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PORTALE DELLA DIDATTICA

Bioingegneria della riabilitazione

01NEIMV

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 48
Esercitazioni in laboratorio 12
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Botter Alberto - Corso 2   Professore Associato ING-INF/06 48 0 12 0 1
Gazzoni Marco - Corso 1 Professore Associato ING-INF/06 48 0 12 0 8
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/06 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2022/23
L’ingegneria della riabilitazione è una branca dell’ingegneria che applica i principi della scienza e dell'ingegneria 1) allo sviluppo di soluzioni tecnologiche e dispositivi per aiutare le persone con disabilità e 2) al supporto del recupero delle funzioni fisiche e cognitive perse a causa di malattia o infortunio. L’obiettivo di questo corso è quello di introdurre gli studenti al campo dell'ingegneria della riabilitazione e alle moderne tecnologie utilizzate per migliorare la qualità della vita delle persone con disabilità e per il recupero da traumi. Durante il corso gli studenti saranno introdotti ai principi fondamentali di funzionamento e alle basi della progettazione di sistemi per i) la valutazione del grado di disabilità e di limitazione funzionale, ii) il recupero funzionale, iii) la sostituzione funzionale.
Rehabilitation engineering is the use of engineering science and principles to 1) develop technological solutions and devices to assist individuals with disabilities, and 2) aid the recovery of physical and cognitive functions lost because of disease or injury. This course aims to introduce the students to the field of rehabilitation engineering and the modern technologies used to improve the quality of life of individuals with disabilities and those recovering from trauma. During the course, the students will be introduced to the fundamental principles and design considerations of medical instruments for i) disability assessment, ii) functional recovering, ii) functional substitution.
Al termine di questo corso, lo studente deve: 1. conoscere e aver compreso i principi e le tecniche per: a. l’analisi della cinematica e cinetica del movimento umano; b. l’analisi delle attivazioni muscolari nell'ambito del movimento umano 2. conoscere e aver compreso i principi e le tecniche alla base dei sistemi per: a. la valutazione delle capacità funzionali residue b. la sostituzione funzionale c. il recupero funzionale Al termine di questo corso, lo studente deve essere in grado di: 1. Analizzare uno scenario in ambito riabilitativo e identificare le tecnologie più appropriate da applicare per rispondere ad un dato quesito clinico. 2. Applicare le tecniche apprese durante il corso per risolvere esercizi pratici su: a. analisi del movimento umano. b. analisi delle attivazioni e della fatica muscolare c. definizione/progettazione di un sistema per la sostituzione funzionale d. definizione/progettazione di un sistema per il recupero funzionale 3. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove. Complessivamente, al termine del corso, lo studente avrà acquisito le competenze per lo sviluppo/gestione di soluzioni tecnologiche e dispositivi per il recupero/compenso di disabilità e per supportare il personale sanitario nel loro corretto utilizzo.
The course will 1) provide students the knowledge on application of science and technology to sensory and motor rehabilitation; 2) encourage the acquisition of general scientific skills such as analysis and discussion of scientific information and data. At the conclusion of this course, the student should have: 1. good level of knowledge of the bioengineering principles applied to motor rehabilitation; 2. knowledge in a range of technologies used in motor rehabilitation; 3. technical knowledge and good skills in problem solving and critical thinking to undertake research and development At the conclusion of this course, the student should be able to: 1. Apply fundamental knowledge of engineering in rehabilitation 2. Explain the basic categories of rehabilitation technology and the basic characteristics of each category. 3.. Analyze a case scenario to select an appropriate category of rehabilitation technology. 4. Develop self-learning initiatives (analysis and review of research literature) and integrate learned knowledge for problem solving 5. Apply what was learned in the classroom to novel situations.
Conoscenze degli argomenti trattati nei corsi di Algebra lineare e geometria (Equazioni matriciali, calcolo dell’inversa di una matrice. Determinanti), Elettrotecnica, Elettronica e Fondamenti di biologia, anatomia e fisiologia (Sistema nervoso centrale e periferico, Sistema muscoloscheletrico, Apparato cardio-circolatorio). Conoscenza delle tecniche di elaborazione di segnali biomedici.
