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INGEGNERIA BIOMEDICA
LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA BIOMEDICA
UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
Offerta
formativa
19/20
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tra
leL’Ingegneria Biomedica
◼L’ingegneria biomedica è una disciplina
che utilizza metodologie e tecnologie
dell’ingegneria per affrontare problemi
relativi alle scienze della vita.
◼È una disciplina emergente, volta a
generare una migliore comprensione dei
fenomeni medico-biologici ed a produrre
tecnologie per la salute con beneficio per
la società
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leLa formazione dell’Ingegnere
BiomedicoOccupandosi dei complessi sistemi
biologici, deve acquisire:
• una formazione ingegneristica di base ad ampio
spettro (fisico-matematica, informazione,
meccanica, chimica);
• adeguate competenze biologiche e
fisiopatologiche;
• una formazione specialistica nel settore della
bioingegneria.
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LAUREA MAGISTRALE: Figure
Professionali
Ingegnere clinicoEsperto e/o responsabile di alta qualificazione nella gestione dei
servizi di ingegneria clinica
Progettista di apparecchiature biomedicheSupporto alla progettazione di dispositivi, elaborazione di dati e
segnali, segue il prodotto, pianifica l’impatto sul mercato
Ricercatore in Ingegneria biomedicaSupporto alla ricerca di base; supporto alla ricerca applicata alla
progettazione di dispositivi innovativi (Dottorato di ricerca)
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LAUREA MAGISTRALE:
conoscenze attese
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• Conoscenze di circuiti, strumentazione,
apparecchiature medicali
• Conoscenze dei modelli e dei meccanismi
operanti nei sistemi biologici
• Conoscenze di segnali, tecniche di elaborazione,
tecniche di imaging
• Conoscenze di biomeccanica e tessuti biologici
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LAUREA MAGISTRALE:
conoscenze attese
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• Forma mentis adeguata a confrontarsi con
una realtà in rapida evoluzione
• Approccio fortemente multidisciplinare
• Equilibrio fra specializzazione e creatività
(possibilità di specializzarsi senza trascurare
le basi metodologiche)
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LAUREA MAGISTRALE:
perché Cesena?
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• Campus moderno con ottimi laboratori e
spazi
• Corpo docente giovane e preparato
• Numero limitato di studenti (ottimo rapporto
docenti/studenti)
• Svariate tematiche di ricerca
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LAUREA MAGISTRALE:
Campus Cesena
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Campus CesenaIN
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Requisiti di accessoIN
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• Almeno 36 CFU complessivamente in SSD delle
Materie di base dell’ingegneria (Matematica,
Fisica, Informatica, Chimica, ecc..)
• Almeno 24 CFU di Ingegneria dell’informazione
(Elettronica, Automatica, Telecomunicazioni)
• Almeno 6 CFU dell’Ingegneria Industriale (Fisica
Tecnica, Elettrotecnica,…)
• Voto di Laurea (85/110 se almeno 24 CFU in SSD
di Ingegneria Biomedica, altrimenti almeno 95/110)
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(Laurea Magistrale)
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Biomeccanica 6Elaborazione di dati e
segnali biomedici
9
Algebra e analisi
numerica 9
Modelli di sistemi
biologici
9
Biochimica applicata 6Strumentazione
biomedica
9
Bioelettromagnetismo 6
Idoneità di lingua
inglese 6
Primo anno
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(Laurea Magistrale)
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Secondo anno
Organi artificiali 6
Attività formative a scelta guidata (27 CFU)
Attività formative a scelta libera (12 CFU) –
Tesi finale (15 CFU)
Sensori e
nanotecnologie
9 Bioimmagini9
Bioingegneria della
riabilitazione
9 Meccanica dei
tessuti biologici 9
Sistemi neurali
9 Modelli e metodi per
la Cardiologia
computazionale
9
Scelte guidate
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(Laurea Magistrale)
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Secondo anno
Scelte libere
Biomeccanica della funzione motoria 6
Biomeccanica computazionale 6
Ingegneria biomedica per i paesi in via di sviluppo 3
Cognizione e neuroscienze 6
Laboratorio di design di prodotto LM 3
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(corsi obbligatori)
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⚫ Biomeccanica: Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze necessarie alla modellazione meccanica di problemi biologici riguardanti il
sistema muscolo-scheletrico e cardiocircolatorio e i principi di funzionamento e
progettazione degli organi artificiali impiegati per il trattamento di pazienti con
importanti disfunzioni di organo.
