ECTS - University of Pisa
Scheda programma d'esame
ROBOTICS FOR SURGERY AND REHABILITATION
MARCO CONTROZZI
Academic year2016/17
CourseBIOMEDICAL ENGINEERING
Code718II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONEING-INF/06LEZIONI60
MARCO CONTROZZI unimap
ROBOTICA MEDICAING-INF/06LEZIONI60
GASTONE CIUTI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

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)

  • Conoscere i requisiti e le specifiche delle principali protesi di arto, macchine per la riabilitazione motoria e ausili per la mobilità.
  • Condurre e discutere una verifica e un progetto di ausili, protesi e macchine per la riabilitazione.
  • Saper impostare un progetto di macchina nell’ambito dell’ingegneria della riabilitazione.
  • Sapere impostare correttamente l’analisi di un semplice dispositivo meccanico o di una struttura, tramite la descrizione, l’analisi del moto, delle forze esterne ed interne, delle deformazioni, delle tensioni, delle pressioni di contatto.
  • Sapere eseguirne la verifica a fronte delle più comuni esigenze sia di funzionalità sia di resistenza alla rottura od al deterioramento.
  • Sapere scegliere razionalmente i principali materiali, organi di collegamento e componenti meccanici e sapere proporzionare questi ultimi in base a condizioni operative specificate.
  • Conoscere e saper applicare le normative di riferimento e le linee guida per la progettazione di un dispositivo medico.

ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)

  • Conoscere in maniera critica l’evoluzione che la robotica medica ha subito negli ultimi anni con una forte contestualizzazione alle innovazioni e alla tecnologie abilitanti che hanno caratterizzato e contribuito ad ogni significativo salto tecnologico.
  • Conoscere i requisiti funzionali e le specifiche dei principali dispositivi e delle principali macchine operanti nel settore della robotica medica con particolare attenzione alle piattaforma robotiche per chirurgia.
  • Conoscere e saper discutere relativamente alle differenti macchine di robotica medica, classificandole e conoscendone le principali caratteristiche funzionali, con particolare attenzione rivolta ai sistemi di chirurgia assistita al calcolatore (Computer-Assisted Surgery – CAS).
  • Conoscere e saper applicare concetti fondamentali di robotica e calcolo cinematico, con relative formulazioni, applicate e contestualizzate alle macchine operanti nel campo della robotica medica.
  • Conoscere e saper applicare concetti di calibrazione robotica mediante formulazioni e processi di ottimizzazione, fondamentali nel contesto della robotica chirurgica assistita al calcolatore.
  • Conoscere e saper applicare concetti di imaging medicale, a partire dalla macchine utilizzate per diagnostica medica fino alle tecniche di elaborazione dell’informazione, segmentazione e registrazione.
  • Conoscere in maniera critica e contestualizzata le nuove frontiere della robotica medica, a partire dalla robotica collaborativa, organi artificiali e sistemi bionici, fino a dispositivi e tecniche di chirurgia focalizzata in scala micro/nano-metrica.
Knowledge

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)

  • To know the requirements and specifications of the major limb prostheses, motor rehabilitation equipment and mobility aids.
  • To lead and discuss the design prostheses and rehabilitation devices.
  • To know how to set up a design project in the field of rehabilitation engineering.
  • To know how to correctly set up the analysis of a simple mechanical mechanism or structure, motion analysis, external and internal forces, strain, stress and contact pressures.
  • To know how to perform it in the face of the most common requirements of both functionality and breaking resistance.
  • To know how to choose rationally the main materials, connecting elements and mechanical components and to know how to dimension them according to specified operating conditions.
  • To know and to know how to apply the normative and design guidelines for a medical device.

ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)

  • To critically know the evolution that medical robotics has undergone in the recent years with a strong contextualization of innovations and enabling technologies that have characterized and contributed to every significant leap in technology.
  • To know the functional requirements and specifications of the main devices and major platforms operating in the field of medical robotics with particular attention to robotic platforms for surgery.
  • To know how to discuss about different medical robotics, classifying them and knowing their main functional features, with particular attention to Computer-Assisted Surgery (CAS) systems.
  • To know how to apply basic concepts of robotics and kinematics, with related formulas, applied and contextualized to machines operating in the field of medical robotics.
  • To know how to apply robotic calibration concepts through formulations and optimization processes, fundamental in the context of computer-assisted robotics.
  • To know how to apply medical imaging concepts, from machines used for medical diagnostics to information processing, segmentation, and registration
  • Critically and contextually familiarize with new frontiers of medical robotics, starting with collaborative robotics, artificial organs and bionic systems, towards micro/nano-scale devices and techniques for targeted and focused therapy. 
Modalità di verifica delle conoscenze

