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UNIVERSITÀ DI PISA

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea Triennale in

INGEGNERIA BIOMEDICA

Informazioni e programmi degli insegnamenti

ANNO ACCADEMICO 2006/2007

INDICE

PREFAZIONE

GLI ORGANI E LE COMMISSIONI DEL CORSO DI LAUREAIl Consiglio del Corso di LaureaIl PresidenteLa Commissione Didattica PariteticaLa Commissione stralcio

LE PERSONEI DocentiLa Coordinatrice Didattica

LE STRUTTURE DI RIFERIMENTO

L’OFFERTA DIDATTICAI periodiI creditiL’organizzazione didatticaIl manifesto

I PROGRAMMI DEGLI INSEGNAMENTIAnalisi dei Circuiti e Macchine Elettriche (Prof. O. Bruno)Analisi dei Segnali Biomedici (Prof. L. Landini)Biochimica (Prof. R. Zucchi)Bioingegneria chimica (Prof. P. Giusti)Biomateriali (Prof. L. Lazzeri)Biomeccanica (Prof.ssa A. Ahluwalia)Cenni di chimica organica (Prof. MG Cascone)Cinematismi degli arti motori (Prof.ssa F. Di Puccio)Comunicazione Tecnico-Scientifica (Prof.ssa A. Ahluwalia)Elementi di termodinamica (Prof. M. Allegrini)Elettronica (Prof. R. Roncella)Fenomeni Bioelettrici (Prof. A. Carpi)Fenomeni di trasporto biologico (Prof. R. Mauri)Fisica Generale (Prof. M. Allegrini)Fisiologia (Prof. B. Ghelarducci)Fondamenti Chimici dell’Ingegneria (Prof.ssa M.G. Cascone)Fondamenti di Automatica (Prof. A. Landi)Geometria ed Algebra Lineare (Prof. M. Forti)Gestione delle Tecnologie Sanitarie (Prof. P. Donati)Immunologia microbica (Prof. M. Campa)Informatica medica (Prof.ssa M.F. Santarelli)Informatica (Prof. A. Vecchio)

Laboratorio di Bioingegneria (Proff. P. Scilingo, G. Vozzi)Matematica (Prof. S. Galatolo)Meccanica (Prof. E. Ciulli, Prof. F. Di Puccio)Misure biomediche (Prof. P. Chiarelli)Ottica Biomedica (Prof.ssa A. Ahluwalia)Principi di Programmazione (Prof.ssa M.F. Santarelli)Processi Biologici industriali (Prof. R.Tartarelli )Scienza e Tecnologia dei materiali (Prof. G. Gallone)Strumentazione biomedica (Prof. C. Domenici)Verifiche di sicurezza (Prof. L. Piccinocchi)

CORSO DI LAUREA TRIENNALEIN INGEGNERIA BIOMEDICA

PREFAZIONE

L’Ingegneria Biomedica si propone, per la prima volta nella storia dell’Ingegneria moderna, come la disciplina legata alla biologia, ossia alla materia vivente. Essa coglie l’attuale momento di transizione verso il settore biomedico nella sua duplice veste: come elemento ispiratore (di oggetti e strumenti) e come campo applicativo. Per esempio si costruiscono sempre più spesso oggetti (dalle proteine ai robot antropomorfi, dai muscoli artificiali ai materiali intelligenti) che si ispirano a modelli biologici; d’altra parte è opinione condivisa che la tecnologia applicata alla gestione della salute avrà un ruolo fondamentale nelle fasi della diagnosi, cura e riabilitazione di una società che sta profondamente modificandosi dal punto di vista demografico e sociale. Inoltre potrà contribuire alla conoscenza dei fenomeni biologici attraverso le metodologie proprie dell’ingegneria: “capire attraverso il costruire”.Il Corso di Laurea solo apparentemente è molto specialistico: in realtà esso aggrega competenze e professionalità tipiche dell’ingegneria in senso lato per applicarle nel campo sfaccettato della Biomedica, cui afferiscono e trovano importanti sinergie i saperi ingegneristici più diversi. Infatti il Corso di Laurea di Ingegneria Biomedica ha l’obiettivo di fornire ai laureati conoscenze di base scientifiche e ingegneristiche rilevanti per le applicazioni biomediche, competenze nel risolvere problemi di analisi/progettazione, capacità di condurre esperimenti e di comprendere l’interazione tra dispositivi/materiali e fenomeni biologici, metodi per gestire l’impatto della tecnologia nel contesto sociale e ambientale, capacità di gestire e organizzare sistemi complessi, sensibilità ai fattori etici e alle tematiche della sicurezza e della qualità.Oggi, nel settore biomedico, si sta assistendo a una significativa tendenza di piccole e medie aziende, un tempo di natura prettamente commerciale, a trasformarsi in imprese produttrici: il mercato mostra un rinnovato interesse a reperire ingegneri per la progettazione e per la produzione. D’altra parte all’interno delle strutture sanitarie pubbliche e private i sistemi e le apparecchiature di diagnosi, terapia e riabilitazione hanno raggiunto una grande diffusione: esse costituiscono un parco tecnologico, di notevole valore economico e caratterizzato da un forte tasso di innovazione, che richiede appropriate competenze per adeguarne l’utilizzazione all’entità degli investimenti e alle necessità della collettività. In tali contesti la laurea in Ingegneria Biomedica offre una preparazione interdisciplinare, con una qualificazione professionale adatta a operare sia nel settore industriale (con particolare riferimento ad attività di sviluppo e di produzione di apparecchiature biomedicali, supporti informatici, ausili ai disabili, organi artificiali e protesi e di supporto tecnologico e organizzativo alle attività commerciali e gestionali) sia nell’ambito di strutture pubbliche e private preposte all’erogazione dei servizi sanitari (attività di gestione tecnica di sistemi e apparecchiature biomediche). Ma soprattutto la figura dell’ingegnere biomedico si salda con la figura dell’ingegnere a tutto campo, tipico della grande tradizione internazionale, che pone al centro della sua attività la soluzione dei problemi attraverso il saper fare.

GLI ORGANI E LE COMMISSIONI DEL CORSO DI LAUREA

Il Consiglio di Corso di LaureaIl Consiglio dei Corsi di Studio in Ingegneria Biomedica si è costituito il 28 maggio 2002, aggregando i consigli del Corso di Diploma e del Corso di Laurea nuovo ordinamento. Esso è attualmente così formato:

Docenti garanti del nuovo ordinamento: Ahaluwalia Arti Devi, Allegrini Maria, Bruno Ottorino, Cascone Maria Grazia, Chiarelli Piero, De Rossi Danilo Emilio, Di Puccio Francesca, Domenici Claudio, Ghelarducci Brunello, Giusti Paolo, Landini Luigi, Roncella Roberto, Santarelli Maria Filomena.

Altri docenti: Campa Mario, Donati Paolo, Galatolo Stefano, Forti Marco, Gallone Giuseppe, Landi Alberto, Lazzeri Luigi, Mauri Roberto, Luca Piccinicchi, Tartarelli Roberto, Zucchi Riccardo.

Coordinatrice didattica: Letizia Iannella

Spetta al consiglio del Corso di Laurea:a) organizzare e coordinare le attività di insegnamento per il conseguimento del titolo accademico relativo al Corso di Laurea;b) esaminare ed approvare i piani di studio proposti dagli studenti per il conseguimento del titolo accademico;c) sperimentare nuove modalità didattiche, nei limiti previsti dalle disposizioni di legge;d) avanzare proposte di professori a contratto, ai fini della programmazione didattica della facoltà;e) approvare la relazione annuale sull’attività didattica del Corso di Laurea, contenente anche una valutazione complessiva dei risultati conseguiti e della funzionalità dei servizi didattici disponibili;f) avanzare richieste per il potenziamento e l’attivazione dei servizi didattici;g) presentare al Consiglio di Facoltà le proposte relative alla programmazione ed all’impiego delle risorse didattiche disponibili al fine di pervenire, con razionale ed equilibrato impegno dei docenti, alla individuazione di una efficace offerta didattica;h) formulare per il Consiglio di Facoltà proposte e pareri in merito alle modifiche statutarie attinenti al Corso di Laurea, alla destinazione dei posti in organico di professore di ruolo e di ricercatore, alla richiesta di nuovi posti in organico di professore di ruolo e di ricercatore, alla chiamata di professori di ruolo per gli insegnamenti impartiti nel Corso di Laurea;i) deliberare il regolamento didattico del Corso di Laurea;l) approvare il regolamento di funzionamento del Corso di Laurea;m) deliberare, a richiesta degli interessati, sul riconoscimento degli studi compiuti e dei titoli conseguiti.

Il PresidenteIl Presidente del Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica è il Prof. Luigi Landini.Spetta al Presidente del Corso di Laurea:a) convocare e presiedere il Consiglio, coordinandone l’attività e provvedendo alla esecuzione delle relative deliberazioni;b) adottare provvedimenti di urgenza su argomenti afferenti alle competenze del consiglio sottoponendoli allo stesso, per ratifica, nella prima adunanza successiva;c) partecipare alle riunioni del Comitato di Presidenza della Facoltà, se istituito;d) predisporre la relazione annuale sull’attività didattica; e) sovrintendere alle attività del Corso di Laurea e vigilare, su eventuale delega del Preside, al regolare svolgimento delle stesse;f) proporre al preside la commissione per il conseguimento del titolo accademico e nominare, su proposta dei professori ufficiali, le commissioni per gli esami dei singoli insegnamenti.

La Commissione Didattica PariteticaLa Commissione Didattica Paritetica, in fase di costituzione, è formata dai rappresentanti degli studenti nel consiglio di Corso di Laurea, da un pari numero di garanti e dal presidente del Corso di Laurea che la presiede. La commissione ha funzioni analoghe a quelle previste per le commissioni didattiche di Facoltà di cui all’art. 26 dello Statuto: in particolare esprime parere sulla programmazione didattica annuale e sulla compatibilità tra i crediti assegnati alle attività formative e gli obiettivi formativi del Corso di Laurea determinati nel Regolamento Didattico di Ateneo e di Corso di Laurea.

LE PERSONE

I DocentiI docenti titolari degli insegnamenti del nuovo ordinamento sono:

Prof.ssa Maria AllegriniProfessore Ordinario presso il Dipartimento di fisica “E.Fermi”Membro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Largo B.Pontecorvo, 3 - 56127 Pisa.

Prof.ssa Arti Devi AhluwaliaProfessore Associato presso il Dipartimento di Ingegneriadell’Informazione: Elettronica, Informatica, TelecomunicazioniMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Centro Interdipartimentale di Ricerca “Enrico Piaggio”, Via Diotisalvi 2, 56122 Pisa.

Prof. Ottorino BrunoProfessore Straordinario presso il Dipartimento di Sistemi elettrici e AutomazioneMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56122 Pisa.

Prof. Mario CampaProfessore Ordinario presso il Dipartimento di Patologia sperimentalee Biotecnologie mediche, Infettivologia e EpidemiologiaMembro della Facoltà di Medicina e ChirurgiaIndirizzo: Via San Zeno 35-39, 56127 Pisa.

Prof. Angelo Carpi Docente afferente al Centro Interdipartimentale ‘E. Piaggio’Indirizzo: Centro Interdipartimentale di Ricerca “Enrico Piaggio”, Via Diotisalvi 2, 56122 Pisa.

Prof.ssa Maria Grazia CasconeProfessore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica,Chimica Industriale e Scienza dei MaterialiMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Piero Chiarelli Docente afferente all’Istituto di Fisiologia Clinica del CNRArea della Ricerca “San Cataldo”Via Moruzzi, 1, 56100 Ghezzano (PI).

Prof. Enrico CiulliProfessore Associato presso Ingegneria Meccanica, Nucleare

e della ProduzioneMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Claudio DomeniciDocente afferente all’Istituto di Fisiologia Clinica del CNRArea della Ricerca “San Cataldo”Indirizzo: Via Moruzzi 1, 56100 Ghezzano (PI).

Prof. Paolo DonatiAmministratore unico Consorzio MetisIndirizzo: Lungarno S. Sonnino 15, 56125 Pisa.

Prof.ssa Francesca Di PuccioRicercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nuclearee della ProduzioneMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Marco FortiProfessore Ordinario presso il Dipartimento di Matematica Applicata “U. Dini”Membro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Di Vittorio 2, 56126 Pisa.

Prof. Marco GalatoloRicercatore presso il Dipartimentodi Matematica Applicata “U. Dini”Membro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Bonanno Pisano 25/B, 56126 Pisa.

Prof. Giuseppe GalloneRicercatore Universitario presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica,Chimica Industriale e Scienza dei MaterialiMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Brunello Ghelarducci Professore Ordinario presso il Dipartimento di Fisiologia e BiochimicaMembro della Facoltà di Medicina e ChirurgiaIndirizzo: Via S. Zeno 31, 56127 Pisa.

Prof. Paolo GiustiProfessore Ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica,Chimica Industriale e Scienza dei MaterialiMembro della Facoltà di Ingegneria

Indirizzo: Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Alberto LandiProfessore Associato presso il Dipartimentodi Sistemi Elettrici e AutomazioneMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Luigi LandiniProfessore Ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione: Elettronica, Informatica, TelecomunicazioniMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56122 Pisa.

