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Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare

01NZRMV

A.A. 2022/23

2022/23

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

L'insegnamento, obbligatorio per tutti gli studenti che scelgono l'indirizzo Bioingegneria industriale, si compone di due moduli: Biomeccanica e biodinamica sperimentale e Biomeccanica del sistema cardiovascolare Biomeccanica del sistema cardiovascolare Il modulo ha il fine di presentare le tecniche correntemente utilizzate in ambito cardiovascolare per lo studio di fenomeni bio-fluidodinamici e biomeccanici di interesse per la fisiopatologia cardiovascolare, la chirurgia e i dispositivi biomedici impiantabili. Esso ha lo scopo di fornire gli strumenti teorici, numerici e sperimentali per la descrizione e la comprensione dei fenomeni fluidodinamici che avvengono nel sistema circolatorio (grandi vasi arteriosi, vene, microcircolazione), e nei principali dispositivi biomedici.

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

L'insegnamento, obbligatorio per tutti gli studenti che scelgono l'indirizzo Bioingegneria industriale, si compone di due moduli: Biomeccanica e biodinamica sperimentale e Biomeccanica del sistema cardiovascolare Biomeccanica del sistema cardiovascolare Il modulo ha il fine di presentare le tecniche correntemente utilizzate in ambito cardiovascolare per lo studio di fenomeni bio-fluidodinamici e biomeccanici di interesse per la fisiopatologia cardiovascolare, la chirurgia e i dispositivi biomedici impiantabili. Esso ha lo scopo di fornire gli strumenti teorici, numerici e sperimentali per la descrizione e la comprensione dei fenomeni fluidodinamici che avvengono nel sistema circolatorio (grandi vasi arteriosi, vene, microcircolazione), e nei principali dispositivi biomedici.

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

Approfondimento delle conoscenze relative ai dispositivi impiantabili per il sistema cardiovascolare, alla fisiopatologia della circolazione sanguigna e all¿ausilio che la meccanica dei fluidi fornisce alla progettazione dei dispositivi medici e alla loro valutazione. Conoscenze relative alle tecniche sperimentali e in silico per lo studio della meccanica dei fluidi biologici. Conoscenze degli strumenti computazionali per l'analisi della fluidodinamica indotta da impianto di sostituti funzionali per il sistema cardiovascolare. Comprensione delle problematiche connesse alla emodinamica locale e alla insorgenza e sviluppo di patologie della parete vascolare. Capacità di applicazione della conoscenza acquisita allo studio in silico della emodinamica locale su modelli vascolari patient-specific. Imparare ad utilizzare strumenti per l'analisi dei dispositivi impiantabili per il sistema cardiovascolare, la definizione delle specifiche di progetto e dei test di verifica. Imparare ad utilizzare strumenti computazionali per l'analisi delle interazioni flusso-parete vascolare e le loro implicazioni sulla fisiopatologia della parete vascolare, per scopi diagnostici. Questo insegnamento contribuisce a sviluppare l'autonomia di giudizio durante le esercitazioni di laboratorio. Questo insegnamento contribuisce a migliorare le abilità comunicative scritte e orali mediante i laboratori e lo svolgimento di tesine e approfondimenti di gruppo. Questo insegnamento contribuisce a fornire allo studente gli strumenti teorici, numerici e sperimentali per la descrizione e la comprensione dei fenomeni fluidodinamici che avvengono nel sistema circolatorio e nei principali dispositivi biomedici. La capacità di apprendimento viene continuamente sollecitata da una attività di laboratorio orientata alla applicazione pratica delle nozioni teoriche introdotte a lezione.

