INGEGNERIA BIOMEDICA

LAUREA MAGISTRALE

INGEGNERIA BIOMEDICA

UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

Offerta

formativa

19/20

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leL’Ingegneria Biomedica

◼L’ingegneria biomedica è una disciplina

che utilizza metodologie e tecnologie

dell’ingegneria per affrontare problemi

relativi alle scienze della vita.

◼È una disciplina emergente, volta a

generare una migliore comprensione dei

fenomeni medico-biologici ed a produrre

tecnologie per la salute con beneficio per

la società

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leLa formazione dell’Ingegnere

BiomedicoOccupandosi dei complessi sistemi

biologici, deve acquisire:

• una formazione ingegneristica di base ad ampio

spettro (fisico-matematica, informazione,

meccanica, chimica);

• adeguate competenze biologiche e

fisiopatologiche;

• una formazione specialistica nel settore della

bioingegneria.

LAUREA MAGISTRALE: Figure

Professionali

Ingegnere clinicoEsperto e/o responsabile di alta qualificazione nella gestione dei

servizi di ingegneria clinica

Progettista di apparecchiature biomedicheSupporto alla progettazione di dispositivi, elaborazione di dati e

segnali, segue il prodotto, pianifica l’impatto sul mercato

Ricercatore in Ingegneria biomedicaSupporto alla ricerca di base; supporto alla ricerca applicata alla

progettazione di dispositivi innovativi (Dottorato di ricerca)

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LAUREA MAGISTRALE:

conoscenze attese

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• Conoscenze di circuiti, strumentazione,

apparecchiature medicali

• Conoscenze dei modelli e dei meccanismi

operanti nei sistemi biologici

• Conoscenze di segnali, tecniche di elaborazione,

tecniche di imaging

• Conoscenze di biomeccanica e tessuti biologici

LAUREA MAGISTRALE:

conoscenze attese

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• Forma mentis adeguata a confrontarsi con

una realtà in rapida evoluzione

• Approccio fortemente multidisciplinare

• Equilibrio fra specializzazione e creatività

(possibilità di specializzarsi senza trascurare

le basi metodologiche)

LAUREA MAGISTRALE:

perché Cesena?

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• Campus moderno con ottimi laboratori e

spazi

• Corpo docente giovane e preparato

• Numero limitato di studenti (ottimo rapporto

docenti/studenti)

• Svariate tematiche di ricerca

LAUREA MAGISTRALE:

Campus Cesena

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Campus CesenaIN

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Requisiti di accessoIN

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• Almeno 36 CFU complessivamente in SSD delle

Materie di base dell’ingegneria (Matematica,

Fisica, Informatica, Chimica, ecc..)

• Almeno 24 CFU di Ingegneria dell’informazione

(Elettronica, Automatica, Telecomunicazioni)

• Almeno 6 CFU dell’Ingegneria Industriale (Fisica

Tecnica, Elettrotecnica,…)

• Voto di Laurea (85/110 se almeno 24 CFU in SSD

di Ingegneria Biomedica, altrimenti almeno 95/110)

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(Laurea Magistrale)

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Biomeccanica 6Elaborazione di dati e

segnali biomedici

9

Algebra e analisi

numerica 9

Modelli di sistemi

biologici

9

Biochimica applicata 6Strumentazione

biomedica

9

Bioelettromagnetismo 6

Idoneità di lingua

inglese 6

Primo anno

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(Laurea Magistrale)

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Secondo anno

Organi artificiali 6

Attività formative a scelta guidata (27 CFU)

Attività formative a scelta libera (12 CFU) –

Tesi finale (15 CFU)

Sensori e

nanotecnologie

9 Bioimmagini9

Bioingegneria della

riabilitazione

9 Meccanica dei

tessuti biologici 9

Sistemi neurali

9 Modelli e metodi per

la Cardiologia

computazionale

9

Scelte guidate

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(Laurea Magistrale)

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Secondo anno

Scelte libere

Biomeccanica della funzione motoria 6

Biomeccanica computazionale 6

Ingegneria biomedica per i paesi in via di sviluppo 3

Cognizione e neuroscienze 6

Laboratorio di design di prodotto LM 3

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(corsi obbligatori)

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⚫ Biomeccanica: Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze necessarie alla modellazione meccanica di problemi biologici riguardanti il

sistema muscolo-scheletrico e cardiocircolatorio e i principi di funzionamento e

progettazione degli organi artificiali impiegati per il trattamento di pazienti con

importanti disfunzioni di organo.

