Ingegneria biomedica

Università degli Studi di Pisa
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  • Laurea
  • Pisa
Descrizione

L’Ingegneria Biomedica costituisce un nuovo settore della Scienza e della Tecnologia a carattere interdisciplinare nei riguardi sia dell’Ingegneria che della Medicina e della Biologia. Il profilo culturale del laureato in uscita dal Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica si basa sulla conoscenza approfondita degli aspetti teorico-scientifici della matematica e delle altre scienze di base e sulla capacità di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi dell’Ingegneria Biomedica complessi o che richiedono un approccio interdisciplinare.
Il Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica si propone di fornire una preparazione interdisciplinare strettamente collegata da un lato al settore dell’informazione e industriale e dall’altro al settore medico-biologico che costituisce il naturale campo di applicazione. Tale formazione richiede pertanto, accanto agli insegnamenti di base, insegnamenti a spettro sufficientemente esteso per poter soddisfare le esigenze interdisciplinari nei quali opera l’ingegnere biomedico.

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Pisa
Lungarno Antonio Pacinotti, 43 , 56122, Pisa, Italia
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Ingegneria biomedica

Programma

  • CURRICULUM BIOSTRUMENTAZIONE E BIOINFORMATICA
  • CURRICULUM TECNOLOGIE BIOMEDICHE
CURRICULUM BIOSTRUMENTAZIONE E BIOINFORMATICA
  • Attività a libera scelta (9 cfu)

    • La scelta effettuata tra gli insegnamenti del gruppo "Attività consigliate per la libera scelta" verrà automaticamente approvata. Altre scelte sono soggette ad approvazione da parte del Consiglio di Corso di Studio.
  • Analisi e modelli di segnali biomedici (12 cfu)

    • Fornire agli studenti i supporti metodologici per l’analisi di segnali aleatori, per l’analisi statistica multivariata e per l’impiego dei modelli nell’analisi di serie temporali di dati biomedici.
  • Modellizzazione e identificazione di sistemi fisiologici (12 cfu)

    • a) Modulo “Cibernetica fisiologica” (ING-INF/04)
      Obiettivi: : Il modulo si occupa di modellizzare, attraverso gli strumenti matematici propri della teoria dei controlli automatici, i processi fisici e chimici degli organismi viventi, al fine di interpretarne e prevederne il comportamento ed eventualmente di dimensionarne il controllo per mezzo di farmaci o vaccini.
      b) Modulo “Modellizzazione biofisica dei sistemi complessi” (ING-INF/06)
      Obiettivi: Verranno introdotti e discussi modelli complessi di interesse biofisico (modelli di trasmissione neuronale, del sistema cardiocircolatorio, di motori cellulari). Verrano forniti gli strumenti fisico matematici relativi, dal trattamento dei segnali in sistemi complessi, a nozioni di statistica e al moto browniano.
  • Bioingegneria delle radiazioni (12 cfu)

    • a) Modulo “Sorgenti di radiazioni ionizzanti e interazioni biologiche” (ING-INF/06)
      Obiettivi: Obiettivi: Fornire agli studenti nozioni di base su fisica atomica e nucleare, sorgenti di radiazioni, interazioni tra radiazioni e materia e applicazioni in campo biomedico.
      b) Modulo "Radiazioni elettromagnetiche ed interazioni biologiche " (ING-INF/02)
      Obiettivi: : Il corso ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali sulla generazione, caratterizzazione e propagazione dei campi elettromagnetici, sulla loro interazione con i tessuti biologici, e sulle tecniche di misura. Verranno inoltre illustrati gli aspetti dosimetrici (dosimetria analitica, numerica e sperimentale), i sistemi di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche, i metodi di schermatura, le linee guida internazionali (ICNIRP)e la normativa italiana sui limiti di esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti.
  • Meccanica applicata al sistema muscolo scheletrico (6 cfu)

