ECTS - University of Pisa
Al termine del corso di ROBOTICA PER CHIRURGIA E PER RIABILITAZIONE l’allievo avrà acquisito ampie conoscenze relative alla robotica medica nel campo della chirurgia e della riabilitazione. Il corso si compone di due moduli: BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (docente: Marco Controzzi) e ROBOTICA MEDICA (docente: Gastone Ciuti).
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Saper impostare un progetto di macchina nell’ambito della robotica medica sapendo discutere ed analizzare i principali componenti caratterizzanti con chiaro impatto verso la futura industrializzazione e sfruttamento commerciale (analisi di mercato e piano di sfruttamento).
At the end of the course of ROBOTICA PER CHIRURGIA E PER RIABILITAZIONE the student will have gained extensive knowledge of medical robotics in the field of surgery and rehabilitation. The course consists of two modules: BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (lecturer: Marco Controzzi) and ROBOTICA MEDICA (lecturer: Gastone Ciuti).
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
L'esame si articola in una prova pratica scritta e ed in una prova orale. La prova pratica scritta consisterà nello studio di un semplice gruppo meccanico di un dispositivo e nella verifica di alcune sue parti. La prova orale riguarderà la padronanza degli argomenti del programma ufficiale del corso ai fini di una loro pratica applicazione in comuni problemi di progettazione nell'ambito dell'ingegneria della riabilitazione.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
L’esame consiste in una prova orale che riguarda la valutazione della padronanza degli argomenti del programma ufficiale del corso ai fini di una loro pratica applicazione in comuni problemi di progettazione nell’ambito della robotica medica. Durante l’orale, il candidato potrà presentere un progetto relativo ad una nuova idea di dispositivo medicale (hardware e/o software), trattando aspetti tecnici e finanziari verso un possibile sfruttamento commerciale. Il colloquio ha una durata di circa 30-45 minuti.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
The exam is divided into a written test and an oral exam. The written test comprises the study of a simple mechanical assembly of a device and the verification of some of its parts. The oral exam covers the mastery of the contents of the course.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
The exam is divided into a written test and an oral exam. The written test will consist of solving exercises and answering questions about the topics discussed during the course, e.g. classification and functionality of robots for medical applications, image processing and calibration and recording techniques. The oral exam will cover the assessment of mastery of the subjects of the official course program for their practical application in common design problems in medical robotics. During the oral session, the candidate will present a project about a new idea of medical device (hardware and / or software) by dealing with technical and financial aspects also for a possible commercial exploitation. In case of impossibility to perform in presence the lessons and execution of the exam, still in the presence, due to COVID-19, the assessment criteria and method for the Medical Robotics module will concern an extended oral exam for at least one hour, performed remotely.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
L'obiettivo del corso è quello di fornire un quadro sintetico del processo di progettazione, dall'analisi delle esigenze fino alla progettazione concettuale, concreta e di dettaglio nell'ambito dell'ingegneria della riabilitazione. Fornire un panorama aggiornato della componentistica meccanica e dei relativi approcci di scelta e dimensionamento. Fornire un quadro completo ed aggiornato circa il comportamento meccanico dei materiali, i fenomeni che ne determinano il deterioramento o la rottura, i principali modelli per l'analisi e per la verifica della resistenza. Fare acquisire la capacità di:
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Il corso si propone di illustrare le problematiche fondamentali che si incontrano nella progettazione, nella fabbricazione e nell’utilizzo di sistemi robotici e meccatronici nel campo della robotica medica e con particolare enfasi sulla chirurgia robotica. Lo scopo principale del corso consiste nel descrivere le principali macchine per chirurgia robotica e fornire tutte le conoscenze per la progettazione di sistemi per la chirurgia minimamente invasiva, per la chirurgia assistita da calcolatore e per altre applicazioni mediche. Alcuni degli argomenti trattati sono: architetture e strategie di controllo di piattaforme robotiche computer-assistite con enfasi sull’acquisizione ed elaborazione delle immagini mediche e dei segnali biomedici (aspetti teorici, programmazione IoT e/o National Instrument LabVIEW ed applicazioni specifiche in chirurgia robotica). Il corso si propone di fare acquisire allo studente la capacità di progettare in maniera critica e completa piattaforme robotiche nel campo della medicina partendo dalla conoscenza delle piattaforme e dai dispositivi robotici commerciali e di ricerca.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
The aim of the course is to provide a concise picture of the design process, from needs analysis to conceptual, concrete and detail design in the field of rehabilitation engineering. To provide an up-to-date overview of mechanical components. To provide a complete and updated picture of the mechanical behaviour of materials, the phenomena that cause failure, the main models for the analysis and verification of the part. To acquire the ability to:
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
