Bioingegneria e tecnologie mediche

A.A. 2021/2022
8
Crediti massimi
80
Ore totali
SSD
FIS/07 ING-IND/22 ING-INF/06 ING-INF/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
- Acquisizione dei fondamenti ed i principi utili alla comprensione dei principi che regolano la fluidodinamica
- Acquisire i principi utili alla comprensione del funzionamento delle apparecchiature diagnostiche e terapeutiche medicali
- Acquisire le conoscenze strutturali dei materiali e la loro biocompatibilità
- Acquisire le conoscenze di base dei principi di elettronica applicati ai materiali ed alle apparecchiature biomedicali
Risultati apprendimento attesi
- Conoscenza dei principi fisici di base
- Acquisizione delle conoscenze delle leggi che regolano il funzionamento dei materiali e delle apparecchiature biomedicali
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
In relazione alle modalità di erogazione delle attività formative per l'a.a. 2021/22, verranno date indicazioni più specifiche nei prossimi mesi, in base all'evoluzione della situazione sanitaria.
Prerequisiti
Non sono richieste conoscenze preliminari
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame di profitto sarà scritto. Sarà composto principalmente da domande a scelta multipla con l'aggiunta di alcune domande aperte, in aggiunta sarà possibile, a discrezione del docente, effettuare una prova integrativa orale.
Fisica applicata
Programma
Legge dei gas ideali. Esempi: la moka e la flatulenza in alta quota. Legge di Boyle. Legge di Charles. Legge di Gay Lussac. Legge di Avogadro. La durata di una bombola di ossigeno. La legge di Archimede. La legge di Fick. Moto Browniano e analogia con il camminatore ubriaco. Coefficiente di diffusione.
Legge di Dalton. Pressioni parziali e immersioni subacquee. Legge di Henry. Solubilità e immersioni subacquee. Tensione superficiale (definizione energetica e definizione dinamica) e forma sferica delle gocce e delle bolle. La legge di Laplace.
Esempi di applicazione della legge di Laplace. Alveoli e respirazione. Fluidi ideali in moto: portata, legge di continuità e teorema di Bernoulli. Esempi: aeroplano, pompa da vuoto, maschera di Venturi. Viscosità e fluidi reali.
Numero di Reynolds e turbolenza. Le leggi di Poiseuille. Profili di velocita', velocita' massima e portata in fluidi reali. Esempi di applicazione: flebo, catetere, tracheotomia. Resistenza idraulica, parallelo e serie di resistenze. Applicazioni al sistema circolatorio.
Pressione e forze di taglio. Legge di Pascal. Legge di Stevino. Manometro aperto e chiuso. mmHg. Pressione relativa. Sfigmomanometro. Esercizi.
Temperatura: il principio zero della termodinamica. Energia termica e calore: il secondo principio della termodinamica. Irreversibilità: il secondo principio della termodinamica secondo Kelvin e secondo Clausius. Entropia: interpretazione statistica (formula di Boltzmann) vs interpretazione termodinamica. Terzo principio della termodinamica. Calore specifico e calore latente. Evaporazione, conduzione e legge di Fourier, convezione ed irraggiamento (legge di Stefan-Boltzmann).
Metodi didattici
Gli insegnamenti prevedranno lezioni frontali con eventuale aggiunta di esercitazioni in laboratorio
Materiale di riferimento
CONTESSA MARZO Fisica applicata alle scienze mediche, CEA
Scienza e tecnologia dei materiali
Programma
Introduzione ai Biomateriali: definizione di biomateriali, biocompatibilità e principali applicazioni degli stessi
Classificazione dei Biomateriali (in base alla loro natura chimica; in base agli effetti prodotti sul materiale dall'ambiente biologico)
Materiali metallici; materiali polimerici; materiali ceramici; materiali compositi; materiali di derivazione biologica
Fasi del processo di progettazione di un organo artificiale
Metodi didattici
Gli insegnamenti prevedranno lezioni frontali con eventuale aggiunta di esercitazioni in laboratorio
Materiale di riferimento
Di Bello - Biomateriali - Collana di Ingegneria Biomedica, Patron Editore, 2004
Pietrabissa - Biomateriali per protesi ed organi artificiali - Collana di Ingegneria Biomedica, Patron Editore, 1996
Bioingegneria elettronica ed informatica
Programma
Tecnologia e diagnostica: bioimmagini
