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PORTALE DELLA DIDATTICA

Teleriabilitazione

01UQXMV

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 39
Esercitazioni in laboratorio 21
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Cereatti Andrea   Professore Ordinario ING-INF/06 39 0 12 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/06 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2022/23
Secondo la World Health Organization, il fenomeno dell’invecchiamento della popolazione è fra le problematiche più rilevanti della società moderna a livello globale. Questa evoluzione comporta sia la necessità di garantire una più lunga aspettativa di vita “in buona salute” sia il rispondere ai nuovi bisogni di salute in presenza di patologie multiple e simultanee (multimorbilità) limitando l’aumento dei costi a carico del sistema sanitario e garantendo ai pazienti una più semplice fruizione delle prestazioni erogate dal sistema sanitario pubblico o privato. La telemedicina semplificando il contatto tra il paziente ed il sistema sanitario può contribuisce a garantire elevati standard assistenziali pur riducendo il bisogno del paziente di accedere fisicamente alle strutture sanitarie, con effetti positivi sia sulla sua qualità della vita sia sulla riduzione del numero di viste eseguite nelle strutture. La teleriabilitazione è parte applicativa della telemedicina e consente di monitorare i pazienti e “domiciliarizzare” quei protocolli di riabilitazione che possono essere seguiti anche senza l’assistenza diretta di personale sanitario e senza l’uso di apparecchi che non possono essere spostati al domicilio dei pazienti stessi. È possibile oggi individuare diverse categorie di percorsi riabilitativi che si prestano a tale trasformazione. Tra questi, percorsi legati alla riabilitazione motoria (es. soggetti post-ictus, soggetti affetti da malattie neuromuscolari degenerative e/o lesioni), percorsi dedicati alla riabilitazione cognitiva (es. anziani), percorsi finalizzati alla riabilitazione metabolica e cardiologica (es. soggetti in fase acuta di un infarto miocardico, soggetti affetti da vasculopatie), alla riabilitazione di soggetti disfonici, con disturbi visivi o ad altre forme di disabilità. Nel corso dell’insegnamento verranno presentate le principali soluzioni tecnologiche ad alto valore aggiunto nel campo del telemonitoraggio e della teleriabilitazione, con particolare enfasi sui sensori ei sistemi oggi disponibili, le loro problematiche di utilizzo, le possibilità da loro offerte e le possibilità di sviluppo futuro. Ogni tecnica presentata sarà accompagnata dallo svolgimento di un progetto che permetterà di applicare le conoscenze impartite per la soluzione di problemi reali nell’ambito del telemonitoraggio e della teleriabilitazione.
According to the World Health Organization, modern population ageing is one of the most urgent problems of our society on a global level. This urgently advocates for the development of innovative models and tools for guaranteeing a longer life expectancy "in good health" and to respond to health needs in the presence of multiple and simultaneous diseases (comorbidity). These objectives should be achieved without increasing the economic burden for the health system and ensuring patients a prompt and efficient access to public and private health care. In this respect, Telemedicine can offer solutions to simplify the interaction between the patient and the health system and contribute to ensuring high standards of care while reducing the patient's need to physically access healthcare facilities. Telerehabilitation and telemonitoring are fundamental areas of telemedicine and allows to monitor and deliver at home- and during daily-life se in non-specialized settings a diverse variety of rehabilitation services by means of wearable and minimal obtrusive technologies. There are different categories of telerehabilitation programs including interventions for neuromotor rehabilitative (e.g. post-stroke subjects, subjects affected by degenerative neuromuscular diseases and/or motor impairments), treatments for cognitive rehabilitation (e.g. elderly), metabolic and cardiological rehabilitation (e.g. acute phase of a myocardial infarction), rehabilitation of dysphonic subjects with visual disturbances or other forms of disability. During this course, the main technological solutions characterized by high added value in the field of tele-rehabilitation will be presented, with emphasis on the use of wearable sensors and minimal obtrusive systems available today and the technological characteristics, limitations, capabilities and future development discussed. Each technique presented will be accompanied by laboratory assigments that will allow students to apply the theoretical knowledge and the methods to the solution of specific problems in the field of monitoring and rehabilitation.