⚫ Algebra e Analisi Numerica: Al termine del corso, lo studente conosce gli aspetti numerico-matematici e le principali metodologie algoritmiche che gli

permettono di risolvere al calcolatore problemi di interesse nell’Ingegneria

(equazioni differenziali alle derivate ordinarie e derivate parziali con particolare

riferimento agli schemi alle differenze finite e agli elementi finiti)

⚫ Biochimica applicata: Al termine del corso lo Studente conosce la struttura delle biomolecole coinvolte nelle vie dell’informazione (acidi nucleici e proteine)

e i principali approcci metodologici e strumentali per la loro analisi biochimica

in laboratorio. Ha così rilevato le esigenze fondamentali di un laboratorio

biomedico di base, in ambito clinico o di ricerca.

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(corsi obbligatori)

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⚫ Bioelettromagnetismo: Al termine del corso lo studente conosce i principali fenomeni legati alla propagazione libera e guidata delle onde

elettromagnetiche ed alla loro interazione con i diversi mezzi materiali.

⚫ Successivamente si dedica allo studio dei meccanismi di interazione tra i

campi elettromagnetici ed i sistemi biologici e relativi modelli teorici.

⚫ .

⚫ Elaborazione di dati e segnali biomedici: Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze teoriche sui segnali tempo-discreto, sui

processi stocastici, sui metodi non-stazionari, sugli stimatori. E’ in grado di

elaborare segnali al computer applicando le tecniche di filtraggio, di stima

parametrica e di classificazione, e di valutare gli aspetti energetici di un

segnale.

⚫ Modelli di sistemi biologici: Al termine del corso lo studente è in grado descrivere i principali fenomeni e processi biofisici mediante modelli

matematici, analizzare le principali proprietà dei modelli matematici lineari e

non lineari, anche con riferimento ai problemi di regolazione e controllo e

studiare il comportamento di un sistema biologico complesso mediante

simulazione numerica.

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(corsi obbligatori)

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⚫ Strumentazione biomedica: Lo studente, al termine del corso, possiede le conoscenze relative ai principi di funzionamento e di progettazione della

strumentazione diagnostica e terapeutica di più comune impiego nella pratica

clinica (sistemi per la registrazione di potenziali bio-elettrici, dispositivi

piezoelettrici, sistemi di diagnostica per immagini, sistemi per la misura di flussi

e volumi corporei, pacemaker, defibrillatori).

⚫ Organi artificiali: Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze relative ai principi di funzionamento e progettazione degli organi artificiali

impiegati per il trattamento di pazienti con importanti disfunzioni di organo. In

particolare, è in grado di conoscere le tecnologie impiegate, i materiali, le

problematiche legate alla loro progettazione, brevettazione, sperimentazione,

certificazione, utilizzo clinico e sviluppi futuri.

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(scelte guidate)

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⚫ Sensori e nanotecnologie: Al termine del corso lo studente matura conoscenze di base per la comprensione e l’utilizzo dei trasduttori e delle

relative interfacce elettroniche, impara ad affrontare l’argomento da un punto

di vista sistemistico, enfatizzando gli elementi comuni delle diverse tipologie di

sensori e conosce le tecniche di fabbricazione nel campo della nanotecnologia

e le tecniche di laboratorio per l’analisi di strutture nanometriche

⚫ Bioingegneria della riabilitazione: Al termine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze di base per: la valutazione quantitativa della funzione

motoria, il progetto e l’impiego dei principali strumenti per la riabilitazione

sensori-motoria, la selezione e la personalizzazione degli ausili.

⚫ Sistemi Neurali: Al termine del corso lo studente possiede strumenti teorici e pratici sui principali modelli di neuroni, sulle reti neurali, sia artificiali sia

ispirate alla fisiologia, sulle tecniche di apprendimento, sui problemi affrontabili

attraverso ciascun tipo di rete. E’ in grado di simulare il comportamento di

semplici reti neurali al computer. Possiede conoscenze sulle problematiche

legate a tecniche di neuroimaging e di elettroencefalografia.

SINTESI DELLE DISCIPLINE

(scelte guidate)

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⚫ Bioimmagini: Al termine del corso lo studente possiede una competenza approfondita circa la valutazione e la elaborazione di bioimmagini e acquisrà

gli strumenti per elaborare bioimmagini 2D e 3D per scopi

diagnostici/terapeutici ottenute con diversi sistemi di acquisizione mediante

l’applicazione sia di tecniche classiche sia di metodi avanzati di filtraggio,

segmentazione e registrazione.

⚫ Meccanica dei tessuti biologici: Al termine del corso, lo studente ha la capacità di analizzare il legame stuttura-funzione-proprietà meccaniche dei

tessuti, comprendere la risposta meccanica e tempo-dipendente dei tessuti,

sviluppa ed analizza esperimenti per caratterizzare meccanicamente i tessuti.

