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 e biodinamica sperimentale il modulo ha il fine di presentare le principali metodologie sperimentali in campo biomeccanico con riferimento alla scelta dei sensori, all¿impostazione della strumentazione di acquisizione e all¿analisi dei dati sperimentali. Particolare attenzione viene rivolta all¿analisi tensionale e/o deformativa con riferimento alla caratterizzazione di protesi ortopediche ed alle misure di accelerazione sul corpo umano in senso lato. Vengono proposte, come esempi, applicazioni riguardanti il campo della ricerca, l'ambito clinico, l'ambito dello sport e della medicina del lavoro; vengono organizzate esercitazioni pratiche sul campo e in laboratorio. 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 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 Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenze relative alle strutture fluidodinamiche che caratterizzano la emodinamica in distretti cardiovascolari in condizioni fisiologiche e alle grandezze emodinamiche di interesse clinico, alla fisiopatologia della circolazione sanguigna e all’ausilio che la meccanica dei fluidi fornisce alla clinica, alla progettazione dei dispositivi medici e alla loro valutazione. Conoscenze relative alla definizione di modelli emodinamici complessi di tipo personalizzato, come strumento di ausilio di tipo diagnostico/prognostico. Conoscenze relative ai metodi 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. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: L'insegnamento contribuisce a sviluppare l’analisi critica, l'autonomia di giudizio e la capacità di proporre soluzioni innovative da parte degli studenti mediante una frequente attività di laboratorio orientata alla applicazione pratica delle nozioni introdotte a lezione Risultati di apprendimento attesi: Conoscenze relative alle strutture fluidodinamiche che caratterizzano la emodinamica in distretti cardiovascolari in condizioni fisiologiche e alle grandezze emodinamiche di interesse clinico, alla fisiopatologia della circolazione sanguigna e all’ausilio che la meccanica dei fluidi fornisce alla clinica, alla progettazione dei dispositivi medici e alla loro valutazione. Conoscenze relative alla definizione di modelli emodinamici complessi di tipo personalizzato, come strumento di ausilio di tipo diagnostico/prognostico. Conoscenze relative ai metodi 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. L'insegnamento contribuisce a sviluppare l’analisi critica, l'autonomia di giudizio e la capacità di proporre soluzioni innovative da parte degli studenti mediante una frequente attività di laboratorio orientata alla applicazione pratica delle nozioni introdotte a lezione

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 Conoscenze di base di matematica, fisica, informatica e di bioingegneria meccanica, come già appreso nel Corso di laurea triennale in Ingegneria Biomedica. Conoscenze di meccanica dei fluidi, con particolare riferimento alla biomeccanica dei fluidi.

Biomeccanica del sistema cardiovascolare TEORIA: - Richiami di meccanica dei fluidi. - La meccanica cardiaca e dei vasi sanguigni. - Il moto in regime oscillatorio e pulsatile, la teoria di Dean; la teoria di Womersley. - Il flusso in vasi collassabili, il moto dei fluidi in presenza di biforcazioni e grandi curvature, la sollecitazione alla parete dei vasi, la reologia dei fluidi non newtoniani, la reologia del sangue nella microcircolazione. - Modelli emodinamici di tipo image-based: dalle immagini cliniche alla ricxostruzione di modelli tridimensionali di distretti cardiovascolari. - Introduzione all’uso del metodo dei Volumi Finiti per la fluidodinamica computazionale. - Approccio multiscala a problemi biofluidodinamici complessi. - Il budget di incertezza nella emodinamica computazionale. – Patologie della parete vascolare e emodinamica locale: l’ipotesi emodinamica. – Indici di valutazione della fluidodinamica locale in distretti vascolari (biforcazioni, curvature, stenosi), con particolare riferimento alla interazione flusso-parete vascolare. LABORATORI: Ricostruzione di geometrie 3D di distretti vascolari a partire da immagini cliniche. Emodinamica computazionale personalizzata nei grandi vasi: integrazione di immagini cliniche e dei metodi della fluidodinamica computazionale

Lezioni in aula con proiezione di slides e uso della lavagna Esercitazioni in laboratorio a gruppi (2) con uso di codici commerciali e open source di fluidodinamica computazionale e software open source dedicati alla ricostruzione di modelli anatomici tridimensionali. Lezioni frontali (40 ore) + laboratori (20 ore). Sono previste ore di tutoraggio libero (10 ore) tutoraggio in laboratorio (10 ore). La frequenza ai laboratori è non obbligatoria per poter accedere all’esame finale. Gli argomenti oggetto delle attività di laboratorio sono tuttavia materia di esame.

Slide, articoli e testi del laboratorio forniti dal docente. Dati e immagini cliniche forniti durante le sessioni di laboratorio. Codice Virtual Modeling ToolKit (VMTK) per impratichirsi nellricostruzione di modelli 3D di distretti vascolari a partire da immagini cliniche. Manuali ed esempi base di applicazione dei codici CFD utilizzati in laboratorio.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... 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. Il voto finale verrà calcolato sommando i seguenti punteggi: - esame scritto: fino a 18/32 punti - discussione orale dell’elaborato scritto, per confermare la valutazione - nel caso in cui il voto finale sarà pari a 32 verrà assegnata la Lode. L'esame scritto consiste in un numero da 2 a 5 domande aperte e/o 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 1.5 ore. 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.