Prof. Luigi LazzeriProfessore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica, Chimica Industriale,Scienze dei MaterialiMembro della facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Roberto MauriProfessore Ordinario presso il Dipartimentodi Ingegneria Chimica, Chimica Industriale e Scienza dei MaterialiMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: DICCISM, Università di Pisa, 56126 Pisa.

Prof. Luca PiccinocchiEsperto presso Finmeccanica Selex CommunicationsVia S. Michele d Scalzi 58 56127Pisa

Prof. Roberto RoncellaProfessore Associato presso il Dipartimento di Ingegneriadell’Informazione: Elettronica, Informatica, TelecomunicazioniMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Caruso, 16 56122 Pisa.

Prof.ssa Maria Filomena SantarelliDocente afferente all’Istituto di Fisiologia Clinica del CNRArea della Ricerca “San Cataldo”Via Moruzzi, 1, 56100 Ghezzano (PI).

Prof. Pasquale ScilingoRicercatore presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione:Elettronica, Informatica, TelecomunicazioniMembro della Facoltà di Ingegneria

Indirizzo: Centro Interdipartimentale di Ricerca “Enrico Piaggio”, Via Diotisalvi 2, 56122 Pisa.

Prof. Roberto TartarelliProfessore Ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica,Chimica industriale e Scienza dei materialiMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa.

Prof. Giovanni VozziRicercatore presso il Dipartimento di Ingegneria ChimicaMembro della Facoltà di IngegneriaIndirizzo: Via Diotisalvi 2, 56122 Pisa.

Prof. Riccardo ZucchiProfessore straordinario presso il Dipartimento di Scienze dell’uomo e dell’ambiente.Membro della Facoltà di Medicina.Indirizzo: Sezione di Chimica e Biochimica Medica, via Roma 55, 56126 Pisa.

La Coordinatrice DidatticaLa Coordinatrice Didattica del Corso di Laurea è la Dott.ssa Letizia Iannella, il cui ufficio è presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, in Via Caruso 16, Piano I, 56122 Pisa.Orario di ricevimento: lunedì-mercoledì-venerdì, dalle ore 10 alle ore 12.Telefono diretto 050 2217519Fax. 050 2217522email: [email protected].

LE STRUTTURE DI RIFERIMENTO

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione: Elettronica, Informatica, TelecomunicazioniDirettore: Prof. Bruno NeriSede principale: Via Caruso, 16 Pisa.Telefono 050/2217511 Fax 050/2217522http://www.iet.unipi.it

Centro Interdipartimentale di Ricerca “E Piaggio”Direttore: Prof. Antonio BicchiSede: Via Diotisalvi, 2 PisaTelefono 050/ 2217050 Fax 050 2217051

Centro di Servizi Informatici della Facoltà di IngegneriaVia Giunta Pisano, 28Telefono e Fax 050/553594Presidente: Prof. Gigliola VagliniDirettore Operativo: Dott.ssa Daniela Dorbolò Orario di apertura:dal lunedì al venerdì dalle ore 8,30 alle ore 19,00sabato dalle ore 8,30 alle ore 12,30E-mail: [email protected]://www.ing.unipi.it/sifi

Centro BibliotecarioVia Diotisalvi, 2Telefono 050/553604 Fax 050/555057Presidente: Prof. Giuseppe ForasassiDirettore Operativo: Dott.ssa Edith MoscatelliOrario di apertura:lunedi - giovedì ore 8.30 -23.00 / venerdì ore 8.30 -19.00 / sabato ore 9.00 - 13.00E-mail: [email protected]://biblioteca.ing.unipi.it

L’OFFERTA DIDATTICA

I periodiNell’anno accademico 20062007le lezioni si svolgeranno secondo il seguente calendario:I° periodo: dal 02/10/2006 al 23/12/2006 (12 settimane)II° periodo: dal 26/02/07 al 04/04/07 e dal 12/04/07 al 26/05/07 (12 settimane)

I creditiIl carico di lavoro dello studente viene pesato attraverso i crediti. Il credito formativo (CFU) è la misura del volume di lavoro di apprendimento, richiesto ad uno studente in possesso di adeguata preparazione iniziale, per l’acquisizione di conoscenze ed abilità nelle attività formative previste dall’ordinamento didattico del Corso di Laurea. Ad ogni credito corrispondono 25 ore di lavoro complessivo per lo studente, che comprende sia le lezioni e le esercitazioni in aula e in laboratorio (attività frontali), sia lo studio individuale, sia altri tipi di attività formative quali ad esempio il tirocinio. La quantità media di lavoro di apprendimento svolto in un anno da uno studente impegnato a tempo pieno negli studi universitari è convenzionalmente fissata in 60 crediti. Ogni attività formativa ha associato un certo numero di crediti, che vengono acquisiti con il superamento di un esame o con altra forma di verifica del profitto, e non sostituiscono il voto.Secondo la regola generale stabilita dalla Facoltà, i crediti assegnati alle attività frontali hanno la seguente corrispondenza: per lezioni o esercitazioni svolte in aula, un credito comporta 8,3 ore in aula e 16,6 ore di studio individuale, e per le esercitazioni sperimentali svolte in laboratorio un credito comporta 12,5 ore in laboratorio e 12,5 ore di studio individuale.

L’organizzazione didatticaIl Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica è articolato in due curricula: Curriculum Ingegneria dell’Informazione e Curriculum Ingegneria Industriale. Ambedue i curricula si prefiggono di fornire un’ampia formazione di base e nei settori relativi ai diversi campi applicativi. I due curricula differiscono per 36 crediti. Inoltre, utilizzando i 9 CFU a scelta, gli studenti hanno la possibilità di perfezionare le loro conoscenze nel curriculum scelto.La prova finale per il conseguimento del titolo ha lo scopo di consentire una valutazione del grado di maturità tecnica e di autonomia operativa in campo professionale raggiunta dallo studente. Lo studente svolgerà il lavoro con la supervisione di due o più tutori, tra i quali almeno un docente appartenente al Corso di Laurea. La prova prevede la presentazione e la discussione di un elaborato scritto che riassuma i risultati del lavoro svolto in ambito aziendale o accademico. Nella valutazione della prova finale sarà presa in considerazione, oltre la qualità del lavoro svolto, anche la capacità di sintesi e la qualità della presentazione (in forma scritta ed orale) delle attività svolte.

Il Manifesto

Primo anno di corsoFondamenti chimici dell’Ingegneria (6 CFU - 1°per.) [Chim/07]Geometria ed Algebra lineare (12 CFU - 1°e 2° per.) [Mat/03]Matematica (12 CFU - 1° per.) [Mat/05]Fisica generale (12 CFU - 2° per.) [Fis/01]Biochimica (6 CFU - 2° per.) [Bio/10]Informatica (6 CFU - 1° per.)* [Ing-Inf/05]A scelta dello studente (6 CFU ) #

Secondo anno di corsoAnalisi dei segnali biomedici (12 CFU-1° e 2° per.)** [Ing-Inf/06 ]Meccanica (12 CFU - 1° e 2° per.) [Ing-Ind/13]Elettronica (12 CFU - 1° e 2° per.) [Ing-Inf/01]Analisi dei circuiti e macchine elettriche (6 CFU - 1° per.) [ Ing-Ind/31]Fisiologia (6 CFU - 1° per.) [Bio/09]Fondamenti di automatica (6 CFU - 2° per.) [Ing-Inf/04]Scienza e Tecnologia dei materiali (6 CFU - 2° per.) [Ing-Ind/22]

Terzo anno di corsoLaboratorio di bioingegneria (3 CFU - 2° per.) [Icar/03]Prova di conoscenza della lingua inglese (3 CFU) A scelta dello studente (3 CFU ##Tirocinio/progetto (9 CFU)Prova finale (6 CFU)

Curriculum Ingegneria dell’InformazioneFenomeni Bioelettrici (12 CFU - 1°e 2° per.) [Ing-Inf/06]Biosensori e Biostrumentazione (12 CFU - 1° e 2° per.) [Ing-Inf/06]Informatica medica (6 CFU - 1° per.) [Ing-Inf/06]Gestione delle Tecnologie sanitarie (6 CFU - 2° per.) [Ing-Inf/06]

Curriculum Ingegneria IndustrialeBiomeccanica (12 CFU - 1° e 2° per.) [Ing-Ind/34, Ing-Ind/13]Fenomeni di trasporto biologico (6 CFU - 1° per.) [Ing-Ind/34]Biomateriali (6 CFU - 1° per.) [Ing-Ind/34]Biotecnologie industriali (12 CFU – 2° per.) [Ing-Ind//34, Ing-Ind/27]

Note* di cui 2 CFU di laboratorio per l’acquisizione di abilità informatiche** di cui 3 CFU di laboratorio per l’acquisizione di abilità professionalizzanti

# Scelte consigliate:Elementi di termodinamica (3 CFU - 2° per.) [Fis/01]Principi di programmazione (3 CFU - 2° per.) [Ing-Inf/05]

## Scelte consigliate:Comunicazione tecnico scientifica (1 CFU - 1° per.) [Ing-Inf/06]Verifiche di sicurezza (2 CFU – 2° per.) [Ing-Inf/06]Immunologia microbica (3 CFU - 1° per.) [Med/07]Ottica biomedica (3 CFU - 1° per.)[Ing-Inf/06]Cenni di chimica organica (1 CFU – 2° per.) [Chim/07]

Precedenze tra esami consigliate:Biochimica [Fondamenti chimici dell’Ingegneria]Fisiologia [Biochimica]Analisi dei circuiti e macchine elettriche [Matematica]Elettronica [Analisi dei circuiti e macchine elettriche, Fisica generale, Matematica]Fondamenti di automatica [Matematica, Geometria e Algebra lineare]Meccanica [Fisica generale]Scienza e tecnologia dei materiali [Fondamenti chimici dell’Ingegneria]Analisi dei segnali biomedici [Matematica, Geometria e Algebra lineare]Fenomeni bioelettrici [Fisiologia, Biochimica]Biosensori e Biostrumentazione [Elettronica]Gestione della Tecnologia sanitaria [Informatica medica]Informatica medica [Informatica]Biotecnologia industriale [Fondamenti chimici dell’Ingegneria, Scienza e Tecnologia dei materiali]Biomeccanica [Meccanica]Biomateriali [Scienza e Tecnologia dei materiali]

I PROGRAMMI DEGLI INSEGNAMENTI

ANALISI DEI CIRCUITI E MACCHINE ELETTRICHE (6 CFU)

Docente: Ottorino BRUNO

Numero totale di ore di lezione (L):40Numero totale di ore di esercitazione (E):15

PrerequisitiConoscenze di Matematica e Fisica generale.

ObiettiviMettere lo studente in condizione di risolvere i circuiti in corrente continua e alternata, fornire i principi di funzionamento delle principali macchine elettriche e le relative caratteristiche elettromeccaniche, nonché i criteri per la scelta del tipo di macchina da impiegare in funzione di ogni particolare applicazione.

Programma di massimaElettrotecnicabipoli elettrici, legge di Ohm, principi di Kirchhoff, circuito equivalente, resistore, collegamenti tra resistori, generatore ideale di tensione e di corrente, partitore di tensione e di corrente, principio di sostituzione, principio di sovrapposizione degli effetti, teoremi di Thevenin e di Norton, metodi di risoluzione dei circuiti elettrici a parametri concentrati, circuiti in regime sinusoidale, sistemi trifasi simmetrici ed equilibrati. (L: 20; E: 15)Macchine elettricheCampo magnetico rotante, conversione elettromeccanica dell’energia, trasformatore, macchina asincrona monofase e trifase, macchine a collettore, dispositivi di conversione cc.- cc. e cc.-ca., modelli dinamici. (L: 20)

Testi di riferimento Olivieri e Ravelli, Elettrotecnica. Appunti tratti dal Corso tenuto negli anni precedenti.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale. Modalità di iscrizione all’esame: lista di prenotazione per ogni data di appello.

ANALISI DEI SEGNALI BIOMEDICI (12 CFU)

Docente: Luigi LANDINI

Numero totale di ore di lezione(L): 36Numero totale di ore di esercitazione (E): 24

PrerequisitiConoscenze di programmazione in MATLAB.

ObiettiviObiettivo del Corso sarà introdurre lo studente alla conoscenza dei segnali biomedici, del loro ruolo e dei metodi di analisi utilizzati per migliorare la loro fruizione in ambito medico.

Programma di massimaIntroduzioneDefinizioni di segnale mono e multidimensionale. Ruolo dell’elaborazione dei segnali biomedici. Esempi. (L: 2; E: 2)Segnali determinatiClassificazione dei segnali. Definizioni fondamentali. Serie e trasformata continua di Fourier. Trasformata discreta di Fourier. Convoluzione lineare e circolare. Conversione analogico-digitale. (L: 6; E: 4)Sistemi lineariProprietà dei sistemi a tempo continuo e discreto. Definizione di risposta impulsive e risposta in frequenza. Calcolo della risposta impulsive per sistemi biomedicali.