Al termine dell’insegnamento gli studenti conosceranno: - I principi e concetti generali per la descrizione dei livelli di disabilità e pe la progettazione del percorso riabilitativo; - I principali ambiti applicativi della teleriabilitazione e del telemonitoraggio e le rispettive problematiche; - Il flowchart e gli elementi di base per la progettazione di un sistema di teleriabilitazione o telemonitoraggio; - Le tecnologie oggi esistenti, comprese potenzialità, limitazioni e possibili evoluzioni nel prossimo futuro; - L’architettura, le problematiche di tipo ingegneristico e le soluzioni attualmente disponibili (o che potrebbero essere disponibili nel breve - medio termine) dal punto di vista tecnologico; - I sensori e gli algoritmi principalmente utilizzati nei sistemi oggi esistenti, con particolare attenzione ai sistemi magneto-inerziali e ottici, e le relative problematiche tecnologiche ed applicative; - Le metodologie e le metriche principali per valutare l’efficacia di un intervento riabilitativo. Al termine dell’insegnamento gli studenti avranno acquisito le seguenti abilità: - Dato uno specifico problema clinico, individuare le attuali possibilità di telemonitoraggio e di intervento teleriabilitativo con cognizione dei rispettivi punti di forza e debolezza; - Dato uno specifico problema che richiede lo sviluppo di un sistema di teleriabilitazione o telemonitoraggio, ricavare le specifiche tecniche e di progetto utili ad implementare la soluzione progettuale di tale problema, analizzando anche gli elementi di base del quadro normativo pertinente; - Dato uno specifico sistema di telemonitoraggio o teleriabilitazione, analizzarne punti di forza e debolezza ed individuare possibili sviluppi tesi a renderlo più efficace o più semplicemente utilizzabile, nel breve e medio termine; - Dato uno specifico sistema, descriverne l’architettura, la componentistica specifica utilizzabile ed in generale le problematiche tecnologiche ed applicative; - Dato uno specifico sensore, conoscerne i principi fisici di funzionamento e, per i sensori per i quali l’utilizzazione del segnale generato richiede ulteriore elaborazione, sviluppare gli algoritmi di elaborazione numerica necessari - Data una specifica applicazione nell’ambito del monitoraggio e dell’intervento riabilitativo, essere in grado di progettare e programmare i moduli principali per la sua implementazione.
Students will acquire knowledge on: - Main application areas of tele-rehabilitation and telemonitoring - Existing systems, including potential, limitations and possible evolutions in the near future - Architecture, engineering aspects and solutions currently available (or which may be available in the short - medium term) from a technological point of view - Available sensors in consumer electronics with particular attention to magneto-inertial and optical sensors, and the related technological and application limitations At the end of the course, students will have acquired the following skills: - Given a specific clinical problem, ability to identify suitable tele-rehabilitation interventions along with the relevant strengths and weaknesses - Given a specific telerehabilitation system, ability to analyse strengths and weaknesses and identify possible developments aimed at improving the system in terms of efficacy, efficiency and ease of use in the short and medium term - Given a specific system, ability to describe its architecture, the specific components and the main technological and applicative aspects - Given a specific system, ability to implement a block-diagram for the description of the steps for signal acquisition, conditioning and processing for parameters extraction - Given a specific application in the field of monitoring and rehabilitation, ability to design and define the characteristic of the main modules for its implementation.