    • • Fornire gli strumenti per l’analisi cinematica, statica e dinamica tridimensionale di sistemi meccanici, basandosi su un approccio robotico, sia di tipo teorico che pratico (programmi al calcolatore)
      • Indicare le strategie per la definizione degli schemi meccanici per l’analisi del movimento
      • Fornire gli elementi di base per la descrizione del sistema muscolo-scheletrico, in particolare arti e spina
      • Metodi per la stima delle forze muscolari e dei carichi sulle articolazioni
  • Elettronica biomedica I (9 cfu)

    • Lo studente che ha completato con successo il corso sarà in grado di progettare e analizzare elettronico analogico front-end per le diverse strumentazioni biomediche. Sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza dei circuiti elettronici di base e avanzate utilizzate nella maggior parte dei biomedica strumentazione font-end, come differenziale, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e digitale -to-analog converter, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari. Il corso riguarda la progettazione e l'analisi dei differenziali, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e convertitori digitali-analogici, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari.
  • Metodi per l'analisi di segnali multidimensionali (6 cfu)

    • Fornire allo studente i supporti metodologici per la decomposizione e l’estrazione di informazioni da sequen-ze multidimensionali di dati biomedici.

  • Elettronica biomedica II (12 cfu)

    • L’insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze di base dell'elettronica digitale e dell'elaborazione numerica, oltre che i principi di programmazione Android per smartphone e progettazione di interfacce uomo-macchina.
  • Prova finale (15 cfu)

  • Altre attività utili per l'inserimento nel mondo del lavoro (3 cfu)

    • Tale attività sarà articolata in cicli di seminari tenuti da personale del mondo accademico e delle aziende sanitarie con l’obiettivo di favorire lo studente all’apprendimento delle metodologie e delle opportunità lavorative con particolare riferimento al comparto della sanità.
  • Bioimmagini (12 cfu)

    • a) Modulo “ Immagini biomediche” (ING-INF/06)
      Introdurre lo studente alle conoscenze dei principi di formazione e al contenuto informativo delle bioimmagini.
      b) Modulo “Elaborazione delle bioimmagini” (ING-INF/06)
      Obiettivi. Introdurre lo studente alla conoscenza delle tecniche e algoritmi di elaborazione delle bioimmagini.

  • Chirurgia assistita dal calcolatore e Informatica medica (12 cfu)

    • Il corso è diviso in due moduli “Chirurgia assistita dal calcolatore” e “Informatica medica”

      Modulo Chirurgia assistita dal calcolatore: Il corso introduce i dispositivi e le metodologie alla base dei sistemi per la chirurgia assistita dal calcolatore. Gli argomenti trattati riguardano principalmente la gestione e l'elaborazione delle immagini mediche per finalità di pianificazione e simulazione della terapia, il tracking, la registrazione, l'ergonomia delle interfacce utente, la robotica medica guidata dalle immagini.

      Modulo Informatica medica: Al termine del modulo di informatica medica lo studente sarà in grado di eseguire l’ analisi di problemi per la definizione di specifiche di sistema; capire se un database è progettato bene; progettare e realizzare un prototipo web con il framework open source BMF specifico per soluzioni e-health. Acquisirà nozioni di base su standard di comunicazione in sanità HL7 e nozioni di base sul trattamento dei dati sensibili. Saprà di cosa si occupa l'ICT per un'azienda sanitaria; conoscerà la complessità del modello organizzativo. Brevi cenni di management di sistemi complessi.