(L: 4; E: 2)Filtri numericiEquazioni alle differenze. Equazioni ricorsive e non ricorsive. Risposta impulsiva. Filtri numerici FIR e IIR. Progetto di filtri FIR: metodo delle finestre; metodo del campionamento in frequenza. Analisi di una scheda per la realizzazione di filtri convolutivi. (L: 4; E: 2)Segnali stocasticiIntroduzione al calcolo delle probabilità. Algebra degli eventi. La funzione probabilità. Probabilità di eventi equiprobabili. Probabilità condizionale e indipendenza. Variabili aleatorie. Aspettazione di una variabile aleatoria. Definizione di processo stocastico. Processi stocastici stazionari e ergodici. Momenti. Metodi di stiam della densità spettrale di potenza. Esempi. (L: 10; E: 8)Metodi di analisi multivariataRichiami di statistica. Classificazione di eventi. Classificazione mediante funzioni discriminanti. Analisi delle componenti principali. (L: 6; E: 4)Analisi di serie temporali di origine biologicaModelli AR, ARMA e MA.Stime parametriche. Ricostruzione dello spazio delle fasi. Misure di dimensione. Misure di entropia. Metodi di predizione. Esempi. (L: 4; E: 2)

Testi di riferimento L. Landini, Segnali Biomedici, voll. I e II, SEU, Pisa, 2003.

Modalità di svolgimento dell’esameProva scritta e prova orale. La prova scritta rimane sempre valida. La prova orale è subordinata alla consegna del materiale esercitativo. L’iscrizione all’esame, mediante lista appesa fuori dal Centro “E. Piaggio”, può essere effettuata fino alla sera precedente l’appello.

BIOCHIMICA (6 CFU)

Docente: Riccardo ZUCCHI

Numero totale di ore di lezione (L): 48

PrerequisitiNon sono previste precedenze, ma è fortemente auspicabile che gli studenti abbiano superato l’esame di “Fondamenti Chimici dell’Ingegneria”.

ObiettiviFar acquisire agli studenti i fondamenti e il linguaggio della moderna Biologia, che oggi si esprime soprattutto in termini biochimici. Non vi è infatti fenomeno biologico che non possa e non debba essere spiegato in termini molecolari.

Programma di massimaELEMENTI DI BIOLOGIA GENERALEProprietà generali degli esseri viventi. Gli esseri viventi come sistemi termodinamici aperti: conservazione e riproduzione di strutture molecolari a bassa entropia. Costituzione molecolare degli esseri viventi: tipi di macromolecole biologiche. Organizzazione cellulare degli esseri viventi: differenze fra procarioti ed eucarioti. Concetto di genotipo e fenotipo.PROTEINEAminoacidi: struttura e proprietà chimiche. Il legame peptidico e le sue proprietà. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Interazioni che determinano il ripiegamento delle proteine. Denaturazione e rinaturazione delle proteine. Proprietà generali e funzioni delle proteine. Metodi di purificazione e di analisi della proteine.Proteine trasportatrici di ossigeno: mioglobina ed emoglobina. Struttura dell’eme e rapporto eme-globina. Il legame dell’ossigeno all’eme. Variazioni della struttura terziaria e quaternaria indotte dal legame con l’ossigeno. Curve di ossigenazione di mioglobina ed emoglobina. Effetto Bohr. Basi molecolari della tossicità del CO. Emoglobine fetali.Enzimi: definizione, proprietà generali e classificazione. Richiami di chimica: reazioni chimiche, equilibrio chimico e cinetica chimica. Analisi termodinamica delle reazioni chimiche: il concetto di energia libera e di energia di attivazione. Meccanismi di catalisi enzimatica: catalisi acido-base, catalisi covalente, catalisi da ioni metallici, catalisi elettrostatica. Modelli di cinetica e regolazione enzimatica: il modello di Mentens e Michaelis e le caratteristiche dell’inibizione competitiva e non competitiva; il modello allosterico e le caratteristiche della regolazione allosterica.GLUCIDIDefinizione e denominazione dei glucidi. Struttura dei monosaccaridi e loro proprietà. Isomeria conformazionale. Derivati dei monosaccaridi: acidi (aldonici, saccarici e uronici), desossiderivati, aminoderivati. Il legame glicosidico. Disaccaridi: maltosio, lattosio e saccarosio. Polisaccaridi: polisaccaridi strutturali e polisaccaridi di riserva. Struttura dell’amido, del glicogeno e della cellulosa. Glicoproteine e proteoglicani.

LIPIDI E MEMBRANE BIOLOGICHECaratteristiche biologiche generali dei lipidi e loro classificazione. Triglideridi, fosfolipidi, sfingolipidi, steroidi. Proprietà dei triglideridi e dei lipidi polari. Struttura e funzione delle membrane biologiche: il modello a mosaico fluido.Diffusione attraverso le membrane cellulari. Termodinamica dei flussi transmembrana: l’equazione di Nernst. Trasporto facilitato e trasporto attivo. Esempi di proteine coinvolte nell’omesotasi ionica: canali, scambiatori e pompe ioniche. Basi molecolari dell’eccitabilità cellulare.ACIDI NUCLEICIBasi puriniche e pirimidiniche, nucleosidi e nucleotidi. Struttura dei ribonucleotidi e dei desossiribonucleotidi. Caratteristiche e proprietà del legame fosfoesterico. Struttura del DNA: il modello di Watson e Crick e gli altri tipi di doppia elica. Struttura dei cromosomi eucariotici: istoni, nucleosomi e livelli superiori di organizzazione della cromatina. Tipi di RNA e loro struttura: RNA messaggero, ribosomiale e transfer.METABOLISMOConcetto di metabolismo: catabolismo ed anabolismo. Concetto di via metabolica. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche. ATP ed altri composti ad elevata energia di idrolisi. Reazioni accoppiate: ruolo centrale dell'ATP nel metabolismo energetico. Gli stadi idrolitici ed ossidativi del catabolismo. Utilizzazione energetica dei coenzimi ridotti: NAD e FAD. Concetto biochimico di respirazione. Strategie anaboliche: fonte di carbonio e di potere riducente. Differenze fra organismi autotrofi, eterotrofi, fototrofi e chemiotrofi.Descrizione generale delle principali vie metaboliche. Descrizione dettagliata di due vie metaboliche: a) Glicolisi: significato metabolico e strategia generale. Conversione del glucosio in piruvato: reazioni, enzimi e meccanismi di catalisi. Possibile destino del piruvato: conversione in lattato, etanolo o acetil-CoA. Struttura e meccanismo di azione della piruvato deidrogenasi.b) Ciclo di Krebs: significato metabolico e strategia generale. Reazioni, enzimi e meccanismi catalitici. Bilancio energetico generale dell’ossidazione del glucosio. ESPRESSIONE E TRASFERIMENTO DELL’INFORMAZIONE GENETICAReplicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti: enzimi coinvolti e meccanismi biochimici che assicurano la fedeltà della replicazione. Riparazione del DNA: riparazione diretta del danno, riparazione per escissione di basi o nucleotidi, riparazione per ricombinazione, altri meccanismi di riparazione nel contesto della replicazione.Sintesi dell’RNA (trascrizione) nei procarioti e negli eucarioti: RNA polimerasi, fattori di trascrizione generali e specifici, co-attivatori. Regolazione della trascrizione nei procarioti e negli eucarioti. Modificazioni post-trascrizionali dell’RNA.Meccanismi della sintesi proteica. RNA transfer e loro aminoacilazione. Struttura e funzione dei ribosomi. Fabbisogno energetico della sintesi proteica e meccanismi di controllo dell’accuratezza della sintesi. Il codice genetico ed il problema dell’origine della vita. Basi molecolari dell’evoluzione.MECCANISMI BIOCHIMICI DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE:Concetto di ormone, ormone locale e neuromediatore. Concetto di recettore e di via di trasduzione. Recettori di membrana: classificazione. Recettori a 7 segmenti trasmembrana: struttura e accoppiamento alle proteine G. Tipi di proteina G e vie di trasduzione del segnale da esse attivate. Recettori ad un segmento transmembrana: tipi di

recettori catalitici e non catalitici e vie di trasduzione del segnale da essi attivate. Recettori intracellulari: struttura e funzione.

Testi di riferimento D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, Fondamenti di Biochimica, Zanichelli Editore.

Modalità di svolgimento dell’esameL’esame consiste in una prova scritta, svolta alla fine del corso.

BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI (12 CFU)MODULO: BIOINGEGNERIA CHIMICA (6 CFU)

Docente: Paolo Giusti

Numero Totale di ore di lezione (L): 34Numero Totale di ore di esercitazione (E): 16

PrerequisitiPer una proficua frequenza al corso sono ritenute necessarie tutte le “abilità” richieste per seguire un corso inerente allo studio ed alla realizzazione di “Organi Artificiali” e nozioni fondamentali di materiali, biochimica, biologia e fisiologia.

ObiettiviAlla fine del corso gli allievi acquisteranno le competenze e le capacità necessarie per una corretta realizzazione di Organi Artificiali e saranno messi in condizione di “dialogare” con gli utilizzatori finali dei dispositivi medici al fine di ottenere le indicazioni per la loro progettazione e realizzazione con caratteristiche più vicine possibile a quelle necessarie per un loro impiego in campo medico.

Programma di massimaI dializzatori:Bioingegneria del rene naturale (variazione della concentrazione al variare del tratto renale). Descrizione della macchina: circuiti e sensoristica. Materiali con cui sono realizzate le fibre cave e le membrane porose e descrizione delle tecniche realizzative. Confronto tra rene naturale e rene artificiale. Modelli di trasporto e dello scambio di urea (Modello del logaritmo medio,Modello del Clearance e del volume del paziente) Visita a NefrologiaGli Ossigenatori:Bioingegneria del polmone (disposizione degli alveoli ed area di scambio, pressione parziale di Ossigeno ed anidride carbonica). Materiali e metodiche per la realizzazione di membrane e fibre cave. Confronto delle permeabilità dei materiali usati. Descrizione della macchina (Sistema di raffreddamento, Sensore per l’ossigeno,Priming Volume). Confronto tra polmone naturale ed ossigenatori ( confronto del trasferimento di massa tra membrana naturale e membrana sintetica). Modellistica (Modello del fronte di avanzamento, Modello del logaritmo medio, Modello del profilo di sangue ossigenato in una fibra, Dimensionamento, Modelli di “co-operation”, Mantenimento del quoziente respiratorio)Il pancreas artificiale:Descrizione delle disfunzioni metaboliche (sindrome metabolica, Diabete di tipo I e tipo II). Rapporti insulina-glucosio nel corpo umano di un individuo sano e malato. Materiali impiegati per lo sviluppo del pancreas artificiale. Descrizione del sistema ad anello chiuso ( Sensore di glucosio e sue problematiche, Infusori di insulina ( a pompa, a raffreddamento, ad aerosol). Algoritmi di controllo

Il cuore artificiale:

Cenni di anatomia e fisiologia del sistema cardiovascolare. Materiali. I diversi modelli realizzati. Confronto tra cuore naturale e cuore artificiale. Problemi dell’alimentazione.Organi bioartificiali:Il Fegato, il rene ed il pancreas bioartificiale.

Testi di riferimento Dispense fornite dal docente

Modalità di svolgimento dell’esameL’esame si svolge attraverso una serie di domande alle quali lo studente risponde per scritto. L’elaborato viene discusso prima della proposta di voto finale.

BIOMATERIALI (6 CFU)

Docente: Luigi LAZZERI

Numero totale di ore di lezione (L): 39Numero totale di ore di esercitazione (E): 11

PrerequisitiPer una proficua frequenza al corso sono ritenute necessarie tutte le “abilità” richieste per seguire un corso di “materiali” comprese se possibile quelle fornite dal corso di Scienza e Tecnologia dei Materiali.

ObiettiviGli obiettivi formativi del corso sono: fornire le conoscenze di base relative alla preparazione, alle proprietà e all’utilizzo di materiali in campo biomedicale; illustrare le principali classi di biomateriali; fornire allo studente tutte le conoscenze propedeutiche ad una comprensione completa ed approfondita delle nuove tecnologie in campo chirurgico e medicale.

Programma di massimaIntroduzioneDefinizioni. (L: 2)La BiocompatibilitàDefinizioni. Il processo di guarigione di una lesione tissutale. La risposta del sangue. Le reazioni agli impianti che attraversano la superficie della cute o delle mucose. (L: 5)Biomateriali di origine biologicaGeneralità. Tessuti duri mineralizzati. Proprietà meccaniche dei tessuti duri mineralizzati. Rimodellamento osseo. Proprietà elettriche dell’osso. Tessuti molli. Tessuti ricchi di collagene. Tessuti elastici. Applicazioni biomediche dei materiali biologici. (L: 6; E: 1)Biomateriali polimericiGeneralità. Processi di produzione di materiali polimerici. Reazioni di polimerizzazione a catena. Reazione di polimerizzazione a stadi. Proprietà fisiche dei polimeri. Proprietà meccaniche. Tecnologia di lavorazione delle materie plastiche. Tecnologia di produzione di fibre e fibre cave. Tecnologia di produzione e trasformazione di elastomeri. Degradazione dei materiali polimerici. I materiali polimerici per uso biomedico. (L: 20; E: 6)Biomateriali metalliciIntroduzione. Struttura e proprietà dei biomateriali metallici. Processi tecnologici di produzione e trasformazione. I materiali metallici da impianto. La corrosione. Comportamento corrosionistico dei materiali metallici per applicazioni biomediche. (L: 3; E: 2)Biomateriali ceramiciIntroduzione. Struttura e proprietà dei biomateriali ceramici. Materiali ceramici bioinerti. Materiali ceramici bioattivi. Il carbonio turbostrato. (L: 3; E: 2)

Testi di riferimento R. Pietrabissa, Biomateriali per protesi e organi artificiali Patron Editore 1996. Appunti tratti dal corso tenuto negli anni precedenti.

