzialmente indebolito il progetto formativo iniziale, la cui robustezza ha comunque consentito di ottenere risultati soddisfacenti.
Fin dall'inizio, infatti, il Consiglio di Corso di Laurea ha presentato agli immatricolati al Corso di Laurea triennale in Ingegneria Medica l'impianto culturale unitario di tale corso in collegamento con quello omonimo specialistico, volto alla formazione di un Ingegnere dotato di piena capacità professionale.
Gli allievi, seguendo l'indicazione loro data, hanno in massa completato i due cicli di laurea: a questa scelta hanno corrisposto il raggiunto obiettivo della piena occupazione dei laureati e la fiducia dei giovani, che in misura costante ogni anno si immatricolano. L'applicazione della riforma ex DM 270/2004 a partire dall'A.A.
2008/09 viene qui proposta sulla base di un decennio di sperimentazione della Laurea in Ingegneria Medica.
Si osserva preliminarmente che, seguendo la via tracciata dall'Ateneo di Roma 'Tor Vergata', in molte altre Università italiane sono stati avviati corsi appartenenti alla medesima classe di laurea, confermando l'esistenza di una prospettiva professionale su base nazionale.
E' appena poi il caso di citare che in campo internazionale formazioni interdisciplinari simili alla nostra, capaci di integrare Biologia, Neuroscienze, Meccanica, Elettronica, Informatica sono sempre più diffuse.
In ambito europeo, a ciò corrisponde la mobilità degli studenti di Ingegneria Medica dell'Ateneo nei quadri Erasmus e Leonardo. Nel merito della presente proposta, viene confermata la visione culturale di fondo dei Corsi di Laurea e Laurea Magistrale in Ingegneria Medica come percorso unitario ed indivisibile, nel quale il conseguimento del titolo triennale è da considerarsi un mero accidente tecnico, potendosi soltanto al termine ottenere da parte di ciascun allievo la pienezza, in termini di conoscenze e capacità e flessibilità, che il campo professionale richiede. Rispetto alla precedente organizzazione, sono state corrette le distorsioni indotte dalla lettera del DM 509/1999, trasferendo ed ampliando lo spettro della applicazioni alla Laurea Magistrale.
Inoltre, il passaggio all'organizzazione semestrale dei corsi, con conseguente riduzione del numero degli esami, assicura agli allievi una più unitaria visione ed il necessario tempo di maturazione ed assimilazione, nell'ambito di ciascun corso di insegnamento. Gli obiettivi formativi risultano quindi ancor più sintonici con quelli richiesti e misurati dai descrittori europei ai fini dell'accreditamento dei corsi di Laurea. In definitiva, con la riprogettazione qui presentata, la Facoltà di Ingegneria di Roma 'Tor Vergata', liberata dall'improprio vincolo a formare tecnici superiori, potrà tornare alla propria naturale vocazione di educare Ingegneri Medici. La proposta culturale del corso di laurea, articolata sull'intero arco quinquennale contiene tutte le necessarie catene formative, sia nelle scienze della materia inanimata che in quelle della vita, queste ultime già sperimentate ed insegnate con la stessa logica nelle Facoltà di Medicina.
Appare anche l'approfondita formazione matematica, indispensabile per far acquisire agli allievi i canoni interpretativi e modellistici delle suddette scienze.
Queste tre componenti formative, profonde ed estese nel progetto culturale dell'Ingegneria Medica, sostanziano la proposta di una arco formativo lungo, poiché solo negli ultimi due anni le diverse applicazioni delle scienze, che costituiscono l'essenza della professione di Ingegnere, possono essere presentate agli allievi e da loro acquisite e dominate. La suddivisione del percorso quinquennale in due blocchi, di durata triennale e biennale rispettivamente, comporta un mero traguardo tecnico intermedio, essendo unitari gli obiettivi, le capacità e le abilità che l'allievo dovrà conseguire nel percorso completo di studi finalizzato alla creazione della figura professionale formata a tutto tondo.
E' indispensabile che l'allievo abbia maturato ed assimilato i contenuti dei primi tre anni di corso, inerenti le catene formative sia nelle scienze della materia inanimata che in quelle della vita, nonchè l'approfondita formazione matematica, necessaria per l'acquisizione dei canoni interpretativi e modellistici delle suddette scienze. Il possesso dei suddetti requisiti è assoggettato alla verifica della personale preparazione, con modalità specifiche disciplinate dal regolamento didattico del corso di laurea. Per gli immatricolandi non provenienti dal corso di laurea triennale in Ingegneria Medica della stessa Università, i requisiti curriculari indispensabili saranno determinati dal regolamento didattico del corso di laurea. Fatto salvo il possesso dei necessari requisiti curriculari, l'accesso al corso di laurea magistrale in Ingegneria Medica è ovviamente aperto a laureati provenienti da qualunque sede. Poichè i laureati del corso di laurea magistrale devono essere in grado di utilizzare fluentemente, in forma scritta e orale, almeno una lingua dell'Unione Europea oltre l'italiano, con riferimento anche ai lessici disciplinari, tale competenze sono richieste tra i requisiti d'accesso.
L'Ingegnere Medico è un professionista che coniuga le più moderne metodologie teoriche e computazionali dell'Ingegneria con le Scienze Biologiche e Mediche per affrontare problematiche che coinvolgono i sistemi viventi e migliorare quindi la qualità della vita. I sistemi viventi presentano caratteristiche e complessità concettuali ben differenti rispetto ad i sistemi fisici e pertanto la preparazione dell'Ingegnere Medico, oltre alle competenze ingegneristiche tradizionali quali la matematica, la fisica la meccanica, la robotica, la scienza dei materiali, l'elettronica, l'elettromagnetismo, l'informatica e le telecomunicazioni, comprende approfondite conoscenze di anatomia, biologia, fisiologia, e patologia.
Il corso di laurea, attivo dall'A.A.
1998/99, ha il suo punto di forza peculiare nella consolidata sinergia della Macroaree di Ingegneria con quella di Medicina che permette di offrire una formazione biologica e medica di base particolarmente ricca e approfondita.
L'Ingegnere Medico così formato sarà in grado di interagire in maniera efficiente con gli operatori sanitari e di trasporre l'idea di nuovi apparati diagnostici, terapeutici e protesici, in requisiti quantitativi ed ingegneristici e di curarne la progettazione, la realizzazione, la sperimentazione e l'esercizio. La complessità della figura dell'Ingegnere Medico suggerisce una visione culturale di ampio respiro, nella quale i Corsi di Laurea e Laurea Magistrale sono considerati come percorso unitario ed indivisibile che trova quindi pieno compimento solo con il conseguimento della Laurea Magistrale.