Principali tipologie di bioimmagini e principi fisici utilizzati per la loro generazione.
I raggi X: la radiografia e la generazione delle immagini radiografiche; la tecnologia di ricostruzione tomografica; il metodo di ricostruzione delle immagini e i principali artefatti.
La risonanza magnetica: generazione delle immagini di risonanza; componenti fondamentali dello strumento; cenni sulla risonanza magnetica funzionale.
Ultrasonografia: generazione delle immagini; principali strumentazioni; effetto Doppler e stima delle velocità.
Tecnologia e chirurgia
I sistemi assistiti/integrati dal calcolatore; la chirurgia mininvasiva; il concetto di navigazione intra-operatoria e relative strumentazioni.
Concetti base per circuiti elettrici: resistenze, condensatori, potenziometri e generatori.
Analogia elettronica-idraulica per l'analisi di circuiti.
I sistemi pompanti: classificazione ed utilizzo; controllo e regolazione.
Esempi di analisi di circuiti idraulici: circuito da CEC, progettazione di protesi valvolari.
Cenni su ossigenatori e dispositivi per dialisi.
Metodi didattici
Gli insegnamenti prevedranno lezioni frontali con eventuale aggiunta di esercitazioni in laboratorio
Materiale di riferimento
J.B. WEBSTER - Strumentazione biomedica. Progetto ed applicazioni- Edises
COPPINI et al. - Bioimmagini - Patron editore
Bibliografia aggiuntiva
BASELLI et al. - Immagini biomediche: nuove tendenze in tecnologia, metodi e applicazioni - Patron editore
Misure elettriche ed elettroniche
Programma
Introduzione al corso.
Concetti base: misura e incertezza; precisione e accuratezza; segnale e trasduzione; calibrazione; segnale analogico e digitale.
Misure bioelettriche
I potenziali bioelettrici; misura di differenze di potenziali.
L'elettrocardiogramma: l'attività elettrica del cuore; il concetto di dipolo e le derivazioni standard; l'elettrocardiografo e i suoi componenti fondamentali.
Esempi di altre applicazioni: elettromiogramma ed elettroencefalogramma, scopi e metodi.
Misure emodinamiche.
Misure di pressione: caratteristiche del segnale pressorio; metodi per la misura del segnale pressorio con analisi dell'invasività, dei trasduttori utilizzati e delle problematiche. Cenni su analisi in frequenza, filtraggio dei dati e calcolo pressione media.
Misure di portata sanguigna: metodi di misura diretti (flussimetri elettromagnetici, a tempo di transito, velocimetria doppler) e metodi indiretti. Vantaggi e svantaggi delle varie metodologie.
Esercitazione: calcolo di pressioni e portate (e delle loro variazioni) in un caso rappresentativo pertinente al corso di studi.
Cenni su altri sistemi di misura.
Misure di temperatura e loro applicazioni. Misure di Saturazione.
Esempi di dispositivi legati a misure
Pacemaker e defibrillatori cardiaci: specifiche del dispositivo e misure effettuate; descrizione dei principali componenti del dispositivo e relative problematiche; modalità di funzionamento del pacemaker.
Contropulsatore aortico: specifiche del dispositivo e misure effettuate; effetto sul segnale pressorio; importanza della sincronizzazione; problematiche legate all'utilizzo del palloncino intra-aortico e possibili rimedi
Metodi didattici
Gli insegnamenti prevedranno lezioni frontali con eventuale aggiunta di esercitazioni in laboratorio
Materiale di riferimento
J.B. WEBSTER - Strumentazione biomedica. Progetto ed applicazioni- Edises
Bibliografia aggiuntiva:
AVANZOLINI et al. - Strumentazione Biomedica: progetto e impiego dei sistemi di misura -Patron Editore
DE ROSSI et al. - Sensori per misure biomediche - Patron Editore
Moduli o unità didattiche
Bioingegneria elettronica ed informatica
ING-INF/06 - BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - CFU: 2
Lezioni: 20 ore
Docente: Possenti Luca

Fisica applicata
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 2
Lezioni: 20 ore
Docente: Nava Giovanni

Misure elettriche ed elettroniche
ING-INF/07 - MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE - CFU: 2
Lezioni: 20 ore
Docente: Possenti Luca

Scienza e tecnologia dei materiali
ING-IND/22 - SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - CFU: 2
Lezioni: 20 ore
Docente: Santoro Rosaria