L’insegnamento introduce i principi, le tecnologie e le applicazioni cliniche della realtà virtuale, aumentata e mista in medicina. Queste tecnologie sono in forte crescita dal punto di vista tecnologico e applicativo e, nei prossimi anni, potrebbero assumere un ruolo sempre più rilevante in diversi ambiti della medicina, dalla visualizzazione anatomica alla pianificazione chirurgica, dalla diagnostica per immagini alla riabilitazione e alla formazione del personale sanitario. Nel percorso della Laurea Magistrale in Bioingegneria, l’insegnamento ha quindi l’obiettivo di 1) introdurre i concetti fondamentali delle tecnologie immersive e aumentate, fornendo gli strumenti per comprenderne il funzionamento e valutarne criticamente le potenzialità e 2) fornire una panoramica delle principali applicazioni in ambito medico.

Al termine dell’insegnamento, gli studenti dovranno essere in grado di: • Descrivere i principi fondamentali di realtà virtuale, realtà aumentata e realtà mista, distinguendone architetture, dispositivi, modalità di interazione. • Conoscere i principali fattori che influenzano l’esperienza immersiva. • Comprendere procedure che consentono di trasformare dati e immagini biomediche in informazioni utilizzabili in ambienti immersivi o aumentati. • Conoscere i principali contesti di applicazione clinica tra cui la formazione sanitaria, la chirurgia, la riabilitazione, la simulazione clinica. • Reperire, interpretare e discutere letteratura e documentazione tecnica su tecnologie XR in medicina.

• anatomia e fisiologia umana; • elaborazione di segnali e immagini biomediche; • fondamenti di programmazione;

L’insegnamento è organizzato in moduli tematici, articolati in una componente bioingegneristica e in una componente biomedico-clinica. La prima parte introduce i fondamenti tecnologici della realtà virtuale, aumentata e mista in medicina; la seconda parte approfondisce applicazioni cliniche, riabilitative e formative. I contenuti applicativi potranno essere aggiornati di anno in anno in funzione dell’evoluzione tecnologica del settore, della disponibilità di casi studio e delle competenze specialistiche coinvolte nell’insegnamento. 1. Tecnologie XR in medicina (20 ore) Verranno introdotti i principi tecnologici alla base delle applicazioni di realtà virtuale, realtà aumentata e realtà mista in ambito medico. Argomenti principali: principi di realtà virtuale, realtà aumentata, realtà mista e spatial computing; architetture hardware e software per applicazioni XR medicali; dispositivi e infrastrutture immersive: visori, display stereoscopici, CAVE, dispositivi wearable; sistemi di interazione e acquisizione: controller, hand tracking, eye tracking, sensori e sistemi di tracking; rappresentazione e visualizzazione tridimensionale di dati biomedici; pipeline da dati biomedici e immagini mediche ad ambienti immersivi o aumentati; 2. Applicazioni cliniche della XR (40 ore) Verranno introdotti diversi ambiti di applicazione di tecnologie XR in clinica. - Didattica e formazione: rappresentazione tridimensionale dell’anatomia umana; atlanti anatomici digitali, dissezione virtuale e modelli interattivi; integrazione di immagini TAC, RM, ecografiche o multimodali in ambienti XR; - Simulazione chirurgica, training procedurale e pianificazione: simulatori per procedure chirurgiche, endoscopiche, laparoscopiche o mini-invasive; pianificazione preoperatoria mediante modelli 3D; supporto intraoperatorio con realtà aumentata; - Riabilitazione motoria e funzionale: applicazioni XR nella riabilitazione motoria; monitoraggio del movimento mediante sensori, motion capture o sistemi markerless; feedback visivo, biofeedback; - Simulazione clinica e formazione delle professioni sanitarie uso della XR per la simulazione di scenari clinici; integrazione della simulazione immersiva nei percorsi formativi sanitari. - Casi studio e attività applicative: Nel corso dell’insegnamento saranno presentati e discussi casi studio selezionati tra applicazioni di realtà virtuale, aumentata o mista in ambito medico, con particolare riferimento agli ambiti sopra riportati. La selezione dei casi studio potrà essere aggiornata annualmente in funzione dell’evoluzione del settore, della disponibilità di strumenti dimostrativi o laboratoriali e delle competenze dei/delle docenti coinvolti/e.

L'insegnamento è organizzato in lezioni frontali, esercitazioni in aula e in laboratorio volte all'approfondimento delle nozioni teoriche apprese a lezione. Potranno essere previste dimostrazioni presso laboratori di realtà virtuale/aumentata, simulazione medica o anatomia digitale.

Materiale didattico fornito dal docente durante l'insegnamento Articoli scientifici selezionati e resi disponibili attraverso il portale della didattica. Documentazione tecnica e casi studio

Slides; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio;

Modalita di esame: Elaborato progettuale in gruppo; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... L’esame è volto ad accertare l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità indicate nei risultati di apprendimento attesi. e consta di • una prova scritta in aula • un elaborato di gruppo La prova scritta, della durata indicativa di 60 minuti, comprende una combinazione di domande a risposta multipla, risposta aperta e/o esercizi brevi sugli argomenti dell’insegnamento. La prova mira a verificare: • conoscenza dei principi tecnologici alla base delle applicazioni di realtà virtuale, realtà aumentata e realtà mista in medicina • conoscenza delle applicazioni in anatomia, chirurgia, riabilitazione, simulazione e formazione clinica; • capacità di identificare i requisiti per una particolare applicazione • capacità di valutare criticamente vantaggi e limiti di una soluzione XR in medicina. Per ogni esercizio/domanda verrà indicato il punteggio massimo associato. Durante la prova lo studente non può consultare appunti di alcun tipo (lezioni, esercitazioni, ...), né le dispense fornite dal docente o testi a stampa. Eventuale materiale necessario sarà fornito dal docente unitamente al testo dell’esame. L’elaborato di gruppo, svolto in gruppi di norma composti da 3–4 studenti/studentesse. consiste nello sviluppo di un elaborato/progetto relativo ad una possibile applicazione di tecniche di realtà aumentata o virtuale in ambito clinico. L’elaborato sarà consegnato in forma di relazione sintetica e/o presentazione, secondo le indicazioni fornite durante l’insegnamento. Composizione del voto finale Il voto finale, espresso in trentesimi, è determinato come segue: 28 punti per la prova scritta, 4 punti per l’elaborato di gruppo. L’esame si intende superato se il voto finale è pari o superiore a 18/30. La lode potrà essere nel caso di una valutazione complessiva maggiore o uguale a 31/30.

Gli studenti e le studentesse con disabilita 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'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.