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Misure Meccaniche e Strumentazione Biomedica
Mechanical measurements and biomedical instrumentation
Enrico Primo Tomasini

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 12
Ore 96
Periodo E
Lingua ITA

Prerequisiti
Conoscenze di base di analisi matematica e fisica.

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
L’insegnamento ha l’obiettivo formativo di fornire le conoscenza di base per poter correttamente progettare ed utilizzare la strumentazione per misure di grandezze meccaniche, termiche e fluidodinamiche, con particolare riferimento alla strumentazione biomedicale ed alle misure su e per l’uomo.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Nell’ambito della formazione in Ingegneria Biomedica l’insegnamento fornirà allo studente le conoscenze per poter correttamente progettare ed utilizzare la strumentazione per misure di grandezze meccaniche, termiche e fluidodinamiche, con particolare riferimento alla strumentazione biomedicale ed alle misure su e per l’uomo. Queste conoscenze vengono acquisite mediante lezioni frontali ed esercitazioni/seminari in laboratorio.
COMPETENZE TRASVERSALI:
Lo studente svilupperà capacità di analisi dei principali sistemi di misura e dei trasduttori più importanti. L’attività didattica comprende esercitazioni in laboratorio/seminari e lo sviluppo di un elaborato mirante ad analizzare una strumentazioni biomedica di base che sarà sviluppato in gruppi di lavoro e presentato al docente.

Programma
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 e film caldo, ultrasonici, a turbina, misuratori di portata del sangue, pletismografi, ecc.). ). Sensori epr la misura della temperatura (Termocoppie, termoresistenze, termistori, termografia a infrarossi). 3. Biosensori chimici: Trasduttori per analisi chimiche. Trasduttori elettrochimici. Sensori per la misura di PO2, PCO2 e pH. Sensori chimici a fibra ottica. Sensori ottici a fluorescenza. Trasduttori ISFET e IMFET. 4. Misura di biopotenziali ed amplificatore per biopotenziali: Attività elettrica delle cellule. Polarizzazione e depolarizzazione della cellula. Misura dei biopotenziali. Amplificatori per biopotenziali. 5. Elettrocardiografia ed elettroencefalografia: Derivazioni di Einthoven, aumentate e precordiali. Amplificatori e filtri. Elettrocardiografo analogico e digitale. Holter. Elettroencefalografia. EEG analogico e digitale. Analisi di segnali EEG. 6. Misura della pressione del sangue e suoni cardiaci: Metodologie di misura non invasivi. Sfigmomanometro. Metodo oscillometrico. Metodo ad ultrasuoni. Fonocardiografia. Metododi di misura invasive. 7. Misure sul sistema respiratorio: Misure per la funzionalità polmonare. Spirometro. Pneumotacografo. Pletismografo. 9. Introduzione ai sistemi di diagnosi per immagini Medicina per immagini: Contenuto di informazione di un’immagine. Ecografia. Raggi X. TAC. MRI. 8. Introduzione ai dispositivi terapeutici, chirurgici e sicurezza elettrica. Stimolatori cardiaci (pacemaker cardiaci). Defibrillatori. Bisturi elettrico. Il laser in medicina. 9. Esercitazioni: Progetto di una catena di misura ECG e di forza.

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Tutti gli studenti sono tenuti a svolgere prima dell'esame una tesina di carattere sperimentale, in laboratorio, su uno dei temi trattati nel programma e preparare una relazione scritta; la tesina può essere svolta individualmente o in gruppo (max 3 persone). Lo scopo della tesina è quello di far prendere contatto direttamente con la strumentazione di laboratorio e non vederla solo durante le esercitazioni. L’esame consiste nella presentazione del lavoro svolto nella tesina e in una prova orale con una discussione degli argomenti del programma presentati nelle lezioni e nelle esercitazioni pratiche di laboratorio.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Attribuzione del voto finale in trentesimi, valutando le risposte per correttezza, completezza, approfondimento, modalità espositiva e la tesina per impegno e livello di approfondimento.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Lo studente, nel corso della discussione della tesina e 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 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.. Relativamente alla discussione della tesina, dovrà dimostrare di aver svolto con impegno il tema assegnato, di avere conseguito una conoscenza approfondita sullo specifico argomento oggetto della tesina, di aver conseguito una conoscenza pratica della strumentazione di laboratorio ed anche di saper utilizzare strumentazione di presentazione multimediale, che potrà essere utile nella vita lavorativa futura. 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 (solitamente 3 più la discussione della tesina) 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 unitamente ad un particolare impegno nella tesina.

Testi consigliati
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

Corsi di laurea

• Ingegneria Biomedica (Corso di Laurea Triennale (DM 270/04))