ECTS - University of Pisa
OBIETTIVI DEL MODULO DI PROTESI IMPIANTABILI E DEL MODULO DI STRUMENTAZIONE BIOMEDICA
Conoscere le diverse protesi impiantabili di orecchio medio, gli impianti cocleari e al tronco encefalico.
Fornire conoscenze sulle indicazioni, tecniche di selezione audiologica, modalità di posizionamento, risultati e tecniche di programmazione delle protesi impiantabili.
Far apprendere tutto il percorso della procedura di impianto cocleare nell’adulto e nel bambino, dalle indicazioni ai diversi tipi di device, alle tecniche di applicazione, alle metodiche di programmazione e valutazione audio-protesica.
Fornire conoscenze sui risultati e complicanze.
Fornire conoscenze sulla strumentazione biomedica, sui sistemi di misura biomedica, sui diversi tipi di sensori, sui sistemi di acquisizione dei segnali sensoriali e le relative applicazioni biomediche alla audio-protesi.
TECNOLOGIE BIOMEDICHE
Comprendere i principi di funzionamento delle protesi impiantabili e degli impianti cocleari con particolare riferimento alle caratteristiche meccaniche ed elettrofisiologiche del sito di impianto.
OBJECTIVES OF THE IMPLANTABLE PROSTHESIS MODULE AND OF THE BIOMEDICAL INSTRUMENTATION MODULE
Know the different implantable middle ear implants, cochlear implants and brain stem implants.
Provide knowledge on indications, audiological selection techniques, positioning methods, results and programming techniques of implantable prostheses.
To learn the entire path of the cochlear implant procedure in adults and children, from indications to different types of devices, to application techniques, to programming and audio-prosthetic evaluation methods.
Provide knowledge about the results and complications.
Provide knowledge on biomedical instrumentation, on biomedical measurement systems, on the different types of sensors, on the systems for acquiring sensory signals and on the related biomedical applications to the hearing aid.
BIOMEDICAL TECHNOLOGIES
Understand the principles of operation of implantable prostheses and cochlear implants with particular reference to the mechanical and electrophysiological characteristics of the implant site.
La verifica delle conoscenze sarà oggetto della valutazione dell'elaborato scritto previsto all'inizio di ogni sessione d'esame
Academic progress will be monitored and verified from the written paper at the beginning of each exam session
ORARIO DI RICEVIMENTO DEL MODULO DI PROTESI IMPIANTABILI
Su appuntamento richiesto via e-mail all’indirizzo s.berrettini@med.unipi.it
Su appuntamento richiesto via e-mail all’indirizzo vincenzo.ferrari@unipi.it
PROGRAMMA DEL MODULO DI PROTESI IMPIANTABILI
Impianto cocleare multicanale. Aspetti generali e clinici. Cenni storici ed epidemiologici sull’impianto cocleare. Componenti, funzionamento, modelli di impianto cocleare. Strategie di processazione del suono e di codifica della stimolazione. Indicazioni e controindicazioni. IC nell’adulto. Selezione del paziente adulto candidato a IC. Indicazioni IC nel bambino. IC e handicap multipli. Selezione del paziente pediatrico. Scelta dell’orecchio da operare. Tecnica chirurgica IC. Tecnica chirurgica nei casi complicati. Complicanze IC. Test intraoperatori (telemetria, telemetria neurale, EABR, ERS) tecniche di attivazione e mappaggio dell’IC. Intervento logopedico nell’IC. Fase preimpianto, protocollo di valutazione. Terapia riabilitativa nell’adulto con sordità postverbale e preverbale. Terapia riabilitativa nel bambino con sordità preverbale.
Protesi impiantabili per via ossea. Modelli, componenti. Indicazioni e controindicazioni. Indicazioni nell’infanzia. Tecniche chirurgiche. Complicanze.
Protesi impiantabili di orecchio medio. Protesi impiantabili per via ossea. Modelli, componenti. Indicazioni e controindicazioni. Indicazioni nell’infanzia. Tecniche chirurgiche. Complicanze.
Protesi impiantabili di orecchio medio. Modelli, componenti. Indicazioni, controindicazioni. Tecniche chirurgiche.
PROGRAMMA DEL MODULO DI TECNOLOGIE BIOMEDICHE
Schema generico e funzionamento di un senso generico e dell’udito per capire dove e come si può agire con apparecchi acustici (amplificazione stimolo), protesi a conduzione ossea o d’orecchio medio (bypassando in toto o in parte l’interfaccia), fino agli impianti cocleari (stimolazione elettrica diretta dei recettori). Richiami: impedenza acustica caratteristica e intensità acustica.
Coefficienti di trasmissione in termini di intensità e pressione acustica. Modello semplificato per il calcolo della trasmissione dell’intensità acustica nell'orecchio medio e risultati sperimentali. Perdita trasmissiva totale massima nell'orecchio medio. Protesi acustiche impiantabili a stimolazione meccanica: considerazioni sul sito stimolato; impedenza puntuale; perdite con stimolazione su cute; stimolazione su ossicini Vs finestra rotonda.
Richiami elettromagnetismo. Tecnologie utilizzate nei trasduttore delle protesi acustiche: armatura bilanciata; massa flottante; piezoelettrici. Trattamenti ideali in funzione della soglia e del tipo di ipoacusia. Modelli di protesi a stimolazione ossea sulla mastoide. Modelli di protesi a conduzione diretta d’orecchio medio. Protesi a stmolazione diretta della coclea.
