ECTS - University of Pisa
Lo studente sarà introdotto ai principali approcci e alle metodologie utilizzati all'interno dell'ingegneria biomedica, non trascurando gli aspetti storici nell'evoluzione delle metodologie e conoscenze.
Verranno introdotti i modelli alla base dello studio della fisiopatologia umana, a paritre dalla loro descrizione tramite i principi fisico-chimichi.
Lo studente apprenderà alcuni strumenti matematici e informatici per il trattamento di tali modelli.
The student will be introduced to the main approaches and methodologies adopted in the field of bomedical engineering. The historical aspects pertaining the time evolution of methodologies and knowledge will be taken into account.
The fundamental models for the study of human physiopathology will be introduced, starting from their description by using physical and chemical principles.
Students will learn some mathematical and software tools able to treat such models.
La trattazione matematica dei diversi modelli, sarà oggetto di esercitazioni in aula, i cui risultati verranno discussi collegialmente.
Le esercitazioni si terranno in un aula normale e saranno in forma scritta anche per la descrizione di un progetto di codice software.
The mathematical description of the different models taken into account, will be tested with class exercises. Group discussions will be held.
Written exercises will be held in standard classroom also for the design of a software code.
Alla fine del corso gli studenti sapranno:
descrivere differenze e caratteristiche delle diverse tipologie di modelli
classificare diversi approcci alla elaborazione dei dati utili alla definizione dei modelli
apprendere come gli strumenti metodologici della Bioingegneria possano essere impiegati per comprendere, valutare funzionalmente e riprodurre sistemi biologici o parti di essi.
At the end of the course students will be able to:
describe the main features related to different model classes
classify the different data processing approaches that can be used to define such models
learn how the bioengineering methodologies can be applied to comprehend, evaluate and reproduce biological systems.
Durante il corso verranno descritti alcuni problemi e piccoli progetti che saranno poi discussi colleggialmente. Ogni studente avrà la possibilità di verificare il suo livello di comprensione e le capacità di descrivere e risolvere il problema dato.
During the course, some questions and small project wlll be described. Group discussion will then be held to analyze the issues and possible solutions. Each student will have the possibility of verifying her/his own comprehension level as well as the capability to describe and solve the given problem.
Lo studente apprenderà la rilevanza del processo di misura in campo bioingegneristico
Lo studente apprenderà la rilevanza del processo di descrizione sintetica del fenomeno osservato, e delle eventuali approssimazione che questo processo può comportare.
Students will learn the relevance of the measurement process in the bioengineering field.
Students will learn the relevance of a synthesis in the description of an observed phenomenon and the importance of the different approximations that this modeling process might imply.
Verranno discusse le varie problematiche legate alla misura e alla modelistica di un fenomeno biologico.
The different issues related to the measurement and modeling of a biological phenomenon will be discussed.
Strumenti propri dell'analisi matematica e elementi di calcolo numerico
Analisi di Fourier, trasformata di Laplace
Elementi di teoria dei sistemi e del controllo
Strumenti ed elementi di fisica: cinematica, dinamica ed elettromagnetismo.
Principi di programmazione
Numerical calculus and fundamental mathematical notions
Fourier Analysis, laplace transform
Mathematical and Control System Theory fundamentals
Cinematics, dynamics and electromagnetics
Programming Fundamentals
Modelli in bioingegneria: modelli fisici, modelli artificiali e misti
Modelli anatomo-fisiologici, modelli artificiali/computazionali, modelli ingresso-uscita
Esempi di modelli in bioingegneria.
Il ruolo dell’elaborazione di dati e segnali nell’ingegneria biomedica.
Analisi parametrica e analisi non parametrica. La funzione di verosigmiglianza e l’utilizzo di modelli matematici.
Verranno introdotti i seguenti modelli e leggi fondamentali nella loro applicazioni all’analisi dei sistemi biologici:
Modelli di Flusso
Modelli Endocrino metabolici
Models in the field of Bioengineering: physical models, artificial models and mixed
Anatomical-physiological models, artificial/computational models, input-output models
Examples of models in the field of Bioengineering
The role of data and signal processing in the field of biomedicla engineering
Parametric and non-parametric analysis. Likelihood function and use of mathematical models
The following models and fundamental laws with relative biomedical applications will be introdiuced:
Flow Models
Metabolic endocrine models
Electrical analogues of cell membrane
Nernst potential
Goldman-Hodgkin-Katz equation
Action potential and Hodgkin-Huxley model
Windkessel model of the circulatory system and Poiseuille law
The cardiac dipole and the lead systems
Models of enzymatic kinetics of Michaelis-Menten
Law of mass action
Fick's laws
Maxwell equations
Navier-Stokes equations
Stress-strain laws and constitutive equations
Lambert-Beer law
Storia della Bioingegneria, a cura di Emanuele Biondi e Claudio Cobelli, Paton Editore
Appunti forniti dai docenti
Storia della Bioingegneria, a cura di Emanuele Biondi e Claudio Cobelli, Paton Editore
The educational material will be given by the teachers
Per gli studenti non frequentanti, saranno rese disponibili le esercitazioni svolte in classe.
Class handouts and educational material will be available to students that will not be attending the course
Esame scritto ed eventuale prova orale.
L'esame scritto verrà tenuto in un'aula normale e si compone di:
- domande aperte
- esercizi relativi all'utilizzo delle leggi e dei modelli analizzati
- impostazioni di un codice matlab per la soluzione numerico di un semplice modello eventualmente create tramite l'utilizzo di una delle equazioni analizzate
Written exam and eventually oral exam.
The written exam will be held in a standard classroom and will consist:
- open-ended questions
- written exercises
- design of a Matlab code
