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PORTALE DELLA DIDATTICA

Dispositivi impiantabili attivi

02IJUMV

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica - Torino

Mutua

01QGQMA

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 49.5
Esercitazioni in aula 10.5
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Knaflitz Marco - Corso 1 Professore Ordinario ING-INF/06 49.5 10.5 0 0 16
Knaflitz Marco - Corso 2 Professore Ordinario ING-INF/06 49.5 0 0 0 16
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/06
ING-INF/06
1
5
F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f)
B - Caratterizzanti
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
Ingegneria biomedica
2018/19
L'insegnamento ha lo scopo di presentare agli studenti i principali dispositivi impiantabili attivi. In particolare verranno trattati argomenti relativi ai dispositivi impiantabili attivi in generale (sorgenti energetiche, telemetria, programmabilità) e saranno poi descritti stimolatori cardiaci, defibrillatori-cardioversori impiantabili, monitor impiantabili del ritmo cardiaco, stimolatori urologici, stimolatori per il contenimento del tremore, stimolatori gastro-enterici e simili. La conoscenza dei dispositivi sarà ottenuta anche leggendo ed analizzando in modo critico manuali d'uso, al fine di fornire agli studenti un metodo che consenta loro di affrontare, nel corso della futura attività professionale, il bisogno di continuo aggiornamento. Saranno anche trattati i principali aspetti normativi relativi ai dispositivi impiantabili attivi. Rispetto agli studenti della laurea triennale a quelli della magistrale potrà essere richiesto l'approfondimento di un argomento da effettuarsi in maniera autonoma.
The course aims at presenting the most common implantable active medical devices. First, some issues that are common to the majority of implantable active devices will be discussed (power sources, telemetry, programmability) and then cardiac pacemakers, implantable cardiverter/defibrillators, loop recorders, urological stimulators, deep brain stimulators for tremor control, stimulators for gastro/entero-paresis, and other devices will be described in detail. The knowledge of devices will be obtained also by reading and analyzing their user manuals, to teach students a methodology for acquiring information about novel devices throughout their professional life. Finally, the main regulatory aspects about implantable medical devices will be introduced. Students will be required to analyze thoroughly a specific device.
Conoscenza dei principi di funzionamento e delle principali caratteristiche di stimolatori cardiaci, defibrillatori-cardioversori impiantabili, monitor del ritmo cardiaco impiantabili, stimolatori antalgici, stimolatori del nervo frenico, stimolatori per la riduzione della rigidità nella malattia di Parkinson, stimolatori urologici, stimolatori gastro-enterici e impianti cocleari. Capacità di comprendere nel dettaglio le caratteristiche funzionali dei dispositivi citati e gli aspetti di sicurezza legati all'uso di detti dispositivi. Questo insegnamento contribuisce a sviluppare autonomia di giudizio grazie alla soluzione degli esercizi proposti nel corso dell’insegnamento. Questo insegnamento contribuisce ad aumentare le capacità di apprendimento in quanto nel corso di lezioni ed esercitazioni viene fornito agli studenti un metodo che consente loro di affinare la conoscenza di dispositivi sconosciuti utilizzando le norme di prodotto e le indicazioni che possono essere ritrovate su manuali d'uso u sui siti web dei produttori di strumentazione medicale.
Knowledge of the working principles and of the most important characteristics of cardiac pacemakers, implantable cardioverter/defibrillators, loop recorders, phrenic nerve stimulators, stimulators for reducing rigidity and tremor in subjects affected by Parkinson’s disease, urological stimulators, stimulators for gastro/entero-paresis, and cochlear implants. Capability of understanding in detail the functional characteristics of the presented devices and related safety issues. This course contributes in improving students’ learning capabilities, since students will be instructed to deepen the knowledge on each product by using specific requirements, user manuals, and information that can be found on web sites of producers of medical instrumentation.
Lo studente deve avere una buona preparazione di fisica e di elettronica. La conoscenza della Direttiva Dispositivi Medici 93/42 e dell'ampliamento 2007/47 costituisce prerequisito importante. Principi di funzionamento di apparecchi per il prelievo di biopotenziali e stimolazione ad alta o bassa energia, capacità di risolvere semplici circuiti elettrici ed elettronici, conoscenza degli aspetti principali relativi alla fisiologia dei principali apparati del corpo umano.
