Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[W000493] - PHYSIOLOGICAL SIGNAL PROCESSING AND MODELLING IN CARDIOLOGYPHYSIOLOGICAL SIGNAL PROCESSING AND MODELLING IN CARDIOLOGY
CORNELIS ADRIANUS SWENNE
Lingua di erogazione: INGLESELessons taught in: ENGLISH
Laurea Magistrale - [IM13] BIOMEDICAL ENGINEERING Master Degree (2 years) - [IM13] INGEGNERIA BIOMEDICA
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2017-2018
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-INF/06 - BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Inglese

English


PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscenze generali riguardo la biologia umana e le conoscenze matematiche per l’elaborazione dei segnali; esperienza iniziale nella programmazione MATLAB.

General knowledge of human biology and of the mathematical background of signal processing; some experience in MATLAB programming.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

37 ore di lezioni frontali e 35 ore di progammazione e presentazioni degli studenti

37 hours of frontal teaching and 35 hours of hands-on labs and student presentations


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

Obiettivi del corso sono quelli di fornire una panoramica e far comprendere le tecniche di elaborazione e di modellazione dei segnali utilizzati nella cardiologia clinica a scopi diagnostici e terapeutici. Sia tecniche standard di cura del paziente che procedure sperimentali verranno prese in considerazione. Inoltre, verrà considerato anche il contesto clinico e fisiologico a cui queste procedure si rivolgono, al fine di stimolare lo sviluppo di un atteggiamento critico nei confronti della logica clinica verso cui si rivolgono i progetti di ingegneria biomedica in questa specialità medica.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Questo insegnamento caratterizza il settore Bioingegneria (ING-INF/06) e fornisce le conoscenze sui principali strumenti teorici e pratici per acquisizione e elaborazione di dati biomedici in cardiologia. Esempi sono segnali e tecniche di imaging (ECG, elettrogrammi, pressioni invasive, ecocardiogramma, MRI, PET, SPECT, CT) e tecniche per cateterismo, stimolazione/resincronizzazione, e ablazione manuale/robotizzata.I modelli trattati sono un modello della genesi dell’ECG e un modello dettagliato dell’intera circolazione, applicato a problemi cardiaci e circolatori, comprese le condizioni di terapia intensiva.Queste tecniche e applicazioni sono trattati con diverse forme di apprendimento attivo in cui gli studenti possono dimostrare di essere in grado di applicare le loro conoscenze. Queste tematiche sono affrontate mediante lezioni, illustrate da visite in loco, e l'apprendimento attivo é stimolato da journal clubs, laboratori di gruppo al computer ed assegnazioni di programmazione.


Competenze trasversali.

Comprensione della Medicina come disciplina e come professione; capacità di cooperazione / lavoro di squadra; capacità critica di revisione; Ragionamento su argomenti multidisciplinari; capacità di presentazione, di programmazione, di sintesi e di scrittura


Knowledge and Understanding.

To obtain an overview of and insight in the modelling and signal processing techniques that are used in clinical cardiology for diagnostic and for therapeutic purposes. Standard patient care as well as experimental procedures are covered. Also, the clinical and physiological background of these procedures is addressed, to stimulate the development of a critical attitude towards the clinical rationale of biomedical engineering projects in this medical specialty.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

This teaching characterizes the Bioengineering sector (ING-INF/06) and provides knowledge about the main theoretical and practical tools for the acquisition and processing of biomedical data in cardiology. Examples are signals and imaging modalities (ECG, electrograms, invasive pressures, echocardiogram, MRI, PET, SPECT, CT) and techniques for catheterization, pacing/resynchronization, and manual/robotic arrhythmia ablation. Models addressed are a model of ECG genesis and an extensive model of the entire circulation, applied to cardiac and circulatory problems, including intensive care conditions.These techniques and applications are treated in a diversity of active learning forms in which the students can demonstrate that they are able to apply their knowledge. This subject is taught by lectures, illustrated by site visits, and active learning is stimulated by journal clubs, computer practicals and programming assignments.


Transversal Skills.