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

L’esame si articola in una prova pratica scritta e 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 si articola in una prova scritta e in una prova orale. La prova scritta consisterà nel risolvere alcuni quesiti e rispondere a domande a risposta aperta e multipla relativamente agli argomenti trattati nel corso, e.g. classificazione e funzionalità di robot per applicazioni mediche, elaborazioni di immagini e tecniche di calibrazione e registrazione. La prova orale riguarderà 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 presenterà un progettino relativo ad una nuova idea di dispositivo medicale (hardware e/o software), trattando aspetti sia tecnici che economici verso un possibile sfruttamento commerciale.
Assessment criteria of knowledge

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

The exam is divided into a written test and an oral exam. The written test comprises of 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.
Capacità

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

L’obiettivo del corso è 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:

  • Comprendere un disegno tecnico di un dispositivo per la riabilitazione, protesi o di un componente.
  • Passare dalla realtà concreta a schemi idonei per il calcolo di dimensionamento o di verifica di parti strutturali, di collegamenti e di componenti meccanici con particolare attenzione alle macchine per la riabilitazione, ausili e protesi.
  • Scegliere i componenti meccanici più comuni in rapporto al tipo di applicazione nell’ambito della bioingegneria.
  • Applicare correttamente la normativa tecnica, almeno per ciò che riguarda le principali norme valide in questo settore.

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, 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 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.
Skills

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 behavior of materials, the phenomena that cause failure, the main models for the analysis and verification of the part. To acquire the ability to:

  • Understand a technical drawing of a rehabilitation device and prosthesis;
  • Moving from concrete to suitable schemes for the dimensioning or verification of structural parts, connections and mechanical components with particular attention to rehabilitation machines, aids and prostheses;
  • Choose the most common mechanical components in relation to the type of application in the field of bioengineering;
  • Apply the technical regulations correctly, at least in terms of the key rules in this area.

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 critically design complete/complex robotics platforms in the field of medicine, starting from the knowledge of commercially-available and research-oriented platforms and robotic devices.
Modalità di verifica delle capacità

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.

ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)

Al termine del modulo attraverso le due prove, scritto ed orale, le quali garantiranno al docente di comprendere se lo studente ha appreso tutti i concetti relativi al corso di studio e il relativo metodo di progettazione di una piattaforma robotica per applicazioni di chirurgia.
Assessment criteria of skills

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.

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.
Comportamenti

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

  • Saranno acquisite opportuna accuratezza e precisione nello svolgere attività di definizione e analisi di un problema tecnico.
  • Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità verso la schematizzazione della realtà in modelli idonei per il calcolo di dimensionamento.

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.
Behaviors

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

  • Appropriate accuracy and precision will be gained in defining and analyzing a technical problem
  • The student can acquire and / or develop sensitivity towards modelling of the reality in order to design the device

ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)

The student will acquire a scientific and rigorous methodology to critically design complete/complex 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.
Modalità di verifica dei comportamenti

All'interno del corso, gli strumenti utilizzati per accertare l’acquisizione dei comportamenti attesi saranno:

  • Interazioni con il docente nel corso della preparazione dell'esame e del projectual work nel caso del modulo "Robotica Medica" per valutare la solidità e innovatività delle ipotesi formulate;
  • Analisi/sviluppi effettuate nel corso delle sessioni sperimentali, allo scopo di valutare il grado di accuratezza delle attività svolte;
  • Domande rivolte agli studenti nel corso delle lezioni frontali, per verificare l’acquisizione e il consolidamento di certi concetti.
Assessment criteria of behaviors

Within the course, the instruments used to assess if the students gathered the expected attitudes are:

  • Interactions with the teacher during the exam preparation and projectual work in case of the module "Robotica Medica" to evaluate the solidity and novelty of the formulated hypotheses;
  • Measurements/development performed during practical activities, aiming at evaluating the accuracy of the activities carried out by the students;
  • Questions posed to the students during the frontal classes, to evaluate the acquisition and consolidation of certain concepts.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

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.
Prerequisites

Mathematics and Physics: knowledge of the fundamentals in mathematics. Static and Dynamic equilibrium. Units 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 biomedical signal analysis and of mechanical kinematic (direct and inverse) and analysis of robotic manipulators is required.
Corequisiti

