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PORTALE DELLA DIDATTICA

Progettazione di protesi e organi artificiali

01NEHMV

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 30
Esercitazioni in laboratorio 30
Tutoraggio 20
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Bignardi Cristina Professore Associato ING-IND/34 6 0 30 0 11
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/34 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2018/19
L'insegnamento ha lo scopo di fornire agli allievi un approfondimento del tema della sostituzione protesica articolare e della sua evoluzione, mettendo in evidenza gli errori fatti e le prospettive di progettazione con un cenno al supporto alla chirurgia dato dall'uso dei Navigatori. L’insegnamento si propone inoltre di fornire indicazioni e metodi di progettazione riguardanti protesi cardiovascolari, stent e sistemi di supporto alla vita. Dal punto vista metodologico vengono forniti elementari elementi teorici riguardanti il metodo di analisi strutturale degli elementi finiti (FEM, Finite Element Method). Attraverso l'attività di laboratorio computazionale prevista lo studente impara a fare un piano pre-operatorio virtuale che partendo dalla ricostruzione di un elemento osseo di un individuo porta all'analisi strutturale del sistema biomeccanico che si viene a creare inserendo nell’osso un componente protesico articolare. Lo studente al termine dell'insegnamento dovrà possedere competenze e abilità che gli consentano di progettare e simulare, dal punto di vista strutturale, un sistema biomeccanico osso-elemento protesico.
The teaching aims at giving students a widening of joint arthroplasty design and of its evolution, pointing out mistakes of design made in the past and perspectives with some indication about the support given by surgical navigator. The teaching also aims to provide information and design methods related to cardiovascular implants and life support systems. From the methodological point of view, elementary theoretical elements are provided concerning the method of structural analysis of finite elements (FEM, Finite Element Method). By means of the computational laboratory activity students will learn to make a virtual pre-surgical plan that, starting from the reconstruction of a patient joint, leads to the structural analysis of the biomechanical system constituted by the human joint and the prosthesis. Students at the end of the teaching will be able to simulate and design a bone-prosthesis biomechanical system by means of structural analysis numerical method (FEM).
Conoscenze relative alla biomeccanica del sistema cardiocircolatorio per comprendere l'evoluzione storica delle protesi valvolari ed i sistemi di circolazione extracorporea. Conoscenze relative ai principi progettuali delle protesi articolari. Imparare a simulare e progettare un sistema biomeccanico per mezzo di un metodo numerico di analisi strutturale. Questo insegnamento contribuisce a sviluppare l'autonomia di giudizio relativamente alla scelta delle semplificazioni da effettuare nella simulazione numerica di un sistema biomeccanico costituito da protesi e tessuto biologico con cui la protesi si interfaccia. Questo insegnamento contribuisce a migliorare le abilità comunicative attraverso la redazione di una relazione tecnica relativa al laboratorio proposto. Questo insegnamento permette allo studente di acquisire capacità progettuali di base per qualsiasi tipo di sistema biomeccanico proponendo l'esecuzione di un piano pre-operatorio virtuale condotto passo dopo passo durante l'insegnamento.
Students will acquire knowledge about the biomechanics of cardiovascular system in order to understand the evolution of valves prostheses and the extracorporeal circulation as well. Students will acquire knowledge regarding the design principles of the joint replacement. Learning how to design and simulate a biomechanical system by means of a numerical method of structural analysis. This teaching contributes to develop independence of opinion as regards the choice of simplifications to implement in the numerical simulation of a biomechanical system formed by prosthesis and biological system with which prosthesis interfaces itself. This teaching helps to improve communication skills through the preparation of a technical report on the proposed laboratory. This course enables students to acquire the basic design capabilities for any type of biomechanical system by proposing the implementation of a virtual pre-operative plan carried out step by step through teaching.
Conoscenze di meccanica strutturale, meccanica dei solidi e dei fluidi.
Knowledge of structural mechanics, solid and fluid mechanics.
- Criteri generali di progettazione di strumenti per la chirurgia cardiaca e vascolare con particolare riferimento alla fluidodinamica - Tipologie e specifiche di progetto delle protesi valvolari cardiache - Tipologie e specifiche di progetto dei dispositivi automatici per la chirurgia dei bypass aortocoronarici - Tipologie e specifiche di progetto di stent endovascolari - Fondamenti di circolazione extracorporea - Introduzione al metodo di analisi strutturale degli elementi finiti (FEM, Finite Element Method) - Evoluzione storica e prospettive della progettazione di protesici articolari. - Supporto alla chirurgia dato dall'uso dei Navigatori. - Studio di un sistema biomeccanico costituito da componente protesico articolare ed elemento osseo mediante programmi rispettivamente di elaborazione di immagini tomografiche, CAD e di analisi strutturale.
General design criteria for cardiac and vascular surgery devices with particular reference to fluid dynamics Types and design specifications of the prosthetic heart valve Types and design specifications of automatic devices for the aortocoronary bypass surgery Types and design specifications of endovascular stent Fundamentals of extracorporeal circulation Introduction to finite element method (FEM, Finite Element Method) structural analysis Historical evolution and perspectives of the design of joints prostheses. Support to surgery given by the use of surgery navigators. Biomechanical study of a system consisting of a joint prosthetic component and a bone element by means respectively of software for medical images processing, CAD and structural analysis.
Il corso prevede 30 ore di lezione in aula e 30 ore di laboratorio computazionale.
The course includes 30 hours of lectures and 30 hours of computational laboratory.
Dispense fornite dal docente e copia delle slide utilizzate durante le lezioni
Lecture notes and copies of the slides used during the lessons.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova di laboratorio; Progetto individuale;
L’esame è diviso in due parti (che possono essere sostenute anche in appelli diversi): 1. La prima parte dell’esame viene svolta in aula ed ha la durata di quarantacinque minuti. E’ costituita da domande a risposta “aperta” e "chiusa" relative ai contenuti esposti durante le lezioni in aula. Non si possono consultare appunti. 2. La seconda parte dell’esame viene svolta presso un LAIB ed ha la durata di due ore e mezza. Consiste nella realizzazione di un modello FEM corrispondente ad una porzione di osso diafisario a partire da immagini TAC, nella sua risoluzione in funzione delle condizioni al contorno fornite e nel commento ai risultati ottenuti. Viene richiesto di documentare la realizzazione del modello e i risultati ottenuti con i relativi commenti con una presentazione power point da consegnare al termine dell'esame. Si possono consultare gli appunti. Il voto finale risulta dalla media delle due valutazioni, arrotondata per eccesso o difetto a seconda del valore della cifra decimale. La lode viene attribuita quando si è ottenuta una valutazione piena pari a 30/30 in entrambe le prove.
Exam: Written test; Practical lab skills test; Individual project;
The exam is divided in two parts (which can also be stood in different examination session): 1. The first part of the exam is carried out in the classroom and has a term of forty-five minutes. It consists of "open" and "closed" questions related to the contents exposed during the lessons. You cannot consult notes. 2. The second part of the exam is carried out in a LAIB and has a term of two and a half hours. It consists in the realization of an FEM model corresponding to a portion of diaphyseal bone starting from TAC images, in its solution according to the boundary conditions provided and in the comment to the results obtained. It is requested to document the realization of the model and the results obtained with the relative comments with a power point presentation to be delivered at the end of the exam. You can consult notes. The final mark results from the average of the two evaluations, rounded up or down depending on the value of the decimal number. Full marks are given when a full evaluation of 30/30 has been obtained in both tests.


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