Students must be familiar with physics and electronics. The knowledge of the Medical Device Directive 93/42 and of the 47/2007 directive is an important prerequisite. Moreover, students must be familiar with the working principles of devices for biopotential detection and electrical stimulation with low and high energy. Moreover, students are supposed to know how to solve simple electrical circuits, and, finally, they should be familiar with the physiology of the most important organs and systems of the human body.
Nel corso dell’insegnamento saranno descritte nel dettaglio le funzioni dei dispositivi di seguito elencati. Per ogni dispositivo verranno inoltre presentati e discussi alcuni aspetti progettuali caratterizzanti. Saranno sempre sottolineati gli aspetti relativi all’alimentazione dei dispositivi ed alla valutazione, sotto questo aspetto della loro fattibilità. Per la maggior parte dei dispositivi saranno presentati e commentati filmati di procedure di impianto. - Sorgenti energetiche per dispositivi impiantabili attivi: descrizione, funzionamento e principali caratteristiche. - Telealimentazione mediante accoppiamento transcutaneo. - Telemetria bidirezionale: il metodo dell’impedenza riflessa ed altre soluzioni. - Fisiologia dei tessuti eccitabili: curva intensità – durata e parametri caratteristici. - Stimolatori cardiaci: circuito di uscita e forme d’onda tipiche nella stimolazione cardiaca, il modello elettrico del catetere di stimolazione, principali funzioni di uno stimolatore cardiaco, il codice NBG e le differenti modalità di funzionamento, funzionalità dello stimolatore orientate alla diagnostica clinica ed al follow-up, compatibilità con la risonanza magnetica nucleare. Analisi di parti selezionate di un manuale di uno stimolatore reale. Stimolatori tricamerali. - Defibrillatori – cardioversori impiantabili: generalità, utilità clinica, circuito di carica del condensatore e suo dimensionamento, valutazione dell’autonomia di un dispositivo. La rivelazione statistica di un evento, curve ROC, parametri di rivelazione. Rivelazione di VF, VT ed FVT. Terapie VF, VT ed FVT. Terapie ATP. Pacing antibradicardico post-shock. - CRT-D: generalità, utilità clinica, posizionamento del catetere per stimolazione del ventricolo sinistro, stimolazione multipoint e determinazione dei parametri. - ICM (loop recorder): generalità, utilità clinica, rivelazione dell’onda R mediante soglia dinamica, episodi riconosciuti, riconoscimento episodi, funzione holter, diario episodi, autonomia e consumi. - Stimolatore del frenico: generalità, utilità clinica, parametri di stimolazione e loro giustificazione, valutazione dell’autonomia. - Stimolatori urologici: generalità, utilità clinica, tecniche di impianto degli elettrodi, la stimolazione della vescica paralitica e della vescica iperattiva. Parametri di stimolazione. - Stimolatori antalgici: generalità, utilità clinica, tecniche di impianto di elettrodi intratecali, parametri di stimolazione. - Infusori impiantabili: generalità, utilità clinica, costituzione di un infusore impiantabile, considerazioni energetiche, modi di funzionamento. - Stimolatori encefalici: generalità, utilità clinica, tecniche di impianto elettrodi di stimolazione, parametri di stimolazione, la stimolazione ad anello chiuso. - Stimolatori gastro-intestinali: generalità, utilità clinica, tecniche di impianto, parametri di stimolazione. Uso del segnale elettro gastro entero grafico per la verifica dell’efficacia della stimolazione. - Impianti cocleari, generalità, fisiologia dell’apparato uditivo, costituzione di un sistema, tecniche di impianto.
During the lessons the teacher will present in detail the working principles and features of the devices listed below. For each device, specific design issues will be discussed. The evaluation of the feasibility of a device based on the possibility of obtaining the necessary power trough available power sources will be carried out. Implant procedures of most devices will be presented through movies that will be discussed and explained. - Power sources for implantable active devices: description, workings, and main characteristics. - Remote powering through transcutaneous coupling. - Bidirectional telemetry. - Physiology of excitable tissues: intensity-duration curve and its parameters. - Cardiac stimulators: output circuit and typical waveforms of cardiac stimulation, the electrical model of the stimulation catheter, main functions of a cardiac stimulator, the NBG code and different pacing modalities, pacemaker functions oriented to diagnosis and follow-up, magnetic resonance compatibility. Analysis of selected parts of the user manual of a stimulator. Three-chamber stimulators (resynchronization therapy). - Implantable cardioverters/defibrillators: introduction, clinical need, design of the capacitor charging circuit, longevity of a device. Statistical detection of an event, ROC curves, detection parameters. Detection of ventricular fibrillation (VF), ventricular tachycardia (VT), and fast ventricular tachycardia (FVT). VF, VT, and FVT therapies. ATP therapies. Post shock pacing. - CRT-D: introduction, clinical need, positioning