APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE IN AMBITO BIOMEDICO

Modulo Generico
Codice dell'attività formativa: 
95017-MOD1

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2017/2018
Insegnamento (nome in italiano): 
APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE IN AMBITO BIOMEDICO
Tipo di attività formativa: 
Attività formativa Caratterizzante
Tipo di insegnamento: 
Obbligatoria
Settore disciplinare: 
BIOINGEGNERIA INDUSTRIALE (ING-IND/34)
Anno di corso: 
3
Anno accademico di offerta: 
2019/2020
Crediti: 
6
Responsabile della didattica: 
Mutuazioni

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Annualità Singola
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
48
Ore di studio individuale: 
180
Ambito: 
Ingegneria biomedica
Materiali didattici: 
Prerequisiti

Lo studente deve possedere le conoscenze delle materie di base e in particolar modo dell’analisi matematica, chimica generale e organica, biochimica e fisica. Sono necessarie anche conoscenze relative alla biologia cellulare, all’anatomia, alla fisiologia e alla patologia generale.

Obiettivi formativi

L’obiettivo principale del corso è l’apprendimento degli aspetti teorici e quantitativi delle tecnologie impiegate per le attività cliniche relative a sistemi per l’assistenza d’organo.

Nell’ambito relativo ai sistemi artificiali per la sostituzione della funzione di organi e di tessuti, l’obiettivo è trasmettere allo studente i criteri di sviluppo di questi sistemi nei loro rispettivi ambiti applicativi, la loro progettazione, la costruzione e l’utilizzo clinico. L’obiettivo è anche quello di trasmettere la conoscenza relativa ai limiti dei sistemi artificiali e le prospettive di sviluppo. Le conoscenze teoriche costituiscono la base per affrontare problemi quantitativi relativi al funzionamento di dispositivi medicali attivi.

Al termine del corso il candidato sarà in grado di conoscere gli aspetti teorici, i meccanismi di funzionamento e di regolazione dei sistemi artificiali per sostituzione della funzione di organi e tessuti. Sarà anche in grado di risolvere problemi quantitativi relativi al funzionamento di questi sistemi artificiali, la loro valutazione funzionale e il monitoraggio.

Contenuti dell'insegnamento

Introduzione: Sviluppo della medicina moderna, approcci terapeutici, utilizzo delle tecnologie.

Biocompatibilità: Definizione del problema, sistema della coagulazione, attivazione del complemento; Interazione del sangue con i materiali artificiali; Interazione dei materiali con le proteine plasmatiche; Metodiche quantitative.

Sostituzione della funzione renale: Meccanismi fisiopatologici dell’insufficienza renale terminale; Il trattamento emodialitico; Organizzazione della macchina per emodialisi; Accessi vascolari; Pompe peristaltiche; Filtro dializzatore; Fenomeni di trasporto attraverso le membrane dialitiche; Permeabilità, ultrafiltrazione, selettività delle membrane; Osmosi inversa per liquido di dialisi; Valutazione dell'efficacia del trattamento; Tecniche di emofiltrazione; La dialisi peritoneale; Trasporti di membrana nella dialisi peritoneale; Sviluppi futuri del trattamento dialitico.

Sistemi per trattamento del sangue: Plasmaferesi, aferesi, sistemi di adsorbimento; sistemi per la perfusione di organi per il trapianto.

Sostituzione/assistenza della funzione cardiaca: Patofisiologia dell'insufficienza cardiaca; Circolazione extracorporea per bypass cardio-polmonare; Sistemi per l’assistenza ventricolare; Pompe volumetriche; Pompe rotative (assiali, centrifughe); Sistemi di regolazione; Trasmissione di energia; Impianto dei dispositivi e monitoraggio; Il cuore artificiale totale; Risultati clinici e prospettive future.

Sostituzione/assistenza della funzione polmonare: Ventilatori; Ventilazione liquida; Ossigenazione extracorporea (ECMO).

Sostituzione/assistenza del controllo glicemico: Terapia insulinica e controllo glicemico; Infusori per l’insulina; Controllo glicemico estemporaneo e continuo; Controllo glicemico mediante circuito chiuso.

Testi di riferimento

Per gli argomenti delle lezioni sarà fornito il materiale utilizzato dal docente durante le lezioni. Per la parte concernente le esercitazioni sarà fornita una dispensa contenente esempi applicativi.