⚫ Algebra e Analisi Numerica: Al termine del corso, lo studente conosce gli aspetti numerico-matematici e le principali metodologie algoritmiche che gli
permettono di risolvere al calcolatore problemi di interesse nell’Ingegneria
(equazioni differenziali alle derivate ordinarie e derivate parziali con particolare
riferimento agli schemi alle differenze finite e agli elementi finiti)
⚫ Biochimica applicata: Al termine del corso lo Studente conosce la struttura delle biomolecole coinvolte nelle vie dell’informazione (acidi nucleici e proteine)
e i principali approcci metodologici e strumentali per la loro analisi biochimica
in laboratorio. Ha così rilevato le esigenze fondamentali di un laboratorio
biomedico di base, in ambito clinico o di ricerca.
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(corsi obbligatori)
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⚫ Bioelettromagnetismo: Al termine del corso lo studente conosce i principali fenomeni legati alla propagazione libera e guidata delle onde
elettromagnetiche ed alla loro interazione con i diversi mezzi materiali.
⚫ Successivamente si dedica allo studio dei meccanismi di interazione tra i
campi elettromagnetici ed i sistemi biologici e relativi modelli teorici.
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⚫ Elaborazione di dati e segnali biomedici: Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze teoriche sui segnali tempo-discreto, sui
processi stocastici, sui metodi non-stazionari, sugli stimatori. E’ in grado di
elaborare segnali al computer applicando le tecniche di filtraggio, di stima
parametrica e di classificazione, e di valutare gli aspetti energetici di un
segnale.
⚫ Modelli di sistemi biologici: Al termine del corso lo studente è in grado descrivere i principali fenomeni e processi biofisici mediante modelli
matematici, analizzare le principali proprietà dei modelli matematici lineari e
non lineari, anche con riferimento ai problemi di regolazione e controllo e
studiare il comportamento di un sistema biologico complesso mediante
simulazione numerica.
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(corsi obbligatori)
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⚫ Strumentazione biomedica: Lo studente, al termine del corso, possiede le conoscenze relative ai principi di funzionamento e di progettazione della
strumentazione diagnostica e terapeutica di più comune impiego nella pratica
clinica (sistemi per la registrazione di potenziali bio-elettrici, dispositivi
piezoelettrici, sistemi di diagnostica per immagini, sistemi per la misura di flussi
e volumi corporei, pacemaker, defibrillatori).
⚫ Organi artificiali: Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze relative ai principi di funzionamento e progettazione degli organi artificiali
impiegati per il trattamento di pazienti con importanti disfunzioni di organo. In
particolare, è in grado di conoscere le tecnologie impiegate, i materiali, le
problematiche legate alla loro progettazione, brevettazione, sperimentazione,
certificazione, utilizzo clinico e sviluppi futuri.
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(scelte guidate)
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⚫ Sensori e nanotecnologie: Al termine del corso lo studente matura conoscenze di base per la comprensione e l’utilizzo dei trasduttori e delle
relative interfacce elettroniche, impara ad affrontare l’argomento da un punto
di vista sistemistico, enfatizzando gli elementi comuni delle diverse tipologie di
sensori e conosce le tecniche di fabbricazione nel campo della nanotecnologia
e le tecniche di laboratorio per l’analisi di strutture nanometriche
⚫ Bioingegneria della riabilitazione: Al termine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze di base per: la valutazione quantitativa della funzione
motoria, il progetto e l’impiego dei principali strumenti per la riabilitazione
sensori-motoria, la selezione e la personalizzazione degli ausili.
⚫ Sistemi Neurali: Al termine del corso lo studente possiede strumenti teorici e pratici sui principali modelli di neuroni, sulle reti neurali, sia artificiali sia
ispirate alla fisiologia, sulle tecniche di apprendimento, sui problemi affrontabili
attraverso ciascun tipo di rete. E’ in grado di simulare il comportamento di
semplici reti neurali al computer. Possiede conoscenze sulle problematiche
legate a tecniche di neuroimaging e di elettroencefalografia.
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SINTESI DELLE DISCIPLINE
(scelte guidate)
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⚫ Bioimmagini: Al termine del corso lo studente possiede una competenza approfondita circa la valutazione e la elaborazione di bioimmagini e acquisrà
gli strumenti per elaborare bioimmagini 2D e 3D per scopi
diagnostici/terapeutici ottenute con diversi sistemi di acquisizione mediante
l’applicazione sia di tecniche classiche sia di metodi avanzati di filtraggio,
segmentazione e registrazione.