The course aims to illustrate the fundamental problems encountered in the design, manufacture and use of robotic and mechatronic systems in the field of medical robotics and with particular emphasis on robotic surgery. The main purpose of the course is to describe the major robotic surgery platforms and provide all the knowledge for the design of minimally invasive surgery systems, computer assisted surgery and other medical applications. Some of the topics discussed are: computer-assisted robotics platform architecture and control strategies with emphasis on the acquisition and processing of medical images and biomedical signals (theoretical aspects, National Instrument LabVIEW programming and specific applications in robotic surgery). The course aims to make the student acquire the ability to critical design complete robotics platforms in the field of medicine, starting from the knowledge of commercially-available and research-oriented platforms and robotic devices.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
Al termine del modulo attraverso la prova pratica (la quale consisterà nello studio di un semplice gruppo meccanico di un dispositivo e nella verifica di alcune sue parti). In caso si restrizioni imposte dal diffondersi del COVID-19 l'esame potrebbe essere svolto nella sola modalità orale.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Al termine del modulo attraverso la prova orale, la quale garantirà al docente di comprendere se lo studente ha appreso tutti gli argomenti relativi al corso di studio e il relativo metodo di progettazione di una piattaforma robotica per applicazioni di chirurgia. In caso di eventuale impossibilità nell'erogazione in presenza delle lezioni ed esecuzione dell'esame, sempre in presenza, le modalità di verifica delle capacità per il modulo di Robotica Medica riguarderanno una prova orale estesa di almeno un'ora, eseguita da remoto.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
At the end of the module through the practical test, which is the study of a simple mechanical assembly of a device and the verification of some of its parts. In case of restrictions for COVID-19, the exam could be limited to an oral examination.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
At the end of the module through the two tests, written and oral tests, which will guarantee the teacher to understand if the student has learned all the topics discussed during the course and the relative design method for the development of a robotic platform for surgical applications. In case of impossibility to perform in presence the lessons and execution of the exam, still in the presence, due to COVID-19, the assessment criteria of skills for the Medical Robotics module will concern an extended oral exam for at least one hour, performed remotely.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Lo studente acquisirà un metodo scientifico e rigoroso per progettare in maniera critica e completa piattaforme robotiche nel campo della medicina partendo dalla conoscenza delle piattaforme commerciali e di ricerca e dai principi di base e dalle tecnologie che caratterizzano tali sistemi.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
The student will acquire a scientific and rigorous method to critically design complete robotics platforms in the field of medicine, starting from the knowledge of commercial and research platforms and from the knowledge of the basic principles and technologies that characterize these systems.
Al termine del modulo attraverso la prova orale (la quale consisterà nella discussione della prova scritta e temi del programma). In caso di eventuale impossibilità nell'erogazione in presenza delle lezioni ed esecuzione dell'esame, sempre in presenza, le modalità di verifica delle conoscenze per entrambi i moduli riguarderanno una prova orale estesa di circa un'ora, eseguita da remoto ciascuna.
At the end of the oral examination. In case of impossibility to perform in person, due to COVID-19, the assessment criteria of behaviors for the Medical Robotics module will concern an extended oral exam for at least one hour, performed remotely.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
Dai corsi di Matematica e Fisica:
Conoscere i metodi matematici fondamentali. Non avere esitazioni circa lo studio delle condizioni di equilibrio sia statico sia dinamico di un punto. Sapere usare correttamente i sistemi di unità di misura
Da Scienza dei materiali:
Conoscere le proprietà meccaniche dei comuni materiali metallici da costruzioni.
Da Meccanica e Elementi Costruttivi:
Non avere esitazioni nel risolvere problemi di statica del corpo rigido, anche nello spazio. Saper risolvere semplici problemi di statica e, ove applicabili, di dinamica di sistemi di corpi vincolati. Sapere analizzare correttamente semplici strutture (es.: telaio di travi) o dispositivi meccanici (es.: riduttore ad ingranaggi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Dai corsi di matematica e fisica: conoscere i metodi matematici ed algebrici fondamentali. Non avere difficoltà nello svolgere studi delle condizioni di equilibrio sia statico sia dinamico di un punto. Sapere usare correttamente e conoscere i sistemi di unità di misura.
Da Scienza dei materiali: conoscere le proprietà meccaniche dei comuni materiali metallici da costruzioni.
Da meccanica e elementi costruttivi: non avere esitazioni nel risolvere problemi di statica del corpo rigido, anche nello spazio. Saper risolvere semplici problemi di statica e, ove applicabili, di dinamica di sistemi di corpi vincolati. Sapere analizzare correttamente semplici strutture (es.: telaio di travi) o dispositivi meccanici (es.: riduttore ad ingranaggi)
Inoltre si richiede la conoscenza dell’analisi dei segnali biomedici e della cinematica (diretta ed inversa) di manipolatori robotici.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
Mathematics and Physics:
Knowledge of the fundamentals in mathematics. Static and Dynamic equilibrium. Unit of measurement.
Material Science:
Mechanical properties of common materials.
Applied Mechanics:
3D static equilibrium of stiff bodies. Stress/strain relation. Beam theory. Gear trains.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Mathematics and Physics: knowledge of the fundamentals in mathematics. Static and Dynamic equilibrium. Unit of measurement.
Material Science: mechanical properties of common materials.
Applied Mechanics: 3D static equilibrium of stiff bodies. Stress/strain relation. Beam theory. Gear trains.