⚫ Modelli e metodi per la cardiologia computazionale: Lo studente, alla fine del corso, conosce le principali problematiche fisiopatologiche in

ambito cardiaco e i possibili approcci di tipo computazionale per affrontarle.

Conosce i metodi per la rappresentazione astratta dei processi biologici su

scala molecolare e cellulare attraverso esempi e conosce le tecniche e i

dispositivi per misure in elettrofisiologia cardiaca.

Laura Magistrale Ingegneria ElettronicaCurriculum Bioingegneria Elettronica

Primo anno – attività formativa obbligatoria:

Docente: Guido Avanzolini, Crediti: 6

Conoscenze ed abilità da conseguire: Analisi e progetto di semplici sistemi

diagnostici. La sicurezza elettrica delle apparecchiature biomediche.

Secondo anno – attività formativa obbligatoria

Docente: Angelo Cappello, Crediti: 6

Conoscenze e abilità da conseguire: fornire allo studente un quadro sulle

problematiche della disabilità, gli ausili utilizzati e le tecniche per la valutazione

funzionale con particolare riferimento alla neuroriabilitazione e neuroprotesi

nel controllo della postura e del movimento, alla protesi e ortesi per arti

superiori e inferiori, e al monitoraggio remoto, applicazioni domotiche e realtà

virtuale.

Laura Magistrale Ingegneria ElettronicaCurriculum Bioingegneria Elettronica

Secondo anno – attività formativa obbligatoria:

Docente: Lorenzo Chiari, Crediti: 6

Conoscenze e abilità da conseguire: acquisire gli strumenti conoscitivi e

metodologici per estrarre l'informazione utile da un segnale biomedico,

interpretare i risultati e convalidare i descrittori ottenuti alla luce di elementi di

conoscenza del sistema biologico coinvolto, innovare nell'ambito delle

conoscenze fisiologiche, della produzione di nuove apparecchiature mediche

"intelligenti", e in nuovi protocolli clinici di prevenzione, diagnosi e cura.

Secondo anno – attività formativa a scelta libera consigliate:

Docente: Claudio Lamberti, Crediti: 6

Conoscenze e abilità da conseguire: Gestione e normativa delle

apparecchiature biomediche. Sistemi informativi sanitari ed elementi di

telemedicina. Il dimensionamento dei servizi sanitari. La diagnostica per

immagini. Elaborazione di immagini biomediche: metodi di filtraggio e

segmentazione. Visualizzazione assistita al calcolatore.

Tecniche di realtà virtuale in biomedicina.

▪ STRUTTURE SANITARIE, SPORT

▪ APPARECCHIATURE MEDICALI,

DISPOSITIVI IMPIANTABILI E

PORTABILI, SISTEMI ROBOTIZZATI

▪ IMPIANTI BIOMEDICI

▪ TELEMEDICINA

▪ BIOLOGIA SINTETICA

▪ INGEGNERIA DI CELLULE E TESSUTI

▪ BIOIMMAGINI

▪ NEUROPROTESI

▪ NEUROSCIENZE

Ingegneria Biomedica (Cesena)

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LIB - INGEGNERIA BIOMEDICA

I laboratori a Cesena

STRUMENTAZIONE BIOMEDICA,

ELABORAZIONE DATI BIOMEDICI,

MODELLAZIONE DI FUNZIONI

CEREBRALI E PROCESSI MOTORI

ICM - INGEGNERIA CELLULARE - MOLECOLARE

ELABORAZIONE DATI BIOCHIMICI,

BIOLOGIA SINTETICA,

INGEGNERIA DEI TESSUTI BIOLOGICI

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Le motivazioni legate al territorio

In Emilia-Romagna è presente una concentrazione industriale consistente,

competitiva e rivolta all'esportazione

Gambro Dasco (MO)

Mortara Rangoni (BO) Technogym(FC)

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leLe motivazioni legate al territorio

In Emilia-Romagna sono presentiimportanti strutture sanitarie,

pubbliche e private, con un parco tecnologico costoso e di alta

complessità tecnica

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leLe motivazioni legate al territorio

In Emilia-Romagna sono presenti importanti centri di ricerca

DEISDEIS

http://www.http://www.cinecacineca..itit/B3C//B3C/

Centro Protesi INAIL

Industria & Università

Istituti Ortopedici Rizzoli

Complessità Cerebrale in Risonanza

Magnetica con Indici Frattali

Machine and Deep

Learning in

NeuroImaging

Realtà Aumentata con

Robot Chirurgico Da Vinci

• Sviluppo di tecniche basate su misure non invasive per unadiagnosi precoce, più affidabile e a ridotto impatto economico