⚫ Meccanica dei tessuti biologici: Al termine del corso, lo studente ha la capacità di analizzare il legame stuttura-funzione-proprietà meccaniche dei
tessuti, comprendere la risposta meccanica e tempo-dipendente dei tessuti,
sviluppa ed analizza esperimenti per caratterizzare meccanicamente i tessuti.
⚫ Modelli e metodi per la cardiologia computazionale: Lo studente, alla fine del corso, conosce le principali problematiche fisiopatologiche in
ambito cardiaco e i possibili approcci di tipo computazionale per affrontarle.
Conosce i metodi per la rappresentazione astratta dei processi biologici su
scala molecolare e cellulare attraverso esempi e conosce le tecniche e i
dispositivi per misure in elettrofisiologia cardiaca.
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Laura Magistrale Ingegneria ElettronicaCurriculum Bioingegneria Elettronica
Primo anno – attività formativa obbligatoria:
Docente: Guido Avanzolini, Crediti: 6
Conoscenze ed abilità da conseguire: Analisi e progetto di semplici sistemi
diagnostici. La sicurezza elettrica delle apparecchiature biomediche.
Secondo anno – attività formativa obbligatoria
Docente: Angelo Cappello, Crediti: 6
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.
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Laura Magistrale Ingegneria ElettronicaCurriculum Bioingegneria Elettronica
Secondo anno – attività formativa obbligatoria:
Docente: Lorenzo Chiari, Crediti: 6
Conoscenze e abilità da conseguire: acquisire gli strumenti conoscitivi e
metodologici per estrarre l'informazione utile da un segnale biomedico,
interpretare i risultati e convalidare i descrittori ottenuti alla luce di elementi di
conoscenza del sistema biologico coinvolto, innovare nell'ambito delle
conoscenze fisiologiche, della produzione di nuove apparecchiature mediche
"intelligenti", e in nuovi protocolli clinici di prevenzione, diagnosi e cura.
Secondo anno – attività formativa a scelta libera consigliate:
Docente: Claudio Lamberti, Crediti: 6
Conoscenze e abilità da conseguire: Gestione e normativa delle
apparecchiature biomediche. Sistemi informativi sanitari ed elementi di
telemedicina. Il dimensionamento dei servizi sanitari. La diagnostica per
immagini. Elaborazione di immagini biomediche: metodi di filtraggio e
segmentazione. Visualizzazione assistita al calcolatore.
Tecniche di realtà virtuale in biomedicina.
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▪ STRUTTURE SANITARIE, SPORT
▪ APPARECCHIATURE MEDICALI,
DISPOSITIVI IMPIANTABILI E
PORTABILI, SISTEMI ROBOTIZZATI
▪ IMPIANTI BIOMEDICI
▪ TELEMEDICINA
▪ BIOLOGIA SINTETICA
▪ INGEGNERIA DI CELLULE E TESSUTI
▪ BIOIMMAGINI
▪ NEUROPROTESI
▪ NEUROSCIENZE
Ingegneria Biomedica (Cesena)
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LIB - INGEGNERIA BIOMEDICA
I laboratori a Cesena
STRUMENTAZIONE BIOMEDICA,
ELABORAZIONE DATI BIOMEDICI,
MODELLAZIONE DI FUNZIONI
CEREBRALI E PROCESSI MOTORI
ICM - INGEGNERIA CELLULARE - MOLECOLARE
ELABORAZIONE DATI BIOCHIMICI,
BIOLOGIA SINTETICA,
INGEGNERIA DEI TESSUTI BIOLOGICI
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Le motivazioni legate al territorio
In Emilia-Romagna è presente una concentrazione industriale consistente,
competitiva e rivolta all'esportazione
Gambro Dasco (MO)
Mortara Rangoni (BO) Technogym(FC)
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leLe motivazioni legate al territorio
In Emilia-Romagna sono presentiimportanti strutture sanitarie,
pubbliche e private, con un parco tecnologico costoso e di alta
complessità tecnica
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leLe motivazioni legate al territorio
In Emilia-Romagna sono presenti importanti centri di ricerca
DEISDEIS
http://www.http://www.cinecacineca..itit/B3C//B3C/
Centro Protesi INAIL
Industria & Università
Istituti Ortopedici Rizzoli
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Complessità Cerebrale in Risonanza
Magnetica con Indici Frattali
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Machine and Deep
Learning in
NeuroImaging
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Realtà Aumentata con
Robot Chirurgico Da Vinci