Durante il corso saranno consigliati contributi della letteratura tecnico-scientifica su argomenti specifici disponibili in rete. Testo consigliato per approfondimenti: De Rossi D., Fumero R., Bioingegneria degli organi artificiali , Editore: Patron, Bologna

Metodi didattici

L’attività didattica consiste in una parte svolta mediante lezioni frontali, alla quale si affiancano esercitazioni basate sulla soluzione di problemi numerici quantitativi. Sono previsti interventi di esperti nell’utilizzo clinico dei sistemi artificiali per la sostituzione della funzione degli organi per illustrare le problematiche cliniche.

Modalità verifica profitto e valutazione

La verifica finale dell’apprendimento è basata su una prova scritta consistente in una serie di domande a risposte chiuse e di alcuni problemi quantitativi da risolvere. Gli studenti che raggiungono una valutazione sufficiente nella prova scritta sono ammessi al colloquio orale di approfondimento. Durante il corso la verifica dell’apprendimento è effettuata in itinere mediante due compitini scritti, uno a metà e uno a fine corso. Nel caso che lo studente ottenga una valutazione positiva in entrambi i compitini sarà ammesso al colloquio orale senza dover sostenere la prova scritta.

Prerequisites

The student must possess the knowledge of basic subjects and in particular mathematics, general and organic chemistry, biochemistry and physics. Knowledge about cellular biology, anatomy, physiology and general pathology is also required.

Educational goals

The main objective of the course is to learn the theoretical and quantitative aspects of the technologies used for clinical activities related to organ care.

In the field of artificial systems for functional replacement of organs and tissues, the aim is to convey to the student the criteria for developing such systems in different application areas, their design, construction and clinical use. The objective is also to transfer knowledge about the limits of artificial systems and ongoing research and development. Theoretical knowledge is the basis for solution of quantitative problems related to the functions of active medical devices.

At the end of the course the candidate will be able to know the theoretical aspects, the mechanisms of operation and monitoring of artificial systems for replacement of diseased organs and tissues. It will also be able to solve quantitative problems related to the functions of these artificial systems, their functional evaluation and monitoring.

Course content

Introduction: Development of modern medicine, therapeutic approaches, use of technologies.

Biocompatibility: Definition of the problem, coagulation system, complement activation; Blood interaction with artificial materials; Interaction of materials with plasma proteins; Quantitative Methods.

Replacement of renal function: Pathophysiological mechanisms of terminal renal failure; The hemodialytic treatment; Organization of the hemodialysis machine; Vascular access; Peristaltic pumps; Dialysis filter; Transport phenomena through dialysis membranes; Permeability, ultrafiltration, membrane selectivity; Reverse osmosis for dialysis fluid; Evaluation of the effectiveness of the treatment; Emofiltration techniques; Peritoneal dialysis; Membrane transport in peritoneal dialysis; Future developments of dialysis treatment.

Blood treatment systems: Plasmaferases, aphoresis, adsorption systems; Transfusion organ perfusion systems.

Replacement / assistance of cardiac function: Pathophysiology of cardiac insufficiency; Extracorporeal circulation for cardio-pulmonary bypass; Ventricular Support Systems; Volumetric pumps; Rotary pumps (axial, centrifugal); Regulating systems; Transmission of energy; Device installation and monitoring; The total artificial heart; Clinical results and future prospects.

Replacement / assistance of pulmonary function: Ventilators; Liquid ventilation; Extracorporeal Oxygenation (ECMO).

Replacement / Assistance of Glycemic Control: Insulin Therapy and Glycemic Control; Insulin infusers; Extemporary and continuous glycemic control; Glycemic control by closed circuit.

Textbooks and reading lists

The material used by the teacher during the lessons will be available. For the part involved in the exercises, a booklet containing application examples will be provided.

During the course will be recommended contributions of technical and scientific literature on specific topics available online. Suggested text for further information: De Rossi D., Fumero R., Bioingegneria degli organi artificiali , Editore: Patron, Bologna

Teaching methods

The didactic activities include frontal lessons and discussion and solution of quantitative problems. Experts in clinical use of artificial systems for the replacement of organ function will provide the clinical point of view.

Assessment and Evaluation

The final assessment of learning is based on a written test consisting of a series of closed-ended questions and quantitative problems. Students who obtain positive assessment in the written examination are admitted to the oral examination. During the course, the verification of the learning is carried out in by two written assignments, one in the middle and one at the end of the course. In case the student obtains a positive evaluation in both tests, he will be admitted to the oral interview without having to attend the written test.