Students must be familiar with the arguments presented in the courses of physics, electric circuits, electronics, and physiology with elements of human anatomy
Il corso tratta i seguenti argomenti principali: • Introduzione all'ingegneria della riabilitazione. • Panoramica delle principali patologie che portano a limitazioni sensori-motorie. • Analisi del movimento. Panoramica delle tecnologie. • Sistemi opto-elettronici. Calibrazione. Sistemi a marker attivi e passivi. Protocolli comuni per il posizionamento dei marker. Sistemi di riferimento locali, tecnico ed anatomico. Stima degli angoli articolari. • EMG di superficie in riabilitazione. EMG in condizioni dinamiche, problematiche. Stima degli istanti e livelli di attivazione. Stima della fatica. Accenni a metodi avanzati di EMG di superficie. • Attuatori utilizzati nella riabilitazione motoria. Muscoli artificiali. • Ortesi e protesi per arti inferiori e arti superiori. Classificazione. Metodi di controllo. Controllo mioelettrico classico e basato su pattern. Accenni a metodi avanzati. • Stimolazione del sistema neuromuscolare in riabilitazione. Stimolazione magnetica transcranica. Stimolazione elettrica funzionale (FES). Tipologie di FES. Applicazioni nelle lesioni del SNC. Tipologie di stimolatori, configurazione degli elettrodi di stimolazione, forme d’onda di stimolazione, patterns di stimolazione. Sistemi di controllo della stimolazione. Esempi di FES per il dropfoot, grasping ed incontinenza. • Tecnologie per il training e la riabilitazione di capacità motorie e cognitive. Robotica riabilitativa. Biofeedback, Serious game, Realtà virtuale e aumentata.
The content of this course covers the following topics: • Introduction to rehabilitation engineering. • Overview of diseases and injuries of the CNS leading to sensory-motor impairment • Movement analysis. Overview of technologies. • Optoelectronics systems. Calibration. Active and passive markers. Protocols for marker positioning. Local reference frames, technical and anatomical frames. Joint angle estimation. Examples. • Surface EMG in rehabilitation. sEMG detection. EMG in dynamic conditions, main issues. Activation interval estimation. Fatigue estimation. Advanced methods in sEMG. • Actuators in motor rehabilitation. Artificial muscles: McKibben and shape memory alloys (SMA). • Lower limb and upper limb orthotics and prosthetics. Classification. Control methods. Conventional and “pattern based” myoelectric control. Introduction to advanced methods. • Assistive devices for locomotion and architectural barriers overcoming. • Functional Electrical Stimulation (FES). FES techniques. Applications in CNS injuries. Types of stimulators, configuration of the stimulation electrodes, stimulation waveforms, stimulation patterns. Stimulation control systems. Examples of FES for dropfoot, grasping and incontinence. • Technologis for the training and recovery of motor and cognitive functions. Biofeedback, Serious games, Virtual reality, augmented reality. • Emerging techniques in motor rehabilitation: Rehabilitation robotics.
Il corso è organizzato in lezioni frontali, esercitazioni in aula e in laboratorio. I laboratori verranno svolti in squadre di quattro studenti e vengono distribuiti lungo il corso dell’insegnamento. I laboratori sono svolti utilizzando MATLAB come strumento di sviluppo di algoritmi di elaborazione di dati. Il programma dei laboratori verte sull’approfondimento delle nozioni teoriche apprese a lezione, in particolare verranno implementati metodi visti a lezione applicati a dati reali.
The course is organized in lectures, exercise classes and laboratories. Laboratories will be carried out in teams. The laboratories will be focused on the implementation of the methods described during the course using MATLAB and their application to real data.
