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STRUMENTAZIONE BIOMEDICA

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Biomedical Instrumentation

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Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
MED3117
Docenti
Prof. Roberto Sacchi (Docente Titolare dell'insegnamento)
Dott. Sonia COSTANTINO (Docente Titolare dell'insegnamento)
Prof. Valentina GIANNINI (Docente Titolare dell'insegnamento)
Corso di studi
[f007-c310] laurea i^ liv. in tecniche audiometriche (ab.pr.san.audiometrista) - a torino
Anno
1° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
7
SSD dell'attività didattica
FIS/07 - fisica applicata (a beni culturali, ambientali, biologia e medicina)
ING-INF/06 - bioingegneria elettronica e informatica
ING-INF/07 - misure elettriche ed elettroniche
MED/50 - scienze tecniche mediche applicate
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Aver acquisito nozioni di fisica di base, di anatomia e di fisiologia fornite nel corso MED3111/MED3175 - Scienze Propedeutiche e Biomediche.

The basic knowledge of physics, anatomy and physiology, as provided by the course MED3111/ MED3175 - Propaedeutic and Biomedical Sciences, is required.

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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone di introdurre lo studente alle problematiche di utilizzo della strumentazione elettronica per impieghi biomedici e della tecnologia delle misurazioni elettriche ed elettroniche. Verrà inoltre approfondita la fisica acustica e verranno illustrate le metodiche soggettive e oggettive per l'effettuazione dei test audiometrici liminari, sopraliminari, vocali e impedenzometrici.

The course aims to introduce students to the problems of use of electronic instrumentation for biomedical use and technology of electric and electronic measurements. Will also deepen physical acoustics and will explain the subjective and objective methods for carrying out the hearing tests (pure tone audiometry, speech audiometry, impedance audiometry - tympanometry and acoustic reflex).

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Risultati dell'apprendimento attesi

Alla fine del corso lo studente

-sarà in grado di descrivere gli aspetti fisici alla base della generazione, propagazione e rilevazione delle onde acustiche e le grandezze fisiche rilevanti per la fisica acustica. Sarà inoltre in di risolvere semplici esercizi su questi argomenti;

-sarà in grado di determinare le prestazioni e l'affidabilità di un dispositivo, valutare un dispositivo in termini di costi/benefici, effettuare una verifica sulla sicurezza elettrica di un dispositivo, definire le specifiche funzionali e tecniche di un dispositivo;

-sarà in grado di comprendere i principi che regolano la trasformazione dei dati clinici in segnali biomedici e comprenderà le metodiche di base per la gestione di tali segnali al fine di ricavarne informazioni utili;

-sarà in grado di comprendere le tecniche di base per la gestione dei segnali biomedici (es. potenziali evocati) sia per l'elaborazione che per la gestione dei dati all'interno di un flusso ospedaliero informatizzato;

-avrà acquisito le cognizioni teoriche e le abilità tecnico-pratiche per la corretta effettuazione dei test audiometrici liminari, sopraliminari, vocali e impedenzometrici

At the end of the course the student

-will be able to describe the physical processes involved in creation, propagation and detection of acoustic waves and to describe the relevant physical quantities. He will be able to solve simple exercises on these subjects;

-will be able to determine the performance and reliability of a device, evaluating a device in terms of cost / benefit, to perform a check on the electrical safety of a device, define the functional and technical specifications of a device;

-will be able to understand how the clinical data are elaborated to be transformed in biomedical signals and how such signals can be arranged to extrapolate useful information;

-will be able to understand the basic techniques for the management of biomedical signals ( e.g. evoked potentials) with the aim to both process them and manage them within a hospital network;

-will possess the theoretical knowledge and the technical practices for carrying out the hearing tests (pure tone audiometry, speech audiometry, impedance audiometry - tympanometry and acoustic reflex).

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali in aula, suddivise come segue:
Bioingegneria Elettronica e Informatica – 24 ore
Fisica Applicata 2 – 12 ore
Misure Elettriche ed Elettroniche – 24 ore
Scienze Audiometriche 2 – 24 ore

Frontal lectures in the classroom, organized al follows:
Electronic Bioengineering and Computer Science – 24 hours
Applied Physics 2– 12 hours
Electrical and Electronic Measurements – 24 hours
Audiometry 2 – 24 hours

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Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova d’esame, in forma di prova scritta per valutare le conoscenze e la capacità di applicare le nozioni apprese seguita da un colloquio orale di valutazione finale. Per gli argomenti del modulo di Scienze Audiometriche 2 è anche prevista una prova pratica. Ciascun docente esprime un voto compreso tra 0 e 30 per la parte che gli compete. Per il superamento dell’esame è necessario raggiungere il voto di 18 in ciascun modulo compreso nell’insegnamento. Il voto finale è dato dalla media ponderata con i crediti dei risultati conseguiti per ciascun modulo.

The grade determination is based on a final exam. The exam consists in a written test, aimed at evaluating the knowledge and the ability in applying the concepts acquired, followed by an oral part. A practical test is also foreseen for the Audiometry 2 module. Each professor assigns a grade between 0 and 30 for his module. In order to pass the exam a minimum grade of 18 is required in each module. The final grading is calculated as the weighted average of the grading of each module, the weight being the corresponding number of credits.

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Programma

Bioingegneria Elettronica e Informatica
Problematiche associate all’uso di strumentazione biomedica.
Caratteristiche dei segnali biomedici.
Filtraggi. Elaborazioni dei segnali biomedici nel dominio del tempo e della frequenza.
Metodi per l’analisi computerizzata di dati biomedici.
Problematiche legate all’uso di software medicali.

