• 086030 - BIOELETTROMAGNETISMO E STRUMENTAZIONE BIOMEDICA [2]

Strumentazione biomedica (Bioelettromagnetismo e strumentazione biomedica [2]) ha lo scopo di fornire le basi per la comprensione del funzionamento dei dispositivi biomedici sia dal punto di vista strumentale e tecnologico che da quello matematico algoritmico e di elaborazione analogica dei segnali con l’introduzione alle loro caratteristiche, ai modelli che sottintendono alla loro generazione e alle elaborazioni elementari di più generale utilizzo.

Lo scopo dell'insegnamento è quello di fornire le basi per la comprensione del funzionamento dei dispositivi biomedici dal punto di vista strumentale e tecnologico, del meccanismo di funzionamento di alcuni dei sensori maggiormente utilizzati nel settore biomedicale e gli elementi progettuali della catena di acquisizione dall’elemento sensibile alla conversione a segnale digitale, attraverso il condizionamento del segnale, il filtraggio analogico, il campionamento temporale e la quantizzazione fino ad arrivare alla conversione analogico-digitale. (DdD1,DdD2 - descrittori di Dublino 1 (Acquisizione di conoscenza) e 2 (Applicazione della conoscenza)).

Lo studente sarà messo in grado di partecipare alla progettazione di sistemi o algoritmi per la rilevazione ed elaborazione di segnali di interesse medico con un approccio ingegneristico che parte dalla definizione dei requisiti generali, delle caratteristiche salienti dei segnali, del relativo rapporto segnale-rumore e dei sensori per arrivare al disegno della soluzione circuitale e alla susseguente appropriata scelta dei dispositivi analogici da utilizzarsi. (DdD2,3 - descrittori di Dublino 2 (Applicazione della conoscenza), 3 (autonomia di giudizio) e 5 (Capacità di apprendimento)) 

Caratteristiche e dimensionalità dei segnali di interesse biomedico.

La marcatura CE dei dispositivi medicali (MDR 2017/745). Definizioni, caratteristiche e classificazione della strumentazione biomedica con cenni alle normative per i dispositivi elettromedicali (60601, 13485), in particolare sulla sicurezza e sulle classi di dispositivi. Principi base ed esempi di analisi dei rischi

Specifiche degli strumenti, linearità, calibrazione con modello lineare e polinomiale.

Caratteristiche dinamiche di sistemi di misura e il sistema del secondo ordine come modello generale dei trasduttori. Guadagno, fattore di smorzamento, frequenza naturale e frequenza di risonanza.

Implicazioni sul progetto dei trasduttori (accoppiamento trasduttore-supporto). Sensori biomedici: classificazione e principi di trasduzione. Trasduzione primaria e secondaria, esempi. Sensori di forza e posizione, di pressione e flussi. Sensori piezoelettrici come sensori di forza. Sensori di temperatura e termometria a termoresistenze e termistori. Elettrodi per registrazione di biopotenziali.

Rapporto segnale-rumore, interferenze. Metodi per l'eliminazione delle interferenze a monte e a valle della misura. Approccio progettuale e approccio con post elaborazione.

Trasduzione e condizionamento dei segnali: amplificazione, filtraggio e conversione analogico-digitale. Amplificatore per strumentazione (INA). Filtri analogici, luogo delle radici e caratteristiche. Circuiti paradigmatici per il filtraggio lineare e relativo dimensionamento. Campionamento, quantizzazione e classi di convertitori analogico digitali

Conoscenza di base di principi di automatica e teoria dei circuiti elettronici.

La valutazione sarà basata su una prova scritta composta da due parti, una per Bioelettromagnetismo e una per Strumentazione Biomedica.

Nella parte di Strumentazione Biomedica allo studente viene descritto uno scenario di rilevazione di un segnale biomedico. Lo studente dovrà svolgere una completa progettazione, guidata da domande specifiche, del sistema di acquisizione del segnale dal sensore alla conversione in digitale, facendo anche opportune considerazioni relative alla classificazione del dispositivo e all’analisi dei rischi.

Nello specifico:

- lo studente dovrà selezionare e dimensionare in modo appropriato la tipologia e configurazione di sensori in grado di registrare il segnale desiderato

- dovrà decidere i componenti circuitali che garantiranno il rapporto segnale-rumore opportuno, dovrà selezionare gli elementi necessari per la  corretta digitalizzazione del segnale.

- dovrà proporre la classificazione del dispositivo proposto secondo la normativa di certificazione medicale e discuterne i rischi

Il voto finale è la media della valutazione delle due parti  dello scritto, con il vincolo di una valutazione minima in ciascuna parte pari a 15/30.