Nei primi tre anni (Laurea) viene costruita la struttura portante dell'Ingegnere Medico e cioè vengono fornite le competenze di base nelle scienze matematiche, fisiche, meccaniche ed elettriche, nonché un solido fondamento nelle scienze biologiche, chimiche, anatomiche e fisiologiche.
Negli ultimi due anni (Laurea Magistrale) la formazione di base viene finalizzata alle metodologie e alle applicazioni dell'Ingegneria dei dispositivi elettronici e radio, della robotica, della simulazione avanzata dei sistemi viventi e non ultima della gestione e della organizzazione. Nella laurea magistrale saranno previsti tre pacchetti formativi, comprendenti attività di progetto e di laboratorio. Nel pacchetto BIOINGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE si introducono i sistemi elettronici per l'acquisizione dei segnali fisiologici, la loro trasmissione dal corpo umano mediante le più moderne tecnologie wireless e la successiva elaborazione con algoritmi di Signal Processing e Data Analytics per eseguire diagnosi automatizzate ma anche per costruire sistemi di interfacciamento uomo/macchina (Brain Computer Interfaces) per il controllo avanzato delle protesi e per il recupero delle disabilità. Nel pacchetto di BIOINGEGNERIA INDUSTRIALE si approfondiscono aspetti metodologici, tecnologici e sperimentali, finalizzati allo studio, la progettazione, e la valutazione funzionale di strumentazione, dispositivi e impianti medicali, robot, protesi, materiali naturali e artificiali, cellule, tessuti, apparati e organismi, mediante strumenti modellistici, analitici, numerici e prove di laboratorio. Nel pacchetto BIOINGEGNERIA CLINICA, infine, vengono fornite le competenze per la gestione efficiente, sicura ed economica della strumentazione e delle attrezzature biomedicali in uso nelle infrastrutture ospedaliere, della loro manutenzione preventiva e correttiva e dei controlli di qualità dei sistemi e degli impianti. PROFILO PROFESSIONALE E SBOCCHI OCCUPAZIONALI E PROFESSIONALI PREVISTI 1.
Funzione in un contesto di lavoro In Italia, la progettazione e le attività di sviluppo correlate ai dispositivi medici sono professioni regolamentate dal D.P.R.
5 giugno 2001, n.
328 (G.U.
17 agosto 2001, n.
190, S.O).
La funzione dell'Ingegnere Medico consiste nella pianificazione, la progettazione, lo sviluppo, la direzione lavori, la stima, il collaudo, le gestione, la valutazione di impatto ambientale di apparati e strumentazioni per la diagnostica e la terapia medico-chirurgica e la riabilitazione. In particolare, un Ingegnere Medico può svolgere le funzioni di: · Progettista hardware e software di apparecchiature · Ricercatore in strutture industriali e pubbliche · Ingegnere di Sistema · Responsabile della gestione e manutenzione di apparati e di processi in aziende sanitarie · Ingegnere di Prodotto · Ingegnere di Supporto in Sala Operatoria 2.
Competenze associate alla funzione L'Ingegnere Medico così formato ha acquisito capacità di utilizzare in maniera sinergica gli strumenti ingegneristici e le conoscenze biologiche e mediche per affrontare e risolvere problematiche tecniche correlate con la salute ed il benessere in conformità con i requisiti di funzionalità, sicurezza realizzabilità, compatibilità ambientale ed economica secondo principi di etica e di Sviluppo Sostenibile. L'Ingegnere Medico è in grado di costruire modelli fisico-matematici di sistemi viventi con il cui ausilio progettare componenti, apparati, sistemi informatici e procedure connesse con applicazioni alla medicina, allo sport e al wellness in genere. 3.
Sbocchi occupazionali L'Ingegnere Medico può trovare opportunità occupazionali in un multiforme settore in forte espansione in quanto stimolato dall'innalzamento dell'aspettativa di vita e dal continuo miglioramento degli standard di benessere. In particolare, un Ingegnere Medico può trovare impiego in: · Industrie medicali produttrici di protesi e apparati diagnostici, terapeutici e riabilitativi · Industrie farmaceutiche · Industrie di apparecchiature sportive · Enti di certificazione e collaudo di apparecchiature medicali · Aziende ospedaliere pubbliche e private · Industrie di servizi per la gestione e la manutenzione di apparecchiature ed impianti medicali · Industrie di servizi per la tele-medicina e la tele-assistenza e la data analytics
Il Corso di Laurea Magistrale è ad accesso libero (previa verifica dei requisiti curriculari). Tutte le informazioni relative alle procedure di ammissione sono disponibili sul sito della Segreteria Studenti: http://ing.uniroma2.it/area-studenti/segreteria-studenti/ L'immatricolazione alla Laurea Magistrale in Ingegneria Medica è subordinata alla verifica del possesso dei requisiti curricolari e della preparazione personale dei candidati in specifici settori. In ogni caso, l'ammissione alla Laurea Magistrale è subordinata alla verifica del possesso di specifici requisiti curriculari, indicati in termini di Crediti Formativi minimi acquisiti in specifici ambiti (SSD o gruppi di SSD) e definiti nel regolamento didattico del corso di studi magistrale.
Tali requisiti sono, di norma, soddisfatti con il possesso di un titolo di Laurea della Classe L-9. Specificatamente, deve essere stata acquisita una adeguata preparazione nelle materie ritenute di base dell'Ingegneria e della Medicina. È previsto in particolare l'accertamento del possesso di un congruo numero minimo di crediti formativi nei settore, caratterizzante (Scienza e tecnologia dei materiali, Elettrotecnica, Scienza delle costruzioni, Elettronica) e degli insegnamenti affini medici (Fisiologia, Biochimica, Anatomia Umana, Istologia). Infine, requisito curricolare determinante consiste nell'aver acquisito adeguata padronanza di una lingua dell'Unione Europea oltre l'italiano, in forma scritta ed orale, fondamentale non soltanto per la figura professionale risultante, ma anche per un proficuo svolgimento degli studi magistrali stessi. Nel caso in cui il curriculum dello studente non soddisfi tali requisiti, lo studente dovrà acquisire tali competenze prima di poter procedere all'immatricolazione.
La prova finale consiste nella discussione di un elaborato scritto, tendente ad accertare la preparazione tecnico-scientifica e professionale del candidato.
Ai fini del conseguimento della laurea, l’elaborato finale consiste in una relazione scritta su una specifica attività svolta dallo studente, sotto la guida di uno o più relatori, al fine di acquisire conoscenze utili per l’inserimento nel mondo del lavoro. Le modalità di svolgimento della prova finale consistono nella presentazione orale dell’elaborato finale da parte dello studente alla commissione per la prova finale, seguita da una discussione sulle questioni poste dai membri della commissione.