Non ci sono insegnamenti paralleli consigliati.
Co-requisites

There are no parallel courses suggested.
Prerequisiti per studi successivi

Questo insegnamento non costituisce un requisito obbligatorio né consigliato per corsi successivi.
Prerequisites for further study

This course is not requested/suggested for attending other courses.
Indicazioni metodologiche

Per quanto riguarda il corso, le indicazioni metodologiche sono le seguenti:

  • Le lezioni si svolgeranno in forma alternata alla lavagna e utilizzando slide proiettate, con l’ausilio anche di animazioni e video;
  • Le esercitazioni in laboratorio si svolgeranno facendo svolgere ad ogni studente specifiche operazioni ed esercizi;
  • Le lezioni saranno disponibili in formato elettronico (file pdf), accessibile agli studenti;
  • L’interazione tra studente e docente avverrà mediante scambi e-mail o fissando degli appuntamenti su richiesta, per ricevimenti e richieste di chiarimenti sull'esame;
  • La lingua utilizzata nel corso delle lezioni e delle attività di laboratorio sarà sempre l'italiano.
Teaching methods

For what concerns the course, the methodological indications are:

  • The classes will be carried out in an alternated way at the blackboard and by means of projected slides, also with the help of animations and videos;
  • Practical lab activities will be carried out by asking students to carry out specific tasks and to solve exercises;
  • Lessons will be available in electronic format (pdf files), accessible by students;
  • The teacher/student interaction will be based on e-mail exchanges or by setting meetings on demand, for discussing topics touched during the course and clarifications on the exam;
  • The language used during all classes and practical activities is Italian.
Programma (contenuti dell'insegnamento)

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

Numero totale di ore in cui si sviluppano nuovi argomenti (L): 46 Numero totale di ore in cui si svolgono esemplificazioni ed esercitazioni (E): 14. Numero totale di ore: 60.

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)

Comprendere i progetti di macchina. Il disegno tecnico. Norme di rappresentazione. Errori nella fabbricazione dei componenti. Analisi delle tolleranze. Rappresentazione di: tolleranze, filettature, cuscinetti, ruote dentate, collegamenti albero mozzo, bronzine.

(L: 10, E: 3)

Fondamenti di costruzione di macchine biomediche. La specifica tecnica. Approccio alla progettazione. Coefficiente di sicurezza e affidabilità. Risoluzione dei problemi di costruzione di macchine. Richiami di tecnica delle costruzioni. La fatica nei componenti delle macchine, concentrazione delle tensioni, danneggiamento superficiale. Dimensionamento e verifica dei principali elementi di macchina in relazione alla ingegneria della riabilitazione.

(L: 25, E: 8)

Progettare per l’uomo e per il disabile. Disabilità, Handicap e menomazioni. Il processo riabilitativo. Cenni di ergonomia e di progettazione universale. Modello HAAT. Quadro normativo di riferimento. Protesi di arto. Ausili. Macchine per la riabilitazione. Esempi di progetto e verifica di ausili, protesi e macchine per la riabilitazione (simulazione d’esame).

(L: 10, E: 3)

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:

  • Introduzione al corso: robotica medica e storia della chirurgia (L: 3, E: 0)
  • Chirurgia minimamente invasiva (MIS, tecniche SILS e NOTES (L: 2, E: 0)
  • Chirurgia assistita al calcolatore (CAS): classificazione ed esempi principali di piattaforme robotiche CAS in applicazioni medicali (L: 5, E: 0)
  • Sistemi robotici, cinematica, controllo e metodi di calibrazione (L: 9, E: 6)
  • Robot medicali teleoperati - daVinci e altre piattaforme robotiche teleoperate (L: 2, E: 0)
  • Imaging medicale: acquisizione, elaborazione, segmentazione e ricostruzione 3D (L: 5, E: 0)
  • Localizzatori e tecniche di registrazione in procedure robotiche con imaging medicale (L: 3, E: 0)
  • Robotica collaborativa: nuova frontiera verso la cooperazione uomo-macchina (L: 2, E: 0)
  • Navigatori e robot medicali hand-held (L: 2, E: 0)
  • Robot medicali autonomi – e.g., RoboDOC e CyberKnife (L: 3, E: 0)
  • Esercitazioni in National Instrument LabVIEW su controllo, data sensing, toolbox robotico e di elaborazione di immagini (L: 0, E: 10)
  • Organi artificiali e sistemi bionici (L: 2, E: 0)
  • Tecnologie mediche per la terapia focalizzata con dispositivi in scala micro e nanometrica (L: 3, E: 0)
  • Incontro con industriali e definizione del processo “dal prototipo al prodotto” (L: 3, E: 0)
Syllabus

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)

Understanding mechanical drawings. Technical drawing. Standards for dimensioning. Manufacturing issues. Analysis of tolerances. Applications: Nuts, bolts, screws and washers, ball bearings, gears, plain bearings.

