L’ingegneria della riabilitazione è una branca dell’ingegneria che applica i principi della scienza e dell'ingegneria 1) allo sviluppo di soluzioni tecnologiche e dispositivi per aiutare le persone con disabilità e 2) al supporto del recupero delle funzioni fisiche e cognitive perse a causa di malattia o infortunio. L’obiettivo di questo insegnamento è quello di introdurre gli studenti al campo dell'ingegneria della riabilitazione e alle moderne tecnologie utilizzate per migliorare la qualità della vita delle persone con disabilità e per il recupero da traumi. Durante il corso gli studenti saranno introdotti ai principi fondamentali di funzionamento e alle basi della progettazione di sistemi per i) la valutazione del grado di disabilità e di limitazione funzionale, ii) il recupero funzionale, iii) la sostituzione funzionale.

Al termine di questo insegnamento, lo studente deve: 1. conoscere e aver compreso i principi e le tecniche per: a. l’analisi della cinematica e cinetica del movimento umano; b. l’analisi delle attivazioni muscolari nell'ambito del movimento umano 2. conoscere e aver compreso i principi e le tecniche alla base dei sistemi per: a. la valutazione delle capacità funzionali residue b. la sostituzione funzionale c. il recupero funzionale Al termine di questo insegnamento, lo studente deve essere in grado di: 1. Analizzare uno scenario in ambito riabilitativo e identificare le tecnologie più appropriate da applicare per rispondere ad un dato quesito clinico. 2. Applicare le tecniche apprese durante il corso per risolvere esercizi pratici su: a. analisi del movimento umano. b. analisi delle attivazioni e della fatica muscolare c. definizione/progettazione di un sistema per la sostituzione funzionale d. definizione/progettazione di un sistema per il recupero funzionale 3. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove. Complessivamente, al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito le competenze per lo sviluppo/gestione di soluzioni tecnologiche e dispositivi per il recupero/compenso di disabilità e per supportare il personale sanitario nel loro corretto utilizzo.

Conoscenze degli argomenti trattati negli insegnamenti di Algebra lineare e geometria (Equazioni matriciali, calcolo dell’inversa di una matrice. Determinanti), Elettrotecnica, Elettronica e Fondamenti di biologia, anatomia e fisiologia (Sistema nervoso centrale e periferico, Sistema muscoloscheletrico, Apparato cardio-circolatorio). Conoscenza delle tecniche di elaborazione di segnali biomedici.

L'insegnamento tratta i seguenti argomenti principali: • Introduzione all'ingegneria della riabilitazione. • Panoramica delle principali patologie che portano a limitazioni sensori-motorie. • Analisi del movimento. Panoramica delle tecnologie. • Sistemi opto-elettronici. Calibrazione. Sistemi a marker attivi e passivi. Protocolli comuni per il posizionamento dei marker. Sistemi di riferimento locali, tecnico ed anatomico. Stima degli angoli articolari. • EMG di superficie in riabilitazione. EMG in condizioni dinamiche, problematiche. Stima degli istanti e livelli di attivazione. Stima della fatica. Accenni a metodi avanzati di EMG di superficie. • Attuatori utilizzati nella riabilitazione motoria. Muscoli artificiali. • Ortesi e protesi per arti inferiori e arti superiori. Classificazione. Metodi di controllo. Controllo mioelettrico classico e basato su pattern. Accenni a metodi avanzati. • Stimolazione del sistema neuromuscolare in riabilitazione. Stimolazione magnetica transcranica. Stimolazione elettrica funzionale (FES). Tipologie di FES. Applicazioni nelle lesioni del SNC. Tipologie di stimolatori, configurazione degli elettrodi di stimolazione, forme d’onda di stimolazione, patterns di stimolazione. Sistemi di controllo della stimolazione. Esempi di FES per il dropfoot, grasping ed incontinenza. • Tecnologie per il training e la riabilitazione di capacità motorie e cognitive. Robotica riabilitativa. Biofeedback, Serious game, Realtà virtuale e aumentata.

L'insegnamento è organizzato in lezioni frontali, esercitazioni in aula e in laboratorio. I laboratori verranno svolti in squadre di quattro studenti e vengono distribuiti lungo il corso dell’insegnamento. I laboratori sono svolti utilizzando MATLAB come strumento di sviluppo di algoritmi di elaborazione di dati. Il programma dei laboratori verte sull’approfondimento delle nozioni teoriche apprese a lezione, in particolare verranno implementati metodi visti a lezione applicati a dati reali.

Materiale didattico fornito dal docente durante l'insegnamento Libro: Introduction to Neural Engineering for Motor Rehabilitation, D Farina, W Jensen, M Akay (Editors)

Slides; Esercitazioni di laboratorio;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Written test; Group project;

... L'esame intende verificare la conoscenza delle tecnologie descritte a lezione e verificare le capacità di problem solving. L’esame consta di due parti: a) una prova scritta e b) una tesina. Metodo di accertamento dei risultati di apprendimento attesi: 1. Conoscere e aver compreso i principi e le tecniche per: a. l’analisi della cinematica e cinetica del movimento umano (Scritto) b. l’analisi delle attivazioni muscolari nell'ambito del movimento umano (Scritto) 2.Conoscere e aver compreso i principi e le tecniche alla base dei sistemi per: a. la valutazione delle capacità funzionali residue (Scritto) b. la sostituzione funzionale (Scritto) c. il recupero funzionale (Scritto) 3. Applicare le tecniche apprese durante l'insegnamento per risolvere esercizi pratici su: a. la valutazione delle capacità funzionali residue (Scritto + Tesina) b. definizione/progettazione di un sistema per la sostituzione funzionale (Scritto + Tesina) c. definizione/progettazione di un sistema per il recupero funzionale (Scritto + Tesina) 4. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove. (Scritto + Tesina) Dettagli prove di accertamento 1. Prova scritta a. La prova scritta ha durata di indicativamente 75 minuti e comprende otto domande a risposta multipla (max 8 punti) e due tra esercizi e domande a risposta aperta (max 20 punti complessivi). b. La valutazione delle domande a risposta multipla è la seguente: risposta corretta: +1 punto, risposta errata: -0,25 punti, risposta non data: 0 punti. c. Per ogni esercizio/domanda a risposta aperta verrà indicato il punteggio massimo associato. d. Lo studente non può consultare appunti di alcun tipo (lezioni, esercitazioni, ...), le dispense fornite dal docente o testi a stampa. Eventuale materiale necessario sarà fornito dal docente unitamente al testo dell’esame. Nel corso dell’esame gli studenti potranno utilizzare calcolatrici da tavolo. I calcolatori o calcolatrici programmabili con funzioni avanzate non sono ammessi. 2. Tesina a. Durante l'insegnamento gli studenti dovranno svolgere una tesina a gruppi di tre/quattro persone partendo dalle attività svolte durante i laboratori su dati sperimentali acquisiti dagli studenti stessi o forniti dal docente. Il tema della tesina verrà definito durante il corso. La tesina dovrà essere consegnata entro il primo appello della sessione invernale caricando l’elaborato sul portale della Didattica. Alla tesina sarà attribuito un punteggio massimo di 4 punti. 3. Valutazione finale Il voto finale è ottenuto sommando la votazione ottenuta nella prova scritta (massimo 28 punti) e la valutazione ottenuta per la tesina sperimentale (massimo 4 punti) per un massimo di 32 punti. Agli studenti che ottengano un voto maggiore o uguale a 31 verrà attribuita 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.