PARTE I Introduzione al corso. Introduzione alle problematiche e gli strumenti dell’ingegneria virtuale. La schematizzazione delle geometrie: modellatori wireframe, B-Rep, CSG, Octree, poligonali. Modellazione parametrica basata su lavorazioni. I sistemi CAE commerciali: caratteristiche, limiti e campi di applicazione. Strategie ed approcci alla modellazione parametrica: parti e assiemi. Modellazione top down e bottom up. Lo schizzo 2D e 3D: entità, vincoli geometrici e dimensionali. Gli schizzi di layout e gli schizzi cinematici. Le operazioni di modellazione solida di base e le operazioni di modellazione solida avanzate. Operatori booleani e deformatori a forma libera. Modellazione di superfici. Configurazioni ed equazioni di modellazione. Vincoli di assieme statici, dinamici e superiori. Assiemi flessibili. Utilizzo ed implementazione di librerie di parti e lavorazioni. Analisi di funzionalità di parti e assiemi. Metodologie di ingegneria inversa in ambiente CAD. Costruzione, simulazione, revisione e interpretazione di modelli di analisi del movimento di assiemi virtuali. Esempi di applicazione. Gestione dei vincoli ridondanti. Problemi di contatto nelle analisi di movimento. PARTE II Analisi della struttura cinematica. Calcolo dei gradi di libertà. Analisi cinematica di sistemi piani. Centro della rotazione finita. Cenni di sintesi cinematica. Proprietà moti infinitesimi. Polari del moto. Algebra lineare: Le fattorizzazioni SVD e QR. Soluzione numerica di sistemi di equazioni lineari. Sistemi spaziali: Cinematica dei moti tridimensionali. Angoli e parametri di Eulero. Asse del moto elicoidale per movimenti finiti ed infinitesimi. Formula di Rodrigues. Relazione tra parametri di Eulero e velocità angolare di un corpo. Sistemi computerizzati di analisi del movimento umano (motion capture). Principio del lavori virtuali. La formulazione lagrangiana. Vincoli olonomi e non olonomi. Equazioni della dinamica con numero minimo di coordinate. Calcolo delle matrici d’inerzia per solidi composti. Equazioni di Newton-Eulero. Applicazioni alla biomeccanica. Integrazione numerica delle equazioni del moto.
Fisiopatologia dell'apparato ematopoietico Emopoiesi (influenza dei fattori tessutali e umorali) Anemie (segni e sintomi) Reticolociti Classificazione morfologica delle anemie Classificazione fisiopatologica delle anemie Anemia aplastica Anemie macrocitiche Anemia sideropenica funzioni del ferro distribuzione del ferro nell'organismo cause di carenza di ferro Studio di laboratorio della sideropenia Sintomatologia e terapia della carenza marziale Anemia associata a malattie infiammatorie Emoglobinopatie Talassemie patogenesi segni e sintomi diagnosi e terapia Anemie emolitiche (generalità) Anemia falciforme genetica patogenesi (anemia e fenomeni vaso-occlusivi) quadro clinico, diagnosi e terapia Emoglobinuria parossistica notturna patogenesi quadro clinico e diagnosi Sferocitosi Ellissocitosi Deficit di G6PD Anemia emolitica autoimmune da anticorpi (caldi e freddi) indotta da farmaci test di Coombs Anemie da trauma dell'emazia Emostasi fase vascolare il ruolo delle piastrine (adesione, aggregazione, degranulazione, retrazione) cascata coagulativa meccanismi di controllo (antitrombina III e sistema proteina C/S) fibrinolisi vitamina K e inibitori farmacologici PT e PTT disordini emarragici da difetto piastrinico disordini emarragici da difetto della cascata coagulativa disordini emarragici da difetto vasale Neoplasie (definizione e meccanismi della tumorigenesi) Leucemie (generalità) Leucemie mieloidi acute patogenesi storia naturale diagnosi e terapia Leucemia mieloide cronica patogenesi storia naturale diagnosi e terapia Malattie mieloproliferative croniche mielofibrosi trombocitemia essenziale policitemia vera Anatomia del sistema nervoso centrale e periferico funzioni e patologie del cervelletto funzioni e patologie dei nuclei della base Riflesso miotendineo Sostegno del corpo contro la gravità Applicazioni cliniche del riflesso miotatico riflesso tendineo integrazione funzionale tra il riflesso miotatico e quello tendineo Sensibilità equilibrio. Fisiopatologia del sistema cardiovascolare Sdoppiamento patologico dei toni cardiaci Soffi cardiaci Modificazioni fisiologiche e patologiche della frequenza di un pacemaker Basi biochimiche della contrazione muscolare La depolarizzazione del tessuto muscolare cardiaco Il lavoro cardiaco La contrattilità ruolo del calcio, legge di Starling fattori che modificano il precarico Il post-carico Meccanismi fisiopatologici di danno cardiaco aumento delle resistenze sovraccarico di volume Progressione del danno cardiaco priduzione della massa contrattile ruolo dell'aldosterone ruolo dell'apoptosi ruolo dell'ischemia Scompenso cardiaco SN Scompenso cardiaco DS Cause scatenanti lo scompenso cardiaco Disfunzione diastolica Edema polmonare Altre conseguenze dello scompenso cardiaco Cuore polmonare e insufficienza cardiaca estrinseca Valutazione della funzione cardiaca Pericardite acuta Tamponamento cardiaco Pericardite costrittiva I meccanismi di adattamento fisiologico delle coronarie Patogenesi dell'ischemia miocardica La genesi della placca aterosclerotica Il dolore toracico di origine cardiaca Angina da sforzo e instabile Patogenesi dell'infarto Diagnosi e terapia della patologia coronarica Aneurisma ventricolare Aneurisma dissecante aortico Cardiomiopatie (dilatativa, restrittiva, ipertrofica, displasia ventricolare destra aritmogenica) La malattia reumatica Stenosi mitralica Insufficienza mitralica Stenosi aortica Insufficienza aortica Difetto interatriale Difetto interventricolare Pervietà del dotto arterioso Tetralogia di Fallot La regolazione fisiologica della pressione del sangue Fisiopatologia dell'ipertensione essenziale Danno d'organo nell'ipertensione Elettrocardiogramma (ECG) Depolarizzazione atriale Depolarizzazione e ripolarizzazione ventricolare ECG nell'ipertrofia cardiaca e blocco di branca Modificazioni ECG in corso di ischemia (tratto S-T e onda T) Modificazioni ECG in corso di infarto Aritmie da alterata formazione dell'impulso Aritmie da rientro Tachicardia sinusale Tachicardie atriali Fibrillazione atriale Flutter atriale Tachicardie ventricolari Fibrillazione ventricolare Bradicardia sinusale non organica Blocchi seno-atriali Blocchi atrio-ventricolari Dissociazione atrio-ventricolare Extrasistoli giunzionali Extrasistoli ventricolari Apparato Respiratorio Trasporto dell'ossigeno e dell'anidride carbonica Controllo nervoso e chimico dei movimenti respiratori Compliance Ritorno elastico Funzioni del surfattante Punto di uguale pressione nel soggetto normale, nel deficit di ritorno elastico e nelle patologie ostruttive Distribuzione della ventilazione e perfusione Rapporto ventilazione/perfusione Volumi polmonari statici Misurazione del volume residuo Curve spirometriche normali e patologiche, interpretazione Misurazione della capacità di diffusione Bronchite cronica Enfisema polmonare Asma bronchiale Fibrosi polmonare idiopatica Pneumotorace Versamento pleurico Polmoniti Apparato Urinario Struttura e funzione della membrana di filtrazione glomerulare Caratteristiche dell'ultrafiltrato Cause di modificazione della velocità di filtrazione glomerulare Il feedback tubulo-glomerulare Il riassorbimento tubulare Trasporto tubulare massimo La clearance renale Il bilancio idrico renale tubulo contorto prossimale ansa di Henle Tubulo contorto distale e dotto collettore (ruolo dell'ADH) La ricircolazione dell'urea Ematuria Proteinuria Piuria Lesione glomerulare immunologica e non immunologica Meccanismi patogenetici Meccanismi di danno glomerulare Sindrome nefritica e sindrome nefrosica Insufficienza renale (IRA) pre-renale IRA renale IRA post-renale Insufficienza renale cronica Nefrolitiasi.