Modalità di svolgimento dell’esameL’esame si svolge attraverso una serie di domande alle quali lo studente risponde per scritto. L’elaborato viene discusso prima della proposta di voto finale.

BIOMECCANICA (12 CFU)MODULO: BIOMECCANICA(6CFU)

Docente: Arti AHLUWALIA


PrerequisitiMeccanica

ObiettiviDescrivere le proprietà meccaniche delle proteine strutturali.Illustrare la reologia del sangue e il comportamento meccanico del sistema cardiovascolare Fornire allo studente le conoscenze adeguate per progettare esperimenti per l’analisi delle proprietà funzionali di vasi

Programma di massimaIntroduzione alla biomeccanica dei tessuti morbidi. Elastina e collagene: struttura e proprietà meccaniche. Confronto tra tendini, legamenti e cartilagine. Stress relaxation e creep. (L: 5; E: 2)Reologia del sangue, equazione della portata di un fluido alla Casson Viscosità apparente, effetto Farehus e l’effetto inverso a diametro piccolo. La misura di viscosità. (L: 7; E: 3).La misura di pH e ossigeno nel sangue. Sensori elettrochimici. Equazione di Hill per il legame tra Hb e O2 . (L: 3; E: 3)Arterie e vene: Struttura istologica, equazioni geometriche. Effetto sul flusso della ramificazione. Effetto sulla pressione nel sistema cardiovascolare. (L: 4; E: 3)La microcircolazione Equazione di Poiseulle per un condotto elastico. Derivazione delle due equazioni (pareti Hooekeane e pareti con caratteristiche non lineari). (L: 6)Introduzione al muscolo: muscolo tetanico, equazione di Hill, modello muscolare a tre elementi. Derivazione di formule per contrazione isotonica e isometrica. (L: 4; E: 2)Muscolo cardiaco. Legge di Starling per il cuore. Modello della parte ventricolare usando Laplace in due piani ortogonali. Modello dell’emisfero ventricolare e applicazione della legge di Starling. (L: 2; E: 2)Osso: introduzione alla struttura del osso, contenuto di minerali e le proprietà meccaniche.

(L: 4; E: 2)

Testi di riferimentoModulo I

Y.C. Fung, Biomechanics: Mechanical Propertie of Living Tissue, Springer-Verlag, NY, 1993

C.G. Caro et al, Mechanics of the Circulation, Oxford University Press, Oxford, 1978

Modalità di svolgimento dell’esameL’esame è orale e prevede una discussione (anche attraverso slide) delle esercitazioni svolte in classe e completate dallo studente e alcune domande integrative. La valutazione tiene conto sia del grado di apprendimento dei contenuti del corso che della capacità di utilizzare criticamente gli strumenti acquisiti, nonché della proprietà nell’esprimere e presentare il lavoro svolto.

CENNI DI CHIMICA ORGANICA (1 CFU)

Docente: Maria Grazia Cascone


PrerequisitiNessuno

Obiettivi

Programma di massimaIl carbonio e i suoi compostiGli idrocarburi: classificazionePrincipali caratteristiche di : Alcani, Alcheni e AlchiniComposti aromatici: cenni sul benzene e sulla teoria della risonanzaGruppi funzionali e principali classi di composti organiciCenni su: Alogenuri Alchilici, Alcoli, Eteri, Fenoli, Aldeidi, Chetoni, Carboidrati, Acidi Organici, Esteri, Ammine, Ammidi e Amminoacidi

BIOMECCANICA (12 CFU)MODULO: CINEMATISMI DEGLI ARTI MOTORI (6 CFU)

Docente: Francesca DI PUCCIO


PrerequisitiConoscenze di Algebra matriciale. Meccanica del punto materiale e del corpo rigido. Fondamenti di meccanica di fluidi.

ObiettiviIllustrare la terminologia per la descrizione del movimento umano;Analizzare e descrivere il movimento con i metodi della robotica; Rendere lo studente capace di calcolare in condizioni statiche le azioni interne, ossia le forze esercitate dai muscoli e quelle agenti sulle articolazioni;Descrivere il comportamento di ossa, muscoli, tendini e legamenti con particolare riguardo alla loro modellazione matematica.

Programma di massimaElementi di robotica: definizione della posizione di un corpo rigido nello spazio, matrici di rotazione. Trasformazioni omogenee e convenzione di Denavit-Hartenberg. (L: 8; E: 4)Richiami di cinematica del corpo rigido. Cinematica differenziale dei manipolatori.

(L: 4; E: 2)Richiami di statica e dinamica dei sistemi. Statica dei manipolatori. (L: 7; E: 5)Articolazioni del corpo umano. (L: 2)Biomeccanica dell’osso: valutazione delle sollecitazioni con la teoria delle travi. Comportamento meccanico dell’osso e sua modellazione. Le protesi ortopediche.

(L: 6; E: 2)Biomeccanica del muscolo scheletrico: calcolo delle forze nei muscoli, criteri di soluzione dei problemi iperstatici, cenni a tecniche sperimentali. (L: 5; E: 3)Cenni al comportamento di tendini, legamenti e cartilagine articolare. (L: 2)Cenni alla biomeccanica della spina. (L: 2)

Testi di riferimento Slide del corso, articoli ed altro materiale messo a disposizione del docente.

Testi di consultazione: G. Legnani, Robotica Industriale, CEA, 2003. Nordin and Frankel, Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System,

Lippincott, Williams & Wilkins, 2001. J. Hamill, K.M. Knutzen, Biomechanical Basis of Human Movement,

Lippincott, Williams & Wilkins; (March 1995).

Y.C. Fung, Biomechanics, Mechanical Properties of Living Tissues, Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. KG.

Modalità di svolgimento dell’esameL’esame è orale e prevede una discussione (anche attraverso slide) delle esercitazioni svolte in classe e completate dallo studente e alcune domande integrative. La valutazione tiene conto sia del grado di apprendimento dei contenuti del corso che della capacità di utilizzare criticamente gli strumenti acquisiti, nonché della proprietà nell’esprimere e presentare il lavoro svolto.

COMUNICAZIONE TECNICO SCIENTIFICA (1 CFU)



PrerequisitiConoscenza della lingua inglese.

ObiettiviMettere lo studente in condizione di poter scrivere un testo, una relazione o un rapporto scientifico in maniera appropriata. Parte del corso viene fatta in inglese.

Programma di massimaLa scrittura della tesi: struttura, presentazione dati sui grafici e sulle tabelle. (L: 1)Lezione introduttiva, quiz sullo spelling inglese. Il curriculum in inglese e italiano. (L: 1)Punctuation dos and don’ts. Punctuation quiz. (L: 1)Test di grammatica. Discussione sul tipo di documento richiesto nel mondo scientifico.

(L: 1)Valutazione tesi scritte. (E: 1)Le unità di misura e conversioni. (L: 1)Contenuti di un articolo scientifico, una proposta, i riferimenti bibliografici. I data base.La presentazione della tesi: esercizio in cui gli studenti preparano una presentazione powerpoint. (E: 1)Esposizione della presentazione powerpoint da parte degli studenti. (E: 1)Quiz finale. (E: 1)

Testi di riferimento Materiale fornito dal Docente.

ELEMENTI DI TERMODINAMICA (3 CFU)

Docente: Francesco FORTI


PrerequisitiFondamenti di Matematica (analisi e calcolo infinitesimale) e di Fisica classica (meccanica). Conoscenze acquisite al I semestre nel corso di Matematica e all’inizio del II semestre nella prima parte del corso di Fisica Generale.

ObiettiviGli obiettivi formativi del Corso sono: illustrare i principi della termodinamica classica; descrivere temperatura, calore, primo e secondo principio della termodinamica; mettere lo studente in condizione di seguire i corsi della laurea triennale e di quella specialistica che richiedono conoscenze di base di termodinamica classica, (in particolare il corso di Modellizzazione Biofisica dei Sistemi Complessi).

Programma di massimaIl calore e il primo principio della termodinamicaTemperatura, capacità termiche, gas ideali, I principio. (L: 9; E: 3)L’entropia e il secondo principio della termodinamicaTrasformazioni reversibili e irreversibili, II principio. (L: 9; E: 3)

Testi di riferimento Serway-Beichner, Titolo Fisica per Scienze ed Ingegneria, Vol. 1 e 2, Editore

EdiSES, Anno 2002-2003. Appunti con esercizi svolti di Termodinamica, a cura di E. Cerboneschi,

disponibile presso la Copisteria Il Campano, Via Cavalca 67, Pisa.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale. Iscrizione all’esame su lista presso la portineria dell’edificio B oppure con comunicazione e-mail al Docente.

ELETTRONICA (12 CFU)

Docente: Roberto RONCELLA

Numero totale di ore di lezione (L): 72Numero totale di ore di lezione (E): 28

ProgrammaIntroduzione all’elettronica digitaleDefinizione e progetto di sistemi elettronici. Algebra di Boole. Postulati e teoremi. Sistemi in commutazione. Logica proposizionale. (L: 6; E: 2)Progettazione di reti logicheDefinizione della potenzialità delle reti. Reti combinatorie. Sintesi ottima con minimizzazione dei letterali di funzioni a una variabile. Array logici programmabili. Reti sequenziali. Diagrammi di flusso e grafo degli stati. Reti sincrone. Flip-flop edge-triggered. Memorie. Macchine sequenziali sincronizzate complesse. Microprocessore e microcontrollore. (L: 12; E: 6)Programmazione di microcontrolloriProgrammi ad alto livello e basso livello. Il linguaggio Assembler. Flusso di progetto di una applicazione per microcontrollore. Cenni sulle periferiche di un microcontrollore e sulla loro programmazione. (L: 10; E: 4)Elettronica digitaleDefinizioni delle grandezze caratteristiche di una famiglia logica. Livelli logici. Margine di rumore. Fan-out. Principali famiglie logiche. RTL, TTL e CMOS. Caratteristiche degli invertitori. (L: 8; E: 2)Introduzione all’elettronica analogicaDefinizione e progetto di sistemi elettronici. Richiami di teoria dei circuiti. Componenti elettronici elementari: diodo, transistori bipolari e a effetto di campo, operazionali.

(L: 6; E: 2)Componenti elettronici e circuiti elementariIl diodo e sue applicazioni. Circuiti a diodi per segnali. Raddrizzatori a diodi. I transistori bipolari e unipolari. Amplificatori a transistori. Punto di riposo. Risposta in frequenza.

(L: 18; E: 6)Alcuni sistemi elettronici analogiciAmplificatori operazionali (OpAmp) ideali e reali. Amplificatori invertenti e non invertenti realizzati con OpAmp. Filtri. Sistemi in retroazione. Oscillatori. (L: 12; E: 6)

Testi di riferimento M.H. Rashid, Microelectronic Circuits: Analysis and Design, PWS Publishing

Company, 1997 (di questo testo esiste anche una versione tradotta, ediz. Apogeo).

Data sheet di dispositivi e circuiti. Copia delle trasparenze presentate e disponibili sul sito internet del Docente.

Testi di consultazione N. Balabian, B. Carlson, Digital Logic Design Principles, Whiley & Sons, 2001. M. Morris Mano, C. R. Kime, Reti Logiche, Addison Wesley, 2002. P. Corsini, Dalle porte AND OR NOT al sistema calcolatore. Un viaggio nel

mondo delle reti logiche Dalla porta AND al calcolatore, ETS, 1992. J. Millman, A. Grabel, Microelettronica 2/ed. it., McGraw Hill, 1994.

Modalità di svolgimento dell’esameCi si iscrive all’esame (alla prova che interessa) contattando il Docente (e-mail: [email protected]; telefono: 050-2217669). L’esame prevede lo svolgimento di due parti indipendenti (elettronica analogica ed elettronica digitale) composte ciascuna da una prova scritta della durata di un’ora e da una prova orale, da tenersi anche in appelli successivi, entro tre mesi dal conseguimento della sufficienza nello scritto. L’esame viene verbalizzato alla sua conclusione.

FENOMENI BIOELETTRICI (12 CFU)

Docente: Angelo CARPI


PrerequisitiFondamenti di Chimica, Termodinamica Classica ed Elettrostatica; conoscenze di Fisiologia e di Biochimica.

ObiettiviGli obiettivi formativi del Corso sono: illustrare l’origine e la natura dei fenomeni bioelettrici; descrivere le principali caratteristiche e tipologie per usi conoscitivi, diagnostici e terapeutici; mettere lo studente in condizione di analizzare attraverso metodi analitici, fisico-matematici e simulazioni numeriche la fenomenologia delle interazioni ioniche e elettroniche nei tessuti passivi e la genesi e propagazione di biopotenziali nei tessuti eccitabili; fornire un quadro organico delle attuali applicazioni dei fenomeni biolettrici in biologia ed in medicina.

