Docente/i: Paolo Ghilardi  

Denominazione del corso: Biomacchine
Codice del corso: 503187
Corso di laurea: Bioingegneria
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-IND/34
Crediti formativi: CFU 6
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

Al termine del corso lo studente avrà acquisito una conoscenza di base del funzionamento di biomacchine comunemente incontrate nella pratica clinica, e sarà in grado di applicare concetti di meccanica dei fluidi alla comprensione e allo sviluppo di modelli interpretativi del loro funzionamento. Lo studente avrà inoltre appreso i principali concetti della fluidodinamica del sistema cardiovascolare e della relativa modellazione matematica e fisica.

Programma del corso

Richiami sui concetti base della meccanica dei fluidi:
Regimi di moto, viscosità, pressione e sforzo tangenziale. Moto permanente e vario.

Fluidodinamica del sistema cardiovascolare
Reologia del sangue. Viscosità apparente. Equazione di Einstein. Modelli reologici Newtoniani generalizzati. Effetto Fåhræus e Fåhræus–Lindqvist. Aspetti fluidodinamici delle patologie vascolari: stenosi, aneurisma.

Macchine per emodialisi
Schemi di funzionamento. Diffusione. Osmosi. Ultrafiltrazione. Clearance. Dializzatore. Membrane semipermeabili. Cenni sugli accessi vascolari. Pompe per emodialisi.

Protesi valvolari cardiache
Valvole meccaniche e biologiche. Bioprotesi per impianto percutaneo. Determinazione della EOA.

Misure di pressione arteriosa
Sfigmomanometro. Misura con catetere e sensore extravascolare; risposta in frequenza di un sistema IABP. Microtrasduttori interferometrici con cavità di Fabry-Perot e tecnica FFR per stenosi vascolari.

Macchina cuore-polmone
schema di funzionamento, principali componenti. Assistenza ventricolare: contropulsatore aortico (IABP), pompe cardiache, cuori artificiali.

La modellazione matematica del moto del sangue
Schemi interpretativi unidimensionali, bidimensionali e tridimensionali. Legame tra sforzi e velocità di deformazione. Adimensionalizzazione e normalizzazione. Principali parametri adimensionali nei flussi biologici.

Modelli unidimensionali per il moto pulsante
Rappresentazione in serie di Fourier. Aspetti basilari delle soluzioni di Womersley. Impedenze vascolari. Matrici di trasferimento. Velocità di propagazione ondosa e equazione di Moens-Korteweg. Condizioni al contorno nella analisi dei circuiti artificiali e del sistema cardiovascolare.

Prerequisiti

Conoscenza della meccanica dei fluidi elementare e delle equazioni differenziali alle derivate parziali.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 40
Esercitazioni (ore/anno in aula): 12
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Appunti distribuiti durante il corso.

Kundu, P.K., Cohen, I.M.. Fluid Mechanics. Elsevier. In particolare il capitolo “Introduction to Biofluid Mechanics”.

Miller,G.E.. Artificial Organs. Morgan & Claypool.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame sarà superato dopo l’esito positivo di un test consistente in differenti quesiti atti ad accertare la capacità del candidato nel comprendere il funzionamento delle biomacchine di interesse pratico e di modelli fluidodinamici interpretativi del loro funzionamento, nello sviluppare detti modelli fluidodinamici, nel conoscere ed applicare correttamente i concetti base della fluidodinamica cardiovascolare e della relativa modellazione fisica e matematica.