In addition, knowledge of the biomedical signal analysis and of the mechanical kinematic (direct and inverse) and analysis of robotic manipulators is required.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
Introduzione al corso. Definizione di ingegneria della riabilitazione. Obiettivi del corso. Contenuti del corso. Metodo. Libri di riferimento e materiale didattico. Esame.
(L: 1, E: 0)
Fondamenti di costruzione di macchine biomediche. Approccio alla progettazione. Risoluzione dei problemi di costruzione di macchine. Richiami di scienza dei materiali. Richiami di tecnica delle costruzioni. Verifiche principali nel progetto di costruzioni di macchine. Coefficiente di sicurezza e affidabilità. Verifiche di resistenza: forme di cedimento e criteri di equivalenza, concentrazione delle tensioni, resistenza dei contatti conformi e non conformi. Cenni alle verifica in caso di urti e cenni di verifiche di rigidezza. Verifiche di durabilità: introduzione alla fatica nei componenti delle macchine, usura e danneggiamento superficiale nei contatti. Coazione di più forme di danneggiamento. Dimensionamento e verifica dei principali elementi di macchina in relazione alla ingegneria della riabilitazione (collegamenti con bulloni, viti mordenti, elementi elastici, cuscinetti volventi e radenti, elementi di trasmissione).
(L: 30, E: 8)
Progettare per l'uomo e per il disabile. Disabilità e menomazioni. Il processo riabilitativo. Cenni di ergonomia e di progettazione universale. Modello HAAT. Richiami sul quadro normativo di riferimento. La specifica tecnica. Esempi di progetto e verifica di ausili, protesi e macchine per la riabilitazione (simulazione d'esame). Protesi di arto. Ausili. Macchine per la riabilitazione.
(L: 15, E: 6)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Numero totale di ore in cui si sviluppano nuovi argomenti (L): 44 Numero totale di ore in cui si svolgono esemplificazioni ed esercitazioni (E): 16. Numero totale di ore: 60. Alcuni argomenti del corso sono:
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
Hours of lessons (L): 46. Hours of classes (E): 14. Total amount of hours: 60.
Introduction. Rehabilitation Engineering: what's that? Course objectives. Contents. Method. Readings and lecture notes. Final assessment.
(L: 1, E: 0)
Biomedical devices design fundamentals. Defining the technical requirements. Intent design method. Safety factor and reliability. How to address a design project. Wear. Stress/strain relation and beam theory recap. Fatigue, stress concentration factors, contacts. Design, analysis and selection of mechanical components (screws, ball bearings, plain bearings).
(L: 30, E: 8)
Design for all and for disability. Disability and causes. The rehabilitation process. Design for all and ergonomics. The HAAT model. EU Standards. Prostheses. Assistive technologies. Rehabilitation devices. Design procedure demo.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Total number of hours that new topics are described (L): 44 Total hours of exemplifications and exercises (E): 16. Total number of hours: 60. Some of the topics discussed during the course are:
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Dispense, capitoli selezionati di libri, slide fornite dai docenti. Il materiale necessario allo studio del corso sarà disponibile sul sito web dedicato al corso di Robotica medica. I libri indicati e consigliati per l’apprendimento del corso ed approfondimento sono:
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
Notes, selected chapters of books, slides provided by teachers. The material needed to study the course will be available on the website dedicated to the course of Medical Robotics. The books indicated and recommended for learning the course and in-depth are:
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
L'esame è composto da una prova pratica scritta e una prova orale.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
L’esame consiste in una prova orale che riguarda la valutazione della padronanza degli argomenti del programma ufficiale del corso ai fini di una loro pratica applicazione in comuni problemi di progettazione nell’ambito della robotica medica. Durante l’orale, il candidato potrà presentere un progetto relativo ad una nuova idea di dispositivo medicale (hardware e/o software), trattando aspetti tecnici e finanziari verso un possibile sfruttamento commerciale. Il colloquio ha una durata di circa 30-45 minuti.
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)
The exam consists of a written practice test and an oral test.
ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)
The exam is divided into a written test and an oral exam. The written test will consist of solving some exercises and answering questions about the topics discussed in the course, e.g. classification and functionality of robots for medical applications, image processing and calibration and recording techniques. The written exam is divided into approximately 10/12 questions for a total score of 15 points and the duration of the exam is about 2 hours (test passed if score is ≥ 9). The oral exam will cover the assessment of mastery of the subjects of the official course program for their practical application in common design problems in medical robotics. During the oral session, the candidate will present a project about a new idea of a medical device (hardware and / or software) by dealing with technical and financial aspects to possible commercial exploitation. The interview has a duration of approximately 30-45 minutes and a score of 18 points (test passed if score ≥ 9). The final vote will be equal to the sum of the score that was reached during the written test and the one obtained from the oral exam. In case of impossibility to perform in presence the lessons and execution of the exam, still in the presence, due to COVID-19, the assessment methods for the Medical Robotics module will concern an extended oral exam for at least one hour, performed remotely.
Lo studente ha a disposizione il materiale aggiornato nelle cartelle condivise e rese disponibili durante i corsi.
Lecture notes and slides are available for the student from the beginning of the courses.