of the left ventricle stimulation lead, multipoint stimulation and parameter selection. - ICM (loop recorder): introduction, clinical need, dynamic threshold for R-wave detection, detected episodes, episode detection, holter function, episode log, longevity and power issues. - Phrenic nerve stimulator: introduction, clinical need, stimulation parameters, longevity evaluation. - Urological stimulators: introduction, clinical need, implant procedures of electrodes, electrical stimulation of hyper- and hypo-active bladder. Stimulation parameters. - Stimulators for pain control: introduction, clinical needs, implant procedures for intrathecal electrodes, stimulation parameters. - Implantable pumps: introduction, clinical need, different kinds of pumps, energy issues, working modalities. - Deep brain stimulators: introduction, clinical need, implant procedures of electrodes, stimulation parameters, closed loop stimulation. - Gastro/entero-stimulators: introduction, clinical need, implant procedures, stimulation parameters. How to exploit the EGEG signal to verify the effectiveness of stimulation. - Cochlear implants: introduction, clinical need, physiology of the auditory system, typical solution, implant techniques.
L’insegnamento è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni in aula, nel corso delle quali vengono proposti agli studenti esercizi di calcolo o commento di procedure. Vengono presentate e commentate le procedure di impianto di alcuni dispositivi.
The course consists of frontal lectures during which students are exposed at the description of different devices and exercise sessions during which they are requested to solve practical problems. Implant procedures are presented and fully commented.
Il docente renderà disponibile tutto il materiale presentato a lezione. Saranno inoltre messi a disposizione degli studenti i manuali dei dispositivi presentati e discussi a lezione e altro materiale per eventuali approfondimenti. Sono disponibili le videoregistrazioni delle lezioni dell'anno precedente.
The teacher will provide students with all the material presented during the course: handouts, user manuals, and other materials to deepen the knowledge.
Modalità di esame: prova scritta;
L'esame, svolto in forma scritta, è finalizzato a verificare la conoscenza e la capacità di elaborare in modo critico gli argomenti presentati a lezione e la capacità di risolvere esercizi di calcolo relativi ai dispositivi presentati. Gli esercizi di calcolo saranno simili a quelli presentati in aula. La prova scritta comprende una prima parte consistente in dieci domande a risposta guidata ed una seconda parte consistente in tre domande a risposta libera. Alla prima parte, che ha la durata di 10 minuti, sono attribuiti 6 punti, che derivano dal moltiplicare per 6/10 il punteggio ottenuto come segue: ogni risposta corretta incrementa il totale di 1 punto, ogni risposta errata comporta la sottrazione di 0,5 punti ed ogni risposta non data non è considerata. Alla seconda parte, che dura 45 minuti, sono attribuiti 27 punti, sino a 9 per ogni esercizio. Lo studente che non raggiunge almeno la soglia di 5,5/10 nella prima parte o quella di 15/27 nella seconda parte è riprovato. Il voto finale viene determinato sommando al punteggio riportato nella prima parte il punteggio ottenuto sommando i tre voti riportati negli esercizi della seconda parte. In questo modo il massimo punteggio ottenibile è pari a 33. La somma dei 4 contributi viene approssimata all’intero più vicino. Se il voto così determinato è maggiore di 30,5 allo studente viene assegnata la lode. Durante la prova d'esame non sarà consentito agli studenti di consultare appunti, libri di testo o qualunque altro materiale.
Exam: written test;
The final exam aims at evaluating the student capability of solving exercises similar to those presented during the exercise sessions and to critically elaborate the theoretical concepts presented during the lessons. The exam is a written test composed by two different parts: the first part consists of ten closed-answer questions and the second one consists of three open questions. The first part lasts 10 minutes and corresponds up to 6 points that are obtained by multiplying by 6/10 the score obtained as follows: each right answer increases the score by 1 point, each wrong answer decreases the score by 0,5 points, each question without an answer does not modify the score. The second part lasts 45 minutes and corresponds up to 27 points, up to 9 points for each exercise. Students are required to be over the threshold of 5,5/10 points relative to the first part and 15/27 points relative to the second part. The final score is obtained by summing the results of the first and the second part. It is then possible to reach 33 points. If the final score is higher than 30.5 the exam is passed with Laude. During the exam students are not allowed to use handouts, textbooks or any other material.


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