• Sviluppo di sistemi indossabili per la predizione di eventifisiopatologici potenzialmente pericolosi per sé stessi o per gli altri

(predizione di attacchi epilettici, predizione di sonnolenza)

Sistemi indossabili

• Brain-computer interface(dispositivi esterni direttamente controllati dal segnale EEG)

• Tecniche e procedure per la riabilitazione dipazienti con deficit cognitivi/sensoriali/motori

• Dispositivi multimediali «brain inspired» in gradodi integrare informazioni da ingressi differentiper generare comportamenti intelligenti

Bioingegneria della riabilitazione

STUDIO DEI RITMI CEREBRALI: ACQUISIZIONE

E ANALISI DEL SEGNALE ELETTROENCEFALOGRAFICO

• Acquisizione segnale EEG a riposo e durante task sensoriali/cognitivi/motori

• Analisi dei ritmi EEG attraverso tecniche avanzate di signal processing

• Obiettivo: contribuire a chiarire l’origine ela funzione dei ritmi cerebrali con finalitàconoscitive e applicative (e.g. BCI)

segnali EEG ‘grezzi’ rimozione artefatti

(ICA)

analisi spettrale

stima attività

corticale

analisi modellistica

deep learning per

estrazione e

classificazione

resttask 1task 2

alpha

PS

D

analisi tempo-

frequenza

Neuroscienze conmputazionaliModelli matematici e algoritmi in grado di simulare l’emergere dicomportamenti «intelligenti»

Modelli che simulano:

• la connettività tra areecerebrali

• l’interazione tra i sensi(vista, udito, tatto…)

• la plasticità cerebrale

Comprendere come diverse regioni cerebrali partecipano a un medesimo task

Comprendere i meccanismi neurali alla base della percezione

Comprendere i cambiamentidei circuiti cerebrali in seguitoa esperienza e apprendi-mento

Neuroscienze computazionaliModelli matematici e algoritmi in grado di simulare l’emergere dicomportamenti «intelligenti»

Modelli che simulano:

• La memoria semantica

• I gangli della base e lamalattia di Parkinson

• I ritmi cerebrali

Comprendere i meccanismineurali alla base delriconoscimento di oggetti(embodied cognition)

Chiarire i meccanismi patologici e aiutare l’ot-timizzazione della terapia

Comprendere il ruolo delleoscillazioni neuronali a livellocognitivo

Tecniche diagnostiche innovative

• Modelli e strumentazione

per l’ottimizzazione della

terapia emodialitica

• Modelli per

l’elettrofisiologia atriale e

ventricolare

• Elaborazione di immagini

cardiache

Biomeccanica del movimento

Modelli muscolo-scheletrici

• Meccanica e

metabolismo total-body

• Stima della forza muscolare

• Biomeccanica articolare

Metodi avanzati pel la

quantificazione del

movimento

• Protocolli per la minimizzazione

dell’artefatto da tessutomolle

• Fluoroscopia 3D

• Protocolli robusti per applicazioni

speciali

ACL

PCL

Monitoraggio quatitativo del controllo motorio

Metriche avanzate per

l’analisi del controllo

motorio

• Quantificazione stabilità statica e

dimanica

• Caratterizzazione del deficit di

controllo associato a condizioni

patologiche

Monitoraggio dello sviluppomotorio

• Indici di valutazione oggettiva del

controllo nell’età dello sviluppo

• Sistemi indossabili per il monitoraggio

pervasivo

• Pattern di riferimento per

l’identificazione precoce di alterazioni

dello sviluppo motorio

▪ BIOCOMPATIBILITA’ E

FUNZIONALIZZAZIONE DI

POLIMERI DI INTERESSE

BIOMEDICALE,

▪ ATTUATORI PER LO STIMOLO

DINAMICO (COMPRESSIONE,

DEFORMAZIONE, SFORZI DI

TAGLIO) DI CELLULE IN

COLTURA

▪ MEDICINA RIGENERATIVA.

Referente: emanuele.giordano@unibo.it

Ingegneria dei Tessuti

Biologia sintetica

▪ CIRCUITI GENETICI

SINTETICI,

▪ PARTI BIOLOGICHE

MODULARI E STANDARD,

▪ PROGETTAZIONE GUIDATA

DALLA SIMULAZIONE

NUMERICA,

▪ SENSORI BIOMOLECOLARI.

Referente: emanuele.giordano@unibo.it