ECTS - University of Pisa
Modulo di Modelli Compartimentali
Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze in merito agli strumenti e alle metodologie per la modellizzazione fisico-matematica dei sistemi biologici.
Modulo di Organi Artificiali
Capire le equazioni di base delle reazioni chimiche (ordine zero, primo ordine, Micheles Menten). Acquisire conoscenze sui sistemi fisiologici naturali, modellarli e progettare la sostituzione dell'apparecchiatura. Modella il rene, il polmone, il cuore, il pancreas e la sua relazione con il fegato e definire e ottimizzare i principali parametri di un dialisi, di un ossigenatore, di un cuore artificiale e di un infusore di insulina.
Module of Compartmental Models
Students will have acquired knowledge about the tools and methodologies for the mathematical modeling of biological systems.
Module of Artificial Organs
Understand the basic equations of chemical reactions (zero order, first order, Micheles Menten). Acquire knowledge on the natural physiological systems, model them and to design equipment replacement. Model kidney, lung, heart, pancreas and its relationship with liver and to define and optimise the principal parameters of a dialyser, of an oxygenator, of an artificial heart and of an insulin infuser.
Modulo di Modelli Compartimentali
La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione della prova scritta prevista all'inizio di ogni sessione d'esame.
Modulo di Organi Artificiali
Lo studente dovrebbe essere in grado di stimare il tasso di consumo di ossigeno nel corpo e illustrare la differenza tra zero, prima e seconda reazione. Lo studente dovrebbe dimostrare la capacità di modellare il diverso sistema biologico descritto durante la classe e di ottimizzare i dispositivi medici in base a diverse condizioni fisiologiche e patologiche di un paziente.
Module of Compartmental Models
Academic progress will be monitored and verified from the written test at the beginning of each exam session.
Module of Artificial Organs
The student should be able to estimate the rate of oxygen consumption in the body, and illustrate the difference between zero, first and second order reactions. The student should demonstrate the ability to model the different biological system described during the class, and to optimize the medical devices on the basis of different physiological and pathological conditions of a patient.
Per quanto riguarda il modulo “Modelli Compartimentali”, al termine del corso lo studente saprà approcciare le problematiche di modellistica matematica dei sistemi biologici.
Per quanto riguarda il modulo “Organi Artificiali”, al termine del corso lo studente, sarà in grado di modellare il diverso sistema biologico descritto durante la classe e di ottimizzare i dispositivi medici in base a diverse condizioni fisiologiche e patologiche di un paziente.
Module of Compartmental Models
By the end of the course, students will know how to approach the biological systems via mathematical modelling.
Module of Artificial Organs
At the end of the course, the student will be able to model the different biological system described in the classroom and to optimize medical devices according to different physiological and pathological conditions of a patient.
Ulteriori informazioni: L'esame scritto richiede risoluzioni problematiche. 50% SCRITTO, 50% orale
Final written exam
Final oral exam
Further information: The written exam requires problem solving. 50% WRITTEN, 50% oral
Nel modulo di “Modelli Compartimentali, lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche di modellistica dei sistemi biologici.
Nel modulo “Organi Artificiali”, i comportamenti che si ritiene lo studente possa acquisire sono:
Sensibilità nei confronti della analisi e della progettazione dei dispositivi di ausilio ai sistemi biologici;
Sensibilità nella progettazione di dispositivi di ausilio ai sistemi biologici.
In the module of Compartmental Models, students will acquire and/or develop awareness of mathematical modeling of biological systems.
In the module of Artificial Organs, the behaviors that students feel is able to acquire are:
Sensitivity to the analysis and design of devices for aids to biological systems;
Sensitivity in designing aids for biological systems.
