Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[W000494] - APPLIED MEASUREMENT TECHNIQUESAPPLIED MEASUREMENT TECHNIQUES
Lorenzo SCALISE
Lingua di erogazione: INGLESELessons taught in: ENGLISH
Laurea Magistrale - [IM13] BIOMEDICAL ENGINEERING Master Degree (2 years) - [IM13] INGEGNERIA BIOMEDICA
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Annualità Singola
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: C - Affine/Integrativa
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/12 - MISURE MECCANICHE E TERMICHE

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Inglese

English


PREREQUISITI PREREQUISITES

Nozioni di misure e trasduttori e strumentazione di uso in medicina.

Elements of measurement techniques and biomedical instrumentation.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Ore di lezione frontale: 72 ore.

Hours of frontal lecture: 72 hours.


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L’insegnamento ha lo scopo di presentare i principali metodi di misura avanzati per l’ingegneria biomedica e la medicina. In particolare si forniranno conoscenze avanzate sulle tecnologie e sulle strumentazioni biomediche usate in medicina per la diagnosi ed il trattamento di patologie, descrivendo i loro principi di funzionamento e analizzando le loro principali caratteristiche tecniche. Tali conoscenze, insieme a quelle precedentemente acquisite nei corsi della laurea triennale ed in particolare nel corso di misure meccaniche e strumentazione biomedica, permetteranno allo studente di avere una conoscenza approfondita delle metodologie di misura, delle tecnologie e della strumentazione biomedica in uso.


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Gli argomenti studiati permetteranno allo studente di operare con efficacia nel settore dell’ingegneria biomedica, sia in ambito progettuale che nello sviluppo di nuovi prodotti o tecnologie. Lo studente dovrà essere in grado di analizzare il funzionamento della strumentazione biomedica e delle tecnologie comunemente impiegate nel settore biomedicale. Inoltre egli svilupperà specifiche capacità di classificazione della strumentazione, analisi delle prestazioni di misura dei sistemi ed identificazione delle principali problematiche di installazione ed uso di tali strumentazioni. Infine, lo studente dovrà sviluppare specifiche capacità nel lavoro in gruppo.


Competenze trasversali.

Lo studente svilupperà capacità di analisi di sistemi di misura complessi, identificando il principio di funzionamento, le principali
componenti dello strumento e le più importanti prestazioni di misura. L’attività didattica comprende esercitazioni in laboratorio e lo
sviluppo (volontario) di un elaborato mirante ad analizzare una strumentazioni ad alta tecnologie che sarà sviluppato in gruppi di lavoro
e presentato al docente.


Knowledge and Understanding.

The course has the objective to present the main advanced measurement methods in use for biomedical engineering and medicine. In particular, the course will provide advanced knowledges related to technologies and biomedical instrumentation for diagnosis and treatment of pathologies, describing their working principles and technical characteristics. This knowledges, together with the ones acquired in the Laurea courses and in particular with the one acquired in the Misure Meccancihe e Strumentazione Biomedica courses, will allow the student to reach a deep knowledge of the measurement methods, of the technologies and of the biomedical instrumentation.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

The content of the course will allow the student to efficiently operate in the biomedical engineering sector as a designer of systems or as developer of novel products and technologies. The student will be able to analyze the working principle of the biomedical instrumentation and to understand the technologies commonly utilized in the biomedical sector. Moreover, he/she will develop specific skills for the classification of the instrumentation, for the analysis of the measurement performances of systems and for the identifications of main critical issues in the installation and use of such devices. Finally, the student will have to develop skills for teamwork.


Transversal Skills.

The student will develop skills for the analysis of complex measurement systems, identification of working principle, identification of the main components and of the main measurement capacities. The didactic activity is including laboratory activities and the preparation of a (voluntary) report on an high technology medical device which can be prepared in team and which will presented to the lecturer.



