Biotecnologie mediche

Tipologia

Attività formative affini o integrative

SSD

ING-IND/06

Anno

N/D

Semestre

N/D

CFU

4

Distribuzione delle ore

32 classroom hours

Docenti

ALBERTO GIACOMELLO

Tipologia

Discipline medico-chirurgiche e riproduzione umana

SSD

MED/33

Anno

N/D

Semestre

N/D

CFU

1

Distribuzione delle ore

8 classroom hours

Docenti

RAFFAELE IORIO

Tipologia

Attività formative affini o integrative

SSD

MED/22

Anno

N/D

Semestre

N/D

CFU

2

Distribuzione delle ore

16 classroom hours

Docenti

LUIGI RIZZO

Tipologia

Attività formative affini o integrative

SSD

ING-IND/12

Anno

N/D

Semestre

N/D

CFU

2

Distribuzione delle ore

16 classroom hours

Docenti

LUDOVICA APA

Conoscenza dei principi della meccanica del continuo e delle equazioni di base della fluidodinamica applicati in particolare all'emodinamica

Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze avanzate sui principi di bioingegneria meccanica, con particolare riferimento alla biofluidodinamica e alla biomeccanica tissutale, e sarà in grado di applicarle a problemi complessi e multidisciplinari riguardanti impianti protesici ad alta tecnologia, sia in ambito vascolare che in ambito ortopedico. Saprà analizzare criticamente dati simulativi, sperimentali e clinici, elaborare modelli biomeccanici innovativi, svolgere esperimenti di caratterizzazione tissutale e riconoscere gli elementi anatomo-clinici e fisiopatologici delle principali patologie che si giovano dell’impiego di impianti protesici. Sarà inoltre capace di comunicare in modo chiaro ed efficace con interlocutori specialisti e non, e di proseguire l’autoapprendimento in un’ottica di formazione continua.

Conoscenza di base di calcolo differenziale ed integrale. Verranno svolte delle lezioni integrative per ripassare tali argomenti.

Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO
Ricapitolazione del calcolo differenziale ed integrale applicato alla biomeccanica.
Aspetti fluidodinamici del sistema circolatorio; Statica dei fluidi: pressione idrostatica; Bilancio meccanico e applicazione al funzionamento di centrifughe e ultracentrifughe.
Equazione di conservazione della massa e applicazione ai vasi sanguigni (stenosi e aneurismi).
Equazione di conservazione della quantità di moto, flussi di Poiseuille e Hagen-Poiseuille, biforcazioni nei vasi sanguigni.
Teorema del trasporto di Reynolds, equazioni di Navier-Stokes; Numeri adimensionali (numeri di Reynolds e Womersley e regimi nei vasi sanguigni).
Equazione di Bernoulli. Sforzo sulle pareti dei vasi sanguigni; effetto della geometria e dell'elasticità dei vasi; accenni alla reologia del sangue.
Meccanica e fluidodinamica delle protesi cardiovascolari.
Aspetti fluidodinamici dell'apparato respiratorio e di alcune sue patologie.
Introduzione alla tribologia applicata alla biomeccanica.
Panoramica delle micro e nanotecnologie applicate alle biotecnologie mediche.



Modulo: APPLICAZIONI CLINICHE DELLA BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO DUE
N/D
Modulo: APPLICAZIONI CLINICHE DELLA BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO
N/D
Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO DUE
- La biomeccanica tissutale, approccio investigativo;
- Le equazioni costitutive dei tessuti biologici; i fluidi non-viscosi, i fluidi viscosi newtoniani, il solido elastico di Hooke;
- I modelli matematici dei materiali viscoelastici
- Il tessuto connettivo: tendini, legamenti e pelle; metodi di misura della visco-elasticità nei tessuti; il creep e la stress-relaxation, il ciclo di isteresi, la complex compliance, la serie di Volterra-Wiener.
- Il tessuto muscolare: stimolazione isometrica; test di twitch e sommazione, stimolazione isotonica, after load e curva di hill.

Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO
Appunti e trasparenze a cura del docente



Modulo: APPLICAZIONI CLINICHE DELLA BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO DUE
N/D
Modulo: APPLICAZIONI CLINICHE DELLA BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO
N/D
Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO DUE
- Dispense e materiale didattico distribuito dal docente.
- Y.C. Fung - Biomechanics (Mechanical properties of living tissues) – SPRINGER.

Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO
Fung, Y. C. (2013). Biomechanics: circulation. Springer Science & Business Media.

Kundu, P. K., Cohen, I. M., & Dowling, D. R. (2012). Fluid Mechanics, V edizione. Academic Press

Caro, C. G., Pedley, T.J., Schroter, R.C., & Seed, W.A. (2012). The mechanics of the circulation. Cambridge University Press.

G.R. Barani, M.F. Kiani, S.P. Samuel, “Healthcare and Biomedical Technology in the 21st Century”, Springer 2014

“Basic biomechanics of the musculoskeletal system”, Edited by M. Nordin, V.H. Frankel; Wolters Kluwer, 4th ed., Ch. 3 “Biomechanics of Articular Cartilage"

Mow, V.C., Ateshian, G.A. (1997). Lubrication and wear of diarthrodial joints. In V.C. Mow, W.C. Hayes (Eds.). Basic Biomechanics (2nd ed.). Philadelphia: Lippincott–Raven
Publishers, 275–315.