Per entrambi i moduli, gli strumenti utilizzati per accertare l’acquisizione dei comportamenti attesi saranno:
For both modules, the tools used to ascertain the expected behavior acquisition are:
Per seguire il corso in modo proficuo, non sono richieste conoscenze specialistiche da parte degli studenti. Tuttavia, sono necessarie conoscenze consolidate di base di fisica, matematica e algebra lineare. Sono inoltre utili, anche se non strettamente necessarie, conoscenze relative a meccanica, automatica, biostatistica, elettronica e biologia.
To profitably attend this course, no specialistic knowledge is required. However, consolidated competences of physics, mathematics and linear algebra are needed. In addition, useful (even if not strictly needed) competences concern mechanics, control engineering, biostatistics, electronics, and biology.
Attività didattiche:
Frequentando lezioni
Presenza: consigliato
Modulo di Modelli Compartimentali
Introduzione alla modellistica matematica in fisiologia e biologia, modelli compartimentali e farmacocinetici, modelli fisiologici, identificazione a priori, stima parametrica, casi di studio, reazioni enzimatiche. Introduzione a tecniche avanzate di modellizzazione e analisi dati, deconvoluzione, progettazione dell'esperimento, simulazione di modelli compartimentali lineari e nonlineari, identificazione di modelli ingresso-uscita, identificazione di modelli strutturali.
Modulo di Organi Artificiali
Cinetica enzimatica, reazioni di emoglobina e ossigeno, equazioni di reazione del ligando del recettore. Modello della fisiologia renale, del ciclo Henle, del trasporto e della diffusione di sali, proteine, di secrezione. Parametri di un rene naturale e progettazione e modellizzazione di un dializzatore. Modello della fisiologia polmonare, del trasporto del gas, dell'ossigenazione del sangue in condizioni fisiologiche e patologiche. Definizione dei principali parametri di un polmone naturale e progettazione e modellizzazione di un ossigenatore. Modello della fisiologia del cuore, definizione dei suoi parametri principali e progettazione e modellizzazione della pompa cardiaca, cuore artificiale e pacemaker. Modello della fisiologia epatica del pancreas, metabolismo del glucosio insulino.
Module of Compartmental Models
Introduction to mathematical modeling, compartmental models, pharmacokinetics, physiological models, a priori identification, parametric estimation, case studies, enzymatic reactions, tumor growth model, introduction to advanced techniques of modeling and data analysis, deconvolution, design of experiments, simulation of linear and nonlinear compartmental models, identification of input-output models, identification of structural models.
Module of Artificial Organs
Enzyme kinetics, haemoglobin and oxygen reactions, receptor ligand reaction equations. Model of kidney physiology, of Henle loop, of transport and diffusion of salts, protein, of secretion. Parameters of a natural kidney and design and modelling of a dialyser. Model of Lung physiology, of gas transport, of blood oxygenation in physiological and pathological conditions. Definition of principal parameters of a natural lung and design and modelling of an oxygenator. Model of heart physiology, definition of its principal parameters and design and modelling of cardiac pump, artificial heart and pacemaker. Model of pancreas-liver physiology,glucose insulin metabolism.
Modulo di Modelli Compartimentali
Carson, C. Cobelli. Modelling metodology for physiology and medicine (2nd edition). Elsevier.
Materiale didattico condiviso sulla piattaforma e-learning.
Modulo di Organi Artificiali
Biomedical engineering principles, David O. Cooney, Marcel Dekker, New York
appunti forniti dal docente
Module of Compartmental Models
Carson, C. Cobelli. Modelling metodology for physiology and medicine (2nd edition), Elsevier.
Lecture materials will be available on the e-learning platform.
Module of Artificial Organs
Biomedical engineering principles, David O. Cooney, Marcel Dekker, New York.
Materials furnished by the professor.
Non ci sono variazioni per studenti non frequentanti.
There are no variations for students that do not attend the course.
Modulo di Modelli Compartimentali
https://www.sciencedirect.com/book/9780124115576/modelling-methodology-for-physiology-and-medicine
Module of Compartmental Models
https://www.sciencedirect.com/book/9780124115576/modelling-methodology-for-physiology-and-medicine