LABORATORIO DI MISURE ELETTRONICHE Descrizione delle caratteristiche dei componenti elettronici integrati (amplificatori operazionali singoli e multipli integrati, Timer555). Descrizione delle caratteristiche del materiale per il montaggio dei circuiti (breadboard) e le misure elettriche (cavi di alimentazione ed eccitazione, sonde di misura, compensazione delle sonde). Conoscenza e utilizzo degli strumenti del banco di misura: (alimentatori, generatori di forma d'onda, oscilloscopi, multimetri). Montaggio e misura della risposta di circuiti con operazionali (amplificatori reazionati, amplificatori differenziali, comparatori e Trigger di Smith, oscillatori sinusoidali), circuiti con Timer555 (multivibratori bistabili, astabili e monostabili). LABORATORIO DI ELETTRONICA DIGITALE Introduzione alle codifiche digitali (binaria, esadecimale, ASCII). Rappresentazione in virgola fissa e mobile. Introduzione all'algebra booleana. Porte logiche elementari. Sintesi di funzioni e circuiti logici. Descrizione dei principali circuiti logici (sommatori, de-multiplexer, de-codificatori, contatori). Memorie a stato solido: celle elementari (latch, flip-flop), registri, volatili (RAM) e permanenti (FLASH), leggibili (ROM) e riscrivibili (EEPROM), ad accesso casuale e sequenziale (LIFO, FIFO). Introduzione alle logiche programmabili (PLA, FPGA) e ai dispositivi elettronici programmabili (microcontrollori, DSP, microprocessori). Architettura dei microcontrollori (CPU, periferiche, memorie). Linguaggi di programmazione (linguaggio macchina, assembly, C/C++, interpretati). Arduino UNO. Descrizione della scheda, architettura del microcontrollore, mappatura porte-periferiche. Arduino IDE (Integrated Development Environment). Installazione, avvio, compilazione, debugging. Elementi di programmazione in C: struttura dello sketch, tipi di costanti e variabili, operatori matematici e logici, istruzioni cicliche e di condizionamento. Librerie Arduino (I/O digitali e analogici, pull-up, pull-down, interrupt, ADC, PWM), generazione di toni musicali, controllo motori elettrici dc/step/servo, gestione sensori (temperatura, umidità, ultrasuoni ecc.) e display (LED/LCD). Comunicazione seriale asincrona (USB, Bluetooth) e sincrona (I2C, SPI), moduli Bluetooth. Modalità di trasmissione e ricezione di dati attraverso la seriale. Utilizzo di piattaforme software per sviluppo di applicazioni per O.S. Windows/IoS (Processing) e Android (MIT App Inventor) per controllare dispositivi (display, motori, sensori, ecc) collegati ad Arduino.
Sistemi dinamici: esempi (termici, meccanici, elettrici, biologici), modelli e rappresentazioni (ingresso-uscita, ingresso-stato-uscita). Cenni su stato a dimensione infinita. Cenni su sistemi a tempo discreto, sistemi ibridi e sistemi ad eventi. Metodo algoritmico per ricavare un modello ingresso-stato uscita per circuiti RLC. Sistemi dinamici a tempo continuo: proprietà generali. Sistemi lineari e stazionari: linearità (sovrapposizione degli effetti, risposta libera e forzata). Esponenziale di matrice. Risposta libera e matrice di transizione dello stato. Risposta forzata (calcolo nel dominio del tempo). Matrici delle risposte impulsive. Trasformata di Laplace: richiami su definizioni e proprietà. Calcolo di trasformate fondamentali. Antitrasformata di Laplace di funzioni razionali. Calcolo della risposta tramite trasformata di Laplace. Matrici di trasferimento. Richiami su autovalori, molteplicità algebriche e geometriche e forma di Jordan (cenni). Modi naturali. Cambio di base nello spazio di stato. Analisi modale: decomposizione spettrale quando matrice A diagonalizzabile, traiettorie di sistemi planari. Eccitabilità ed osservabilità dei modi quando autovalori tutti distinti. Stati di equilibrio; proprietà per sistemi lineari. Richiami sulle norme e sulle norme indotte di matrice. Stabilità, attrattività, stabilità asintotica globale, definizioni ed esempi. Stabilità del moto e della traiettoria (cenni). Stabilità dei sistemi lineari: condizioni sugli autovalori. Richiami su forme quadratiche e funzioni (semi)-definite. Metodo diretto di Lyapunov: teorema di Lyapunov (dimostrazioni di stabilità e stabilità asintotica). Stabilità asintotica globale. Teorema di Cetaev (cenni sulla dimostrazione). Teorema di Krasowskii-LaSalle e Krasowskii (senza dimostrazioni). Equazione matriciale di Lyapunov (con dimostrazioni). Sistema linearizzato attorno a un equilibrio. Criterio ridotto di Lyapunov (con dimostrazione del caso di stabilità asintotica, solo cenni sulla dimostrazione per l'instabilità senza autovalori critici). Stabilità esterna (BIBO) e relazione con stabilità asintotica. Risposta permanente e transitoria. Formule per ingressi esponenziali/sinusoidali. Funzione di risposta armonica. Diagrammi di Bode approssimati; correzione dei diagrammi approssimati. Diagramma polare. Criterio di Routh (anche casi singolari, senza dimostrazioni). Riduzione degli schemi a blocchi: metodo delle equazioni algebriche. Sistema a controreazione: cancellazioni e relazione tra stabilità BIBO e stabilità asintotica. Criterio di Nyquist. Fedeltà di risposta (errori a regime e astatismo): ingressi polinomiali; disturbi costanti. Robustezza della proprietà di astatismo. Risposta permanente per ingressi e disturbi sinusoidali per sistemi a controreazione. Inseguimento pratico e attenuazione del disturbo. Inseguimento asintotico e reiezione asintotica del disturbo (principio del modello interno). Progetto di compensatori elementari. Il luogo delle radici: proprietà e procedura per tracciamento qualitativo. Intersezioni con asse mmaginario. Stabilità rafforzata. Sintesi mediante il luogo delle radici. Sintesi per assegnazione dei poli. Cenni su regolatori PID (secondo metodo di Ziegler-Nichols).