Programma del corsoIntroduzione Elettricità, biologia, medicina ed il ruolo dell’ingegnere biomedicoTermodinamica di equilibrio dei dielettriciPolarizzazione nei dielettriciTermodinamica chimica di equilibrioTermodinamica di non-equilibrio (cenni)Fenomeni di trasporto biologico: trasporto passivo, facilitato ed attivoL’interfaccia elettrodo-elettrolitaFenomeni di conduzione ionica ed elettronica nelle macromolecoleElettroforesi, di elettroforesi e magnetodielettroforesiStruttura dei tessuti biologici: proprietà elettriche ed elettromeccanicheProprietà elettriche dei tessuti non-eccitabiliProprietà ottiche dei tessutiElettrofisiologia della cellula nervosa e muscolareL’interfaccia cute-elettrodoProprietà elettromeccanochimiche del muscolo Origine e misura dei biopotenzialiApplicazioni mediche: FES, ECG, EMG, EEG, ESPAspetti di standardizzazione, normativa e brevetti per gli elettromedicaliSicurezza elettrica in ambito sanitario

Testi di riferimentoDispense del docente in rete sul sito http://www.piaggio.ccii.unipi.it/bio/coursesPsw.htm

http://www.piaggio.ccii.unipi.it/bio/coursesPsw.htm

Testi di consultazione J.D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook,, CRC Press, 1995,

Seconda Edizione. T.F. Weiss, Cellular Biophysics, MIT Press, 1996, 2 voll. M.H. Friedman, Principles and Methods of Biological Transport, Sprinter-

Verlag, Berlin, 1996. J.Malmivuo, R. Plonsey, Bioelectromagnetism: principles and applications of

Bioelectric and Biomagnetic Fields, Oxford University Press, 1995.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale. Iscrizione all’esame tramite apposizione di firma agli elenchi apposti dal Docente.

FENOMENI DI TRASPORTO BIOLOGICO (6 CFU)

Docente: Roberto MAURI


PrerequisitiFondamenti di termodinamica, conoscenze di equazioni differenziali.

ObiettiviGli obiettivi formativi del corso sono di porre l’allievo in grado di analizzare, con le metodologie appropriate, i fenomeni fisici di base rilevanti ai problemi caratteristici dell’ingegneria biomedica, funzionalmente alla individuazione di interventi operativi e/o progettuali.

Programma di massimaConcetto del trasporto di massa, energia e quantità di moto. Convezione e diffusione. Fondamenti microscopici della diffusione. Equazioni costitutive. Viscosità, conducibilità termica e diffusività. (L: 5)Statica dei fluidiFenomeni superficiali. La tensione superficiale ed elementi di termodinamica dei sistemi multifase. (L: 5; E: 3)Aspetti generali della fluidodinamicaScaling. Strato limite e resistenza viscosa. Turbolenza. (L: 3)Bilanci macroscopici di massa e di quantità di motoL’equazione di Bernoulli. Il coefficiente di attrito e sue correlazioni. (L: 2; E: 3)Campo di velocità e di pressioneFlusso di fluidi newtoniani in un condotto. Fluidi non newtoniani. Flusso in un condotto di fluidi di Bingham, pseudoplastici e dilatanti. Flusso in mezzi porosi. Flusso capillare.

(L: 3; E: 7)Conduzione del calore con e senza generazioneIl solido composto. Conduzione con reazione chimica. Approssimazione di quasi stazionarietà. (L: 3; E: 2)Bilanci macroscopici di energiaIl coefficiente di scambio termico e sue correlazioni. Gli scambiatori di calore.

(E: 3)Bilanci microscopiciEquazione di Navier-Stokes, di continuità e di conservazione di energia e delle specie chimiche (L: 3)Introduzione al trasporto di massaFlussi molari e massici. Le equazioni costitutive. Diffusione in un film stagnante.

(L: 3; E: 2)

Trasporto di massa stazionarioDiffusione con reazione chimica eterogenea. Diffusione con reazione chimica omogenea. Il fronte di reazione. Approssimazione di quasi stazionarietà. (L: 3; E: 2)Lo strato limiteLo strato limite di quantità di moto, di energia e di massa. Analogia di Colburn-Chilton.

(L: 3)Applicazioni in ingegneria biomedicaProgettazione di un rene artificiale; membrane per il rilascio controllato dei farmaci.

(E: 5)

Testi di riferimento "Elementi di Fenomeni di Trasporto" di Roberto Mauri, Edizioni Plus. Note integrative disponibili all’indirizzo web:

http://docenti.ing.unipi.it/~d9185/Principi.htm.

Modalità di svolgimento dell’esameL’esame consiste in una prova orale. Per iscriversi all’esame gli studenti sono pregati di apporre il proprio nome sulla lista disponibile presso la portineria di Ingegneria Chimica.

FISICA GENERALE (12 CFU)

Docente: Maria ALLEGRINI


PrerequisitiFondamenti di Matematica, conoscenze di Algebra, Geometria, Trigonometria, Calcolo vettoriale, Calcolo infinitesimale.

ObiettiviGli obiettivi formativi del Corso sono: illustrare le parti di meccanica e di elettromagnetismo della fisica classica; descrivere le leggi fisiche fondamentali del moto (traslazionale, rotazionale e oscillatorio) e dei fenomeni elettromagnetici; mettere lo studente in condizione di seguire i corsi che richiedono conoscenze di base di Fisica Classica.

Programma di massimaMeccanica newtonianaCinematica, dinamica, lavoro ed energia, impulso e collisioni, cinematica e dinamica rotazionale, oscillazioni e moti oscillatori. (L: 34; E: 13)ElettromagnetismoCampo e potenziale elettrico, conduttori e dielettrici, conduzione elettrica, campo magnetico, induzione elettromagnetica, onde elettromagnetiche. (L: 42; E: 13)

Testi di riferimento Serway-Beichner, Titolo Fisica per Scienze ed Ingegneria, Vol. 1 e 2, Editore

EdiSES, Anno 2002-2003. Appunti (esercitazioni e soluzioni di compiti d’esame) tratti dal Corso tenuto

negli anni precedenti, disponibili presso la copisteria Il Campano, Via Cavalca 67, Pisa.

Modalità di svolgimento dell’esameProva scritta e prova orale. Condizione di ammissione alla prova orale: aver riportato almeno 15/30 alla prova scritta. Iscrizione all’esame per via elettronica sul sito di Facoltà.

FISIOLOGIA (6 CFU)

Docente: Brunello GHELARDUCCI


PrerequisitiFondamenti di Biochimica, conoscenze di Anatomia e di Biologia elementare.

ObiettiviIl Corso si propone di illustrare i principi basilari di funzionamento dell’organismo umano; descrivere le strutture e i meccanismi alla base delle principali funzioni vitali (eccitabilità neuromuscolare, circolazione sanguigna, respirazione, funzione renale); mettere lo studente in condizione di comprendere gli elementi essenziali del funzionamento di organi e apparati del corpo umano in relazione alla progettazione e all’uso di apparecchiature che ne sostituiscono o integrano il funzionamento o di strumenti di misura atti ad analizzare e monitorare variabili funzionali di interesse biomedico.

Programma di massimaA) Fisiologia delle funzioni della vita di relazione. (L: 20)La fisiologia delle cellule eccitabiliLe cellule nervose e muscolari. Proprietà della membrana delle cellule eccitabili. I canali ionici di membrana. Il potenziale di membrana. Il potenziale di azione. Propagazione del potenziale di azione. (L: 5)Proprietà generali dei circuiti nervosiI recettori sensoriali. Meccanismi di traduzione. La trasmissione sinaptica. Eccitazione, inibizione e proprietà integrative delle sinapsi. (L: 3)Fisiologia dei sistemi sensorialiOrganizzazione della sensibilità. La sensibilità somatoestesica. Cenni sulla fisiologia dei sensi specifici: il senso dell’equilibrio, il senso dell’udito, la sensibilità visiva, il senso del gusto, il senso dell’olfatto. (L: 6)Fisiologia dei sistemi motoriOrganizzazione del movimento. Fisiologia del muscolo scheletrico. Attività motorie del midollo spinale. Attività motorie del tronco dell’encefalo. Attività motorie corticali. La coordinazione motoria cerebellare. (L: 6)B) Fisiologia delle funzioni della vita vegetativa. (L: 30)Fisiologia delle funzioni cardiovascolariGeneralità sulla fisiologia del sangue. Concetti fondamentali di emodinamica. La meccanica cardiaca. Fisiologia della gittata cardiaca. Meccanismi di regolazione della pressione arteriosa. La regolazione nervosa del circolo. (L: 9)Fisiologia delle funzioni respiratorieLa meccanica respiratoria. Il trasporto dei gas respiratori nel sangue. La regolazione centrale e riflessa del respiro. (L: 6)Fisiologia della funzione renale

Filtrazione renale. Meccanismi di trasporto tubulari. Il rene e il bilancio idrico-salino.(L: 6)

Fisiologia del sistema digerenteOrganizzazione generale del tubo digerente. La digestione gastrica. La digestione e l’assorbimento intestinale. (L: 3)La regolazione dei principali meccanismi omeostaticiCaratteristiche generali dei sistemi di controllo omeostatico. La termoregolazione. L’omeostasi del volume e della osmolarità plasmatici. La regolazione dell’equilibrio acido-base. (L:6)

Testi di riferimento R.M. Berne, M.N. Levy, Principi di Fisiologia, 2° Ed., Casa Editrice

Ambrosiana. Appunti tratti dal corso tenuto negli anni precedenti. Materiale iconografico fornito dal Docente di volta in volta.

Modalità di svolgimento dell’esameDue prove scritte in itinere, una alla fine della parte A) e l’altra alla fine della parte B) del Corso con validità di punteggio ai fini dell’esame. Prova orale su tutto il programma o ad integrazione della parte su cui non si è svolta la prova scritta o, se si è svolta, si è ottenuto un risultato insufficiente. L’esame si svolge presso il Dipartimento di Fisiologia e Biochimica, Via San Zeno 31, secondo il calendario degli esami previsto dal Corso di Laurea le cui eventuali variazioni sono concordate con il Docente via e-mail o telefonicamente ([email protected] Tel: 050-2213518). La lista di iscrizione all’esame viene esposta nella portineria del Dipartimento due giorni prima della data dell’esame e ritirata all’inizio dell’esame stesso (non contano i giorni festivi, es: esame il lunedì, la lista viene esposta il giovedì precedente, si sconsigliano le iscrizioni per via telefonica.

FONDAMENTI CHIMICI DELL’INGEGNERIA (6 CFU)

Docente: Maria Grazia CASCONE


PrerequisitiNessuno in particolare.

ObiettiviIl corso si propone di fornire nozioni utili per comprendere la struttura della materia a livello molecolare e la sua correlazione con le proprietà in massa, per impostare i bilanci di massa ed energia in processi chimici elementari e per comprendere i parametri e le leggi fondamentali che regolano l’equilibrio chimico. Inoltre si propone di fornire elementi di chimica organica che aiutino lo studente alla comprensione di argomenti oggetto di altri insegnamenti.

Programma di massimaStruttura della materiaElementi e atomi, il numero atomico, il concetto di mole, i numeri quantici, gli orbitali, la tavola periodica e le proprietà periodiche. Il legame chimico, generalità sulla formazione di un legame, classificazione dei legami (legami di tipo atomico e di tipo elettrostatico), distanza di legame ed energia di legame, elettronegatività, ibridazione e geometria molecolare. Legami dipolari e polarità delle molecole, i legami deboli, il legame a idrogeno e il legame metallico. (L: 10; E: 3)Stati di aggregazioneStati di aggregazione della materia e passaggi di stato. Leggi dei gas ed equazione di Van der Waals. Lo stato liquido, la tensione di vapore, le soluzioni e le unità di concentrazione, le soluzioni ideali e la legge di Raoult. (L: 3; E: 2)Reazioni chimicheGeneralità e leggi di conservazione, coefficienti stechiometrici, tipi di reazioni e bilancio, reagente limitante, numero di ossidazione e reazioni di ossido riduzione. (L: 2; E: 3)TermochimicaCenni di termodinamica chimica, entalpia, entropia ed energia libera, legge di Hess, criteri di spontaneità per una reazione chimica. (L: 3)Cinetica chimicaEnergia di attivazione, velocità di reazione, equazioni cinetiche e ordine di reazione.(L: 3)Equilibrio chimicoCostante di equilibrio, equilibri omogenei ed eterogenei, equilibri ionici in soluzione acquosa. Autoionizzazione dell’acqua, soluzioni acide e basiche, il pH, acidi e basi secondo Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Forza degli acidi e delle basi. Sali e idrolisi salina. (L: 7 + 3; E: 3)

ElettrochimicaGeneralità sui processi elettrochimici, le pile e i potenziali elettrodici, la f.e.m., la pila Daniell, l’equazione di Nernst e la scala dei potenziali standard di riduzione, le pile a concentrazione. (L: 5+3; E: 3)Elementi di chimica organicaTeoria della risonanza, isomeria (geometrica, ottica, di struttura), regola di Fisher. (L: 8)

Testi di riferimento P. Silvestroni, Fondamenti di Chimica, Cea-Zanichelli, 2002. A.M. Manotti Lanfredi, A. Tiripicchio, Fondamenti di Chimica, Casa Editrice

Ambrosiana, 2002. P. Zanello, S. Mangani, G. Valensin, Le basi della Chimica, Casa Editrice

Ambrosiana, 2002.

Modalità di svolgimento dell’esameProva scritta e prova orale. L’ammissione alla prova orale richiede una votazione di almeno 18/30 alla prova scritta. L’iscrizione all’esame deve essere effettuata su apposito registro presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica.

FONDAMENTI DI AUTOMATICA (6 CFU)

Docente: Alberto LANDI


PrerequisitiMatematica, geometria e algebra lineare.