PROGRAMMA PROGRAM

1. Sistemi diagnostici ad immagini:
Ultrasuoni: Generazione e propagazione degli ultrasuoni; Interazione con i tessuti; Formazione del fascio ultrasonoro; Sonde e modalità di funzionamento dei sistemi ad ultrasuoni; Formazione dell’immagine e tomografia ad ultrasuoni; Eco-Doppler, Color Doppler e Power Doppler.Radiografia a raggi X: Generazione e propagazione dei raggi X; Spettri di emissione e coefficiente di attenuazione; Tubo radiogeno e sistemi
ad anodo fisso e rotante; Macchia focale; Formazione dell’immagine radiografica; Struttura di un sistema radiologico; Fluoroscopia; Amplificatore di brillanza e sistemi per la radiografia dinamica; Pellicola radiografica, griglie anti-diffusione e tavolo di Potter-Bucky; Radiografia analogica e digitale.Tomografia Computerizzata (CT): Sistemi tomografici; tomografi meccanici; tomografia assiale computerizzata; Tecniche di ricostruzione dell’immagine; Filtraggio e rimozione degli artefatti; Gantry; Differenti generazioni di macchine CT; Schema di un moderno sistema CT multislice; Sensori e CT numbers.Tomografia ad emissione di positroni (PET e SPECT): Radioisotopi e radiazioni; radiazioni e interazione con la materia; Sensori per la misura di radiazioni: camere di ionizzazione e cristalli scintillatori; Pulse Height Analyser (PHA); Sistema per la misura di emissione radiata; Gamma camera; Sistemi PET e PET/CT; Sistemi SPECT e tomografia SPECT.

2. Strumenti terapeutici:
Sistemi per l’ablazione chirurgica: Ablazione di tessuti; Ablazione elettrica; Ablazione a radiofrequenza; Ablazione ad ultrasuoni; Litotripsia; Intensità acustica e focalizzazione di onde ultrasonore; Crioablazione; Ablazione a microonde; Ablazione chimica.Sistemi chirurgici e terapeutici laser. Fisica e proprietà di una sorgente laser; Configurazione e classificazione di sistemi laser; Interazione con i tessuti; Aspetti relativi alla sicurezza; Applicazioni cliniche.Radioterapia: Effetti biologici delle radiazioni; Dose e frazionamento; Radioterapia interna (brachioterapia); Radioterapia esterna;
Pianificazione e modalità di trattamento; Macchine a raggi X ad alta tensione; Betatron; macchine a Cobalto-60; gamma Knife; Acceleratori lineari; Cyberknife.Endoscopia: Principio di funzionamento di un sistema endoscopico; Endoscopi rigidi; Endoscopi flessibili; Schema a blocchi e principali componenti; Sonde endoscopiche ad ultrasuoni.Pompe ad infusione: Modalità di infusione; Sistemi a gravità; Sistemi di infusione meccanici; Pompe volumetriche; Pompe peristaltiche; Schema a blocchi di una pompa ad infusione e sistemi di allarme; Sistemi di infusione portatili a retroazione: sistemi per il rilascio di insulina.Ventilatori polmonari: Sistema respiratorio; Ventilazione artificiale e modalità di assistenza; Ventilatori a pressione positiva e negativa; Sistemi di controllo del ventilatore.Biosensori: Sensori chimici; Sensori per il sangue; Sensori elettrochimici; Sensori per la misura del pH della PO2 e della PCO2; Misura del glucosio; Sensori ottici; Pulsossimetri; Strumentazione per laboratorio analisi; Spettrofotometria.

Imaging systems :Ultrasound imaging: Generation and propagation of ultrasound; Interaction with tissues; Ultrasound beam shaping; Probes and imaging modes; Image formation and ultrasound tomography; Eco-Doppler, Color Doppler e Power Doppler.X-ray imaging: Generation and propagation of X-rays; Emission spectra and attenuation coefficient; X-ray tube and X-ray machine; Rotating anode; Focal spot; Generation of the image; X-ray system; Fluoroscopy; Image Intensifier and dynamic radiography; X-ray film, anti-diffusion grid, Pottery-Bucky table; Analogue and digital radiography. X-ray Computed Tomography (CT): Tomographic systems; Mechanical tomography; CT scanners modalities; Axial computed tomography; Reconstruction algorithms; Filtering and artifact removal; Gantry; CT machine generations; System components of a modern multislice CT machine; Sensors and CT numbers.Nuclear Medial Imaging (PET e SPECT): Radio-Isotopes and radiation; Physics of radiation and interaction with tissues; Sensors for radiations: Ionization chambers and scintillating crystals; Pulse Height Analyzer (PHA); Uptake monitoring equipment; Gamma camera; PET e PET/CT systems.

