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Conoscenze degli strumenti matematici di base e dei fenomeni fisici relativi alla meccanica, fluidodinamica e fenomeni ondulatori.
Knowledge of the fundamentals mathematical methods and physics phenomena related to mechanics, fluidynamic and wave propagation.
Ore di lezione frontale: 96 ore.
Hours of frontal lecture: 96 hours.
L’insegnamento ha l’obiettivo formativo di fornire le conoscenze di base per selezionare strumenti di misura sulla base delle loro caratteristiche prestazionali e per correttamente progettare ed utilizzare la strumentazione per misure di grandezze meccaniche, termiche e fluidodinamiche.
Nell’ambito della formazione in Ingegneria Biomedica l’insegnamento fornirà allo studente le conoscenze per poter correttamente progettare ed utilizzare una catena di misura per l’acquisizione di grandezze meccaniche, termiche e fluidodinamiche, con particolare riferimento all’Ingegneria Biomedica ed alle misure su e per l’uomo. Queste conoscenze vengono acquisite mediante lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.
Lo studente svilupperà capacità di analisi dei principali sistemi di misura e dei trasduttori più utilizzati per le misure nel settore dell’ingegneria biomedica. L’attività didattica comprende esercitazioni in laboratorio.
The course has the aim to provide the basic knowledge to select measuring instruments based on their metrological performances and to correctly
design and use mechanical, thermal and fluiddynamic measurement systems.
The course will provide the knowledge for the design and correct use of measurement devices for the acquisition of mechanical, thermal and fluid-dynamic parameters, with specific attention to the Biomedical Engineering and human health sector. The course will have frontal lessons and laboratory sessions.
The student will develop the skill to analyze the fundamental measurement systems and main transducers exploited in the sector of Biomedical Engineering. The didactic activity includes laboratory sessions.
1. Elementi di base della strumentazione biomedica: Generalità sulla strumentazione di misura e della strumentazione biomedica. Elementi funzionali di uno strumento. Caratteristiche statiche e dinamiche degli strumenti di misura.
2. Principali sensori in uso nella strumentazione biomedica:Sensori di spostamento in uso nella strumentazione biomedica (potenziometri, estensimetri, sensori ad ultrasuoni, encoder, ecc.).Sensori di velocità e di accelerazione in uso nella strumentazione biomedica (accelerometri, sonde eco e ultrasuoni, trasduttori piezoresistivi ed ICP).Sensori di forza di comune uso nella strumentazione biomedica (dinamometri, piattaforme di forza).Sensori di pressione ed acustici di comune uso nella strumentazione biomedica (stetoscopi, fonocardiografi, ecc.).Sensori di velocità e portata in uso nella strumentazione biomedica (tubo di Pitot, anemometro a filo caldo, ultrasonici, a turbina, misuratori di portata del sangue, ecc.).Sensori per la misura della temperatura (Termocoppie, termoresistenze, termistori, termografia a infrarossi).
3. Misura di biopotenziali ed amplificatore per biopotenziali: Attività elettrica delle cellule. Polarizzazione e depolarizzazione della cellula. Misura dei biopotenziali. Amplificatori per biopotenziali.
4. Elettrocardiografia ed elettroencefalografia: Derivazioni di Eindhoven, aumentate e precordiali. Amplificatori e filtri. Elettrocardiografo analogico e digitale. Holter. Elettroencefalografia. EEG analogico e digitale. Analisi di segnali EEG.
5. Misura della pressione del sangue e suoni cardiaci: Metodologie di misura non invasivi. Sfigmomanometro. Metodo oscillometrico. Metodo ad ultrasuoni. Fonocardiografia. Metododi di misura invasive.
6. Misure sul sistema respiratorio: Misure per la funzionalità polmonare. Spirometro. Pneumotacografo. Pletismografo.
7. Dispositivi terapeutici, chirurgici e sicurezza elettrica. Stimolatori cardiaci (pacemaker cardiaci). Defibrillatori. Bisturi elettrico.
1. Basic concepts of biomedical instrumentation: General concepts on the measurement systems and biomedical instrumentation. General requirements for the medical devices. Static and dynamic characteristics of measurement systems.
2. Basic sensors and principles of use in biomedical instrumentation.Displacement sensors used in biomedical instrumentation. (potentiometers, strain-gages, ultrasonic transducers, encoder, etc.).Velocity and acceleration sensors (piezoelectric ed ICP, accelerometers and ultrasounds).Force sensor used in biomedical instrumentation (strain gages, dynamometers and force platform).Pressure and acoustic sensor used in biomedical instrumentation (manometer, elastic transducers, microphones, stethoscope, phonocardiograph, etc.).Fluid velocity and flow sensors (Pitot tube, hot-wire and hot-film anemometers, ultrasound, turbine meters) used in biomedical instrumentation (blood flow meters, plethysmograph, etc).Temperature sensors (Thermocouples, thermometers, thermistors, infrared thermography).
3. Biopotentials and biopotential amplifiers: Polarization and depolarization of the cell. Bio-potentials. Measurement of biopotential. Design of bio-amplifier.