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

Biomeccanica e biodinamica sperimentale Calcolo errori sistematici e di precisione: errori di: accuratezza, isteresi, ripetibilità, non linearità, di zero, di sensibilità. Derive e stabilità termica. Processo di calibrazione statica di un sistema di misura. La sperimentazione su processi dinamici: errori relativi alla misura di quantità variabili nel tempo. Comportamento dinamico dei sistemi di misura, definizione di ordine del sistema sensore e condizionatore di segnale. Errori legati alla trasmissione dei segnali; connessioni a terra, interferenza elettromagnetica sui cavi, schermatura. Cenni di diafonia sulle linee brevi con modello capacitivo ed induttivo. Scelta di un sistema di acquisizione dei dati: individuazione delle specifiche di un sistema per la conversione analogico digitale. Misura sperimentale ed analisi delle funzioni di risposa in frequenza: estrazione di parametri modali caratteristici del sistema. Principali sensori con e senza contatto per il rilievo di: spostamento, velocità, accelerazione, forza, pressione, flusso, temperatura. Rilievo puntuale ed a pieno campo dello stato deformativo e tensionale su solidi sollecitati: fotoelasticità ed analisi termoelastica delle tensioni. Il corso si pone l¿obiettivo di fornire allo studente la capacità di impostare un¿attività sperimentale, mediante opportuna scelta dei sensori, del sistema di acquisizione e della procedura di prova, con specifico riferimento all¿ambito biomeccanico. Il senso critico e l¿autonomia di giudizio costituiscono caratteristiche irrinunciabile da trasmettersi ad ogni studente. Nello specifico, per conseguire tali finalità vengono proposte esercitazioni ¿aperte¿ in cui sifocalizza l¿attenzione verso il risultato sperimentale, mentre non viene definita a priori la scelta dei sensori, del sistema di acquisizione e della procedura di prova più opportuna. Le abilità comunicative vengono sviluppate particolarmente in laboratorio, nel quale viene svolta attività sperimentale che richiede agli studenti di lavorare in gruppo e di confrontarsi con i compagni per l¿individuazione delle procedure più idonee. Pur utilizzando sostanzialmente un solo software commerciali per l¿acquisizione dei dati, l¿insegnamento fornisce agli studenti nozioni sufficienti per confrontare prodotti differenti esistenti sul mercato anche in ottica di un aggiornamento continuo. Agli studenti viene inoltre richiesto di elaborare alcune tesine relative alle esperienze di laboratorio in cui devono essere motivate le scelte progettuali effettuate, riportando e commentando anche i risultati ottenuti conseguentemente a errori di impostazioni, sintetizzando le principali nozioni acquisite. Biomeccanica del sistema cardiovascolare Approfondimento delle conoscenze relative ai dispositivi impiantabili per il sistema cardiovascolare, alla fisiopatologia della circolazione sanguigna e all¿ausilio che la meccanica dei fluidi fornisce alla progettazione dei dispositivi medici e alla loro valutazione. Conoscenze relative alle tecniche sperimentali e in silico per lo studio della meccanica dei fluidi biologici. Conoscenze degli strumenti computazionali per l¿analisi della fluidodinamica indotta da impianto di sostituti funzionali per il sistema cardiovascolare. Comprensione delle problematiche connesse alla emodinamica locale e alla insorgenza e sviluppo di patologie della parete vascolare. Capacità di applicazione della conoscenza acquisita allo studio in silico della emodinamica locale su modelli vascolari patient-specific. Imparare ad utilizzare strumenti per l¿analisi dei dispositivi impiantabili per il sistema cardiovascolare, la definizione delle specifiche di progetto e dei test di verifica. Imparare ad utilizzare strumenti computazionali per l¿analisi delle interazioni flusso-parete vascolare e le loro implicazioni sulla fisiopatologia della parete vascolare, per scopi diagnostici. Questo insegnamento contribuisce a sviluppare l¿autonomia di giudizio durante le esercitazioni di laboratorio. Questo insegnamento contribuisce a migliorare le abilità comunicative scritte e orali mediante i laboratori e lo svolgimento di tesine e approfondimenti di gruppo. Questo insegnamento contribuisce a fornire allo studente gli strumenti teorici, numerici e sperimentali per la descrizione e la comprensione dei fenomeni fluidodinamici che avvengono nel sistema circolatorio e nei principali dispositivi biomedici. La capacità di apprendimento viene continuamente sollecitata da una attività di laboratorio orientata alla applicazione pratica delle nozioni teoriche introdotte a lezione.

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

E' preferibile che l'allievo affronti il corso avendo acquisito conoscenze di base nel campo della fisiologia, della meccanica cellulare e della anatomia. Per poter seguire in modo efficace l'insegnamento lo studente dovrebbe possedere conoscenze di base del calcolo numerico, oltre che dei fondamenti della bioingegneria meccanica.