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• Sviluppo di tecniche basate su misure non invasive per unadiagnosi precoce, più affidabile e a ridotto impatto economico
• Sviluppo di sistemi indossabili per la predizione di eventifisiopatologici potenzialmente pericolosi per sé stessi o per gli altri
(predizione di attacchi epilettici, predizione di sonnolenza)
Sistemi indossabili
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• Brain-computer interface(dispositivi esterni direttamente controllati dal segnale EEG)
• Tecniche e procedure per la riabilitazione dipazienti con deficit cognitivi/sensoriali/motori
• Dispositivi multimediali «brain inspired» in gradodi integrare informazioni da ingressi differentiper generare comportamenti intelligenti
Bioingegneria della riabilitazione
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STUDIO DEI RITMI CEREBRALI: ACQUISIZIONE
E ANALISI DEL SEGNALE ELETTROENCEFALOGRAFICO
• Acquisizione segnale EEG a riposo e durante task sensoriali/cognitivi/motori
• Analisi dei ritmi EEG attraverso tecniche avanzate di signal processing
• Obiettivo: contribuire a chiarire l’origine ela funzione dei ritmi cerebrali con finalitàconoscitive e applicative (e.g. BCI)
segnali EEG ‘grezzi’ rimozione artefatti
(ICA)
analisi spettrale
stima attività
corticale
analisi modellistica
deep learning per
estrazione e
classificazione
resttask 1task 2
alpha
PS
D
analisi tempo-
frequenza
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Neuroscienze conmputazionaliModelli matematici e algoritmi in grado di simulare l’emergere dicomportamenti «intelligenti»
Modelli che simulano:
• la connettività tra areecerebrali
• l’interazione tra i sensi(vista, udito, tatto…)
• la plasticità cerebrale
Comprendere come diverse regioni cerebrali partecipano a un medesimo task
Comprendere i meccanismi neurali alla base della percezione
Comprendere i cambiamentidei circuiti cerebrali in seguitoa esperienza e apprendi-mento
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Neuroscienze computazionaliModelli matematici e algoritmi in grado di simulare l’emergere dicomportamenti «intelligenti»
Modelli che simulano:
• La memoria semantica
• I gangli della base e lamalattia di Parkinson
• I ritmi cerebrali
Comprendere i meccanismineurali alla base delriconoscimento di oggetti(embodied cognition)
Chiarire i meccanismi patologici e aiutare l’ot-timizzazione della terapia
Comprendere il ruolo delleoscillazioni neuronali a livellocognitivo
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Tecniche diagnostiche innovative
• Modelli e strumentazione
per l’ottimizzazione della
terapia emodialitica
• Modelli per
l’elettrofisiologia atriale e
ventricolare
• Elaborazione di immagini
cardiache
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Biomeccanica del movimento
Modelli muscolo-scheletrici
• Meccanica e
metabolismo total-body
• Stima della forza muscolare
• Biomeccanica articolare
Metodi avanzati pel la
quantificazione del
movimento
• Protocolli per la minimizzazione
dell’artefatto da tessutomolle
• Fluoroscopia 3D
• Protocolli robusti per applicazioni
speciali
ACL
PCL
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Monitoraggio quatitativo del controllo motorio
Metriche avanzate per
l’analisi del controllo
motorio
• Quantificazione stabilità statica e
dimanica
• Caratterizzazione del deficit di
controllo associato a condizioni
patologiche
Monitoraggio dello sviluppomotorio
• Indici di valutazione oggettiva del
controllo nell’età dello sviluppo
• Sistemi indossabili per il monitoraggio
pervasivo
• Pattern di riferimento per
l’identificazione precoce di alterazioni
dello sviluppo motorio
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▪ BIOCOMPATIBILITA’ E
FUNZIONALIZZAZIONE DI
POLIMERI DI INTERESSE
BIOMEDICALE,
▪ ATTUATORI PER LO STIMOLO
DINAMICO (COMPRESSIONE,
DEFORMAZIONE, SFORZI DI
TAGLIO) DI CELLULE IN
COLTURA
▪ MEDICINA RIGENERATIVA.
Referente: [email protected]
Ingegneria dei Tessuti
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Biologia sintetica
▪ CIRCUITI GENETICI
SINTETICI,
▪ PARTI BIOLOGICHE
MODULARI E STANDARD,
▪ PROGETTAZIONE GUIDATA
DALLA SIMULAZIONE
NUMERICA,
▪ SENSORI BIOMOLECOLARI.
Referente: [email protected]