35374 - BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire allo Studente un quadro sulle problematiche della disabilità, gli ausili utilizzati e le tecniche per la valutazione funzionale con particolare riferimento alla neuroriabilitazione e neuroprotesi nel controllo della postura e del movimento, alla protesi e ortesi per arti superiori e inferiori, e al monitoraggio remoto, applicazioni domotiche e realtà virtuale.

Contenuti

1. Introduzione al corso
• Le tecnologie per la riabilitazione ed il loro impatto sulla salute e sulla società: il disabile, il bambino e l'anziano

2. Basi anatomo-fisiologiche
• Anatomo-fisiologia del sistema muscolo-scheletrico
• Organizzazione del sistema nervoso centrale e periferico
• Funzioni del sistema nervoso centrale colpite più spesso da eventi traumatici/vascolari, da malattie neurodegenerative, del neuro-sviluppo e neuromotorie.

3. La biomeccanica
• La biomeccanica: definizione, obiettivi, metodologie
• Statica, cinematica e dinamica del corpo rigido e dei sistemi articolati
• Biomeccanica del movimento umano: finalità generali, cenni storici
• Cinematica e dinamica del movimento umano
• Analisi del movimento: Sistemi markerless e marker-based (es. stereo-fotogrammetria), dinamometria e sensoristica indossabile
• Applicazioni cliniche su paziente adulto e pediatrico
• Esercizi di biomeccanica

4. Il controllo della postura e del movimento
• Il controllo posturale
• I disordini dell'equilibrio e la loro valutazione clinica
• La valutazione del controllo posturale per via strumentale: posturografia statica e dinamica, tecniche stabilometriche
• Modelli del controllo postulare
• Il segnale posturografico: parametri derivati dalla traiettoria del centro di pressione
• La caduta nel soggetto anziano o disabile: analisi della stabilità, determinanti della caduta, dinamica, classificazione, predizione, assistenza e riabilitazione
• Applicazioni cliniche su paziente adulto e pediatrico
• Esercizi

5. Elementi di valutazione funzionale e cognitiva
• Definizione di funzione
• Le scale di valutazione funzionale
• Tecniche strumentali per la valutazione funzionale
• Estrazione di informazione dai dati: uso di modelli statistici e di tecniche di classificazione basati su machine learning.
• Valutazione della funzione cognitiva
• Esempi applicativi

6. Tecniche riabilitative basate su biofeedback e realtà virtuale
• Biofeedback: principi base e applicazioni
• Biofeedback posturale, biofeedback del cammino e neurofeedback
• Sistemi per la riabilitazione basati su Realtà Virtuale
• Casi applicativi

7. Ausili e sistemi per il supporto alla mobilità, alla comunicazione e all'autonomia
• Introduzione alla Disabilità
• Classificazione ICIDH e ICF
• Definizione di Ausilio. Ausili per l'autonomia. Design for All e tecnologie personalizzate.
• Protesi ed ortesi per arto superiore ed inferiore. Protesi estetiche e protesi funzionali. Protesi esoscheletriche ed endoscheletriche. Ortesi statiche e dinamiche. Applicazioni cliniche per adulti e bambini.
• Ausili per la mobilità
• Esoscheletri e sistemi robotici per la riabilitazione

8. Interfaccia uomo-calcolatore-ambiente
• Sensori per disabilità motorie
• Interfacce per tecnologie assistive.
• Ausili tecnologici ed informatici per la comunicazione. Sistemi di accesso al computer. Tastiere speciali ed emulatori di mouse. Software per l'accesso facilitato al PC.
• Sistemi domotici e standards. Modalità di trasmissione dati nei sistemi domotici.
• Domotica e disabilità
• Interfacce basate sulla realtà virtuale
• Brain-computer interface (BCI) basate su segnali elettroencefalografi (EEG) ed elettromiografici (EMG)

Testi/Bibliografia

Appunti del docente e presentazioni Power Point.

1. Cappello A., Cappozzo A., di Prampero P.E. (Eds.). (2003). Bioingegneria della Postura e del Movimento, Patron Editore.
2. Winter D.A. (2009), Biomechanics and Motor Control of Human Movement, John Wiley & Sons.
3. Ozkaya N., Nordin M., Goldsheyder D., Leger D. (Eds. Angelo Cappello, Lorenzo Chiari) (2021) Fondamenti di Biomeccanica. Equilibrio, movimento e deformazione, Piccin Editore.
4. Farina, D., Jensen, W., & Akay, M. (Eds.). (2013). Introduction to neural engineering for motor rehabilitation (Vol. 40). John Wiley & Sons.
5. Salisbury, D. B., Dahdah, M., Driver, S., Parsons, T. D., & Richter, K. M. (2016, April). Virtual reality and brain computer interface in neurorehabilitation. In Baylor university medical center proceedings (Vol. 29, No. 2, pp. 124-127). Taylor & Francis.
6. Reinkensmeyer, D. J., & Dietz, V. (Eds.). (2016). Neurorehabilitation technology. New York: Springer.
7. Dimitrousis, C., Almpani, S., Stefaneas, P., Veneman, J., Nizamis, K., & Astaras, A. (2020). Neurorobotics: Review of Underlying Technologies, Current Developments and Future Directions. Neurotechnology: Methods, advances and applications.
8. Chen, S. C., Bodine, C., & Lew, H. L. (2021). Assistive Technology and Environmental Control Devices. In Braddom's Physical Medicine and Rehabilitation (pp. 374-388). Elsevier.
9. Gupta, D., Sharma, M., Chaudhary, V., & Khanna, A. (Eds.). (2021). Robotic Technologies in Biomedical and Healthcare Engineering. CRC Press.
10. Chui, K. K., Jorge, M., Yen, S. C., & Lusardi, M. M. (2020). Orthotics and prosthetics in rehabilitation.

Metodi didattici

Durante le lezioni verranno discusse le problematiche generali connesse con la progettazione e lo sviluppo di sistemi per la riabilitazione sensori-motoria. Il primo modulo include gli argomenti 1-4 mentre i restanti 5-8 verranno trattati nel secondo modulo.

Il corso sarà affiancato da esercitazioni da svolgere in classe sul proprio calcolatore che consentiranno di progettare e simulare esperimenti in modo realistico.

Il corso prevede l'applicazione, attraverso un'attività progettuale condotta in piccoli gruppi o individualmente, dei contenuti teorici che consentirà a gruppi di studenti di approfondire alcuni aspetti del corso.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale comprende una prova scritta e una orale. La prova scritta consiste in un esercizio per il modulo 1 e domande aperte per il modulo 2. L'esame orale prevede la presentazione del progetto.

Strumenti a supporto della didattica

• Presentazioni PowerPoint
• Sistema stereo-fotogrammetrico
• Pedane dinamometriche
• Elettromiografo wireless multicanale
• Sensori ed attuatori indossabili
• Visori per realtà virtuale
• Elettroencefalografo per BCI

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Orlandi