1) Introduzione ai sensori: tipi e classificazioni 2) Ingredienti per i sensori: circuiti equivalenti, elettronica, interfacce,rumore teoremi di base. 3) Ingredienti per la fabbricazione dei sensori: tecnologie microelettroniche, chimica. 4) Definizioni di base:Curva di risposta, sensibilità, rumore, risoluzione,matrici di sensori. 5) Teoria delle fluttuazioni,tipi di rumore 6) Sensori di temperatura:tipi e funzionamento. Ponti di misura. 7) I transitori nei circuiti elementari passivi C-R;R-C;L-R;R-L. 8) La controreazione e riconoscimento di configurazioni. 9) Amplificatori operazionali ed applicazioni,Derivatori ed Integratori quasi ideali. 10) Specchi di corrente 11) Generatori con elevato livello di stabilità di tensione e di corrente, con la temperatura. 12) Fourier e Laplace e loro impiego nei circuiti lineari. 13) Segnali 14) Approccio differenziale alla risoluzione di circuiti R-L-C. Sistemi complessi 1) Misura del vero valore efficace 2) Tecniche di aggangio di fase: loock-in 3) Generatori di rampa quasi ideali:bootstrap, integratori con op-amp. 4) Diodi ideali e loro impiego per operazioni di prodotto e divisione. 5) Trigger ad alta velocità di commutazione. 6) Regolatori di tensione e di corrente 7) Misuratori di densità spettrale di rumore. 8) Semplici microprocessori per sensori. 9) Calcolatori analogici Open mind aspects 1) Teoria dell’informazione 2) Dal Flip/Flop al Flop/Flip 3) Teoria dell’assorbimento e del desorbimento. Modello circuitale Effetto “getter”. 4) Principi di indeterminazione nelle misure.Identificazione degli errori. Sensori 1) Sensori di o2,CO2,CO,H2 CH4 2) Sensori ottici 3) Sensori I.R. 4) Sensori di deformazione,Aspetti di gauge a) In aula verrannos volti numerosi esercizi sul punto 14 b) Sono previste due lezioni su argomenti proposti dagli studenti c) E’ previsto un seminario tenuto da un esperto Modalità di esame. Tesina sui sensori (10 punti) Compito scritto(10 punti) Orale(10 punti)
PARTE I Introduzione al corso. Introduzione alle problematiche e gli strumenti dell’ingegneria virtuale. La schematizzazione delle geometrie: modellatori wireframe, B-Rep, CSG, Octree, poligonali. Modellazione parametrica basata su lavorazioni. I sistemi CAE commerciali: caratteristiche, limiti e campi di applicazione. Strategie ed approcci alla modellazione parametrica: parti e assiemi. Modellazione top down e bottom up. Lo schizzo 2D e 3D: entità, vincoli geometrici e dimensionali. Gli schizzi di layout e gli schizzi cinematici. Le operazioni di modellazione solida di base e le operazioni di modellazione solida avanzate. Operatori booleani e deformatori a forma libera. Modellazione di superfici. Configurazioni ed equazioni di modellazione. Vincoli di assieme statici, dinamici e superiori. Assiemi flessibili. Utilizzo ed implementazione di librerie di parti e lavorazioni. Analisi di funzionalità di parti e assiemi. Metodologie di ingegneria inversa in ambiente CAD. Costruzione, simulazione, revisione e interpretazione di modelli di analisi del movimento di assiemi virtuali. Esempi di applicazione. Gestione dei vincoli ridondanti. Problemi di contatto nelle analisi di movimento. PARTE II Analisi della struttura cinematica. Calcolo dei gradi di libertà. Analisi cinematica di sistemi piani. Centro della rotazione finita. Cenni di sintesi cinematica. Proprietà moti infinitesimi. Polari del moto. Algebra lineare: Le fattorizzazioni SVD e QR. Soluzione numerica di sistemi di equazioni lineari. Sistemi spaziali: Cinematica dei moti tridimensionali. Angoli e parametri di Eulero. Asse del moto elicoidale per movimenti finiti ed infinitesimi. Formula di Rodrigues. Relazione tra parametri di Eulero e velocità angolare di un corpo. Sistemi computerizzati di analisi del movimento umano (motion capture). Principio del lavori virtuali. La formulazione lagrangiana. Vincoli olonomi e non olonomi. Equazioni della dinamica con numero minimo di coordinate. Calcolo delle matrici d’inerzia per solidi composti. Equazioni di Newton-Eulero. Applicazioni alla biomeccanica. Integrazione numerica delle equazioni del moto.
Nella prima parte del corso vengono illustrati i principi dell'economia politica e della politica economica propedeutici alla comprensione della complessa realtà economica nella quale vengono erogati i servizi e le prestazioni sanitarie; i quesiti fondamentali dell'economia sanitaria: che cosa produrre, come produrre e per chi produrre; efficienza ed efficacia; il problema distributivo; i fallimenti del mercato e i fallimenti dello Stato. Nella seconda parte del corso viene illustrata la EBS - evidence-based medicine - attraverso la definizione dei test diagnostici e l'analisi dei principi di sperimentazione clinica; la metodologia Health Technology Assessment (HTA) per la valutazione delle prestazioni sanitarie e le metodologie di valutazione economica degli interventi sanitari.