Understanding of medicine as a discipline and a profession; Cooperation skills / teamwork; Critical reviewing skills; Multidisciplinary reasoning and formulating; Presentation skills; Programming skills; Synthesizing skills; Writing skills



PROGRAMMA PROGRAM

Lezioni frontali, 41 ore. Lezioni in merito alla fisiologia/patofisiologia con particolare attenzione ai segnali ed immagini cardiovascolari, riguardo la funzione elettrica cardiaca (potenziale d’azione, pacemaking e conduzione, genesi dell’elettrocardiogramma, aritmie, sistemi delle derivazioni ECG e vettocardiogramma, misurazioni ECG), la funzione meccanica cardiaca (meccanismo di contrazione, accoppiamento eccitazione-contrazione, funzione di pompa) e la circolazione (concetti fisici, arterie/ capillari/ vene, controllo nervoso, controllo umorale e autoregolazione, esercizio fisico and ortostasi, arterosclerosi e infarto, insufficenza cardiaca). Lezioni in merito all’elaborazione di segnali ed immagini riguardo l’elettrocardiografia (ECG), misura della pressione intravascolare ed intracardiaca, pressione sanguigna e pulsossimetria, angiografia coronarica, ecografia, tomografia computerizzata ad emissione di singolo fotone (SPECT) e tomografia ad emissione di positroni (PET), risonanza magnetica (MRI), tomografia computerizzata (CT), monitoraggio ECG, elettrogrammi intracardiaci e procedure diagnostiche e terapeutiche emergenti. Lezioni in merito alla modellazione e simulazione dell’attivitá elettrica cardiaca (con riferimento al programma di simulazione ECGSIM) e in merito alla modellazione e simulazione della circolazione (con riferimento al programma di simulazione APLYSIA), incluse le istruzioni riguardo i simulatori ECGSIM e APLYSIA e assegnazione di programmi MATLAB. Include inoltre: lezioni frontali durante visite in ospedale. Attivitá degli studenti in laboratorio/aula (31 ore). Esperimenti iniziali di simulazione con ECGSIM e con APLYSIA, e primi esperimenti riguardo l’elaborazione ECG con MATLAB. Presentazioni per tutti gli studenti di poster individuali riguardo le simulazioni assegnate con ECGSIM e con APLYSIA, e della soluzione MATLAB per l’assegnazione riguardo l’elaborazione ECG (stessa per tutti gli studenti). Presentazioni per tutti gli studenti, in teams di 2-3 studenti, alla maniera di journal club, delle loro review assegnate in merito allo agli argomenti di elaborazione di segnali e immagini (elettrocardiografia, misura della pressione intravascolare ed intracardiaca, pressione sanguigna e pulsossimetria, angiografia coronarica, ecocardiografia, tomografia computerizzata ad emissione di singolo fotone e tomografia computerizzata ad emissione di positroni, risonanza magnetica, tomografia computerizzata, monitoraggio ECG, elettrogrammi intracardiaci e procedure diagnostiche e terapeutiche emergenti); ogni studente prenderá parte a due differenti presentazioni su differenti argomenti.

Frontal teaching, 41 hours. Lectures about cardiovascular physiology/pathophysiology underlying cardiovascular signals and images, concerning electrical heart function (action potential, pacemaking and conduction, genesis of the electrocardiogram, arrhythmias, ECG lead systems and vectorcardiogram, ECG measurements), mechanical heart function (contraction mechanism, excitation-contraction coupling, pump function) and circulation (physical concepts, arteries / capillaries / veins, neural control, humoral control and autoregulation, exercise and orthostasis, atherosclerosis and infarction, heart failure). Lectures about signal and image processing concerning electrocardiography (ECG), intravascular and intracardiac pressure measurement, blood pressure and pulse oximetry, coronary angiography, echocardiography, single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET), magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT), ECG monitoring, intracardiac electrograms and novel diagnostic and therapeutic procedures. Lectures about modelling and simulation of electrical heart activity (with a focus on the ECGSIM simulation program) and about modelling and simulation of the circulation (with a focus on the APLYSIA simulation program), including introductions to the ECGSIM and APLYSIA simulation and MATLAB programming assignments. Also included: frontal teaching during site-visits of the hospital. Student activities in lab/aula (31 hours). Initial simulation experiments with ECGSIM and with APLYSIA, and first ECG processing experiments with MATLAB. Plenary individual poster presentations of simulation assignments with ECGSIM and with APLYSIA, and of the Matlab solution for the ECG processing assignment (which is the same for all students). Plenary presentations, by teams of 2-3 students, in a journal club setting, of their litterature review assignments regarding the signal and image processing topics (electrocardiography, intravascular and intracardiac pressure measurement, blood pressure and pulse oximetry, coronary angiography, echocardiography, single photon emission computed tomography and positron emission tomography, magnetic resonance imaging, computed tomography, ECG monitoring, intracardiac electrograms, and novel diagnostic and therapeutic procedures); every student takes part in two different presentations on different subjects. 