È preferibile avere buona famigliarità con i metodi e le tecniche utilizzate per l’analisi dei segnali biomedici
Methodologies and techniques for the analysis of biomedical signals
- Ambiti applicativi della teleriabilitazione, sistemi di teleriabilitazione oggi esistenti per i principali ambiti applicativi; problematiche connesse con i sistemi trattati e possibilità di sviluppo futuro; - Architettura e soluzioni tecnologiche oggi adottate per i sistemi di teleriabilitazione e telemonitoraggio esistenti e possibilità di sviluppo futuro; - Principi generali relativi alla definizione delle disabilità e riabilitazione secondo ICF; - Tecniche e metodi per il tele-monitoraggio dei parametri vitali e dei segnali biomedici; - Studio ed implementazione di un sistema per il telemonitoraggio di parametri vitali attraverso un’architettura di tipo client-server; - Sensoristica principalmente impiegata nei sistemi di teleriabilitazione, con particolare attenzione ai sistemi magneto-inerziali e ottici ed alle problematiche relative alla loro utilizzazione; - Sviluppo sistemi monitoraggio e l’estrazione di indici predittivi basati su sensori indossabili; - Sviluppo di exergaming personalizzati per la riabilitazione basati su sensori indossabili e “contactless”; - Approcci quantitativi per la valutazione dell’efficacia dell’intervento riabilitativo;
- Telerehabilitation definition, challenges and trends - General principles of disabilities and rehabilitation according to ICF - Telerehabilitation systems for the main application areas; technical and technological perspectives for current and future developments - Architecture and technological requirements for the implementation of current tele-rehabilitation systems - Techniques and methods for tele-monitoring of vital signs and biomedical signals - Description of the sensors for telerehabilitation applications with specific focus on the use of magneto-inertial sensors and optical sensors - Development of customized exergaming for rehabilitation; physio-pathological foundations and elements for design - Quantitative approaches for evaluating the effectiveness of the rehabilitation intervention - Examples of organization of telerehabilitation services
L’insegnamento sarà suddiviso in - 39 ore di lezione durante le quali verranno fornite le basi teoriche, normative, tecnologiche atte a disegnare, progettare, implementare e validare sistemi per il telemonitoraggio e la teleriabilitazione. - 21 ore di esercitazioni volte allo studio, all’implementazione e alla risoluzione di problemi applicativi specifici. - La discussione e la scrittura dei report e degli algoritmi deve essere frutto di lavoro individuale mentre viene incoraggiato la formazione autonoma di gruppi di lavoro volti alla discussione e approfondimento dei metodi e al “problem solving” delle esercitazioni (progetti). La frequenza alle esercitazioni è obbligatoria ed è condizione necessaria per poter sostenere l’esame finale. durante le esercitazioni gli studenti lavoreranno su problemi posti dal docente e svilupperanno una serie di progetti legati agli argomenti trattati nel corso dell’insegnamento.
The course will be consisting of: - 39 hours of lessons - 21 hours of laboratory exercises, which will be carried out in groups of 3 - 4 people. Attendance at laboratory exercises is mandatory and is a necessary condition to be able to take the final exam. During the laboratory exercises, students will work on different paradigmatic problems and eventually develop a project related to the topics covered during the course.
Slide fornite dal docente e articoli scientifici di revisione della letteratura di interesse e articoli tecnici su algoritmi e metodi specifici.
Course slides, assignment handouts, review and technical articles on specific methods/algorithms.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Exam: Compulsory oral exam; Individual project; Computer-based written test in class using POLITO platform;
La verifica dell’apprendimento è volta ad accertare le conoscenze teoriche e tecniche necessarie e utili per l’analisi, la definizione, progettazione, implementazioni e valutazione di metodi e strumenti innovativi nell’ambito del telemonitoraggio e della teleriabilitazione. L’esame è diviso in due parti, una prima parte che consta in un test a risposta multipla sugli argomenti del corso e una seconda parte che consta di una verifica orale sui contenuti delle esercitazioni. Prima parte: Test a risposta multipla (punteggio 0-16). Durata della prova 30 minuti. Vengono proposte 12 domande a risposta multipla che possono includere anche risposte numeriche legate alla risoluzione di esercizi. Ad ogni domanda sono associate 4 risposte di cui una giusta e 3 sbagliate. La risposta corretta vale punti 1.5, una risposta sbagliata vale punti -0,5 e una risposta non data comporta 0 punti. Il punteggio massimo (18) viene normalizzato a 16. Un punteggio totale nel test maggiore o uguale a 9 punti permette l’accesso alla seconda parte dell’esame. Il punteggio conseguito al test è valido per due appelli consecutive (compresa quella del test stesso) indipendentemente dal punteggio ottenuto nella verifica orale. Seconda parte: Verifica orale (punteggio 0-16) L* student* per essere ammesso a sostenere la verifica orale deve mettere a disposizione del docente attraverso la sezione elaborati del portale della didattica tutte i progetti assegnati durante il corso (documento descrittivo del progetto, codice Matlab ed eventuali risultati). La verifica verterà sulla presentazione e discussione dei fondamenti teorici alle base dei progetti, le scelte progettuali nell’implementazione dei codici e i principali risultati ottenuti. La verifica orale si considera superata con un punteggio maggiore o uguale a 9. Il punteggio finale è dato dalla somma dei punteggi delle due prove. Un punteggio maggiore di 30 garantisce 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: Compulsory oral exam; Individual project; Computer-based written test in class using POLITO platform;
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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