(L: 10, E: 3)

Biomedical devices design fundamentals. Defining the technical requirements. Intent design method. Safety factor and reliability. How to address a design project. Stress/strain relation and beam theory recap. Fatigue, stress concentration factors, contacts. Design, analysis and selection of mechanical components.

(L: 25, E: 8)

Design for all and for disability. Disability, Handicap and causes. The rehabilitation process. Design for all and ergonomics. The HAAT model. EU Standards. Prostheses. Assistive technologies. Rehabilitation devices. Design procedure demo.

(L: 10, E: 3)

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 module are:

  • Introduction to the Course: Medical Robotics and Surgery History (L: 3, E: 0)
  • Minimally Invasive Surgery (MIS), SILS and NOTES (L: 2, E: 0)
  • Computer Assisted Surgery (CAS): principal classification and examples of CAS robotic platforms in medical applications (L: 5, E: 0)
  • Robotic, kinematic, control and calibration procedures (L: 9, E: 6)
  • Teleoperated medical robots - daVinci and other robotic platforms (L: 2, E: 0)
  • Medical imaging: acquisition, processing, segmentation and 3D reconstruction (L: 5, E: 0)
  • Localization systems and registration techniques in robotic procedures with medical imaging (L: 3, E: 0)
  • Collaborative Robotics: a new frontier for man-machine cooperation (L: 2, E: 0)
  • Navigator and hand-held medical robots (L: 2, E: 0)
  • Autonomous medical robots - for example, RoboDOC and CyberKnife (L: 3, E: 0)
  • LabVIEW National Instruments on Control, Data Sensing, Robotic Toolbox and Image Processing (L: 0, E: 10)
  • Artificial organs and bionic systems (L: 2, E: 0)
  • Medical technologies for focused therapy with micro and nanometer-scale robots (L: 3, E: 0)
  • Meeting with industry and process description "from prototype to product" (L: 3, E: 0)
Bibliografia e materiale didattico

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

  • Dispense e materiale fornito dal docente.
    1. Comprendere i progetti di macchina. Consultare all’occorrenza un libro di disegno di macchine disponibile presso la biblioteca di Facoltà oppure fare riferimento a Baldassini Luigi “Vademecum Disegnatori e tecnici” oppure norme citate a lezione.
    2. Fondamenti di costruzione di macchine biomediche. Juvinall e Marshek “Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine” Ed. ETS, Pisa, qualsiasi edizione. In alternativa: Shigley, Joseph Edward, et al. Progetto e costruzione di macchine. McGraw-Hill, qualsiasi versione; In alternativa: Antonio De Paulis - Enrico Manfredi, “Costruzione di macchine: Criteri di base e applicazioni principali”, Ed. Pearson Italia, Milano.
    3. Progettare per l’uomo e per il disabile. Cooper “Rehabilitation Engineering Applied to mobility and Manipulation”.

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:

  • Bruno Siciliano and Oussama Khatib. Springer Handbook of Robotics. Seconda Edizione. Springer, 2016.
  • Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods. Elaborazione delle immagini digitali. Terza Edizione. Pearson Prentice Hall, 2008.
  • Lorenzo Sciavicco, Bruno Siciliano, Luigi Villani and Giuseppe Oriolo. Robotica: modellistica, pianificazione e controllo di manipolatori. Terza Edizione. McGraw-Hill, 2008.
  • Joseph Bronzino and Donald R. Paterson. The Biomedical Engineering Handbook. Quarta Edizione. CRC Press, 2015.
Bibliography

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

  • Lecture notes and slides provided by the lecturer.
  1. Understanding mechanical drawings. Readings: Baldassini Luigi “Vademecum Disegnatori e tecnici” and related standards.
  2. Biomedical devices design fundamentals. Juvinall e Marshek “Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine” Ed. ETS, Pisa, qualsiasi edizione. or: Shigley, Joseph Edward, et al. Progetto e costruzione di macchine. McGraw-Hill; or: Antonio De Paulis - Enrico Manfredi, “Costruzione di macchine: Criteri di base e applicazioni principali”, Ed. Pearson Italia, Milano.
  3. Design for all and for disability. Cooper “Rehabilitation Engineering Applied to mobility and Manipulation”.

