Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Progettazione di protesi e organi artificiali

01NEHMV

A.A. 2021/22

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 Ordinario ING-IND/34 6 0 30 0 13
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/34 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2021/22
L'insegnamento ha lo scopo di fornire agli allievi/allieve 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/la studente/studentessa impara a fare un piano pre-operatorio virtuale che partendo dalla ricostruzione di una porzione di elemento osseo di un individuo porta all'analisi strutturale del sistema biomeccanico che si viene a creare inserendo nell’osso o un componente protesico articolare oppure un elemento di sintesi per fratture. Obiettivo dell'insegnamento è quello di dare allo/a studente/studentessa i rudimenti che gli consentano di progettare e simulare, dal punto di vista strutturale, un sistema biomeccanico osso-elemento protesico o di sintesi.
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, stents 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 part of a patient bone element, leads to the structural analysis of the biomechanical system constituted by the human bone and a prosthetic component or a fracture synthesis device. The aim of the course is to give the student the rudiments that allow him/her to simulate, from a structural point of view, and design a bone-prosthesis or synthesis 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, degli stent e dei sistemi di circolazione extracorporea. Conoscenze relative ai principi progettuali delle protesi articolari. Saper 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/elemento di sintesi e tessuto biologico con cui la protesi/elemento di sintesi 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/a studente/studentessa 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, stents 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 o sistema di sintesi per fratture 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 or fracture synthesis device and a bone element by means respectively of software for medical images processing, CAD and structural analysis.
Quando non è possibile erogare lezioni ed esercitazioni in presenza, le lezioni vengono condotte in remoto tramite Virtual Classroom mentre le esercitazioni, introdotte mediante Virtual Classroom, vengono svolte dagli studenti/dalle studentesse in autonomia utilizzando software di cui sono disponibili gratuitamente le versioni Student. Durante le ore di esercitazione gli esercitatori/esercitatrici si mantengono in continuo contatto con gli studenti/le studentesse via email e via skype.
When it is not possible to deliver lessons and training onsite, the lessons are conducted online via Virtual Classroom while training, introduced through Virtual Classroom, are carried out by students independently using software of which the Student versions are available for free. During the practice hours, the exercisers keep in constant contact with the students via email and via Skype.
Il corso prevede 30 ore di lezioni teoriche in aula/virtual classroom e 30 ore di laboratorio computazionale presso LAIB o in remoto presso la propria abitazione.
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. Non ci sono testi di riferimento in quanto il contenuto dell'insegnamento è particolarmente originale e aggiornato, sia come contenuti sia come metodologie di analisi, pertanto non esistono libri di testo esaustivi e aggiornati da suggerire.
Lecture notes and copies of the slides used during the lessons.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova pratica di laboratorio;
Exam: Written test; Practical lab skills test;
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. L’apprendimento dei contenuti riguardanti il metodo di analisi strutturale FEM verrà verificato mediante tre domande “aperte”, mentre l’apprendimento dei contenuti riguardanti la progettazione di device cardiovascolari e circolazione extracorporea verrà verificato mediante dieci domande del tipo vero/falso. Entrambi gli argomenti verranno valutati in trentesimi, in particolare le risposte "aperte" verranno valutate singolarmente in decimi, mente a ciascuna risposta vero/falso verrà attribuito un punteggio pari a 3 se corretta e pari a 0 se sbagliata o non fornita. Per la valutazione globale verrà fatta la media arrotondata delle due valutazioni (es. 24,5 = 25; 24,4 = 24). 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. Questa parte dell’esame verrà valutata in trentesimi e terrà conto della completezza dell’elaborato, in relazione a quanto richiesto, e dei commenti. Esempio di valutazione: l’elaborato è ritenuto insufficiente se il modello non “gira” ossia per qualche errore nella realizzazione del modello non si ottengono risultati; se il modello “gira”, nella presentazione sono riportati i risultati nella forma richiesta ma non sono commentati, la valutazione dell’elaborato è pari a 24/30; valutazioni superiori o inferiori a 24/30 dipendono dalla completezza dei risultati riportati e dalla correttezza dei commenti/interpretazioni. 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.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Practical lab skills test;
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.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale individuale;
