42043 - STRUMENTAZIONE BIOMEDICA BS

Conoscenze e abilità da conseguire

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le conoscenze per la progettazione, realizzazione ed uso appropriato di strumenti dedicati alla diagnostica clinica e di dispositivi terapeutici o di supporto all'attività terapeutica. Contestualmente, verranno affrontate problematiche di analisi di circuiti elettronici con riferimento a sistemi biomedici.

Contenuti

1. Circuiti elettronici, amplificatori e filtri per segnali biomedici - Richiami sugli amplificatori operazionali: amplificatore in configurazione invertente, non invertente, buffer e differenziale; rapporto di reiezione di modo comune (CMRR); impedenza di ingresso e di uscita; integratore, derivatore, amplificatore di carica. Il preamplificatore per strumentazione: guadagno differenziale; CMRR; impedenza di ingresso differenziale e di modo comune. Amplificatori di isolamento: isolamento galvanico; isolamento ottico. Filtri analogici: passa-basso, passa-alto, passa-banda (funzione di trasferimento e diagrammi di Bode). Comparatore di tensione. Modulazione e demodulazione di segnali. Conversione analogico-digitale e digitale-analogico.

2. La misura dei potenziali elettroencefalografici - Ultrastruttura della corteccia cerebrale e origine dell'EEG di superficie. I ritmi cerebrali: l'EEG durante la veglia e il sonno; l'EEG patologico. Gli elettrodi per EEG e il sistema internazionale 10-20 di posizionamento degli elettrodi. L'elettroencefalografo multicanale analogico e digitale: architettura funzionale, specifiche del sistema e progetto del blocco di condizionamento. I potenziali evocati.

3. I sistemi ad ultrasuoni per la diagnostica clinica - Generazione degli ultrasuoni (materiali piezoelettrici) e loro propagazione nei mezzi biologici. Ecografia: principio di funzionamento; prestazioni; modalità di visualizzazione. Applicazioni ecografiche: ecocardiografia; oftalmologia; ecoencefalografia. Ecotomografia rettilinea ad angolare. I flussometri a tempo di transito: principio di funzionamento; architettura funzionale; circuito rivelatore. I flussometri a sfasamento: principio di funzionamento e architettura funzionale. I flussometri Doppler: principio di funzionamento e schema a blocchi. Flussometro Doppler ad emissione continua non direzionale. Flussometro Doppler ad emissione continua direzionale. Flussometro Doppler ad emissione pulsata.

4. Pletismografia per misure di volumi e flussi di sangue - Pletismografia: definizione e tecniche.Sistemi pletismografici a spostamento (pletismografi ad aria, ad acqua, ad estensimetri, a capacità). Pletismografia ad occlusione venosa. La fotopletismografia: principio di funzionamento; fotoemettitori; fotoricevitori; circuito di un fotopletismografo. Pletismografia ad impedenza: l'impedenza dei tessuti; principio di funzionamento; circuiti bipolari e tetrapolari per la misura di impedenza; metodo di bilanciamento. Cardiografia ad impedenza.

5. Misure di grandezze respiratorie - Leggi dei gas. Volumi e capacità polmonari. Lo spirometro: descrizione del sistema; principio di funzionamento; test per la determinazione della capacità funzionale residua. Pletismografia corporea: descrizione del sistema e principio di funzionamento. Pletismografia ad induttanza. Pneumografia ad impedenza. Misure di flussi respiratori: flussometri a turbina; flussometri ad ultrasuoni; anemometri a filo caldo; pneumotacometri. Misure di concentrazione di gas: spettrometro di massa; spettroscopia agli infrarossi; sensori paramagnetici di ossigeno.

6. La strumentazione per il laboratorio di analisi chimico-cliniche - Sensori fotoelettrici e fibre ottiche. Sensori elettrochimici. Le analisi chimiche del sangue: colorimetro; fotometro a fiamma; spettrofotometro; fluorometro; autoanalizzatore; analizzatore degli elementi figurati del sangue.

7. Defibrillatori e cardioverter - Defibrillatori: definizione ed impiego clinico. Schema a blocchi e specifiche di un defibrillatore. Tipi di defibrillatore:  defibrillatore RLC; defibrillatore a linea di ritardo; defibrillatore a onda trapezoidale. Schema a blocchi di un cardioverter. Elettrodi per defibrillatori. Manutenzione. Cenni sui defibrillatori impiantabili.

8. Pacemakers - Definizione ed impiego clinico. Principio di funzionamento e classificazione. Pacemaker asincrono. Pacemaker ventricolare a domanda. Pacemaker ventricolare sincronizzato con l'onda P. Pacemaker rate-responsive. Specifiche di un pacemaker: sorgente di energia; generatore di impulsi; cavetti ed elettrodi.

9. Macchine per anestesia e ventilatori polmonari - Macchine per anestesia. Ventilatori polmonari: schema generale di un ventilatore polmonare; tecniche di ventilazione. Ventilatori per anestesia. Ventilatori per terapia intensiva.

10. Principi ingegneristici dei sistemi per acquisizione di immagini mediche - Sistemi radiologici: origine e natura dei raggi X; elementi di progetto dei tubi radiogeni; architettura funzionale di una macchina a raggi X. La tomografia computerizzata. Schema a blocchi di un sistema di medicina nucleare. La tomografia in medicina nucleare: principi ed impiego clinico della Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) e della Positron Emission Tomography (PET).

 

Testi/Bibliografia

Dispense fornite dal docente.

Testi consigliati:

•  G. Avanzolini, Strumentazione biomedica: progetto e impiego dei sistemi di misura, Patron Editore, Bologna, 1998, 2th edition.
• J.G. Webster, Medical Instrumentation: Application and Design, Wiley and Sons, NY, 1998, 3th edition.
• W. Welkowitz, S. Deutsch, Biomedical Instruments: Teory and Design, Academic Press, NY, 1992, 2th edition.
• J.J. Carr, J.M. Brown, Introduction to Biomedical Equipment Technology, Wiley &Sons, NY, 4th Edition, 2000.

 

Metodi didattici

Il corso è articolato in lezioni in aula. Le lezioni si propongono di fornire le conoscenze teoriche circa i principi di funzionamento e le linee di progetto della strumentazione biomedica presentata. I concetti esposti verranno accompagnati da esempi ed esercizi relativi alla analisi e progettazione di sistemi biomedici. Come ausilio alla didattica, si potranno svolgere esercitazioni presso il Laboratorio di Ingegneria Biomedica.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale consiste in una prova orale. Per essere ammessi alla prova orale, occorre sostenere una prova scritta preliminare. Le prove si propongono di valutare le conoscenze teoriche dello studente e la sue capacità di affrontare problemi di progettazione. Vengono anche valutate le capacità di analisi e di sintesi, la proprietà di linguaggio e la chiarezza dei concetti e della esposizione.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna, notebook, videoproiettore, dispense, Laboratorio di Ingegneria Biomedica

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Elisa Magosso