Obiettivi e contenuti

Il corso si propone di fornire un’introduzione al settore della Bioingegneria della riabilitazione, alle sue basi teoriche e alle sue applicazioni.

Obiettivi formativi:

  • fornire allo Studente solide competenze teoriche e pratiche sugli strumenti modellistici, metodologici e tecnologici che la bioingegneria può offrire al settore della riabilitazione;
  • fornire allo Studente le conoscenze di base sul controllo motorio naturale e artificiale;
  • dotare lo Studente delle capacità di analisi critica, progettazione tecnico-funzionale e validazione di macchine meccatroniche e robotiche di ausilio per le terapie neuromotorie di recupero funzionale;
  • fornire allo Studente competenze teoriche e pratiche sugli strumenti tecnologici che la bioingegneria può offrire per il pieno recupero alla vita sociale e lavorativa di un paziente affetto da patologie potenzialmente invalidanti

Principali argomenti:

  • Principi di modellazione dei componenti del sistema muscolo-scheletrico – Modelli biologici di materiali bioviscolestici dell’apparato muscolo-scheletrico; Modelli standard dei materiali viscoelastici; Relazioni costitutive generalizzate; Modelli biomeccanici della contrazione muscolare; Cenni alla trasduzione biochimica dello strain e all’effetto dello stress sulla crescita dei tessuti
  • Cenni sugli aspetti clinici legati alla riabilitazione – Evoluzione dei servizi socio-sanitari; Obiettivi della bioingegneria della riabilitazione e classificazione ICIDH-2
  • Definizione del percorso riabilitativo moderno ­– Schema generale del processo riabilitativo; La valutazione funzionale delle prestazioni motorie; limiti delle scale di valutazione della disabilità; Tecnologie per il recupero funzionale; Tecnologie per la sostituzione funzionale; Gli ausili tecnologici per il disabile e l’anziano; La formazione/ riqualificazione professionale
  • Analisi preliminare delle principali tecnologie utilizzate nel percorso riabilitativo –Tecnologie per il recupero funzionale; Tecnologie per la sostituzione funzionale ; Ausili tecnologici per l’autonomia, Classificazione generale degli ausili tecnologici­
  • Fattori umani per la bioingegneria della riabilitazione – Il modello HAAT: Persona-Attività-Ausili Tecnologici (Human-Activity-Assistive Technology); Un modello della componente umana nell’interazione uomo-macchina (sensori, effettori, elaborazione centrale); Funzioni sensoriali in relazione all’uso di tecnologie (vista, udito, funzioni somatosensoriali, controllo della postura e della posizione); Funzioni cognitive in relazione all’uso di tecnologie; Funzioni motorie in relazione all’uso di ausili, Legge di Fitts; Modelli cognitivi dell’interazione uomo-macchina
  • La valutazione delle prestazioni umane – La biomeccanica del movimento; Modellazione cinematica e dinamica del braccio umano; Scale qualitative e quantitative per la valutazione funzionale
  • Il recupero funzionale – Presupposti neurofisiologici per la terapia motoria robot-mediata; Stato dell’arte delle macchine per riabilitazione; Criteri ed esempi di progettazione di sistemi robotici e meccatronici per la neuroriabilitazione; Il sistema MIT-MANUS; Cenni sulle interfacce multimodali in neuro-riabilitazione robot-mediata; Cenni sulle neuroprotesi
  • Il controllo motorio – Richiami sul controllo motorio naturale e la neurofisiologia del movimento in soggetti abili e con disabilità neurologiche; Schemi di controllo delle macchine per riabilitazione
    Introduzione agli ausili e alle tecnologie per l’assistenza personale – Definizioni di ausilio e servizio di assistenza;
  • Caratterizzazione degli ausili; Principi di Progettazione Universale; Metodologia generale di progettazione centrata sull’uomo (human-centred) di un sistema di ausilio; Il caso di studio del progetto MOVAID
  • Interfacce per ausili – Caratteristiche generali; criteri di selezione dell’interfaccia; Rassegna delle principali tipologie di interfacce a 1 e 2 gradi di libertà; Esempi di interfacce per l’accesso al PC
  • Tecnologie per il controllo ambientale – Definizione di controllo ambientale; Concetto di rete domestica e tipologie di comunicazione; Esempio di sistema domotico
  • Tecnologie per la mobilità personale – Caratteristiche fondamentali di una carrozzina; Evoluzione tecnologica delle carrozzine; Esempi di prodotti commerciali; Stato dell’arte della ricerca
  • Tecnologie di ausilio alla manipolazione – Classificazione e definizione delle tipologie principali; Ausili a bassa tecnologia per la presa e altri compiti specifici di manipolazione; Ausili robotici: configurazioni tipiche, esempi, stato dell’arte; Il controllo dell’interazione fisica persona-ausilio: il controllo di cedevolezza nei sistemi robotici
  • Cenni sui servizi sanitari per la fornitura di ausili in Italia – Il concetto di “laboratorio ausili” presso le ASL; Il nomenclatore tariffario; Esempio di fornitura di una consulenza; I laboratori ausili in Italia; Le principali banche dati sugli ausili.

Organizzazione del corso


Il corso è organizzato in lezioni frontali del docente e una serie di esercitazioni svolte in parte in aula e in parte in laboratorio. La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è obbligatoria. Le lezioni sono integrate da seminari tenuti da medici e ricercatori del settore delle riabilitazione, con particolare riferimento ai docenti e ricercatori interni della Facoltà di Medicina e Chirurugia dell’Università Campus Bio-Medico e altri esperti di centri di ricerca italiani e stranieri con i quali sono in corso numerosi progetti di collaborazione nel settore della Bioingegneria della riabilitazione.

Modalità d’esame e di verifica del profitto

Colloquio orale sugli argomenti trattati a lezione e sugli eventuali lavori di approfondimento compilativo o sperimentale concordati con il docente.


Testi obbligatori per l’esame

  • Dispense e materiali didattici forniti dal docente.


Testi di riferimento consigliati

  • A.M.COOK, S.M. HUSSEY, Assistive Technologies: Principles and Practice, Mosby, 1995.
  • D.B. POPOVIC and T. SINKJAER, Control of movement for the physically disabled persons, London UK: Springer and Verlag, 2000. 
  • L. SCIAVICCO, B.SICILIANO, Modelling and Control of Robot Manipulators, 2 Edition, Springer-Verlag, London, UK 2000. 
  • F.M. MONTEVECCHI, Fenomeni di base e materiali biologici. 
  • Y.C. Fung, Biomechanics mechanical properties of living tissues 
  • R. PIETRABISSA, Biomateriali per protesi e organi artificiali 
  • S. KEATES, J. CLARKSON, Countering Design Exclusion, Sprinter, 2004 (ISBN:1852337699). 
    R.V.SMITH, J.H. Jr LESLIE (Eds.), Rehabilitation Engineering, CRC Press, 1990. 
  • E. R. KANDEL, J.H. SCHWARTX, T.M. JESSELL (Eds), Principles of Neural Science, McGraw-Hill/Appleton & Lange; 4th edition (January 5, 2000) (ISBN: 0838577016). 
  • A. CAPPELLO, A. CAPPOZZO, P.E. di PRAMPERO, Bioingegneria della postura e del movimento, Pàtron Editore, 2003. 
  • Materiale fornito dal docente: diapositive, dispense e articoli resi disponibili in fotocopia o in formato elettronico.