  • CURRICULUM TECNOLOGIE BIOMEDICHE
  • Modellizzazione e identificazione di sistemi fisiologici (12 cfu)

    • a) Modulo “Cibernetica fisiologica” (ING-INF/04)
      Obiettivi: : Il modulo si occupa di modellizzare, attraverso gli strumenti matematici propri della teoria dei controlli automatici, i processi fisici e chimici degli organismi viventi, al fine di interpretarne e prevederne il comportamento ed eventualmente di dimensionarne il controllo per mezzo di farmaci o vaccini.
      b) Modulo “Modellizzazione biofisica dei sistemi complessi” (ING-INF/06)
      Obiettivi: Verranno introdotti e discussi modelli complessi di interesse biofisico (modelli di trasmissione neuronale, del sistema cardiocircolatorio, di motori cellulari). Verrano forniti gli strumenti fisico matematici relativi, dal trattamento dei segnali in sistemi complessi, a nozioni di statistica e al moto browniano.
  • Bioingegneria delle radiazioni (12 cfu)

    • a) Modulo “Sorgenti di radiazioni ionizzanti e interazioni biologiche” (ING-INF/06)
      Obiettivi: Obiettivi: Fornire agli studenti nozioni di base su fisica atomica e nucleare, sorgenti di radiazioni, interazioni tra radiazioni e materia e applicazioni in campo biomedico.
      b) Modulo "Radiazioni elettromagnetiche ed interazioni biologiche " (ING-INF/02)
      Obiettivi: : Il corso ha lo scopo di fornire le nozioni fondamentali sulla generazione, caratterizzazione e propagazione dei campi elettromagnetici, sulla loro interazione con i tessuti biologici, e sulle tecniche di misura. Verranno inoltre illustrati gli aspetti dosimetrici (dosimetria analitica, numerica e sperimentale), i sistemi di esposizione alle radiazioni elettromagnetiche, i metodi di schermatura, le linee guida internazionali (ICNIRP)e la normativa italiana sui limiti di esposizione della popolazione alle radiazioni non ionizzanti.
  • Analisi e modelli di segnali biomedici (12 cfu)

    • Fornire agli studenti i supporti metodologici per l’analisi di segnali aleatori, per l’analisi statistica multivariata e per l’impiego dei modelli nell’analisi di serie temporali di dati biomedici.
  • Elettronica biomedica I (9 cfu)

    • Lo studente che ha completato con successo il corso sarà in grado di progettare e analizzare elettronico analogico front-end per le diverse strumentazioni biomediche. Sarà in grado di dimostrare una solida conoscenza dei circuiti elettronici di base e avanzate utilizzate nella maggior parte dei biomedica strumentazione font-end, come differenziale, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e digitale -to-analog converter, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari. Il corso riguarda la progettazione e l'analisi dei differenziali, strumentazione e di isolamento amplificatori, filtri analogici passivi e attivi, analogico-digitale e convertitori digitali-analogici, blocchi elettronici per operazioni matematiche non lineari.
  • Attività a libera scelta (9 cfu)

    • La scelta effettuata tra gli insegnamenti del gruppo "Attività consigliate per la libera scelta" verrà automaticamente approvata. Altre scelte sono soggette ad approvazione da parte del Consiglio di Corso di Studio.
  • Meccanica applicata al sistema muscolo scheletrico (6 cfu)

    • • Fornire gli strumenti per l’analisi cinematica, statica e dinamica tridimensionale di sistemi meccanici, basandosi su un approccio robotico, sia di tipo teorico che pratico (programmi al calcolatore)
      • Indicare le strategie per la definizione degli schemi meccanici per l’analisi del movimento
      • Fornire gli elementi di base per la descrizione del sistema muscolo-scheletrico, in particolare arti e spina
      • Metodi per la stima delle forze muscolari e dei carichi sulle articolazioni
  • Ingegneria biomolecolare e cellulare (6 cfu)

    • Il corso, si propone di fornire le conoscenze di base sui sistemi cellulari e tissutali, utili per applicazioni in ambito bioingegneristico. In particolare, la prima parte del corso ha come obiettivo sia quello di fornire una panoramica sulla struttura e il funzionamento dei diversi tessuti biologici sia quello di fornire le conoscenze relative alle tecniche e alle procedure per la coltivazione in vitro di cellule animali con particolare riferimento alla loro applicazione nel settore dell'ingegneria tissutale, ai fini della rigenerazione di tessuti ed organi. Obiettivo della seconda parte del corso è invece quello di approfondire le conoscenze sull'ingegneria tissutale facendo specifico riferimento alle tecniche, alle procedure e ai materiali utilizzati per la realizzazione di supporti tridimensionali (scaffold) atti a supportare la rigenerazione dei diversi tessuti naturali
  • Prova finale (15 cfu)

