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 ------------------------------------------------------------ Sensori e trasduttori: trasduttori attivi e passivi, sensori attivi e passivi, caratteristiche, dinamica, parametri fondamentali dei sensori, sensori per applicazioni biomedicali. Cellule eccitabili, potenziale di riposo e potenziale d'azione. Tipi di biopotenziali, caratteristiche di diversi biopotenziali e requisiti per l'acquisizione. Elettromiografia: meccanismi di generazione del segnale EMG, acquisizione del segnale EMG, surface EMG ed EMG intramuscolare, caratteristiche dei segnali e specifiche per l’acquisizione, esempi applicativi. Elettroencefalografia: meccanismi di generazione del segnale EEG, acquisizione del segnale EEG, caratteristiche del segnale e specifiche per l’acquisizione, esempi applicativi. ------------------------------------------------------------ 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, corrente, tensione, capacità, resistenza, 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.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 3978/1 - BIOINGEGNERIA ------------------------------------------------------------ Sensors and transducers: Active and passive transducers, active and passive sensors, characteristics, dynamic, fundamental parameter of a sensor, sensors for biomedical applications. Excitable cells, resting state potential and action potential. Types of biopotentials, amplitude and frequency features of different biopotentials, specifications for biopotential recording. Electromyography: generation of the EMG signal, EMG signal recording, surface EMG and intramuscular EMG, EMG signal features and specifications for signal recording, applications of the EMG signal. Electroencephalography: generation of the EEG signal, EEG signal recording, EEG signal features and specifications for signal recording, applications of the EEG signal. ------------------------------------------------------------ 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: Unit of measurement, dimensional analysis, current, voltage, capacitance, resistance, 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.