ObiettiviL’insegnamento è volto a fornire le conoscenze di base sulla modellistica dei sistemi dinamici lineari e sulle metodologie di controllo.

Programma di massimaModelli di sistemi dinamici lineari tempo continui e tempo discretiConcetto di ingresso, uscita e variabile di stato. Descrizione dei modelli nel dominio di Laplace. Trasformata di Laplace e trasformata Z. (L: 10; E: 3)

Stabilità dei sistemi lineari

Criterio di Routh e criterio di Jury. (L: 3; E: 2)Risposta in frequenzaDiagrammi di Bode, Nyquist e margini di stabilità. (L: 6; E: 4)

Sintesi di controllori elementari

Il luogo delle radici, sintesi di controllori con specifiche nel dominio tempo e in frequenza(L: 10; E: 8)

Implementazione digitale del controlloreMetodi approssimati per scrivere l’algoritmo di controllo. Scelta del tempo di campionamento. (L: 3; E: 3)

Testi di riferimento Appunti delle lezioni forniti dal Docente e disponibili presso la portineria del

Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione. P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici; Mc

Graw-Hill, 2004. C. Bonivento, C. Melchiorri, R. Zanasi, Sistemi di Controllo Digitale; Esculapio

ed., 1995.

Modalità di svolgimento dell’esameCompito scritto che include esercizi e teoria, con eventuale prova integrativa orale, su indicazione del docente. Modalità di iscrizione all’esame: fogli disponibili in portineria del Dipartimento di sistemi Elettrici e Automazione.

GEOMETRIA E ALGEBRA LINEARE (12 CFU)

Docente: Marco FORTI


PrerequisitiConoscenze delle nozioni fondamentali di Aritmetica e di Algebra reale.

ObiettiviGli obiettivi formativi del Corso sono: Mettere lo studente in condizione di impostare e risolvere problemi elementari di algebra lineare, con particolare riguardo al campo reale e complesso.

Programma di massimaAlgebra concretaNumeri interi, principio del minimo e induzione; numeri razionali e campi; numeri reali, campi realmente chiusi, proprietà di Archimede e completezza; numeri complessi; potenze, radici ed esponenziale nel campo complesso, teorema fondamentale dell’algebra. L’anello dei polinomi, divisione, massimo comun divisore, fattorizzazione; radici, molteplicità, Teorema di Ruffini. (L: 10; E: 8)Spazi vettorialiDipendenza lineare, generatori e basi, teorema della base, dimensione; sottospazi, supplementari e somme dirette; applicazioni lineari, nucleo, immagine e matrice associata; coordinate e cambiamenti di base; estensione degli scalari, complessificazione. (L: 8; E: 8)Determinanti e sistemi lineariL’algebra delle matrici; applicazioni n-lineari alternanti, determinanti, metodo di Gauss e di Laplace; teorema di Binet e matrice inversa; rango e caratteristica, sistemi lineari, sistemi omogenei, teoremi di Cramer e Rouché-Capelli. (L: 10; E: 8)Endomorfismi e matriciSottospazi invarianti, autovalori e autovettori, traccia, polinomio caratteristico e minimo, teorema di Hamilton Cayley; similitudine di matrici, triangolarizzazione e diagonalizzazione; applicazioni nilpotenti, sottospazi ciclici e radicali, forma canonica di Jordan e forma canonica reale. (L: 10; E:8)Prodotti scalariForme bilineari simmetriche, forme quadratiche, matrice associata; ortogonalità, vettori isotropi, prodotti degeneri e definiti; basi ortogonali, ortogonalizzazione di Lagrange ed ortonormalizzazione di Grahm-Schmidt; trasformazioni e matrici ortogonali, teorema d’inerzia; dualità, applicazione aggiunta, diagonalizzazione delle matrici simmetriche, teorema di Riesz. (L: 8; E: 8)

Elementi di geometria analiticaNorme, distanza, disuguaglianza di Schwartz; rette e piani nello spazio, parallelismo, perpendicolarità, angoli e distanze; curve piane e gobbe, coniche e quadriche, forma canonica. (L: 4; E: 6)

Testi di riferimento M. Abate, Geometria, ed. McGraw-Hill Italia. C. Ciliberto, Algebra Lineare, ed. Boringhieri. Materiale fornito dal Docente, reso disponibile via Internet.

Modalità di svolgimento dell’esameUna prova scritta ed una orale. Prova scritta: 4 problemi + 1 test con punteggi fissati. La prova scritta è obbligatoria, ma non preclusiva dell’orale; comunque il voto dello scritto è determinante per l’esito finale. A partire dal punteggio dello scritto si può scegliere il tipo di orale in base all’incremento desiderato.

GESTIONE DELLE TECNOLOGIE SANITARIE (6 CFU)

Docente: Paolo DONATI

Numero totale di ore di lezione (L): 35Numero totale di ore di esercitazione (E): 10Numero totale di ore di laboratorio (Lab): 10

PrerequisitiConoscenze di strumentazione biomedica e di tecniche di progettazione di DB.

ObiettiviIllustrare finalità, organizzazione e gestione delle Aziende Sanitarie con particolare attenzione alle problematiche connesse con la gestione delle Tecnologie sanitarie. Descrivere strumenti operativi quali software gestionali, procedure di Programmazione degli acquisti e Acquisizione, Collaudo, Manutenzione, Sicurezza; Normative Europee e Nazionali, Qualità. Mettere lo studente in condizione di saper progettare e affrontare problemi connessi alla organizzazione e gestione di un servizio di ingegneria clinica, saper progettare e realizzare semplici DB gestionali.

Programma di massimaModulo 1. Le strutture sanitarie e la gestione delle tecnologieGestione degli elettromedicali: Il DataBase METIS, introduzione. (L: 3)Struttura ed organizzazione del S.S.N.: La legislazione nazionale, regionale, l’azienda USL e l’azienda ospedaliera: regolamenti organizzativi aziendali, architetture organizzative: zone, distretti, presidi ospedalieri, unità operative, dipartimenti, aree funzionali. (L: 2; E: 2)Unità operativa, tecnologie sanitarie e/o servizio di Ingegneria Clinica: ruoli, funzioni, attività dalla definizione delle necessità di tecnologia, alla loro manutenzione, fino alla loro dismissione. Il laboratorio di manutenzione delle apparecchiature elettromedicali: ruolo, organizzazione, percorsi manutentivi. Osservatorio delle manutenzioni delle tecnologie: analisi dei costi, delle principali cause di guasto, delle tipologie di lavori eseguiti, dei tempi di fermo macchina; relazioni con le ditte costruttrici e/o manutentrici: tipologia dei contratti manutentivi. (L: 6; E: 2)Architetture gestionali: gestione economica, centri di costo, bilancio, acquisizione di beni e servizi. Apparecchiature medicali, acquisizione: capitolato speciale, valutazione delle offerte, collaudo, inventariazione, criteri di valorizzazione, alienazione. (L: 6; E: 2)Le principali Norme di Riferimento per la sicurezza elettrica degli elettromedicali.

(L: 3; E: 2)La Direttiva Europea 93/42 ed il Dls 46/97 sui dispositivi medici. (L: 3)Accreditamento e certificazione di qualità delle strutture sanitarie pubbliche e private con riferimento alla parte tecnologica. (L: 4)

Modulo 2. Data baseModelli di elaborazione, Modello Client/server, Oracle, DataBase DBMS- RDBMS, tabelle, vincoli d’integrità, manipolazione dei dati. (L: 2)RDBMS Oracle: Struttura logica, fisica, indipendenza dei dati; Tablespaces, integrità dei dati, la concorrenza in multiutenza, la sicurezza, ruoli e privilegi, amministrazione del sistema. Introduzione al linguaggio SQL. (L: 2)Il Client: interfacce CUI e GUI, software applicativo, query e report, tool di sviluppo, programmazione object-oriented, tipi di dati, la definizione dei dati (DDL), la manipolazione dei dati (DML), il controllo delle transazioni, il controllo dei dati (DCL).

(L: 2; E: 2)Esempio di applicazione: gestione inventariale, elettromedicali, definizione dello schema, creazione delle tavole. (Lab: 2)Esempio di applicazione (continuazione): gestione inventariale elettromedicali, creazione dei vincoli di integrità, inserimento dati da SQL-PLUS. (Lab: 2)Introduzione a BORLAND-DELPHI, programmazione object-oriented, Form, griglie, navigatori, Data set, Data source. (L: 2)Realizzazione di un interfaccia per la gestione inventariale, controlli di base. (Lab: 2)Esempio di applicazione: gestione interventi di manutenzione degli elettromedicali, implementazione del codice operativo (sviluppo di parti). (Lab: 2)Esempio di applicazione: gestione verifiche di sicurezza elettrica. Implementazione codice operativo, interfaccia. (Lab: 2)Connessione ad oggetti del DB, visualizzazione dei dati, tecniche di realizzazione di strumenti di copia-incolla: esempio di applicazione. (Lab: 2)

Testi di riferimento Lamberti-Rainer, Le apparecchiature biomenche e la loro gestione, ed. Patron. Donati, Fella, Progetto METIS - Manutenzione degli elettromedicali, ed.

Regione Toscana. Normativa Europea e Nazionale su dispositivi medici e loro sicurezza, fornita

dal Docente. Leggi e decreti Nazionali e Regionali, forniti dal Docente. Modelli di procedure, fornite dal Docente. Appunti del corso sotto forma di lucidi. Bobrowski, Manuale Oracle, ed. Jackson Libri. Cantù, Manuale Delphi, ed. Mc Graw Hill. Lucidi, Normative, leggi e decreti sono disponibili via internet al sito del

Docente, in corso di aggiornamento.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale: si può sostenere la prova soltanto se lo studente avrà realizzato una tesina di sviluppo di un semplice software su uno dei temi oggetto del corso. La prova orale consiste nella demo del software che verrà preventivamente installato su portile messo a disposizione dal Docente e nella trattazione di argomenti inerenti l’intero programma delle lezioni.

Modalità di iscrizione all’esame: apponendo la propria firma all’avviso affisso alla bacheca del Centro Piaggio. La data viene concordata in sede di analisi preventiva della tesina o di colloquio, rispettando quanto più possibile le date ufficiali degli appelli.

IMMUNOLOGIA MICROBICA (3 CFU)

Docente: Mario CAMPA


PrerequisitiConoscenze di Biologia generale.

ObiettiviIllustrare i principi fondamentali dell’Immunologia; descrivere i meccanismi biologici alla base delle risposte immunitarie; mettere lo studente in condizione di comprenderne gli aspetti applicativi con particolare riferimento a quelli inerenti l’Ingegneria Biomedica.

Programma di massimaIntroduzione alla immunologiaGli agenti infettivibatteri, virus, miceti. Cenni sulla struttura, sul genoma, sulle modalità di riproduzione e propagazione.I diversi rapporti di un agente infettivo con l’ospiteIl batteriofago come modello di interazione ospite-parassita. I concetti di patogenicità e virulenza. Le difese dell’ospiteDifese “innate” e difese acquisite.L’antigene ed il suo destino. Cenni sul sistema maggiore di istocompatibilità. Cenni sugli organi linfatici umani. Le cellule del sistema immunitario e le loro interazioni.L’anticorpo, la struttura e l’induzione della sua sintesi. Meccanismi molecolari della generazione della diversità degli anticorpi. La risposta anticorpale e la risposta cellulo-mediata. La memoria immunitaria.Applicazioni dello studio dell’immunologia nella sanità e nelle tecnologie.

Testi di riferimento Materiale fornito dal Docente.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale. Le date degli appelli sono disponibili presso la Segreteria Didattica, dove viene effettuata anche l’iscrizione all’appello e viene comunicata la sede di svolgimento della prova orale.

INFORMATICA MEDICA (6 CFU)

Docente: Maria Filomena SANTARELLI


PrerequisitiFondamenti di Informatica, conoscenze di utilizzo del computer.

ObiettiviGli obiettivi formativi del Corso sono: illustrare gli strumenti dell’Informatica applicabili in ambito biomedico; mettere lo studente in condizione di progettare sistemi software e di utilizzarli in ambito biomedico

Programma di massimaLe basi di dati in medicinaIntroduzione alle basi di dati mediante accenni ed esempi. Elementi componenti di una base di dati. Metodi di progettazione dei DB: dall’analisi dei requisiti alla progettazione concettuale (modello Entity-Relationship). Modelli dei dati: modello entità-relazione, modello dei dati a oggetti. Il modello relazionale e la normalizzazione. Disegno di basi di dati utilizzando il modello entità-relazione (schema logico). Implementazione base di dati; l’algebra relazionale; il linguaggio SQL. Basi di dati multiutente e distribuiti.

(L: 17; E: 9)Le immagini biomedichePrincipi fisici di RX, immagini nucleari, risonanza magnetica, ultrasuoni. Algoritmi di ricostruzione delle immagini biomediche backprojection; ricostruzione mediante Fourier Transform. Tecniche di compressione di immagini mediche. (L: 14; E: 3)Le reti in ambito biomedicoIntroduzione alle reti di computer: definizioni, concetti, panoramica generale il modello architetturale OSI. Le LAN: tipi di rete (reti paritetiche, reti basate su server, reti combinate); topologie delle LAN (bus, anello, stella, commutata); l’accesso ai supporti (con e senza contesa); tecnologie LAN. Le WAN; commutazione di circuito e di pacchetto. Reti eterogenee; collegamenti eterogenei: TCP/IP. Problemi di sicurezza e privacy nella trasmissione di dati biomedici. (L: 12)

Testi di riferimento M.F. Santarelli, Progettazione di Basi di Dati in Medicina, Ed. SEU, 2003. M.F. Santarelli, L. Landini, Immagini Biomediche: principi fisici di formazione

- modalità di trattamento, Ed. SEU, 2003. Materiale fornito dal Docente.