Questo corso affronta approcci teorici, risultati tecnici e metodi computazionali per la descrizione del comportamento costitutivo materiale, a partire dalla disposizione multiscala dei componenti e tenendo conto di possibili meccanismi multifisici. Il corso prevede: 1. Richiami del comportamento fenomenologico di tessuti e biomateriali: aspetti di anisotropia e nonlinearità costitutive 2. Introduzione ai principi termodinamici per lo sviluppo di modelli costitutivi 3. Approcci teorici e computazionali per la modellazione multiscala 4. Risultati tecnici per l'omogeneizzazione di materiali con microstruttura 5. Elementi di meccanica della frattura, del danno e della plasticità 6. Elementi di modelli costitutivi in regime di deformazione finita 7. Modelli di materiali in regime elastico, elastoplastico e di danno: tessuti biologici, compositi laminati e metalli per protesi. 8. Risposta materiale multifisica: chemo-meccano-biologia dei tessuti biologici, poroelasticità di hydrogel e pseudoelasticità di leghe a memoria di forma. Gli studenti saranno guidati attraverso esercitazioni pratiche, assegnando progetti da risolvere grazie all’implementazione di codici numerici, anche agli elementi finiti.
Impianti Termici 1 - Richiami di psicrometria 2 - Perdite di carico concentrate e distribuite nelle tubazioni. 3 - Equazione del comfort di Fanger 4- Tipologia degli impianti di riscaldamento ad acqua 5 - Componenti di impianto 6 - Impianti a tutta aria 7 - Impianti misti. 8 - Esigenze particolari degli impianti all’interno delle unità ospedaliere: reparti di degenza 9 - Esigenze particolari degli impianti all’interno delle unità ospedaliere: reparti di terapia 10 - Impianti di distribuzione dei gas medicinali 11 - Normativa. Esercitazione (Impianti termotecnici): E’ prevista una esercitazione consistente nel dimensionamento di massima di un impianto per una sala di degenza. Programma Misure: 1 - Teoria della misura: considerazioni generali sulla teoria della misurazione, misure dirette e indirette, carattere probabilistico delle misure fisiche. 2 - Processo di misura: misure per confronto e misure con strumenti tarati; misura come segnale; grandezze di ingresso e uscita; sensori, attuatori, trasduttori. 3 - Catena di misura: sensore, condizionatore di segnale, presentazione della misura. 4 - Il segnale di misura nel dominio temporale: misure statiche e dinamiche; grandezze stazionarie, periodiche e impulsive; esempi di analisi di segnali di grandezze periodiche; risposta in ampiezza, frequenza, fase; ritardo, tempo di salita, velocità di risposta, sviluppo in serie di Fourier di un segnale, trasformata di Fourier 5 - Sistema di misura: strumento come sistema massa, molla e smorzatore; strumenti di ordine zero, ordine uno e ordine due; risposta degli strumenti dei diversi ordini al gradino, alla rampa, all’impulso e alle oscillazioni armoniche. 7 - Caratteristiche metrologiche degli strumenti: caratteristiche statiche: taratura e sua incertezza, incertezze di tipo A e B (ISO Guide); caratteristiche dinamiche: tempo di risposta, tempo morto. 9 - Elaborazione statistica dei dati: variabili casuali, distribuzioni, test statistici (appartenenza, Student, chi-quadro), propagazione dell'incertezza; regressione con i minimi quadrati, caso lineare, caso non lineare (metodo di Gauss Newton), coefficiente di correlazione. Esercitazione (Misure): Gli studenti devono elaborare una serie di dati acquisiti mediante programmi di libreria (Excell) o altri scritti da loro, effettuando anche test statistici su di essi
• Bioprinting • Struttura e funzione delle proteine • Struttura e funzione delle membrane lipidiche • L’uso della microscopia in biologia e biochimica. Microscopi ottici ed elettronici • Microscopio a forza atomica: modi di funzionamento per imaging e non-imaging • Spettroscopia a forza atomica su singola proteina • Esempio di uso della spettroscopia a forza atomica in biochimica: La proteina gigante titina. • Laboratorio: progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di liposomi • Laboratorio: progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di matrici hydrogel a base di proteine • Laboratorio: preparazione di campioni per microscopio a forza atomica • Laboratorio: spettroscopia a forza atomica su singola proteina
ti fisiologici dell'ambiente spaziale sul corpo umano • effetti dell'ambiente spaziale sul comportamento e sulle prestazioni umane • metodi di sperimentazione per l’indagine e l’attenuazione degli effetti fisiologici dell'ambiente spaziale • soluzioni comuni per l’indagine e la mitigazione di patologie mediche e per attenuazione/prevenzione degli effetti fisiologici dell'ambiente spaziale • collegamenti con fisiologia aerospaziale e medicina aereonautica • strutture e strumenti utilizzate per la simulazione delle condizioni spaziali • strumentazione, calibrazione, acquisizione dati e analisi dati di esperimenti spaziali
La prima parte del corso (4 CFU) introduce la descrizione, la progettazione, le tecnologie di produzione e di test per apparecchiature wireless biomedicali che coinvolgono sistemi body-centrici in ambienti reali. Vengono inoltre illustrate le possibili vulnerabilità elettromagnetica (Physical Security) di tali sistemi le loro conseguenze per la sicurezza e la privacy Nella seconda parte del corso (2 CFU), le suddette tematiche vengono finalizzate ad attività progettuali con un coinvolgimento operativo degli studenti che apprenderanno sul campo, con sessioni simulative e sperimentali di gruppo, come pianificare e svolgere un complesso progetto ingegneristico di valenza biomedicale. In dettaglio INTERAZIONE ELETTROMAGNETICA CON IL CORPO UMANO Costante dielettrica complessa (Debye, Cole Cole), Specific Absorption Rate (SAR) BioHeat Equation. Limiti di esposizione e vincoli di progetto COMUNICAZIONE BODYCENTRICA THROUGH THE BODY Link simmetrici e asimmetrici Near field links: Inductive coupling, Resonant Inductive Coupling, Sensitivity, Power Transfer Efficiency, Modulazione capacitiva Near field links: Capacitive Coupling, Mid field Coupling, Network model, transducer power gain Far Field Electromagnetic Coupling : Friis model, Modulazione di backscattering Esempi di Implantable Medical Devices (IMD) COMUNICAZIONE BODYCENTRICA OFF-THE BODY Modello con Path loss. Propagazione in ambiente