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 "Robotica Medica". The books indicated and recommended for learning the course are:

  • Bruno Siciliano and Oussama Khatib. Springer Handbook of Robotics. Seconda Edizione. Springer, 2016.
  • Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods. Elaborazione delle immagini digitali. Terza Edizione. Pearson Prentice Hall, 2008.
  • Lorenzo Sciavicco, Bruno Siciliano, Luigi Villani and Giuseppe Oriolo. Robotica: modellistica, pianificazione e controllo di manipolatori. Terza Edizione. McGraw-Hill, 2008.
  • Joseph D. Bronzino and Donald R. Paterson. The Biomedical Engineering Handbook. Quarta Edizione. CRC Press, 2015.
Indicazioni per non frequentanti

Non ci sono variazioni per studenti non frequentanti.
Non-attending students info

There are no variations for students that do not attend the course.
Modalità d'esame

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

L'esame è composto da una prova pratica scritta e una prova orale.

  • La prova scritta consiste nello studio di un semplice gruppo meccanico di un dispositivo e nella verifica di alcune sue parti. Si articola in 6 domande per una durata complessiva di circa 4 ore. Ogni domanda ha un punteggio proprio sulla base della complessità del problema, la somma dei punteggi è sempre 20.
  • La prova scritta è superata/non superata se lo studente totalizza almeno 10 su 20. Il punteggio viene attribuito secondo i tre criteri seguenti: i) correttezza nell’impostazione, ii) correttezza del risultato, iii) completezza del risultato.
  • 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. Durante la prova orale potrà essere richiesto al candidato di risolvere anche problemi/esercizi scritti, davanti al docente. Il colloquio ha una durata di circa 40 min.
  • La prova orale è superata se il candidato risponde correttamente a circa i 2/3 delle domande poste. La valutazione dell’orale viene attribuita secondo i due criteri seguenti: i) correttezza delle risposte e ii) padronanza del linguaggio.

ROBOTICA MEDICA (Gastone Ciuti)

L’esame si articola in una prova scritta e in una prova orale. La prova scritta consisterà nel risolvere alcuni quesiti e rispondere a domande a risposta aperta e multipla relativamente agli argomenti trattati nel corso, e.g. classificazione e funzionalità di robot per applicazioni mediche, elaborazioni di immagini e tecniche di calibrazione e registrazione. La prova scritta si articola in circa 10/12 domande per un punteggio totale di 15 punti e la durata dell’esame di circa 2 ore (prova superata se si raggiunge il punteggio di 9). La prova orale riguarderà 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 presenterà 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 e un punteggio attribuibile di 18 punti (prova superata se si raggiunge il punteggio di 9. Il voto finale risulterà uguale alla somma del voto raggiunto durante la prova scritta e quello ottenuto dalla prova orale.
Assessment methods

BIOINGEGNERIA DELLA RIABILITAZIONE (Marco Controzzi)

The exam consists of a written practice test and an oral test.

  • The written test consists of studying a simple mechanical assembly of a device and analysing some of its parts. It is divided into 6 questions for a total duration of approx. 4 hours. Every question has a proper score based on the complexity of the problem, the sum of the scores is 20.
  • The written test is passed if the student scores at least 10 out of 20. The score is awarded according to the following three criteria: i) correctness in the modelling, ii) correctness of the result, iii) completeness of the result.
  • The oral examination will cover the mastery of the subjects of the official program of the course for their practical application in common design problems in the field of rehabilitation engineering. During the oral examination the student may be asked to solve problems / exercises written in front of the teacher. The interview lasts about 40 minutes.
  • The oral exam is passed if the candidate answers correctly about 2/3 of the questions asked. The evaluation of the oral examination is attributed according to the following two criteria: i) correctness of the answers and ii) mastery of the language.

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.
Stage e tirocini

Non sono previsti stage/tirocini o collaborazioni con terzi durante lo svolgimento del corso.
Work placement

No stage/internship or external collaborations are envisioned during the course.
Pagina web del corso

http://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=121461&template=dett_didattica.tpl
Class web page

http://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=121461&template=dett_didattica.tpl
Altri riferimenti web

Lo studente ha a disposizione il materiale aggiornato nelle cartelle condivise rese disponibili durante i due moduli.
Additional web pages

Lecture notes and slides are available for the student from the beginning of the two modules of the course.
Note

Nessuna nota aggiuntiva
Notes

No additional notes
Updated: 19/07/2017 20:04