Il corso mira a guidare gli studenti nell’acquisizione dei concetti base nello studio dei sistemi biomedici e nella progettazione della strumentazione biomedicale, sfruttando le metodologie acquisite in teoria dei sistemi e controlli automatici. In questo contesto verranno anche introdotti metodi matematici per l’analisi di segnali bio-segnali. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di impostare lo studio per determinare la rappresentazione matematica di un sistema fisiologico e biologico, di analizzare un segnale bio-elettrico, e conoscerà le fasi di progettazione di una strumetazione biomedicale.
Il corso include lezioni frontali per l’acquisizione delle conoscenze richieste e lo svolgimento di prove di laboratorio che mirano alla loro applicazione. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Se necessario, il docente sara' disponibile anche ad incontri di ricevimento in modalità telematica, previo appuntamento.
Le Propedeuticita Culturali richieste per la comprensione dei contenuti trattati durante il corso sono:
Non sono richieste Propedeuticita Formali.
La frequenza non e’ obbligatoria, seppure fortemente consigliata per poter eseguire la prova di laboratorio adeguatamente.
1. Concetti base sui sistemi biomedici
Strumentazione biomedica - Modalità operative, Vincoli nella misurazione di grandezze fisiologiche - Classificazione della strumentazione- Valutazione delle performance della strumentazione - Criteri di progettazione – Processo di progettazione della strumentazione biomedica e sistemi di regolamentazione – Esempi di sistemi di controllo fisiologici - Esempi di strumentazione biomedicali - Organi artificiali.
2. Modelli e segnali bioelettrici di sistemi fisiologici
- Strutture e Funzioni del Sistema Nervoso: i neuroni, il potenziale di azione, le sinapsi, i modelli elettrici dei neuroni, correnti e potenziali extra cellulari, sistemi per la registrazione della attività dei neuroni, potenziale di azione muscolare.
- Sistema Nervoso Periferico e Muscolo-Scheletrico: elettro-neurogramma (ENG), elettromiografia (EMG).
- Sistema Visivo: elettro-retinogramma (ERG), elettro-oculogramma(EOG).
- Sistema Cardiaco e Circolatorio: parametri sistemici (pressione cardiaca, velocità e flusso, cardiac output), sitema elettro-mecchanico per funzionamento cardiaco, elettro-cardiogramma (ECG), aritmie, tecnologie per il cuore artificiale.
- Sistema Nervoso Centrale: attività elettromagnetica nella corteccia, registrazione attività elettrica dell’encefalo (EEG ed MEG), ritmi encefalici, potenziali evocati, interfacce brain-computer.
3. Metodi per l’Analisi di segnali biomedicali
Casi di studio (ECG, EEG, MEG, fMRI), Metodi di pre-processamento (statistica, filtri in frequenza ed di saturazione), Metodi di processamento (analisi lineari nel dominio del tempo e della frequenza, analisi non-lineare, analisi multivariata e analisi della connettività). Introduzione alla Biostatistica.
Testi di riferimento per il corso
T1) Webster J.G., Medical Instrumentation: Application and Design, Wiley
T2) Michael C. K. Khoo, Physiological Control System: Analysis, Simulation and Estimation, IEEE press Series on Biomedical Eng., Wiley-Interscience
T3) M. Bear, B. Connors, M. Paradiso, Neuroscience: Exploring the Brain, Wolters-Kluwer
T4) J. L. Semmlow, B. Griffel, Bio-signal and Medical Image Processing, CRC Press
T5) Andrew Webb, Introduction of Biomedical Imaging, IEEE press Series on Biomedical Eng., Wiley-Interscience
Testi consigliati per gli approfondimenti
T6) Saeid Sanei, Jonathon Chambers, EEG Signal Processing, Wiley
T7) S. A. Glantz, Primer of Biostatistic, McGraw-Hill
Argomenti | Riferimenti testi | |
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1 | Basic concepts of biomedical systems (9 h) | T1 (ch. 1) - T2 |
2 | Bioelectrical models and signals (20 h) | T3 (Part I-II) - T6 |
3 | Methodologies in biomedical signals analysis (21 h) | T4 (chs. 1-6), T6,T7 |
La prova d'esame è composta da una prova di laboratorio e una prova orale. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
La prova di laboratorio cosiste in un caso di studio basato sull’analisi di dati biomedicali. La presentazione di tale elaborato, entro la fine del corso, permette di poter accedere alla prova orale. La valutazione finale verra determinata dala valutazione di entrambe le prove.
Per gli studenti frequentanti e’ prevista una prova in itinere che si svogera a fine corso. La prova, di durata massima due ore, cosiste in un questionario con domande (a risposta multipla ed/o aperta) di verifica sui contenuti trattati durante il corso. Qualora si superi tale prova, rispondendo correttamente ad almeno il 50% delle domande, l’esame orale non e' obbligatorio ma a discrezione dello studente. La valutazione finale verra determinata mediando la valutazione del questionario con la valutazione della prova di laboratorio.
La valutazione in sede di colloquio orale si basera:
sulla conoscenza dei contenuti, la pertinenza dell risposte rispetto alle domande formulate, la proprieta di linguaggio tecnico, la capacita di fare collegamenti tra i contenuti del programma.
Il materiale e’ reperibile tramite la piattaforma Studium ed il sito personale del docente (http://www.dees.unict.it/mbucolo/)