indoor e outdoor. Fading Esempio di comunicazione body - drone SISTEMI DI IDENTIFICAZIONE E SENSORISTICA A RADIOFREQUENZA I sistemi RFID: NFC, HF, UHF - storia e generalità I sistemi RFID reader, modulazioni e anticollisione Antenne per TAG UHF Esercitazione in laboratorio ( per gruppi ) Applicazione alla sensoristica SIMULAZIONE NUMERICA E PROGETTAZIONE AUTOMATICA Finite Difference Time Domain Method Il Solutore CST Microwave Studio Progettazione automatica con gli Algoritmi Genetici Applicazione dei GA al progetto di un Tag RFID UHF con profilo a meandro TECNICHE DI FABBRICAZIONE DI DISPOSITIVI WEARABLE Tecnologie textile (materiali, bending) Tecnologie epidermiche (materiali, fabbricazione, embedding, stretching) VULNERABILITA’ ELETTROMAGNETICA E PRIVACY Attacchi e vulnerabilità di Dispositivi Wearable - Side Channel Attack Emissione e suscettibilità elettromagnetica e mitigazioni CARATTERIZZAZIONE SPERIMENTALE (durante il progetto) Adattamento, guadagno realizzato, Realizzazione di prototipi Caratterizzazione sperimentale
Elettroencefalografia Genesi dei segnali bioelettrici cerebrali EEG normale EEG patologico Artefatti EEG quantitativo Applicazioni cliniche Poligrafia e Polisonnografia Lettura del sonno Macrostruttura del sonno Microstruttura del sonno Potenziali Evocati Potenziali Evocati Visivi Potenziali Evocati Somatosensoriali Potenziali Evocati acustici Potenziali Evocati motori Potenziali Evocati evento-correlati Elettromiografia Elettroneurografia Monitoraggi neurofisiologici intraoperatori Monitoraggi neurofisiologici in terapia intensiva Neurosonologia Eco-Color-Doppler arterie precerebrali Doppler Transcranico
1) Introduzione. Campi EM e corpo umano, spettro e tipologia di radiazioni, classificazione delle interazioni, principali applicazioni mediche, effetti e dispositivi. 2) Proprietà dielettriche dei tessuti umani. Aspetti biologici e cellulari dell'interazione, modelli, database e loro utilizzo 3) Interazioni a bassa frequenza 4) Interazioni ad alta frequenza. Modelli di propagazione e dosimetria, SAR, Bioheat equations, metodi di misura e calcolo 5) Ipertermia: Principi fisici (diatermia, ultrasuoni, radiofrequnza), applicatori (capacitivi, induttivi,coassiali,interstiziali,guide d'onda, MW seeds). 6) Elettrochirurgia: ablazione, elettroporazione 7) Risonanza Magnetica 9) Esposizione non intenzionale. Normative, compatibilità, Certificazione 10) Seminari/ Visite presso aziende/esperti del settore
1) Micro-nano-sistemi e circuiti di interfaccia: introduzione − Circuiti integrati (l’incredibile legge di Gordon Moore) − Micro-nano-sistemi (“A friend of mine (Albert R. Hibbs) suggests…, although it is a very wild idea, it would be interesting in surgery if you could swallow the surgeon…”, Richard Feynman, “There's Plenty of Room at the Bottom”, 1959) − Scaling laws − Micro-nano-sistemi: complessità e opportunità uniche (CMOS, “swallow the surgeon”,…) − Elettronica analogica, elettronica digitale, smart systems,… 2) Strumenti per l’analisi e il progetto di micro-nano-sistemi − Analisi e progetto di micro-nano-sistemi lineari tempo invarianti (trasformata di Fourier; trasformata di Laplace; diagrammi di Bode; criterio di Nyquist; stima degli zeri e dei poli di un micro-nano-sistema) − Linearizzazione di micro-nano-sistemi non lineari − Circuiti equivalenti − Esempi (micro-nano-sistemi termici, meccanici, piezoelettrici,…) 3) Simulazione di micro-nano-sistemi 4) Micro-nano-sistemi − Circuiti integrati − Wireless health − Implantable systems − Sistemi wearable − Electronic skin (epidermal electronics,…) − Micro-nano-sistemi termici − Nanostrutture quasi-1D (nanowires, ZnO nanowires, nanobelts, carbon nanotubes,…) − 2D electronics (graphene, MoS2, van der Waals hjeterostructures,…) − Piezotronics − PCB nanoelectronics − Nanogeneratori piezoelettrici − Nanogeneratori triboelettrici − … 5) Tecnologie di fabbricazione − Ossidazione del silicio − Deposizione di film sottili (spin coating, spray coating, sputtering, evaporazione termica, CVD, LPCV, PLD…) − Sintesi di nanostrutture quasi-1D (processi ad alta temperatura; wet-chemistry;…) − Solution-growth of ZnO nanowires (conventional; cyclic growth; microreactors with contact heating of the substrate; microwaves-assisted synthesis; local substrate heating by laser; local substrate heating by microresistors; advection – spin and spray; thermoconvective solution-growth) − Litografia − Etching − Bonding − Tecnologia CMOS (principi generali) − Resistori e condensatori integrati − … 6) Metodi di caratterizzazione (Atomic Force Microscope, Scanning Electron Microscope, Kelvin Probe Force Microscope,…)
Panorama normativo riguardante i dispositivi medici; Processi di gestione del parco tecnologico: modelli gestionali es esempi applicativi; La gestione della manutenzione delle apparecchiature elettromedicali: collaudo di accettazione, manutenzione correttiva, manutenzione preventiva, controlli di qualità; Elementi di sicurezza elettrica in ambito sanitario; La sicurezza elettrica nelle apparecchiature elettromedicali; La classificazione dei locali ad uso medico, locali di gruppo 0-1-2; Impianto elettrico IT-M; Impianto Condizionamento VCCC; Acquisizione di apparecchiature elettromedicali: HTA, codice degli appalti, capitolati tecnici, criteri di valutazione; Esercitazioni pratiche.
Normativa per la qualificazione Normativa tecnica per la qualificazione dei sistemi e delle apparecchiature elettromedicali Applicazioni: procedure per la marcatura CE dei dispositivi medici I sistemi di qualità Modello processo/cliente/fornitore Le misure nei sistemi di gestione della qualità Le non conformità (definizioni e strumenti di analisi) Modelli di qualificazione dei processo/servizi con riferimento al settore medico e sanitario Ingegneria clinica Definizioni ed analisi dei rischi Principi di sicurezza elettrica Normativa per la sicurezza elettrica degli impianti e dei dispositivi elettromedicali Caratterizzazione degli impianti elettrici nei locali ad uso medico Il software nei dispositivi medici Esercitazioni di ingegneria clinica Organizzazione ed informatica sanitaria La qualità nei sistemi sanitari Interoperabilità dei sistemi informativi sanitari Continuità di cura Esercitazioni per la modellizzazione di un servizio/processo sanitario con strumenti dell’ICT (UML, etc.)