Immagini raiologiche e stampa3d per le protesi impiantabili: raggiX, principi di tomografia computerizzata e potenzialità; tipologie di visualizzazione per immagini 3D: Direct Volume Rendering Vs Segmentazione+SurfaceRendering; principi di stampa3D nelle tecnologie FDM, SLS, DMLS e SLM.
Analisi di Fourier e sistemi lineari/non lineari. Richiami segnali sinusoidali. Riposta in frequenza per sistemi lineari, teorema di Fourier, Spettro di un segnale periodico, filtri. Distorsione da non linearità.
Campionamento segnali e teorema di Shannon. Trasformata discreta di Fourier (segnali campionati di lunghezza finita). Richiami di anatomia e fisiologia della coclea. Codifica dell’intensità e della frequenza dello stimolo.
Effetti della stimolazione elettrica diretta dei neuroni del nervo acustico. Componenti di un impianto cocleare. Grandezza fisica e andamento nel tempo degli stimoli elettrici sui singoli elettrodi. Stimolazione mono e bi-polare. Schema di funzionamento per generare l'opportuna ampiezza degli impulsi sui singoli elettrodi. Fitting dell'impianto cocleare. Problematiche e limiti impianto cocleare da un punto di vista bioingegneristico
PROGRAM OF THE IMPLANTABLE PROSTHESIS MODULE
Multichannel cochlear implant. General and clinical aspects. Historical and epidemiological notes on the cochlear implant. Components, functioning, cochlear implant models. Sound processing and stimulation coding strategies. Indications and contraindications. IC in adults. Selection of adult patient candidate for IC. IC indications in the child. IC and multiple handicaps. Selection of the pediatric patient. Choice of ear to operate. Surgical technique IC. Surgical technique in complicated cases. IC complications. Intraoperative tests (telemetry, neural telemetry, EABR, ERS) IC activation and mapping techniques. Speech therapy intervention in the IC. Pre-implantation phase, evaluation protocol. Rehabilitation therapy in adults with postverbal and preverbal deafness. Rehabilitation therapy in the child with preverbal deafness.
Implantable prostheses by bone. Models, components. Indications and contraindications. Indications in childhood. Surgical techniques. Complications.
Implantable middle ear prostheses. Implantable prostheses by bone. Models, components. Indications and contraindications. Indications in childhood. Surgical techniques. Complications.
Implantable middle ear prostheses. Models, components. Indications, contraindications. Surgical techniques.
PROGRAM OF THE BIOMEDICAL TECHNOLOGY MODULE
Generic scheme and functioning of a generic sense and hearing to understand where and how you can act with hearing aids (stimulation amplification), bone conduction or middle ear prostheses (bypassing the interface in whole or in part), up to cochlear implants (direct electrical stimulation of receptors). Recalls: characteristic acoustic impedance and acoustic intensity.
Transmission coefficients in terms of intensity and acoustic pressure. Simplified model for calculating the transmission of acoustic intensity in the middle ear and experimental results. Maximum total transmissive loss in the middle ear. Implantable acoustic prostheses with mechanical stimulation: considerations on the stimulated site; point impedance; loss with stimulation on the skin; stimulation on ossicles Vs round window.
Electromagnetism references. Technologies used in hearing aid transducers: balanced armature; floating mass; Piezoelectric. Ideal treatments according to the threshold and the type of hearing loss. Models of bone stimulation prosthesis on the mastoid. Models of direct conduction of the middle ear. Direct stmulation prosthesis of the cochlea.
Raiological images and 3D printing for implantable prostheses: X-ray, principles of computed tomography and potential; types of visualization for 3D images: Direct Volume Rendering Vs Segmentation + SurfaceRendering; 3D printing principles in FDM, SLS, DMLS and SLM technologies.
Fourier analysis and linear / nonlinear systems. Recall sinusoidal signals. Frequency response for linear systems, Fourier theorem, Spectrum of a periodic signal, filters. Nonlinearity distortion.
Sampling of signals and Shannon's theorem. Discrete Fourier transform (finite length sampled signals). References of anatomy and physiology of the cochlea. Coding of the intensity and frequency of the stimulus.
Effects of direct electrical stimulation of acoustic nerve neurons. Components of a cochlear implant. Physical size and trend over time of electrical stimuli on individual electrodes. Mono and bi-polar stimulation. Operating scheme to generate the appropriate amplitude of the pulses on the individual electrodes. Fitting of the cochlear implant. Cochlear implant problems and limits from a bioengineering point of view
BIBLIOGRAFIA E MATERIALE DIDATTICO DEL MODULO DI PROTESI IMPIANTABILI
BIBLIOGRAFIA E MATERIALE DIDATTICO DEL MODULO DI TECNOLOGIE BIOMEDICHE
Materiale fornito dal docente (vincenzo.ferrari@unipi.t)
READING LIST AND EDUCATIONAL MATERIAL OF THE IMPLANTABLE PROSTHESIS MODULE
READING LIST AND EDUCATIONAL MATERIAL OF THE BIOMEDICAL TECHNOLOGY MODULE
Material provided by the teacher (vincenzo.ferrari@unipi.t)
MODALITA' D'ESAME DEL MODULO DI PROTESI IMPIANTABILI
Prova scritta a scelta multipla o a risposte aperte.
Prova scritta propedeutica alla prova orale.
MODALITA' D'ESAME DEL MODULO DI TECNOLOGIE BIOMEDICHE
Scritto con domande a risposta chiusa ed aperta
METHOD OF EXAMINATION OF THE IMPLANTABLE PROSTHESIS MODULE
Written exam with multiple choice or with open answers.
Written test preparatory to the oral test.
METHOD OF EXAMINATION OF THE BIOMEDICAL TECHNOLOGY MODULE
Written with closed and open ended questions
