MECCANICA DEI TESSUTI BIOLOGICI (MTB)

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1 LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA BIOMEDICA (CESENA) Dispense del corso di: MECCANICA DEI TESSUTI BIOLOGICI (MTB) 9 CFU Docente: Prof. Ing. Luca Cristofolini Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini

2 RECAPITO DEL DOCENTE SEDI E CONTATTI: Cesena: Scuola di Ingegneria e Architettura, Studio 2, 1 piano Via Genova 181, Cesena Bologna: Dip. Ingegneria Industriale, 3 piano edificio storico Viale Risorgimento 2, Bologna Bologna: Laboratori del Dip. Ingegneria Industriale, Laboratorio di Biomeccanica Via Umberto Terracini 24-28, Bologna [email protected] ORARIO RICEVIMENTO: Tutto l anno: Lunedì ore (Bologna) Durante la didattica: i giorni di lezione (CMM I ciclo, MTB II ciclo), mezz'ora precedente e ora seguente alla lezione, presso sede lezioni (a Cesena). Altri giorni/orari: mandare per appuntamento LISTA DI DISTRIBUZIONE DEL CORSO: Si raccomanda l iscrizione alla lista di distribuzione del docente per questo corso: <MTB-Cesena>, password: <MTB> Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 2

3 MECCANICA DEI TESSUTI BIOLOGICI Fornire gli strumenti per analizzare le caratteristiche dei tessuti biologici Analizzarle sistematicamente per i principali tessuti. Il corso ha forte connotazione sperimentale Al termine del corso, lo studente dovrebbe aver sviluppato la capacità di: Comprendere la risposta meccanica e tempo-dipendente dei tessuti Sviluppare ed analizzare esperimenti per caratterizzare meccanicamente i tessuti Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 3

4 Capacità in ingresso: Per affrontare correttamente il corso, sono indispensabili le... CAPACITÀ DI Fondamenti di analisi matematica (derivate, integrali, semplici equazioni differenziali, etc.) Unità di misura Concetti di forza, momento, lavoro, energia, etc. Fondamenti di dinamica Fondamenti di termodinamica Concetto di atomo, molecola, etc. Tipi di legame atomico Concetti di gradi di libertà e di vincoli Equazioni di equilibrio e statica corpo rigido Meccanica dei continui Fondamenti di costruzioni Fondamenti di meccanica dei materiali Criteri di collasso Modelli di risposta visco-elastica Tessuti attivi e passivi Biomeccanica muscoloscheletrica PROPEDEUTICITA Analisi matematica Fisica generale Fondamenti di chimica Biomeccanica L Comportamento meccanico dei materiali Biomeccanica BS Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 4

5 PROGRAMMA DEL CORSO (1/3) Richiami sulla meccanica dei materiali: Elasticità, Plasticità, Visco-elasticità Criteri di collasso (fragile, duttile, visco-elastico, fatica) Struttura e composizione dei tessuti: Componenti strutturali dei tessuti biologici Organizzazione e caratteristiche dei tessuti Classificazione e analisi principali tessuti (funzione e caratteristiche): Connettivo (osso, cartilagine, menischi, legamenti, tendini, tessuti adiposi) (Muscolare) Epiteliale (derma, epitelio, mesotelio, endotelio) Vasi sanguigni (Nervoso) Caratteristiche meccaniche dei vari tessuti e risposta alle sollecitazioni: Funzione, struttura e caratteristiche meccaniche Elasticità visco-elasticità Resistenza meccanica e trauma dei tessuti Crescita, modellamento e rimodellamento Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 5

6 PROGRAMMA DEL CORSO (2/3) Metodi per la caratterizzazione meccanica dei tessuti: Problemi nella sperimentazione (incertezze di misura, propagazioni degli errori, progetto dell esperimento) Tipi di prove (trazione, flessione, compressione, attrito, creep, isteresi, viscosità, etc). Strumentazione Esercitazioni: Esercitazioni sia numeriche che, soprattutto, sperimentali Ogni studente deve redigere relazione tecnica La relazione sintetica ma esaustiva, deve coprire: introduzione e finalità dell esperimento; descrizione provini, materiali utilizzati e metodi; presentazione risultati (comprensiva di analisi errori); discussione dei risultati e note conclusive Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 6

