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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 073011 - BIOINGEGNERIA DEL SISTEMA MOTORIO
Docente Frigo Carlo Albino
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (401) INGEGNERIA BIOMEDICA* AZZZZ073011 - BIOINGEGNERIA DEL SISTEMA MOTORIO
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (471) BIOMEDICAL ENGINEERING - INGEGNERIA BIOMEDICA* AZZZZ073011 - BIOINGEGNERIA DEL SISTEMA MOTORIO

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

Obbiettivi: fornire gli elementi conoscitivi e metodologici per affrontare in modo propositivo e progettuale le vaste problematiche del sistema motorio, sia per quanto riguarda le basi fisiologiche del movimento umano, sia per quanto riguarda le tecniche di analisi quantitativa del movimento, la modellistica, la simulazione e la stima delle grandezza biomeccaniche di interesse, e le tecniche di recupero della funzione motoria.

Programma:

1)      L’uomo come macchina automotrice:

-         organizzazione delle varie componenti funzionali; postura e movimento, sistemi di controllo, concetti di sinergia e di programma motorio, considerazioni energetiche;

2)      La struttura di sostegno:

-         architettura dello scheletro; descrizione anatomo-funzionale dei principali complessi articolari;

3)      Il sistema motore:

-         il muscolo come attuatore; architettura del sistema muscolare e del sistema di trasmissione meccanica; modalità di contrazione e di controllo motorio; schemi dei principali circuiti riflessi; 

4)   Conversione di energia metabolica in meccanica; il lavoro muscolare; rendimento meccanico dell'esercizio fisico;

5)      Metodi per l’analisi biomeccanica del sistema motorio:

-         le rilevazioni e le stime antropometriche; la misura cinematica (tecniche e strumentazioni); la misura dinamometrica; misurazioni sperimentali invasive (forze intra-articolari, forze tendinee, pressioni intradiscali, pressione intra-addominale, cinematica di segmenti ossei); la registrazione elettromiografica; l’approccio modellistico; l’analisi della funzionalità locomotoria;

6)      Modelli biomeccanici per lo studio del sistema motorio:

-         modelli delle articolazioni (sistemi di riferimento, gradi di libertà, assi funzionali); modelli del muscolo (modelli per lo studio della contrazione, modelli della struttura, modelli per lo studio della cinematica muscolare); modelli del sistema di controllo motorio (modelli ‘alfa’, ‘gamma’, ‘lambda’); modelli segmentari (arto superiore, spalla, arto inferiore, il modello a pendolo inverso, il modello ‘total body’);

7)      Il problema dinamico inverso:

-         descrizione cinematica di sistemi articolati; sistemi di riferimento e matrici di rototraslazione; ricerca di assi funzionali; equazioni di equilibrio dinamico;

-         stima di forze muscolari e intra-articolari e approcci al superamento dell’indeterminatezza:

-         metodi e criteri di ottimizzazione; ipotesi sulle strategie di coordinamento motorio; uso di informazioni elettromiografiche (modelli ‘EMG driven’); definizione delle situazioni di carico; modellizzazione delle strutture intra-articolari (vincoli, superfici coniugate);

8)      Cenni alla soluzione del problema dinamico diretto:

-         metodi approssimati di soluzione; simulazione del movimento umano; esempi di applicazione (con riferimento anche a software di simulazione, tecniche di ‘rendering’, grafica 3-D, animazione);

9)      Applicazioni cliniche:

-         ortopedia e chirurgia funzionale (endoprotesi, mezzi di sintesi ossea, trasposizioni muscolari);

-         riabilitazione (ortesi e sistemi ibridi)

Esercitazioni:

Le esercitazioni sono dedicate all’approfondimento dei temi trattati durante il corso e comprenderanno visite a laboratori e ad ambienti clinici, seminari monografici, dimostrazioni di laboratorio, esercitazioni al computer, e sedute sperimentali.

Laboratorio:

Verranno svolte dimostrazioni e sedute sperimentali relative all'utilizzo delle strumentazioni più significative per l'analisi del movimento

 

 

 

English Abstract: Bioengineering of the motor system

Automotive properties of the human motor system. Energetics: mechanical work, efficiency, methabolic to mechanic energy conversion. Functional properties of the muscle, in relation to structure, fibre types, anatomical arrangement. The motor control system: spinal reflexes, synergies, motor programmes, models. Methods for experimental investigation with and without perturbation, invasive/non invasive measurements. Kinematic description of multiple joint system: reference frames, roto-translation matrices, functional axes. The inverse dynamics problems: dynamic equilibrium equations, inertia and visco-elastic parameters estimation, internal forces estimation. Principles of the forward dynamics approach. Musculo-skeletal models for the analysis and simulation of human movement. Clinical applications (functional orthopaedic surgery, prostheses).

 

 

Testi consigliati:

L'intero contenuto del corso è disponibile on line. Inoltre si consiglia la consultazione dei testi riportati in bibliografia

  


Note Sulla Modalità di valutazione

Esame orale finale


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaJ.A. Kapandji, Fisiologia articolare, Editore: DEMI
Risorsa bibliografica facoltativaB.Nigg and W.Herzog, Biomechanics of the musculoskeletal system, Editore: J.Wiley&Sons

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
30.0
esercitazione
20.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
27/01/2020