4. Electrocardiography and electroencephalography: Electrical activity of the heart. The Einthoven triangle. Augmented limb leads. Frontal and transverse plane ECG/EKG. Analogue and digital ECG/EKG systems. Holter. Electroencephalographic signals. EEG equipment and normal settings.
5. Blood pressure measurement and cardiac sounds. Indirect measurement of blood pressure. Sphygmomanometer. Oscillometric method. Ultrasound method. Phonocardiography. Direct measurement of blood pressure.
6. Measurements of the respiratory system: Fluid dynamics of the respiration. Measurement of the gas-flow rate. Plethysmography. Spirometer. Pneumotachograph. Introduction to medical imaging systems.
7. Therapeutic devices, surgery and electrical safety. Cardiac pacemaker. Defibrillators.
La valutazione si basa sulla discussione relativa agli argomenti del programma. Il livello di apprendimento degli studenti viene valutato attraverso due prove, da sostenere nello stesso appello:
- una prova scritta relativa agli argomenti del programma; gli studenti non possono consultare libri o materiale didattico personale;
- una prova orale relativa agli argomenti del programma; gli studenti non possono consultare libri o materiale didattico personale.
Attribuzione del voto finale in trentesimi, valutando le risposte per correttezza, completezza, approfondimento, modalità espositiva e livello di approfondimento.
Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode. Il voto minimo per il superamento dell’esame è 18/30.
Per superare con esito positivo l'esame, lo studente dovrà dimostrare di possedere una complessiva conoscenza dei contenuti dell’insegnamento, esposti in maniera il più possibile corretta con utilizzo di adeguata terminologia tecnica, utilizzando gli strumenti formali e grafici tipici dell'ingegneria, ovvero schemi costruttivi, schemi a blocchi, grafici, formulazione analitica, ecc.. La valutazione massima verrà conseguita dimostrando una conoscenza approfondita dei contenuti dell'insegnamento, esposta con completa padronanza del linguaggio tecnico.
Ad ogni domanda posta verrà dato un voto in trentesimi. Il voto finale è basato sulla media dei voti nelle singole domande e costituisce una valutazione complessiva. La lode verrà attribuita agli studenti che, avendo conseguito la valutazione massima, abbiano dimostrato una particolare padronanza della materia.
The evaluation is based on the discussion of the argument of the course programme. The level of comprehension of the students will be evaluated in two parts, to be done within the same call:
- a written test on the course programme; students are not allowed to keep course notes or books;
- an oral test on the course programme; students are not allowed to keep course notes or books;
Presentation of the final mark expressed in thirtieths, evaluating the answers on the basis of accuracy, completeness, deepening, exposure method and deepening level.
The evaluation is espressed in thirtieths , with eventual lode. The minimum grade is 18/30.
To pass the exam successfully, the student has to demonstrate to have a global knowledge of the teaching contents, exposed correctly with the usage of suitable technical terminology, with the formal and graphic engineering instruments, that is schemes, block diagrams, analytical formulations, exc. The best mark will be obtained proving a deep knowledge of the teaching contents, exposed with perfect mastery of the technical language.
The exam consists of three questions, the mark will be expressed in thirties. The final mark is the mean value of the marks of each question and it represents an overall rating of the exam. Full mark with honors will be granted to the students who will demonstrate a great mastery of the subjects.
Ernest O. Doebelin, "Strumenti e Metodi di Misura", McGraw-Hill, Francesco Paolo Branca, "Ingegneria Clinica", Springer-Verlag J.W. Webster, “Medical Intrumentation: Application and Design”, Houghton. R.S. Khandpur, “Biomedical Instrumentation”, McGraw-Hill J.D. Bronzino, “The Biomedical Engineering - Handbook” Vol I & II, CRC Press E.A. Cromwell, F.J. Weibell, E.A.Pfeiffer, “Biomedical Instrumentation and Measurements”, Prentice-Hall, Vera Lucia da Silveira Nantes Button, “Principles of Measurement and Transduction of Biomedical Variables” Academic Press, 2015.
Copia delle slides utilizzate durante il corso e disponibili sulla pagina moodle del corso. Link alla pagina moodle: https://learn.univpm.it
Ernest O. Doebelin, "Strumenti e Metodi di Misura", McGraw-Hill, Francesco Paolo Branca, "Ingegneria Clinica", Springer-Verlag J.W. Webster, “Medical Intrumentation: Application and Design”, Houghton. R.S. Khandpur, “Biomedical Instrumentation”, McGraw-Hill J.D. Bronzino, “The Biomedical Engineering - Handbook” Vol I & II, CRC Press E.A. Cromwell, F.J. Weibell, E.A.Pfeiffer, “Biomedical Instrumentation and Measurements”, Prentice-Hall, Vera Lucia da Silveira Nantes Button, “Principles of Measurement and Transduction of Biomedical Variables” Academic Press, 2015.
Copy of the slides utilised during the course are available on the moodle website of the course. Link to the moodle page: https://learn.univpm.it
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