7 PROGRAMMA DEL CORSO (3/3) Svolgimento di tesine: Gli argomenti vengono concordati all inizio del corso Gli studenti si organizzano in gruppi di lavoro di 2-5 persone, e ne comunicano la composizione entro 2 settimane dall inizio del corso Variazioni della composizione del gruppo dopo tale data vanno concordate con il docente Sono previsti incontri di discussione/revisione del lavoro durante lo svolgimento della tesina Almeno una settimana prima del termine delle lezioni ciascun gruppo consegna al docente una relazione scritta (unica per il gruppo). La lunghezza indicativa è di 4-8 pagine (comprese eventuali illustrazioni) per componente del gruppo. Nel corso delle ultime lezioni ciascun gruppo presenta il proprio lavoro (secondo un calendario concordato con il docente). Ciascuno degli studenti del gruppo ne presenterà una parte. Si raccomanda l uso del computer e videoproiettore 10 minuti per ciascun membro del gruppo (indicativamente 10 slides a testa) Tutti i membri di ciascun gruppo sono interamente responsabili della qualità del manoscritto presentato; ciascuno è responsabile della propria presentazione orale. La presentazione della tesina (nel corso delle ultime lezioni) costituirà parte integrante della prova d esame. Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 7

8 TESTI E MATERIALE DIDATTICO DI SUPPORTO (1/2) Il corso si basa su dispense a cura del docente (sufficienti a coprire l'intero programma d'esame). Scaricabili da Alma Digital Library (Collezione AMS Campus): (accesso riservato studenti unibo) Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 8

9 TESTI E MATERIALE DIDATTICO DI SUPPORTO (2/2) Testi specialistici (facoltativo), su cui sono basate le dispense: Montevecchi F., Redaelli A. Biomeccanica. Analisi multiscala di tessuti biologici Patron Pubbl Fung Y.C. Biomechanics: Mechanical properties of living tissues Springer-Verlag Publ., 1981 (caratteristiche dei tessuti) Fung Y.C. Biomechanics: Motion, flow, stress and growth Springer-Verlag Publ., 1990 (adattamento dei tessuti alle sollecitazioni) Beer F.P., Russel J.E. "Scienza delle costruzioni. Introduzione alla meccanica dei materiali" McGraw-Hill Publ. (scienza delle costruzioni: teoria ed esempi) Nordin M., Frankel V.H. "Basic biomechanics of the musculoskeletal system" Lea & Febiger Publ.(esercizi ed esempi di biomeccanica) Black J., Hastings G. "Handobbok of biomaterial properties" Chapman & Hall Publ. (proprieta' dei materiali) Bronzino J.D. "The Biomedical engineering handbook" CRC Press - IEEE Press (riferimento generale) Palastanga et al. "Anatomy and human movement" Butterworth-Heinemann Publ. (anatomia funzionale) Pietrabissa R. "Biomateriali per protesi e organi artificiali" Patron ed. (biomateriali) Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 9

10 MODALITÀ SVOLGIMENTO ESAME: Per superare l esame è necessario: 1) Avere svolto le tesine concordate con il docente ed averle presentate in maniera soddisfacente 2) Presentare le relazioni scritte sulle esercitazioni di laboratorio (il giorno stesso dell orale) 3) Sostenere un esame orale consistente in : Domande di teoria (su tutto il programma svolto) Discussione relazioni sulle esercitazioni di laboratorio (ciascuno studente deve presentare una stampa cartacea al momento dell orale) Il voto finale si basa sul voto conseguito nella presentazione della tesina (1/3), e sulla prova orale (2/3) In caso di insufficienza, lo studente non potra ri-sostenere l orale prima di 30 giorni Cap. 0 - Prefazione Prof. Luca Cristofolini 10