Modellazione avanzata assistita dal calcolatore: Tecniche di modellazione di forme organiche. Superfici di suddivisione, sculpting, modellazione diretta. Deformatori. Strutture lattiginose e modellazione generativa. Diagrammi di Voronoi. Integrazione in ambienti CAD. Modellazione di forme anatomiche. Addestramento su applicativi software commerciali per la ricostruzione di forme organiche. Ingegneria Inversa. Metodologie di ricostruzione delle forme geometriche. Sistemi di scansione. Processamento della nuvola di punti acquisiti. Ricostruzione funzionale e organica. Triangolazione di Delaunay. Problemi di fitting di curve e superfici a partire da nuvole di punti. Metodologie di ricostruzione manuale e assistita di superfici anatomiche. Esercitazioni di laboratorio sull’impiego di uno scanner senza contatto e di un tastatore a braccio meccanico per l’acquisizione di forme meccaniche e organiche. Simulazione avanzata: Meccanismi cedevoli. Modelli cineto-dinamici pseudo-rigidi. Simulazione di meccanismi cedevoli con tecniche multibody. Condensazione di Craig-Bampton. Metodi full-flex. Problemi di contatto. Applicazione dei meccanismi cedevoli in ambito protesico. Esercitazioni sulla progettazione di meccanismi con membri flessibili. Addestramento su applicativi software commerciali. Metodologie di ottimizzazione strutturale e prototipazione rapida. Requisiti ed esigenze per la progettazione di parti per la stampa 3D. Tolleranze e limiti morfologici. Modellazione solida di parti per la stampa 3D. Scelta dei parametri di costruzione. Influenza dei parametri di costruzione sulle proprietà meccaniche e funzionali dei prototipi. Problemi di ottimizzazione topologica. Metodi SIMP, evolutivi e Generative design. Costi di fabbricazione e problemi di sostenibilità operazionale e economica. Esercitazione di laboratorio sulla progettazione e prototipazione rapida di un dispositivo medico. Tecniche di analisi del movimento umano. Analisi dell’ergonomia del gesto lavorativo. Interazione uomo-macchina. Metodo di valutazione NIOSH e OCRA. Tecniche avanzate di simulazione immersiva e interattiva. Realtà Virtuale e Aumentata. Sistemi aptici a ritorno di forza. Interfacce naturali. Solutori a impulsi sequenziali per la simulazione interattiva in tempo-reale. Esercitazioni di laboratorio sulla creazione di una simulazione immersiva in realtà virtuale/aumentata. Miscellanea di casi di studio di assiemi industriali affrontati con tecniche multidisciplinari di progettazione assistita dal calcolatore.
Segnale, informazione, rumore Segnali biomedici, classificazione, dimensionalità, deterministici/aleatori, spontanei/indotti, indogeni/esogeni Segnali elettrofisiologici l'elettroencefalogramma i potenziali evocati la componente P300 SSVEP sistemi di registrazione di segnali elettrofisiologici elementi di pattern recognition neurofeedback interfacce cervello computer (BCI) protocolli BCI
Basi della sicurezza dei sistemi e dei sistemi informatici Cenni sulle leggi invigore (GDPR) Disponibilità, integrità e confidenzialità. Basi di Teoria dei numeri Crittografia antica e moderna (a chiave simmetrica e asimmetrica) Esercizi al computer Cenni di probabilità e complessità Cenni di teoria dell'informazione Cenni ti teoria delle reti Cenni di teoria delle reti informatiche Dispositivi di sicurezza sui sistemi autonomi e sulle reti informatiche Principali attacchi e malware: misure per prevenire e mitigare. Tecnologie per la "non ripudiazione": registri condivisi e contratti elettronici Programma pià dettagliato e pdf delle lezioni presso http://gordion.casaccia.enea.it/SicurezzaInformatica
RICHIAMI DI ELETTRONICA APPLICATA ELEMENTI DI MISURE BIOMEDICHE ELETTROCARDIOGRAFO PACEMAKER DEFIBRILLATORE MISURE DI PRESSIONE SANGUIGNA VENTILAZIONE ARTIFICIALE DEI POLMONI TUBO RADIOGENO CITOMETRO AD IMPEDENZA SICUREZZA ELETTRICA PANORAMA LEGISLATIVO
Nel corso verranno trattati alcuni esempi di modelli di sistemi fisiologici. Per ciascun sistema esaminato, dopo alcuni richiami di fisiopatologia, si affronteranno sia aspetti legati alla formulazione teorica del modello, sia aspetti legati alla simulazione numerica. Particolare attenzione verrà dedicata all’implementazione per il tramite di strumenti di calcolo quali Matlab, Simulink e solutori agli elementi finiti (FEM). INTRODUZIONE: motivazione ed esempi, tipi di modelli, fasi della modellazione; strumenti di calcolo. MODELLI BLACK-BOX: esempi e analisi tramite il System Identification Toolbox di Matlab. Modelli compartimentali: generalità, modello compartimentale glucosio-insulina, cenni su identificabilità e stima dei parametri. MODELLI DI SISTEMI DI CONTROLLO FISIOLOGICI: richiami su sistemi dinamici (lineari) e teoria del controllo (sistemi ad anello aperto/chiuso, analisi nei domini del tempo e della frequenza, identificazione del sistema, stabilità); analisi in Matlab/Simulink (Control System Toolbox); esempi Simulink: modello lineare della meccanica respiratoria, modello del riflesso neuromuscolare, modello della regolazione del sistema glucosio-insulina, modello del riflesso pupillare, altri esempi. MODELLI DI NEURONE: il modello integrate & fire, il modello di Hodgkin e Huxley per la generation del potenziale d’azione, il modello di Izhichievic; implementazione e analisi in Matlab/Simulink. MODELLI DI DIFFUSIONE: richiami, approfondimenti e implementazione FEM di alcuni esempi di interesse biologico (e.g. diffusione attraverso una membrana). MODELLAZIONE DI DISPOSITIVI MEMS: citometro ad impedenza (approfondimenti e implementazione FEM), dispositivi per manipolazione cellulare tramite dielettroforesi, moto laminare in dispositivi microfluidici. MODELLAZIONE DEL FLUSSO EMATICO: richiami, approfondimenti e implementazione FEM di alcuni esempi di interesse biologico (e.g. moto alla Poiseuille, moto alla Womersley, moto in un vaso aneurismatico). MODELLAZIONE BIOMECCANICA DEI TESSUTI MOLLI: proprietà meccaniche dei tessuti molli, il metodo di omogeneizzazione di Hill e Mandel, cenni di elasticità non lineare (misure di sforzo e deformazione, materiali iperelastici, principali energie di deformazione). Modellazione biomeccanica di aneurismi: modello membranale e modello 3D in elasticità lineare, cenni di interazione fluido-struttura e formulazione ALE; implementazione FEM. ANALISI DI SEGNALI E IMMAGINI BIOMEDICHE: analisi di mammografie tramite trasformata wavelet, analisi di immagini PET-SPECT, analisi di segnali di impedenza su singola cellula