LABORATORIO DI BIOINGEGNERIA (3 CFU)Docenti: Pasquale SCILINGO

Curriculum Ingegneria dell’Informazione


PrerequisitiNessuno.

ObiettiviGli obiettivi formativi del corso sono: illustrare allo studente varie apparecchiature e sistemi presenti in un laboratorio di bioingegneria; descrivere le caratteristiche delle stesse; mettere lo studente in condizione di poter eseguire una prova sperimentale dalla fase di progettazione alla fase di interpretazione dei risultati

Programma di massima

Introduzione al BIOPACMisura di segnali originati all’interno del corpo umano attraverso BIOPAC:ECG, EMG, battito cardiaco, segnale respiratori, flussimetria, rumori cardiaci, EEG, resistenza cutanea.Illustrazione, progettazione e laddove possibile realizzazione di circuiti elettronici personalizzati per l’acquisizione di segnali biologici.

Esempi applicativi in campo biomedico di sensori piezoresitivi, piezoelettrici, accelerometri, di temperatura e di forza.

Elaborazione dei segnali acquisiti:Algoritmi FFT, calcolo delle principali componenti frequenziali, filtraggi, trasformazioni nel tempo, attraverso l’uso di LabView e Matlab.

Caso applicativo: Studio di postura e movimento degli arti superiori ed inferiori e loro implicazioni.

Testi di riferimento Materiale fornito dal docente

Modalità di svolgimento dell’esameProva pratica e colloquio.

LABORATORIO DI BIOINGEGNERIA (3 CFU)Docenti: Giovanni VOZZI

Curriculum Ingegneria Industriale



ObiettiviGli obiettivi formativi del corso sono: illustrare allo studente varie apparecchiature e sistemi presenti in un laboratorio di bioingegneria; descrivere le caratteristiche delle stesse; mettere lo studente in condizione di poter eseguire una prova sperimentale dalla fase di progettazione alla fase di interpretazione dei risultati

Programma di massimaIntroduzione dei diversi argomenti affrontati nel laboratorio.Utilizzo del software Microsoft Excel per l’analisi, la rappresentazione e l’interpretazione dei dati sperimentali.Norme di sicurezza all’interno di un laboratorio chimico.Preparazione di soluzioni acide, basiche e tampone e misure del pH.Analisi delle modifiche superficiali tramite angolo di contatto.Caratterizzazione meccanica dei materiali tramite misure di stress-strain, creep e stress-relaxation.Misure di permeabilità e porosità.Misure di flusso e shear stressDescrizione del principio di funzionamento delle apparecchiature presenti nel laboratorio di bioingegneria.Descrizione del principio di funzionamento di microscopia ottica e suo utilizzo.Analisi allo spettrofotometro. Testi di riferimento

Materiale fornito dal docente

Modalità di svolgimento dell’esameProva pratica e colloquio.

MATEMATICA (12 CFU)

Docente: Stefano GALATOLO

Numero totale ore di lezione (L): 60Numero totale ore di esercitazione (E): 40

PrerequisitiI prerequisiti si trovano on line nel seguente sito:http://www.web.ing.unipi.it/didattica/precorsi/corso-online

ObiettiviImparare le nozioni di matematica necessarie per il corso di laurea in Ingegneria Biomedica.

Programma di massimaI numeri e le funzioni - Numeri naturali, interi, razionali e reali, il concetto di funzione, disequazioni nel campo reale, il principio di induzione, estremo superiore ed inferiore, il binomio di Newton.Limiti di successioni - Definizione di limite e prime proprietà, forme indeterminate, teoremi di confronto, alcuni limiti notevoli, il numero e e suo significato, successioni definite per ricorrenza, infiniti ed infinitesimi, cenni alle successioni definite per ricorrenza.Funzioni continue - Definizione di continuità, punti di discontinuità, teoremi di Bolzano e di Weierstrass e loro conseguenze, continuità delle funzioni monotone e delle loro inverse.Derivate - Definizione di derivata, significato cinematico e geometrico della derivata, regole di derivazione, derivate delle funzioni elementari, teorema di Fermat, teorema di Rolle, teorema di Lagrange, funzioni monotone, criterio di monotonia, funzioni convesse, formula di Taylor, teoremi di L'Hospital, studio del grafico di funzioni.Funzioni di più variabili reali - Dominio e rappresentazione cartesiana, limiti e continuità, derivate parziali, gradiente, significato geometrico e fisico del gradiente, massimi e minimi relativi, matrice hessiana. Integrali - Integrale definito e sua interpretazione geometrica, prime proprietà degli integrali definiti, integrale indefinito, teorema fondamentale del calcolo integrale, regole di integrazione, calcolo di aree e volumi, integrali impropri. Serie - Serie, serie a termini positivi, serie geometrica, serie armonica generalizzata, criteri di convergenza (integrale, confronto, infinitesimi, radice n-ennesima, rapporto), serie a segni alterni, convergenza assoluta, serie di Taylor.Equazioni differenziali - Definizione e classificazione delle equazioni differenziali, teoremi di esistenza e di unicità, equazioni a variabili separabili, equazioni lineari del primo ordine, equazioni lineari di ordine superiore a coefficienti costanti, struttura dell'insieme delle soluzioni, metodo di variazione delle costanti. Sistemi di equazioni differenziali del primo ordine. Studio qualitativo delle soluzioni, spazio delle fasi. Equazione logistica, equazione di Lotka-Volterra.

http://www.web.ing.unipi.it/didattica/precorsi/corso-online

Testi di riferimento: P.Marcellini, C. Sbprdone, Calcolo, Liguori, Anno (prima edizione 1992). Appunti tratti dal Corso tenuto negli anni precedenti. Materiale fornito dal Docente, reso disponibile via Internet.

Modalità di svolgimento dell'esame:Prova scritta (consistente in un quiz a risposte multiple ed in alcuni esercizi) e prova orale, la validità della prova scritta vale solo per l’appello in corso, per essere ammessi all’orale si deve aver superato la prova scritta.

MECCANICA (12 CFU)

Docenti: Francesca DI PUCCIO, Enrico CIULLICollaboratore: (esperto della materia): Ing. Marco GABICCINI

Numero totale di ore di lezione (L): 65 (32+ 33)Numero totale di ore di esercitazione (E): 45 (23+ 22)

PrerequisitiAnalisi matematica, Fisica generale, Metodi matematici.ConoscenzeAlgebra lineare e vettoriale; analisi e geometria elementare, elementi di calcolo differenziale

ObiettiviFornire allo studente gli strumenti per :determinare schemi di calcolo per analizzare l’equilibrio statico e la cinematica di corpi rigidi e sistemi meccanici semplici;applicare i concetti fondamentali di dinamica del corpo rigido, risolvere problemi in cui ci sia presenza di attrito,conoscere il funzionamento di elementi meccanici di impiego comune come ruote dentate, cinghie, freniinvestigare problemi semplici di lubrificazione.

Programma di massimaRichiami di algebra vettoriale; vettori, momento di un vettore, sistemi di vettori, sistemi equivalenti. (L:6; E:4)

Statica del corpo rigido, descrizione dei vincoli, equazioni cardinali, problemi nel piano e nello spazio. Statica dei sistemi. (L:10; E:8)

Cinematica del corpo rigido, velocità e accelerazioni per i moti piani, centro delle velocità, moti relativi, cinematica dei sistemi. (L:8; E:5)

Geometria delle masse: centro di massa, momenti d’inerzia. (L:3; E:2)

Dinamica del corpo rigido e dei sistemi. Quantità di moto e momento della quantità di moto. Equazioni di equilibrio del corpo rigido. (L:5; E:4)

Concetti energetici fondamentali.Teorema di conservazione dell’energia meccanica. Principio dei lavori virtuali. Equazione di Lagrange.

Dinamica delle macchine. Equazioni di D'Alembert. Applicazioni al manovellismo di spinta centrato. (L:3; E:3)

Dinamica dei sistemi vibranti. Vibrazioni libere e forzate di sistemi ad un grado di libertà con e senza smorzamento di tipo viscoso. Il concetto di risonanza. Isolamento delle

oscillazioni. Introduzione alla dinamica dei rotori. Oscillazioni libere e forzate di sistemi a due gradi di libertà senza smorzamento viscoso. (L:9; E:6)

Meccanica dei contatti. Attrito statico, dinamico, volvente. Problemi con attrito: lavoro, potenza, rendimento, moto retrogrado. Usura; ipotesi di Reye. Applicazioni a macchine semplici.. (L:6; E:3)

Contatti lubrificati. Moti di Couette e di Poiseuille; viscosità. Teoria elementare della lubrificazione; equazione di Reynolds. Verifica di una corretta lubrificazione. Esempi applicativi. (L:6; E:4)

Trasmissioni meccaniche. Ruote dentate: rapporto di trasmissione, rotismi ordinari ed epicicloidali. Camme. Giunti. Impiego di organi flessibili. (L:9; E:6)

Testi consigliati ed altro materiale didattico disponibile J. L. Meriam e L. G. Kraige, Statics, John Wiley & Sons, 2002 J. L. Meriam e L. G. Kraige, Dynamics, John Wiley & Sons, 2002 E. Ciulli, Elementi di Meccanica. Ed. PLUS, Università di Pisa, Pisa, 2003. Appunti ed altro materiale didattico fornito dai Docenti.

Disponibilità del DocenteRicevimento: nei giorni definiti dal docente c/o l’ufficio – Di Puccio tel.050-836676 Ciulli tel.050-836661.E-Mail: [email protected], [email protected]

Modalità di svolgimento dell’esameProva scritta: consiste nello svolgimento di tre-quattro esercizi applicativi degli argomenti svolti a lezione. Modo e tempo di iscrizione: apposita lista predisposta on line sul sito di Facoltà, valida anche come ordine di precedenza per l’esame, da compilare fino cinque giorni feriali antecedente la data della prova. Prova orale: consiste in domande di chiarimento sulla prova scritta e altre di approfondimento o verifica.

BIOSENSORI E BIOSTRUMENTAZIONE (12 CFU)MODULO: MISURE BIOMEDICHE(6 CFU)

Docente: Piero CHIARELLI


PrerequisitiFisica generale, elettromagnetismo, geometria e algebra lineare, analisi matematica.

ObiettiviGli obiettivi formativi del corso sono: fornire all’allievo criteri ed elementi di base per poter affrontare e risolvere correttamente un problema di misura in campo biomedico; descrivere e presentare in modo sistematico e quanto più generale possibile le parti essenziali di un sistema di misura ed i metodi più generali di misura (dirette, indirette, differenza rispetto allo standard, calibrazione, ecc.); affrontare le problematiche relative a: non perfetta staticità delle misure; conversione di energia tra le diverse forme in un processo di misura; possibili sorgenti di errore e relativi parametri con cui quantificarli; mettere lo studente in condizione di utilizzare correttamente trasduttori fisici (temperatura, spostamento ecc.) e chimici (sensori di ph ed altre specie chimiche, ecc.) per misure in campo biomedico.

Programma di massimaMisure in campo biomendicoMisure su esseri viventi. Classificazione delle misure biomediche. Scopi della misura. Parametri di interesse biomedico. Elementi fondamentali di un sistema di misura biomedico. (L: 4)Realizzazione di una misura e trasduttoriRealizzazione di una misura. Schema generale di un sensore. Classificazione dei trasduttori. Scelta di un trasduttore. Principali caratteristiche richieste ad un sensore.

(L: 4)Sensori biomedici: cause di errori nelle misure e criteri di sceltaPrincipali fonti di errori nelle misure biomediche. Metodi di calibrazione. Campi di utilizzo. Segnali di ingresso e uscita dei sensori. Caratteristiche quasi statiche. Caratteristiche dinamiche. (L: 6)Sensori fisiciMisure di temperatura. Misure di posizione. Misure di velocità. Misure di pressione. Misure di flusso. (L: 10 + 4; E: 4)Sensori chimiciPrincipi di elettrochimica ed elettrodi di riferimento. Misure di pH. Misure di concentrazioni ioniche in soluzione. Misure di gas. (L: 12; E: 6)Elettrodi per la misura di biopotenzialiGeneralità. Sensori di biopotenziali tessutali. Sensori di biopotenziali cellulari. (L: 5; E: 4)

Testi di riferimento R.S.C. Cobbold, Transducers for biomedical measurements: principles and

applications, Wi-ley, 1974. Appunti tratti dal corso tenuto negli anni precedenti.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale secondo l’ordine di iscrizione al modulo, relativo all’appello d’esame, affisso presso la facoltà.

OTTICA BIOMEDICA (3 CFU)



PrerequisitiMatematica e Algebra

ObiettiviFornire allo studente le basi teoriche di ottica geometrica e di alcuni strumenti ottici utilizzati nell’ambito biomedico.