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Biomeccanica e biodinamica sperimentale Analisi ed elaborazione di segnali biomedici. Nozioni di meccanica strutturale con riferimento al calcolo tensionale e deformativo. Bioingegneria meccanica Biomeccanica del sistema cardiovascolare E¿ preferibile che l¿allievo affronti il corso avendo acquisito conoscenze di base nel campo della fisiologia, della meccanica cellulare e della anatomia. Per poter seguire in modo efficace l¿insegnamento lo studente dovrebbe possedere conoscenze di base del calcolo numerico, oltre che dei fondamenti della bioingegneria meccanica.

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

Calcolo errori sistematici e di precisione: errori di: accuratezza, isteresi, ripetibilità, non linearità, di zero, di sensibilità. Derive e stabilità termica. Processo di calibrazione statica di un sistema di misura. La sperimentazione su processi dinamici: errori relativi alla misura di quantità variabili nel tempo. Comportamento dinamico dei sistemi di misura, definizione di ordine del sistema sensore e condizionatore di segnale. Errori legati alla trasmissione dei segnali; connessioni a terra, interferenza elettromagnetica sui cavi, schermatura. Cenni di diafonia sulle linee brevi con modello capacitivo ed induttivo. Scelta di un sistema di acquisizione dei dati: individuazione delle specifiche di un sistema per la conversione analogico digitale. Misura sperimentale ed analisi delle funzioni di risposa in frequenza: estrazione di parametri modali caratteristici del sistema. Principali sensori con e senza contatto per il rilievo di: spostamento, velocità, accelerazione, forza, pressione, flusso, temperatura. Rilievo puntuale ed a pieno campo dello stato deformativo e tensionale su solidi sollecitati: fotoelasticità ed analisi termoelastica delle tensioni.

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Systematic and precision errors: accuracy, hysteresis, repeatability, non-linearity, of zero, of sensitivity. Thermal drifts and stability. Static calibration process of a measurement system. Dynamic analysis: errors related to the measurement of quantities that vary over time. Dynamic behavior of measurement systems, order definition of sensor and of signal conditioner. Errors related to the transmission of signals; ground connections, electromagnetic interference on cables, shielding. Elements of crosstalk on short lines with a capacitive and inductive model. Set up of a data acquisition system: identification of the specifications of A/D converter. Measure and analysis of the frequency response functions: extraction of the characteristic modal parameters of the system. Conctact and conctactless sensors for: displacement, speed, acceleration, force, pressure, flow, temperature. Point and full-field measurementes of the strain and stress state on solids: photoelasticity and thermoelastic analysis of strain.

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Lezioni in aula con proiezione di slides e uso della lavagna Esercitazioni in aula a gruppi (2) con uso di codice matematico Esercitazioni nel laboratorio DEXPILAB (DIMEAS) a gruppi (4) Lezioni frontali (30 ore), esercitazioni (20 ore) e laboratori (10ore). La frequenza ai laboratori è obbligatoria per poter accedere all’esame finale. Gli argomenti oggetto delle attività di laboratorio sono inserite nei compiti di esame.

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Lessons in class with slides projection and blackboard. Classroom exercises (2 different groups) focusing on math software Lab activities (4 differente groups) c/0 DEXPILAB (DIMEAS) Frontal lessons (30h), exercises (20 h) and labs (10 h). Attending Labs is mandatory to take the final examination, the arguments presented as labs activities are always matter of examination.

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Wheeler, Ganji - Introduction to engineering experimentation - Prenctice hall Slide, articoli e testi del laboratorio forniti dal docente. Codice Labview per acquisizione di dati sperimentali.

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Wheeler, Ganji - Introduction to engineering experimentation - Prenctice hall Slides, articles and laboratory assignments provided by the teacher. Labview code for in lab data acquisition.

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Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

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Exam: Written test;

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Biomeccanica del Sistema Cardiovascolare L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. L'esame scritto consiste in un numero da 2 domande aperte e da 5 quesiti a risposta multipla relative a aspetti teorici e pratici, che dovranno mettere in evidenza il livello di conoscenza e autonomia raggiunto dall’allievo. La durata della prova scritta è di massimo 1 ora e 10 minuti. Il voto finale sarà formato dalla somma di ogni parte costituente la prova di esame. La chiarezza notazionale e il rigore espositivo permettono di ottenere la lode. Durante lo svolgimento dell'esame non è consentito tenere e consultare quaderni, libri, fogli con esercizi, formulari, calcolatrici.

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.

Biomeccanica e biodinamica sperimentale/Biomeccanica del sistema cardiovascolare (Biomeccanica del sistema cardiovascolare)

Exam: Written test;

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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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