Ingegneria Biomedica

EDUARDO PALERMO
EDUARDO PALERMO

Lo scopo del corso è di fornire i concetti base necessari alla gestione della strumentazione e alla comprensione dei modelli biomeccanici considerati nell'analisi del movimento. Il corso descrive i principi di funzionamento dei sensori tipicamente usati in un laboratorio di analisi del movimento ossia le piattaforme di forza ed i trasduttori di posizione, velocità e spostamento. Successivamente sono descritte le principali tecniche per l’analisi sperimentale dei dati volti all’identificazione delle variabili che rappresentano in modo esaustivo la cinematica e la cinetica del movimento umano.

La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata.

Scopo del corso è quello di fornire allo studente le nozioni fondamentali necessarie per la gestione della strumentazione di misura e la comprensione dei modelli biomeccanici utilizzati nell’analisi e nella sintesi del movimento umano. Il corso, innanzitutto, intende descrivere allo studente il principio di funzionamento di sensori tipicamente utilizzati in un laboratorio di analisi del movimento, quali: trasduttori di forza, posizione velocità e spostamento. Successivamente, ma con pari importanza, sono illustrate le principali tecniche di elaborazione dei dati sperimentali finalizzate a identificare le variabili biomeccaniche che rappresentano la cinematica e la cinetica del movimento umano.

Nessun corso è strettamente propedeutico. Tuttavia gli studenti dovrebbero avere familiarità con i concetti base di un corso di misure meccaniche e della meccanica del corpo rigido.

Argomento Lezione
1. Introduzione Esempi di ricerca in Biomeccanica
Storia della Gait Analisys
Criticità
2. Stato dell'Arte Stato dell'arte sulle metodologie sperimentali in Biomeccanica
3. Cinematica del Corpo Rigido Richiami di Algebra lineare
2. Stato dell'Arte Strumentazione da laboratorio di analisi del movimento
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab - Vettori
3. Cinematica del Corpo Rigido Localizzazione non ottima
2. Stato dell'Arte Strumentazione da laboratorio di analisi del movimento
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab - Vettori
3. Cinematica del Corpo Rigido Localizzazione ottima
4. Cinematica articolare Misure di cinematica articolare
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab - Localizzazione non ottima
3. Cinematica del Corpo Rigido Cinematica differenziale
Esercitazioni in modalità esame
5. Dinamica Articolare Misure di dinamica articolare
Misure di dinamica articolare
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab - Localizzazione ottima
5. Dinamica Articolare Misure di dinamica articolare
Misure di dinamica articolare
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab - Dinamica articolare
6. Posturografia Posturografia e matrici di sensori di pressione
Seminario di Biomeccanica dello Sport in collaborazione con CONI
7. IMU Sistemi Inerziali in Biomeccanica (IMU)
Sistemi Inerziali in Biomeccanica (IMU)
Sistemi Inerziali in Biomeccanica (IMU)
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab- IMU
8. Elettromiografia Elettromiografia
9. Robot Mediated Therapy Robot Mediated Therapy
10. Tutorial Matlab Tutorial Matlab- Elettromiografia
9. Robot Mediated Therapy Robot Mediated Therapy
Robot Mediated Therapy
Esercitazioni in modalità esame

- David A. Winter, Biomechanics and Motor Control of Human Movement. Wiley.
- Dispense del corso fornite dal docente

Il corso si svolge secondo la modalità tradizionale di didattica frontale. Una buona parte del corso è costituita da esercitazioni di implementazione guidata di modelli biomeccanici in ambiente Matlab.

La partecipazione al corso è facoltativa ma fortemente consigliata.

La valutazione si basa sul risultato di una prova scritta, e di un colloquio orale. La prova scritta comprende: lo svolgimento di esercizi di cinematica e dinamica articolare, risposte aperte a quesiti di teoria, e test di conoscenza del codice Matlab.

1. Con riferimento alla Figura, individuare il sistema di riferimento della coscia (CSthi) nel sistema di laboratorio CS0, tale che:
• Othi coincide con il punto medio tra i marcatori RKNEE_m e RKNEE_l
• z diretto verso l’alto sulla congiungente tra il marcatore RTHI e il punto medio tra i marcatori RKNEE_m e RKNEE_l
• piano zy formato dai tre marcatori (LTHI, LKNEE_m e LKNEE_l) con x diretto frontalmente (uscente dal foglio)
Si scriva in forma simbolica la matrice di posa del segmento in esame.
2. Considerando quanto ricavato nel punto 1a e la Figura, si definisca il JCS di anca sapendo che l’ordine delle rotazioni è il seguente:
a. Abduzione/adduzione
b. Flessione anteriore/posteriore
c. Rotazione interna/esterna
Motivare la risposta e dire quale è la sequenza di Eulero/Cardano relativa. Indicare le rotazioni positive per ogni piano.
3. Calcolare la matrice di trasformazione H( )  tale per cui 𝛚 𝒑𝒍 𝐭𝐡𝐢 𝒑𝒍 = 𝐇(𝛂)𝛂̇, corrispondente alla sequenza di Eulero/Cardano scelta in precedenza.
4. Facendo riferimento alla Figura, calcolare il momento totale (Nm) rispetto al CS0 su NECK dato dalle forze F1 (applicata sulla punta del naso) e dalla forza peso della testa applicata sul suo baricentro (M), sapendo che:
• F1hd = (-60, 0, 0) N;
• Mhd = 8 Kg
• L1 = 100 mm;
• L2 = 95 mm;
• L3 = 110 mm.
• G0= (-9,8 , 0, 0) m/s^2
5. Definire la localizzazione ottima riportandone i passaggi principali.

• Introduzione: - Esempi di ricerca in Biomeccanica- Storia della Gait Analisys- Criticità


• Stato dell'arte sulle metodologie sperimentali in Biomeccanica:- Strumentazione da laboratorio di analisi del movimento


• Cinematica e dinamica del corpo rigido:- Richiami di algebra lineare- Localizzazione non ottima- Localizzazione ottima- Cinematica differenziale


• Cinematica articolare:- Sistemi e tecniche di misura di cinematica articolare


• Dinamica articolare:-  Sistemi e tecniche di misura di dinamica articolare


• Posturografia:- Analisi dell'equilibrio e matrici di sensori di pressione


• IMU:- Composizione e utilizzo di IMU in Biomeccanica


• Elettromiografia:- Strumenti e tecniche di misura del segnale EMG- Analisi di sinergie muscolari


• Robot Mediated Therapy:- Principi fondamentali- Tiopologie di Robot riabilitativi- Controllo di impedenza e ammettenza- Indici di qualità del movimento


• Tutorial MATLAB:- Vettori- Localizzazione non ottima- Localizzazione ottima- Dinamica articolare- IMU- Elettromiografia