2. Therapeutic equipment:
Ablation: Tissue ablation; Electric ablation; radiofrequency ablation; Ultrasound ablation; Lithotriptors, Acoustic intensity and focusing; Cryoablation; Microwave ablation; Chemical ablation.Biomedical lasers: Physics and laser proprieties; Configuration and classification of laser sources; Laser and tissue interaction; Safety aspects; Clinical use of lasersRadiotherapy: Biological effects of radiations; Dose and fractioning; internal radiotherapy (brachytherapy); External radiotherapy; Planning and modalities of treatment; High-voltage X-ray machine; Betatron; Cobalt-60 machine; Gamma Knife; linear accelerator; Cyberknife.Endoscopy: Functioning principle; Rigid endoscopes; Flexible endoscopes; Main components and scheme; Ultrasound endoscopic probes.Infusion pumps: Modalities of infusion; gravity-fed infusion systems; Mechanical pumps; peristaltic pumps; Volumetric Pumps; Scheme of a infusion pump and alarm systems; closed-loop control system: the insulin portable pump.Ventilators: Respiratory apparatus; Artificial ventilation, types off ventilators; Negative-Positive ventilators; Control systems in ventilators.Biosensors: Chemical sensors; Blood sensors, electrochemical sensors; pH, PO2 and PCO2 s sensors; Glucose sensors; Optical sensors; Pulse-oximeters; Clinical laboratory instrumentation; spectrophotometry.


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

La valutazione si basa sulla discussione relativa agli argomenti del programma.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Attribuzione del voto finale in trentesimi co, con eventuale lode, valutando le risposte per correttezza, completezza, approfondimento ed appropriatezza espositiva.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Lo studente, nel corso della prova orale, dovrà dimostrare di conoscere gli argomenti del programma. Per superare con esito positivo l'esame, lo studente dovrà dimostrare di possedere una sufficiente conoscenza complessiva dei contenuti dell’insegnamento, esposti in maniera 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.


Criteri di attribuzione del voto finale.

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 dei concetti del corso


Learning Evaluation Methods.

The examination consists in an oral discussion on the course topics.


Learning Evaluation Criteria.

Presentation of the final mark expressed in thirtieths, with eventual lode, evaluating the answers on the basis of accuracy, completeness, deepening and the exposure modality.


Learning Measurement Criteria.

During the oral exam, the student has to prove to know the program arguments. 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 appropriateness of the technical language.


Final Mark Allocation Criteria.

The exam consists of oral questions, the marks 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.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

R.S. Khandpur, “Handbook of Biomedical Instrumentation”, McGraw-Hill;
J.W. Webster, “Medical Intrumentation: Application and Design”;
Houghton. 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;
Francesco Paolo Branca, “Ingegneria Clinica“, Springer-Verlag;
Francesco Paolo Branca, “Fondamenti di Ingegneria Clinica vol.2“, Springer-Verlag;
Copia delle slides utilizzate durante il corso e disponibili sulla pagina moodle del corso (https://lms.univpm.it/enrol/index.php?id=460).

R.S. Khandpur, “Handbook of Biomedical Instrumentation”, McGraw-Hill;
J.W. Webster, “Medical Intrumentation: Application and Design”;
Houghton. 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;
Francesco Paolo Branca, “Ingegneria Clinica“, Springer-Verlag;
Francesco Paolo Branca, “Fondamenti di Ingegneria Clinica vol.2“, Springer-Verlag;
Copy of the slides utilised during the course are available on the moodle website of the course (https://lms.univpm.it/enrol/index.php?id=460).


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

 


Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427