  • Ingegneria dei Tessuti e Modelli Biomimetici (12 cfu)

    • Nella prima parte del corso lo studente svilupperà le conoscenze sullo stato dello stato dell’arte della medicina rigenerativa applicazioni e i nuovi sviluppi nell’ambito delle tecnologie per le ATMP (advanced therapeutic medicinal products) e i modelli in-vitro biomimetici.
      Obiettivi specifici: i) capire le proprietà e funzioni di materiali intelligenti (attuativi, termoresponsivi, nano-materiali, gel ionici, nanotubi, grafene ecc);ii) sapere come caratterizzare i materiali intelligenti ; iv) sapere come proiettare dei sistemi biomimetici per varie applicazioni (sensing non-invasivo, muscolo artificiale, rilascio controllato ecc).
      Nel secondo modulo lo studente svilupperà: i) conoscenza dei vincoli progettuali per sistemi in vitro in termini di sforzo di taglio e ricambio di nutrienti, ii) conoscenza di scaffold in termini dei loro criteri progettuali (modulo elastico, porosità, biodegradazione), iii) conoscenza della realizzazione di semplici sensori per il monitoraggio ambientale (pH, T) e loro controllo. L’obiettivo generale è di fornire allo studente le conoscenze in modo da poter fare delle scelte critiche sulle tecnologie appropriate per un dato applicazione. Abilità di progettare e modellare bioreattori e scaffold per l’ingegneria tissutale usando sia metodi analitici che analisi FEM.
  • Altre attività utili per l'inserimento nel mondo del lavoro (3 cfu)

    • Tale attività sarà articolata in cicli di seminari tenuti da personale del mondo accademico e delle aziende sanitarie con l’obiettivo di favorire lo studente all’apprendimento delle metodologie e delle opportunità lavorative con particolare riferimento al comparto della sanità.
  • Progettazione di micro e nano sistemi biomedicali (12 cfu)

    • Il corso è suddiviso in due moduli “Micro e Nano Sistemi” e “Sviluppo di Modelli computazionali 3D”.
      Il corso di “Micro e Nano sistemi” ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti metodologici e tecnici per la progettazione e la realizzazione di dispositivi dalle dimensioni micro e nanometriche utilizzando le principali tecniche di micro e nano fabbricazione. Lo studente inoltre imparera' ad usare software CAD e di modellizzazione agli elementi finiti.
      Il modulo di “Sviluppo di Modelli Computazionali 3D” ha lo scopo di fornire agli studenti la teoria di base e le conoscenze degli strumenti software dello stato dell'arte per consentire la sintesi di modelli 3D partendo da una serie immagini. Questi modelli 3D possono esser una sintesi di una selezione delle informazioni presenti nelle immagini che corrispondono alle regioni di interesse per un determinato scopo.
  • Robotica per chirurgia e per riabilitazione (12 cfu)

    • Il corso è diviso in due moduli Bioingegneria della riabilitazione e Robotica medica
      Bioingegneria della riabilitazione ha l’obiettivo di preparare bioingegneri in grado di progettare e realizzare dispositivi per la riabilitazione, così come di operare presso centri di riabilitazione ed enti pubblici e privati di servizi di riabilitazione.
      Robotica Medica ha come obiettivi formativi quelli di illustrare le problematiche fondamentali che si incontrano nella progettazione, nella fabbricazione e nell’utilizzo di sistemi robotici e meccatronici in chirurgia e in riabilitazione; descrivere le principali metodologie che si utilizzano nella progettazione di sistemi per la chirurgia minimamente invasiva, per la chirurgia assistita da calcolatore, per la neuroriabilitazione, per l’assistenza alle persone disabili e per altre applicazioni mediche