Obiettivi

Il corso si propone come obiettivo di fornire agli allievi del corso di Laurea in Ingegneria Clinica le conoscenze fondamentali attinenti allo studio del movimento e delle sollecitazioni dei sistemi biologici in relazione alle forze che causano questi fenomeni biomeccanici.
Ogni allievo deve dimostrare di aver appreso la capacità di risolvere ed applicare i principi della meccanica connessi con i sistemi biologici.
Sono fornite altresì nozioni di base per saper impostare ed implementare l'analisi biomeccanica computazionale di un modello multi-link del corpo umano.

Canali

FABIANO BINI FABIANO BINI   Scheda docente

Programma

DIDATTICA FRONTALE

Sistema di riferimento per l'analisi biomeccanica
• Piani e assi di riferimento per i sistemi multibody. Gradi di libertà per un sistema articolato. Giunti piani e giunti spaziali. Descrizione di posizioni e giaciture di un sistema di riferimento solidale ad un corpo mobile. Scelta dei sistemi di riferimento locali e anatomici. Sistemi per l'analisi della postura e del movimento. Applicazione alle strutture scheletriche e muscolari del corpo umano.

Articolazioni
• Gradi di libertà nelle articolazioni: spalla, gomito e polso. I movimenti elementari dell’arto inferiore: articolazione dell’anca, del ginocchio e tibiotarsica. Modello cinematico piano dell'arto inferiore.

Elementi di cinematica
• Analisi di un sistema articolato: esempio dei legamenti crociati nel ginocchio. Sistema articolato con due segmenti: modello a parametri concentrati della gamba. Modello a segmenti del corpo umano.

Geometria delle masse
• Baricentro di solidi regolari: posizione del baricentro nei segmenti del corpo umano. Baricentro di corpi irregolari: gamba piegata. Modello 2D dell'apparato locomotore.

Elementi di statica
• Applicazione dei principi della statica alla biomeccanica. Equilibrio della testa. Equilibrio della spalla. Equilibrio del gomito con tre muscoli attivi. Equilibrio della colonna vertebrale. Equilibrio del tronco. Equilibrio del femore. Il piede come elemento strutturale. Modelli posturali: il corpo come pendolo inverso a 1 g.d.l. e 2 g.d.l.


ESERCITAZIONI: Utilizzo di piattaforme Open Source specifiche per illustrare i principi dei metodi numerici e computazionali per l'analisi biomeccanica.

• Modellazione degli arti inferiori o superiori, singoli o accoppiati, per analizzare e simulare le azioni muscolari e le forze scambiate.

• Seminario introduttivo al calcolo con metodo degli elementi finiti (Finite Element Method - FEM)

Testi adottati

• Dispense didattiche fornite dal Docente.
• "Fondamenti di Meccanica e Biomeccanica del Movimento", Giovanni Legnani e Giacomo Palmieri, CittàStudi Torino 2016.
• "Multiscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology", De Suvranu, Hwang Wonmuk, Kuhl Ellen, Springer-Verlag London 2015.
• Nordin M., Frankel V.H. "Basic biomechanics of the musculoskeletal system" 4th Editions.2012 Lippincott Williams & Wilkins

Prerequisiti

Sono conoscenze pregresse indispensabili gli argomenti attinenti all'esame di Analisi I, II, Geometria, Fisica I, laboratorio di Informatica per poter comprendere i contenuti e conseguire gli obiettivi di apprendimento dell'insegnamento.

Modalità di svolgimento

Le attività sono organizzate in lezioni frontali integrate con esercitazioni in aula analizzate secondo i metodi numerici dell'analisi biomeccanica.

Modalità di valutazione

La modalità di svolgimento dell’esame è orale e prevede la verifica degli argomenti svolti in aula.

Scheda insegnamento
  • Anno accademico: 2021/2022
  • Curriculum: Ingegneria Clinica (percorso formativo valido anche ai fini del conseguimento del doppio titolo italo-venezuelano)
  • Anno: Secondo anno
  • Semestre: Primo semestre
  • Insegnamento:
    10596053 - SCIENZA DELLE COSTRUZIONI E MECCANICA DEI SISTEMI BIOLOGICI
  • SSD: ING-IND/34
  • CFU: 6
Caratteristiche
  • Attività formative caratterizzanti
  • Ambito disciplinare: Ingegneria biomedica
  • Ore Aula: 60
  • CFU: 6
  • SSD: ING-IND/34