Obiettivi Formativi

Fornire le conoscenze di base necessarie all’impiego di sistemi hardware e software di misura e all’interpretazione dei dati per applicazioni biomedicali. Sviluppare le competenze, in un ambito multidisciplinare, volte alla comprensione del funzionamento della strumentazione di misura, l’elaborazione dei dati e la successiva applicazione in tecniche di neurofisiopatologia.

Learning Goals

Provide the basic knowledge necessary for the use of measurement hardware and software systems and the interpretation of data for biomedical applications. Developing skills, in a multidisciplinary context, aimed at understanding the functioning of measuring instruments, data processing and subsequent application in neurophysiopathology techniques.

Metodi didattici

Congruentemente con gli obiettivi formativi, il corso è articolato in 36 ore suddivise in 24 ore di Misure Elettriche ed Elettroniche e 12 ore di Bioingegneria.

Teaching Methods

In line with the learning objectives, the course organized in 36 hours of lessons divided into 24 hours of Electrical and Electronic Measurements and 12 hours of Bioengineering.

Prerequisiti

Conoscenze di base di fisica generale.

Prerequisites

Basic knowledge of Physics.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame finale consiste in esercizi e nella discussione orale su vari argomenti trattati durante il corso.

Assessment

The final examination consists in exercises and an oral discussion on different arguments focused on the course.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 3978/1 - BIOINGEGNERIA ------------------------------------------------------------ Fondamenti di elettronica: Componenti di base dei circuiti elettronici: resistenze, capacità, induttanze, diodi, transistori ed amplificatori operazionali, analisi dei circuiti elettronici, caratteristica di un resistore, generatori e carichi, generatori di tensione e corrente, leggi di Kirchhoff. Diodo: caratteristica I-V, definizione di polarizzazione diretta ed inversa, modello a caduta di tensione costante, fotodiodo. Transistore: principio di funzionamento, il transistore come interruttore, il transistore come amplificatore, classificazione dei transistori: BJT e FET. Software Spice: Introduzione all'uso del software di simulazione elettronica Spice, impiego del simulatore Spice per progettare e verificare il funzionamento di circuiti elettronici. Misura di grandezze elettriche: Corrente, tensione, capacità, resistenza, utilizzo del multimetro digitale, specifiche su indicatori digitali, codice dei colori dei resistori. Sensori e trasduttori: Sensori resistivi (termoresistenze, termistori ed estensimetri), sensori reattivi, sensori ottici. ------------------------------------------------------------ Modulo: 3978/4 - MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE ------------------------------------------------------------ Il personal computer: Componentistica hardware (microprocessore, piastra madre, scheda video), periferiche di I/O, sistema operativo, tool analisi dati. Cenni su analisi degli errori: Grandezze fisiche e misura, errori casuali, errori sistematici, incertezza di misura, cenni di propagazione degli errori, errore assoluto, errore relativo, risoluzione, ripetibilità, sensibilità. Sistema di misura: Concetto di trasduzione di una grandezza fisica, analisi, sintesi, misura, schema funzionale di un sistema di misura, il corpo umano come sorgente di segnali elettrici, segnali biomedici, caratteristiche degli strumenti di misura: Risoluzione, accuratezza, sensibilità, fondoscala. Misura di grandezze elettriche: Unità di misura, analisi dimensionale, utilizzo del multimetro digitale, specifiche su indicatori digitali. Trasduzione e trattamento del segnale: Elettrodi per applicazioni biomedicali, elettrodi di superficie, elettrodi interni, elettrodo non polarizzato (Ag-AgCl), concetto di rapporto segnale/rumore, conversione analogico digitale, risoluzione di un convertitore A/D, risposte di filtri passa basso, filtri passa alto, filtri passa banda, filtri escludi banda, filtri notch. Schemi circuitali: Schema di funzionamento di una cella elettrochimica, potenziale di semicella (half-cell potential), modello circuitale del sistema elettrodo-cute. Sensori e trasduttori: Trasduttori attivi e passivi, sensori attivi e passivi, caratteristiche, dinamica, parametri fondamentali dei sensori, sensori per applicazioni biomedicali. Sistemi di analisi: Segnali EEG, posizionamento elettrodi, registrazione, schema di un elettroencefalografo digitale.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 3978/1 - BIOINGEGNERIA ------------------------------------------------------------ Fundamentals of Electronics: Basic components of electronic circuits: resistors, capacitors, inductors, diodes, transistors, and operational amplifiers, analysis of electronic circuits, characteristic of a resistor, sources and loads, voltage and current sources, Kirchhoff’s laws. Diode: I-V characteristic, definition of forward and reverse bias characteristics, constant voltage drop model, photodiode. Transistor: principle of operation, transistor as a switch, transistor as an amplifier, classification of transistors: BJT and FET. Software Spice: Introduction to the use of Spice software for electronic simulation, use of Spice for designing and analysis of electronic circuits. Basic concepts of error analysis: Physical quantities and measurement, random errors, systematic errors, measurement uncertainty, basic concepts of error propagation, absolute error, relative error, resolution, repeatability, sensitivity. Measurement of electrical quantities: Current, voltage, capacitance, resistance, use of a digital multimeter, resistor color code. Sensors and transducers: Resistive sensors (resistance temperature detectors, thermistors, and extensometers), reactive sensors, optical sensors. ------------------------------------------------------------ Modulo: 3978/4 - MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE ------------------------------------------------------------ Personal computer: Hardware components (microprocessor, Motherboard, Graphic card), I/O peripherals, Operating System, software tools for data analysis. Basic concepts of error analysis: Physical quantities and measurement, random errors, systematic errors, measurement uncertainty, basic concepts of error propagation, absolute error, relative error, resolution, repeatability, sensitivity. Measurement system: Concept of transduction of a physical quantity, analysis, synthesis, measurement, operating diagram of a measurement system, human body as a source of electrical signals, biomedical signals, characteristics of the measurement instruments: Resolution, accuracy, sensitivity, full scale. Measurement of electrical quantities: Measurement Units, dimensional analysis, use of a digital multimeter, specification for digital indicators. Signal transduction and processing: Electrodes for biomedical applications, surface electrodes, internal electrodes, unbiased electrode (Ag-AgCl), concept of signal-to-noise ratio, analog-to-digital conversion, resolution of a converter A/D, responses of low pass filters, high pass filters, band pass filters, stop band filters, notch filters. Circuit schemes: Operating diagram of an electrochemical cell, half-cell potential, circuit model for the skin-electrode interface. Sensors and transducers: Active and passive transducers, active and passive sensors, characteristics, dynamic, fundamental parameter of a sensor, sensors for biomedical applications. Systems of analysis: EEG signals, electrode positioning, registration, scheme of a digital electroencephalograph.