Modulo: APPLICAZIONI CLINICHE DELLA BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO DUE
N/D
Modulo: APPLICAZIONI CLINICHE DELLA BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO
N/D
Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO DUE
N/D

Lezioni frontali

Obbligatoria

La verifica dell'apprendimento verrà svolta tramite prove indipendenti per i diversi moduli volte a valutare la comprensione degli argomenti trattati a lezione, la capacità di confrontarsi con problemi complessi della bioingegneria meccanica, di lavorare in gruppo e di comunicare le proprie conoscenze.

Presentazione di gruppo di un recente articolo scientifico sugli argomenti del corso.
Esempio di domande individuali sul resto del programma:
- Equazioni di Navier Stokes
- Reologia del sangue
- Lubrificazione idrodinamica
- Tensore delle deformazioni di Cauchy
- Modelli matematici dei materiali viscoelastici
- Curva sforzo-deformazione nei tessuti connettivi

Modulo: BIOINGEGNERIA MECCANICA - MODULO UNO

• Ricapitolazione del calcolo differenziale ed integrale applicato alla biomeccanica. (4h)


• Aspetti fluidodinamici del sistema circolatorio; Statica dei fluidi: pressione idrostatica; Bilancio meccanico e applicazione al funzionamento di centrifughe e ultracentrifughe. (4h)
  • Testi di riferimento: Kundu, P. K., Cohen, I. M., & Dowling, D. R. (2012). Fluid Mechanics, V edizione. Academic Press


• Equazione di conservazione della massa e applicazione ai vasi sanguigni (stenosi e aneurismi). Equazione di conservazione della quantità di moto.  (4h)
  • Testi di riferimento: Kundu, P. K., Cohen, I. M., & Dowling, D. R. (2012). Fluid Mechanics, V edizione. Academic Press


• Flussi di Poiseuille e Hagen-Poiseuille, biforcazioni nei vasi sanguigni. Teorema del trasporto di Reynolds, equazioni di Navier-Stokes; Numeri adimensionali (numeri di Reynolds e Womersley e regimi nei vasi sanguigni). (4h)
  • Testi di riferimento: Kundu, P. K., Cohen, I. M., & Dowling, D. R. (2012). Fluid Mechanics, V edizione. Academic Press


• Equazione di Bernoulli. Sforzo sulle pareti dei vasi sanguigni; effetto della geometria e dell'elasticità dei vasi; accenni alla reologia del sangue. (4h)
  • Testi di riferimento: Fung, Y. C. (2013). Biomechanics: circulation. Springer Science & Business Media.


• Meccanica e fluidodinamica delle protesi cardiovascolari.Aspetti fluidodinamici dell'apparato respiratorio e di alcune sue patologie. (4h)
  • Testi di riferimento: G.R. Barani, M.F. Kiani, S.P. Samuel, “Healthcare and Biomedical Technology in the 21st Century”, Springer 2014


• Introduzione alla tribologia applicata alla biomeccanica. (4h)
  • Testi di riferimento: “Basic biomechanics of the musculoskeletal system”, Edited by M. Nordin, V.H. Frankel; Wolters Kluwer, 4th ed., Ch. 3 “Biomechanics of Articular Cartilage"Mow, V.C., Ateshian, G.A. (1997). Lubrication and wear of diarthrodial joints. In V.C. Mow, W.C. Hayes (Eds.). Basic Biomechanics (2nd ed.). Philadelphia: Lippincott–RavenPublishers, 275–315.


• Panoramica delle micro e nanotecnologie applicate alle biotecnologie mediche. (4h)

• Definizione della biomeccanica tissutale e significato delle equazioni costitutive dei tessuti viventi
  • Testi di riferimento: Y.C. Fung - Biomechanics (Mechanical properties of living tissues) – SPRINGER.


• Materiali viscoelastici e modelli matematici classici per descrivere il comportamento meccanico dei tessuti 
  • Testi di riferimento: Y.C. Fung - Biomechanics (Mechanical properties of living tissues) – SPRINGER.


• Il tessuto connettivo: tendini, legamenti e pelle. Metodi di misura della visco-elasticità nei tessuti; il creep, la stress-relaxation e il ciclo di isteresi
  • Testi di riferimento: - Rizzuto E, Musarò A, Catizone A, Del Prete Z. Measuring tendon properties in mdx mice: cell viability and viscoelastic characteristics. J Biomech. 2009 -  Quaglini V, Previdi F, Contro R, Bittanti S. A discrete-time nonlinear Wiener model for the relaxation of soft biological tissues. Med Eng Phys. 2002 


• Il tessuto muscolare scheletrico: caratterizzazione funzionale tramite stimolazione elettrica in condizioni isometriche e isotoniche.
  • Testi di riferimento: - Del Prete Z, Musarò A, Rizzuto E. Measuring mechanical properties, including isotonic fatigue, of fast and slow MLC/mIgf-1 transgenic skeletal muscle. Ann Biomed Eng. 2008- Korhonen, Rami K., and Simo Saarakkala. "Biomechanics and modeling of skeletal soft tissues." Theoretical biomechanics. IntechOpen, 2011.