L’esame è diviso in due parti (che possono essere sostenute anche in appelli diversi): 1. La prima parte dell’esame viene svolta con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus) ed ha la durata di quarantacinque minuti. E’ costituita da tre domande a risposta multipla relative ai contenuti esposti durante le lezioni riguardanti il metodo di analisi strutturale FEM e dieci domande Vero/Falso relative alle lezioni riguardanti la progettazione di device cardiovascolari e circolazione extracorporea. Entrambi gli argomenti verranno valutati in trentesimi, in particolare le risposte a risposta multipla verranno valutate singolarmente in decimi, mente a ciascuna risposta vero/falso verrà attribuito un punteggio pari a 3 se corretta e pari a 0 se sbagliata o non fornita. Per la valutazione globale verrà fatta la media arrotondata delle due valutazioni (es. 24,5 = 25; 24,4 = 24). Non si possono consultare appunti. 2. La seconda parte dell’esame viene svolta tramite Virtual Classroom 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 caricandola su "Elaborati". Si possono consultare gli appunti. Questa parte dell’esame verrà valutata in trentesimi e terrà conto della completezza dell’elaborato, in relazione a quanto richiesto, e dei commenti. Esempio di valutazione: l’elaborato è ritenuto insufficiente se il modello non “gira” ossia per qualche errore nella realizzazione del modello non si ottengono risultati; se il modello “gira”, nella presentazione sono riportati i risultati nella forma richiesta ma non sono commentati, la valutazione dell’elaborato è pari a 24/30; valutazioni superiori o inferiori a 24/30 dipendono dalla completezza dei risultati riportati e dalla correttezza dei commenti/interpretazioni. Tutti e tre i programmi devono essere installati sul vostro PC personale. Si utilizzerà la Virtual Classroom, con video sorveglianza e condivisione dello schermo a campione. 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: Computer-based written test using the PoliTo platform; 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 with the use of the University Exam platform integrated with proctoring tools (Respondus) and has a term of forty-five minutes. It consists of "closed" or True/False questions related to the contents exposed during the lessons concerning the method of structural analysis FEM and the design of cardiovascular devices and extracorporeal circulation. It is not possible to consult notes. 2. The second part of the exam is carried out by means of a Virtual Classroom 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. It is possible to 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.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale 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 e parallelamente, se necessario, con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus) ed ha la durata di quarantacinque minuti. E’ costituita da domande a risposta multipla e Vero/Falso relative ai contenuti esposti durante le lezioni riguardanti il metodo di analisi strutturale FEM e la progettazione di device cardiovascolari e circolazione extracorporea. Entrambi gli argomenti verranno valutati in trentesimi, in particolare le risposte a risposta multipla verranno valutate singolarmente in decimi, mente a ciascuna risposta vero/falso verrà attribuito un punteggio pari a 3 se corretta e pari a 0 se sbagliata o non fornita. Per la valutazione globale verrà fatta la media arrotondata delle due valutazioni (es. 24,5 = 25; 24,4 = 24).Non si possono consultare appunti. 2. La seconda parte dell’esame viene svolta presso un LAIB e, se necessario, parallelamente tramite Virtual Classroom 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 caricandola su "Elaborati". Si possono consultare gli appunti. Questa parte dell’esame verrà valutata in trentesimi e terrà conto della completezza dell’elaborato, in relazione a quanto richiesto, e dei commenti. Esempio di valutazione: l’elaborato è ritenuto insufficiente se il modello non “gira” ossia per qualche errore nella realizzazione del modello non si ottengono risultati; se il modello “gira”, nella presentazione sono riportati i risultati nella forma richiesta ma non sono commentati, la valutazione dell’elaborato è pari a 24/30; valutazioni superiori o inferiori a 24/30 dipendono dalla completezza dei risultati riportati e dalla correttezza dei commenti/interpretazioni. In caso di esame svolto in remoto tutti e tre i programmi devono essere installati sul vostro PC personale. Si utilizzerà la Virtual Classroom, con video sorveglianza e condivisione dello schermo a campione. 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; Computer-based written test using the PoliTo platform; 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, if necessary, at the same time with the use of the University Exam platform integrated with proctoring tools (Respondus) and has a term of forty-five minutes. It consists of "closed" or True/False questions related to the contents exposed during the lessons concerning the method of structural analysis FEM and the design of cardiovascular devices and extracorporeal circulation. It is not possible to consult notes. 2. The second part of the exam is carried out in a LAIB and, if necessary, at the same time by means of a Virtual Classroom 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. It is possible to 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.
Esporta Word


© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
Contatti