Programma di massimaIntroduzione all’ottica nel ambito biomedico, rifrazione e riflessione. (L: 2; E: 1)Ottica geometrica e difetti della visione. (L: 4; E: 2)Spettroscopia ottica: assorbimento, fluorescenza e scattering. (L: 6; E: 2)Strumenti ottici: microscopio, ellissometro, plasmoni a risonanza superficiale. (L: 6; E: 2)

Testi di riferimento Materiale fornito dal docente

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale.L’iscrizione all’esame è per via e-mail all’indirizzo del Docente.([email protected]).

PRINCIPI DI PROGRAMMAZIONE (3 CFU)

Docente: Maria Filomena SANTARELLI



ObiettiviAvviare all’uso del linguaggio di programmazione di tipo imperativo. Fornire le basi per implementare algoritmi (programmi) corretti ed efficienti. Come esempio di linguaggio di programmazione verrà utilizzato il linguaggio Matlab.

Programma di massimaIntroduzione al corso

Programmazione in Matlab. Metodi di risoluzione dei problemi: dalla formulazione del problema alla soluzione. Esempio di formulazione e risoluzione di un problema. Variabili in matlab. I Numeri. Le operazioni. Variabili speciali. I files: definizioni generali e in Matlab. Gli script M-files. Esempio di creazione di un M-file ed esecuzione dei comandi.

(L: 4; E: 2)Implementazioni di operazioni trigonometricheCalcolo funzioni dirette ed inverse, operazioni trigonometriche. (L: 1; E: 1)Operazione con numeri complessiRappresentazione e dichiarazione dei numeri complessi, operazioni sui numeri complessi.

(L: 1; E: 1)Gli array (vettori e matrici) in matlabDefinizioni, creazione, indicizzazione, creazione di sottomatrici. Operazioni con gli array: trasposta, somma, sottrazione, prodotto matriciale e divisione tra matrici; prodotto, divisione e elevamento a potenza tra singoli elementi. Funzioni Matlab per la manipolazione di array (determinante, rango, inversa, ecc.). (L: 2; E: 1)Risoluzione di sistemi lineari in matlabCalcolo di autovalori e autovettori di una matrice. Le stringhe in Matlab. Funzioni di conversione da stringa a numero e viceversa. (L: 1; E: 1)I grafici in matlabFunzioni e comandi principali. Rappresentazione di curve, più curve nello stesso grafico, più grafici nella stessa figura, come aggiungere curve in un grafico. Grafici con numeri complessi: rappresentazione rettangolare, vettoriale, polare. (L: 2; E: 1)Le funzioni definite dall’utenteDefinizioni, dichiarazione, chiamata di funzioni in Matlab. Grafici di funzioni. (L: 2; E: 1)

Strumenti per la programmazione con selezione

Operatori logici e relazionali, funzioni Matlab relazionali e logiche. Controllo del flusso di comandi: if semplice, if annidato, else e elseif. Cicli: for, while. Comando break. Esempi di utilizzo dei comandi per cicli di comandi: for, while, break. (L: 2; E: 2)

Testi di riferimento Materiale fornito dal Docente. Qualsiasi testo di Introduzione al Matlab.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale o prova scritta con domande da prova orale.L’iscrizione all’esame è per via e-mail all’indirizzo del Docente ([email protected]), o per accordi telefonici (050 3152614).

BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI (12 CFU)MODULO: PROCESSI BIOLOGICI INDUSTRIALI (6 CFU)

Docente: Roberto TARTARELLI


PrerequisitiConoscenze di Chimica, Biochimica, Biologia.

ObiettiviGli obiettivi formativi del Corso sono: dare allo studente i criteri generali che presiedono al trasferimento di una reazione biologica ad un processo su scala industriale, con particolare riferimento agli aspetti cinetici e reattoristici.

Programma di massimaBiocomposti: proteine, carboidrati, lipidi, nucleotidi e polinucleotidi. (L: 3)

Enzimi: cinetica enzimatica (effetto del substrato, del pH, della temperatura); immobilizzazione degli enzimi. (L: 5)

Metabolismo: anabolismo e catabolismo; catabolismo del carbonio; respirazione; trasporto attraverso membrane cellulari; stechiometria della crescita cellulare; stechiometria di formazione del prodotto; produzione di calore; cinetica di utilizzazione del substrato e di formazione del prodotto; trasferimento di O2 e CO2. (L: 8)

Mutazioni e alterazioni del DNA cellulare (tecnologia del DNA ricombinante). (L: 2)

Bioreattori: reattori batch e continui per reazioni catalizzate da enzimi o in presenza di massa cellulare. (L: 5; E: 5)

Produzione ed impieghi degli enzimi (conversione dell’amido). (L: 2)

Processi fermentativi: produzione di vino, birra, aceto di vino, acido citrico, acido lattico, acido glutammico, lisina, lievito per panificazione, vitamina B12, antibiotici (penicilline, cefalosforine, amminoglicosidi, cefalosporine). (L: 12)

Produzione di proteine umane (anticorpi monoclonali, interferone-α, insulina). (L: 2)

Trattamento di acque reflue civili: processi a fanghi attivi per la rimozione del BOD, dell’azoto e del fosforo. (L: 6)

Testi di riferimento Appunti preparati dal Docente. J. E. Bailey, D. F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals (2nd edn.),

McGraw-Hill, 1986.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale.

SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI (6 CFU)

Docente: Giuseppe GALLONE


PrerequisitiNozioni fondamentali di Chimica e Fisica.

ObiettiviFar acquisire allo studente le nozioni fondamentali sulla struttura e sul comportamento dei materiali di interesse specifico, nonché sui meccanismi di degrado nelle specifiche condizioni d’uso e sulle tecniche di trasformazione.

Programma di massimaLa struttura della materia allo stato solidoStruttura atomica della materia: modelli per l’atomo; livelli energetici; configurazione elettronica enumeri quantici; legami chimici; origine del comportamento elastico dei materiali. (L: 4)Struttura e geometria dei cristalli: reticoli cristallini; celle elementari; strutture cristalline principali (cubiche ed esagonali); polimorfismo; metodi di analisi della struttura. (L: 3)Solidificazione e difetti nei cristalli: cristallizzazione omogenea ed eterogenea; microstruttura (monocristalli, policristalli, soluzioni solide); difetti reticolari di punto, di linea, di superficie. (L: 3)Processi di diffusione nei solidi cristallini: energia di attivazione, velocità di processo, legge di Arrhenius; meccanismi sostituzionale ed interstiziale; condizioni stazionarie e non. (L: 1)Diagrammi di stato: sostanze pure e composti; leghe binarie isomorfe; leghe binarie eutettiche; trasformazioni invarianti; fasi e composti intermedi; aspetti quantitativi dei diagrammi di stato; condizioni di non equilibrio. (L: 4)Comportamento meccanicoIntroduzione alla meccanica dei sistemi contnui: solidi omogenei e loro caratteristiche di deformazione; il tensore degli sforzi (sforzi normali e tangenziali); formula di Cauchy; equazioni costitutive per i solidi in campo elastico (legge di Hooke) e per i fluidi newtoniani; proprietà meccaniche di fluidi e solidi (viscosità, elasticità, plasticità e viscoelasticità). (L: 6)Proprietà meccaniche dei materiali cristallini: meccanismi di deformazione plastica e rottura nei solidi monocristallini e policristallini; rafforzamento per incrudimento e per soluzione solida; processi di ricottura, ricupero e ricristallizzazione; lavorazioni industriali dei metalli. (L: 4)Prove di caratterizzazione meccanica: prova di trazione e diagramma sforzo-deformazione; prove di durezza; prova di resilienza; misura della tenacità a frattura; rottura per fatica e prove di fatica; prove di creep e creep-rottura. (L: 4)Le classi principali di materiali

Materiali metallici: acciai semplici e speciali; acciai inossidabili; alluminio e sue leghe; titanio e sue leghe. (L: 7)Materiali polimerici: natura e proprietà dei solidi polimerici; polimeri termoplastici e termoindurenti; elastomeri. (L: 7)Materiali ceramici avanzati e vetrosi: strutture cristalline tipiche; la sinterizzazione; proprietà meccaniche, termiche ed elettriche; i vetri. (L: 5)Materiali compositi: polimeri fibro-rinforzati; compositi a matrice metallica e ceramica.

(L:2)Principali meccanismi di degradazione dei materialiCorrosione, ossidazione e protezione dei materiali: corrosione dei metalli; celle galvaniche; cineticadella corrosione; meccanismi di corrosione ed ossidazione; metodi di protezione. (L:2)Proprietà elettricheProprietà elettriche e dielettriche dei materiali: modelli per la conduzione elettrica; conduttori, semiconduttori ed isolanti; polarizzazione elettrica e dielettrici. (L: 3)

Testi di riferimento W.F. Smith, Scienza e Tecnologia dei Materiali, McGraw-Hill. Laddove necessario, saranno forniti appunti integrativi e/o riferimenti

bibliografici disponibili in biblioteca sugli argomenti non contemplati nel libro di testo consigliato.

Modalità di svolgimento dell’esameProva scritta e prova orale

BIOSENSORI E BIOSTRUMENTAZIONE (12 CFU)MODULO: STRUMENTAZIONE BIOMEDICA(6 CFU)

Docente: Claudio DOMENICI


PrerequisitiIl corso di Biostrumentazione, che costituisce una delle due semestralità in cui è suddiviso l’insegnamento di “Biosensori e Biostrumentazione”, si propone di fornire allo studente una conoscenza abbastanza dettagliata dei principi di funzionamento e delle modalità di utilizzo delle principali apparecchiature biomedicali. I diversi argomenti trattati richiedono, oltre ad una conoscenza di base dei corsi tradizionali (Fisica, Matematica, Chimica, Meccanica, ecc.), anche conoscenze (almeno a grandi linee) di argomenti presentati in altri corsi, come quelle relative alla Fisiologia dei principali organi e tessuti. È inoltre richiesta la conoscenza dei fondamenti di Elettronica.

ObiettiviGli obiettivi formativi del corso sono: mettere lo studente in condizione di possedere una visione generale delle problematiche legate all’utilizzo, principalmente in campo medico-clinico ma anche in quello biotecnologico, di strumenti ed apparecchiature anche complesse; acquisire le conoscenze fondamentali per descrivere i principi base del funzionamento di tali strumenti ed essere in grado di analizzare fenomeni legati alla loro interazione con i sistemi biologici (ad esempio, valutare gli effetti di raggi X o di onde ultrasoniche al variare delle caratteristiche materiali dei tessuti analizzati, oppure l’azione di elettrodi sulla pelle, ecc.).

Programma di massimaIntroduzionePrincipali apparecchiature biomedicali e loro classificazione. (L: 2)Strumentazione diagnostica specialisticaElettrocardiografia, sistemi di derivazione ed elettrodi. Elettromiografia ed elettroencefalografia. Misure di portata e pressione del sangue. Strumentazione per laboratorio di analisi. (L: 9; E: 4)Strumentazione per bioimmaginiRaggi X e strumentazione radiologica. Tomografia assiale computerizzata. Gamma camera e tomografia ad emissione di positroni. Principi di risonanza magnetica nucleare. Onde ultrasoniche: proprietà e applicazioni. Ecografia. (L: 9; E: 4)Strumentazione terapeuticaStimolatori cardiaci: pacemaker e defibrillatori. Dispositivi per unità di terapia e cura intensiva. Cateterismo e angioplastica. Ultrasuoni in litotripsia e fisioterapia. (L: 6; E: 2)Strumentazione riabilitativa. (L: 2)Strumentazione per la chirurgia assistita

Unità elettrochirurgiche - elettrobisturi. LASER, principi di funzionamento e loro utilizzo in medicina. (L: 6; E: 1)BiostrumentazioneStrumentazione per laboratorio di biologia molecolare e tecnologia genomica. Immunosensori e biosensori gene specifici. Bioreattori e laboratorio di biologia cellulare.

(L: 6; E: 4)

Testi di riferimento R. Aston, Principles of Biomedical Instrumentation and Measurement, Merrill

Publishing Company, 1990 (Rist. 2002). G. Avanzolini, Strumentazione Biomedica, Patron Editore, 1998. Appunti tratti dal Corso tenuto negli anni precedenti. Materiale fornito dal Docente.

Modalità di svolgimento dell’esameProva orale con domande aperte e risoluzione di problemi con tendenza a saggiare anche le capacità di analisi da parte dello studente.

VERIFICHE DI SICUREZZA (2 CFU)Docente: Luca PICCINOCCHI


PrerequisitiConoscenze di strumentazione biomedica.

ObiettiviConoscere le procedure di verifica della sicurezza elettrica e la normativa vigente europea e nazionale sulla sicurezza delle apparecchiature biomediche

Programma di massima

Teoria elettrica. “Rischio” e “Sicurezza” in ambito elettrico. Problematiche nella misura di piccole entità, mAe A. Le correnti disperse. Effetti fisiopatologici della corrente elettrica

Normativa legislativa europea ed italiana. Direttive Comunità Europea. DPR, DL, Leggi dello Stato Italiano

Normativa tecnica europea ed italiana. Norma IEC 601.1. CEI 62-122 Guida alle verifiche. Norme CEI particolari del comitato CT62

La verifica di sicurezza. Compiti. Responsabilità. Organizzazione

Laboratorio. Esperienze reali di verifica su elettromedicali. Esecuzione e problematiche. Uso di strumentazione per la verifica

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