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 si focalizza 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 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 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

Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

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.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Biomeccanica del Sistema Cardiovascolare 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 1.5 ore. 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.