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

Le conoscenze teoriche sono testate attraverso due esami a risposta multipla, uno in merito la fisiologia/patofisiologia del sistema cardiovascolare, e l’altro in merito alle tecniche di elaborazione di segnali e immagini. Le presentazioni del journal club (ogni studente partecipa a due differenti presentazioni) riflettono un breve testo scritto con medesimo titolo in forma di articolo review (2000-3000 parole), che é valutato. Le assegnazioni delle similazioni ECGSIM e APLYSIA e l’assegnazione di MATLAB per l’elaborazione ECG sono presentate in forma di poster e sono valutate.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

In totale, ogni studente ha sette voti: due per gli esami a risposta multipla, V1 e V2; tre per i poster dell’assegnazione della simulazione ECGSIM, V3; dell’assegnazione della simulazione APLYSIA, V4; e dell’assegnazione di MATLAB per l’elaborazione ECG, V5; e due per gli articoli review del journal club, V6 e V7. Le presentazioni del journal club non hanno voto, ma devono essere di una qualitá sufficente: quando un team fallisce la presentazione, essa deve essere migliorata e ripresentata.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

I vari esami di questo corso devono affermare che lo studente di ingegneria biomedica comprende i maggiori argomenti clinici in cardiologia e che lo studente comprende come i vari metodi di elaborazione di segnali e immagini incontrano/supportano i bisogni diagnostici o terapeutici specifici in questa specialistica medica. Lo studente deve anche dimostrare di avere un’attitudine critica in relazione alla letteratura (attivitá del journal club), e di essere in grado di comunicare le sue idee chiaramente attraverso una presentazione orale, attraverso poster e attraverso la scrittura. Infine, attraverso le assegnazioni di simulazione e di elaborazione dei segnali, lo studente viene valutato in merito alla sua intuizione, inventiva, e creativitá.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Il voto finale del corso, V, é calcolato attraverso:V = [1.5*V1 + 1.5*V2 + (migliori due voti tra V3-V5) + V6 + V7] / 7


Learning Evaluation Methods.

The theoretical knowledge is tested by two multiple choice examinations, one about physiology/pathophysiology of the cardiovascular system, and one about the signal and image processing techniques. The journal club presentations (each student participates in two different presentations) reflect equally titled short written reports in the form of a review paper (2000-3000 words) that is graded by a mark. The ECGSIM and APLYSIA simulation assignments, and the MATLAB ECG processing assignment are presented in the form of posters, and are graded by marks. 


Learning Evaluation Criteria.

In total, each student has seven marks: two for the multiple choice exams, V1 and V2; three for the posters reporting about the ECGSIM simulation assignment, V3; the APLYSIA simulation assignment, V4; and the MATLAB ECG processing assignment, V5; and two for the journal club review papers, V6 and V7. The journal club presentations are not graded, but should be of sufficient quality: when a team fails for the presentation, it should be improved and should once more be held. 


Learning Measurement Criteria.

The various tests in this course should assert that the biomedical engineering student understands the major clinical issues in cardiology and that the student understands how the various signal and image processing methods meet/support specific diagnostic or therapeutic needs in this medical specialty. The student has also to demonstrate to have a critical attitude towards the litterature (journal club activities), and to be able to convey his/her ideas clearly by an oral presentations, by posters and by writing. Finally, by the simulation and signal processing assignments, the student is tested on insight, inventiveness, and creativity. 


Final Mark Allocation Criteria.

The final mark for the course, V, is computed by: V = [1.5*V1 + 1.5*V2 + (the best two grades of V3-V5) + V6 + V7] / 7 



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

Testi: 1) Klabunde - Cardiovascular Physiology Concepts, 2nd Edition; 2) Goldberger & Ng - Practical Signal and Image Processing in Clinical Cardiology; 3) pubblicazioni scientifiche selezionatem assegnate individualmente, per l’attivitá di journal club; 4) varie risorse in internet.Software di simulazione: 1) ECGSIM (free; http://www.ecgsim.org/); 2) Aplysia Cardiovascular Lab (http://www.aplysia.se/aplysiacardiovascularlab.htm).Software di elaborazione di segnali:1) MATLAB; Moodle: https://learn.univpm.it/course/view.php?id=7887

Literature: 1) Klabunde - Cardiovascular Physiology Concepts, 2nd Edition; 2) Goldberger & Ng - Practical Signal and Image Processing in Clinical Cardiology; 3) selected scientific publications, individually assigned, for the journal club activities; 4) various internet resources. Simulation software: 1) ECGSIM (free; http://www.ecgsim.org/); 2) Aplysia Cardiovascular Lab (http://www.aplysia.se/aplysiacardiovascularlab.htm).Signal processing software:1) MATLAB; Moodle: https://learn.univpm.it/course/view.php?id=7887


E-LEARNING E-LEARNING

NO

NO


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2018-2019
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2018-2019

 


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