Materiale didattico fornito dal docente durante il corso Libro: Introduction to Neural Engineering for Motor Rehabilitation, D Farina, W Jensen, M Akay (Editors)
Teaching material provided during the course Introduction to Neural Engineering for Motor Rehabilitation, D Farina, W Jensen, M Akay (Editors)
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Written test; Group project;
L'esame intende verificare la conoscenza delle tecnologie descritte a lezione e verificare le capacità di problem solving. L’esame consta di due parti: a) una prova scritta e b) una tesina. Metodo di accertamento dei risultati di apprendimento attesi: 1. Conoscere e aver compreso i principi e le tecniche per: a. l’analisi della cinematica e cinetica del movimento umano (Scritto) b. l’analisi delle attivazioni muscolari nell'ambito del movimento umano (Scritto) 2.Conoscere e aver compreso i principi e le tecniche alla base dei sistemi per: a. la valutazione delle capacità funzionali residue (Scritto) b. la sostituzione funzionale (Scritto) c. il recupero funzionale (Scritto) 3. Applicare le tecniche apprese durante il corso per risolvere esercizi pratici su: a. la valutazione delle capacità funzionali residue (Scritto + Tesina) b. definizione/progettazione di un sistema per la sostituzione funzionale (Scritto + Tesina) c. definizione/progettazione di un sistema per il recupero funzionale (Scritto + Tesina) 4. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove. (Scritto + Tesina) Dettagli prove di accertamento 1. Prova scritta a. La prova scritta ha durata di indicativamente 75 minuti e comprende otto domande a risposta multipla (max 8 punti) e due tra esercizi e domande a risposta aperta (max 18 punti complessivi). b. La valutazione delle domande a risposta multipla è la seguente: risposta corretta: +1 punto, risposta errata: -0,25 punti, risposta non data: 0 punti. c. Per ogni esercizio/domanda a risposta aperta verrà indicato il punteggio massimo associato. Nel caso di domande/esercizi composto da più punti per ognuno di essi verrà indicato il punteggio associato. d. Lo studente non può consultare appunti di alcun tipo (lezioni, esercitazioni, ...), le dispense fornite dal docente o testi a stampa. Eventuale materiale necessario sarà fornito dal docente unitamente al testo dell’esame. Nel corso dell’esame gli studenti potranno utilizzare calcolatrici da tavolo. I calcolatori o calcolatrici programmabili con funzioni avanzate non sono ammessi. 2. Tesina a. Durante il corso gli studenti dovranno svolgere una tesina a gruppi di tre/quattro persone partendo dalle attività svolte durante i laboratori su dati sperimentali acquisiti dagli studenti stessi o forniti dal docente. Il tema della tesina verrà definito durante il corso. La tesina dovrà essere consegnata entro la fine della sessione invernale caricando l’elaborato sul portale della Didattica. Alla tesina sarà attribuito un punteggio massimo di 6 punti. 3. Valutazione finale Il voto finale è ottenuto sommando la votazione ottenuta nella prova scritta (massimo 26 punti) e la valutazione ottenuta per la tesina sperimentale (max 6 punti) per un massimo di 32 punti. Agli studenti che ottengano un voto maggiore o uguale di 31 verrà attribuita la lode
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; Group project;
The exam aims to verify the knowledge of the technologies described during the lessona and to verify the problem solving skills of the student. The final exam is written. It lasts 90 minutes and comprises nine closed response questions and 2 exercises covering the entire program. During the exam students are not allowed to use handouts, textbooks or any other material. The nine closed response questions are evaluated up to 9 points as follows: each right answer increases the score by 1 point, each wrong answer decreases the score by 0,25 points, each question without an answer does not modify the score. The two exercises are evaluated up to 24 points (12 points for each exercise). The final score is obtained by summing the results obtained in the closed response questions and in the two exercises (for a maximum of 33 points). If the final score is higher than 30.5 the exam is passed with Laude. Students, on a voluntary basis, can carry out outside class time assignments, like monographs or small projects. Monographs: the objective is to perform a literature analysis of a specific topic chosen by the student. It will be evaluated between 0 and 1 point summed to the final score of the written exam. Small Project: it is an experimental project carried out by groups of 3/4 students. The topic will be common to all groups and will be defined during the course. It will be evaluated between 0 and 3 points summed to the final score of the written exam.
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.
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