Fisica applicata 2
Proprietà di logaritmi ed esponenziali.
Moto armonico semplice. Oscillatore armonico semplice. Oscillatore smorzato. Oscillatore forzato e risonanza. Cavità acustiche. Oscillatori accoppiati.
Generalità sulle onde. Onde semplici, principio di sovrapposizione. Legge del quadrato della distanza. Interferenza e battimenti. Onde stazionarie.
Onde acustiche. Effetto doppler. Riflessione e rifrazione, diffrazione.
Il suono e le sue caratteristiche. Pressione efficace e impedenza acustica. Orecchio medio. Livello di pressione e intensità.
Acuità uditiva e curve isofoniche.

Misure elettriche ed elettroniche
Definizione dei seguenti termini: elettrico, elettronico, elettricità, circuito elettrico, dispositivo elettronico, circuito elettronico. Definizione di corrente elettrica. Leggi di Ohm. Definizioni di rete elettrica, generatore ideale di tensione, generatore reale di tensione, resistenza e resistore. Elementi in serie e in parallelo; Principi di Kirchhoff e loro applicazione; Partitore di tensione e partitore di corrente;  
Capacità elettrica e condensatori; Carica e scarica di un condensatore. Andamenti temporali di tensione e corrente in un circuito RC. Condensatori in serie e in parallelo.
Legame tra i fenomeni elettrici e i fenomeni magnetici; Induzione magnetica e legge di Faraday; Induttanza; Carica e scarica di un induttore. Andamenti temporali di tensione e corrente in un circuito RL.
Corrente alternata: frequenza, ampiezza, fase. Concetto di impedenza. Impedenza di una resistenza, di un induttore, di un condensatore. Energia e potenza dissipata da un circuito. Legge di Joule.  
Generalità sulle misure e sugli strumenti di misura; Caratteristiche di uno strumento di misura. Tipi di errori.
Materiali semiconduttori intrinseci e drogati. Giunzione PN e funzionamento del diodo. Circuiti raddrizzatori a singola e a doppia semionda. Struttura e funzionamento del transistor. Funzionamento come amplificatore e come raddrizzatore.
Analogico e digitale: definizioni; Strumenti di misura analogici e strumenti di misura digitali. Conversione analogico digitale e definizione del passo di discretizzazione. Il campionamento. Frequenza di campionamento. Teorema di Shannon.

Scienze audiometriche 2
Introduzione: Definizione ed applicazioni dell'audiometria. Anamnesi audiologica di base dell'adulto e del bambini e cenni di otoscopia
Audiometria: Audiogramma clinico ed esame audiometrico. Perdite quali-quantitative, disturbi uditivi e classificazione delle ipoacusie. Tecnica di mascheramento. Acufeni ed acufenometria. Audiometria vocale e test correlati. Prove di simulazione.
Protesi acustica, protesizzazione e fornitura protesica. Casi clinici di interesse generale.
Cenni di audiologia infantile in età scolare.

Electronic bioengineering and computer science
Biomedical instrumentation management and criteria for a safe and correct use.
Biomedical signals characteristics.
Filtering methods. Biomedical signal processing both in time and frequency domain.
Methods for computerized biomedical data analysis.
Medical software.

Applied physics 2.
Properties of logarithms and exponentials.
Simple harmonic motion. Simple harmonic oscillator. Damped oscillator. Driven oscillator and resonance. Acoustic cavity. Coupled oscillators.
General information on mechanical waves. Simple waves, superposition principle. Law of the square of the distance. Interference and beats. Standing waves.
Acoustic waves. Doppler Effect. Reflection and refraction, diffraction.
The sound and its characteristics. Effective pressure and acoustic impedance. Middle ear. Pressure level and intensity.
Auditory acuity and equal loudness curves.

Electrical and electronic measurements.
Definition of: electric, electronic, electricity, electric circuit, electronic device, electronic circuit; Electric current;  Ohm’s laws;  Voltage, current, resistance; Series and parallel circuits; Kirchhoff’s laws and their applications;  Voltage divider and current divider;
Capacitance and capacitors; Capacitor charge and discharge. RC circuit transient response - Voltage and current calculations; Series and parallel capacitors;
Magnetism and electromagnetism; Faraday’s law; Inductance - Series and parallel inductors; Inductor charge and discharge. RL circuit transient response - Voltage and current calculations;
Alternating current, frequency, amplitude and phase; Impedance; Energy and power dissipated in a circuit. Joule’s law.
Measurements and measure instruments- Their characteristics; Basic information about error theory;
Solid-state device theory; P-N junction and diodes; Transistor. Transistor as an amplifier;  
Analog and digital – definitions; Analog and digital measurement instruments. A/D conversion; Sampling theory. Sampling frequency. Shannon’s theorem.

Audiometry 2 
Introduction: Definition and application of audiometry. The anamnesis of audiological basis of the adult and child and nods of otoscope.
Audiometer: Audiogram clinical and audiometric test. Quantitative loss, hearing disorders and the classification of hearing loss. Masking technique. Tinnitus and acufenometria. Speech audiometry and related texts. Simulation test.
Hearing aids, prostheses and prosthetic supply. Clinical cases of general interest.
Outline of infantile audiology.

Testi consigliati e bibliografia

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Testi Consigliati
Per Fisica 2 il testo di riferimento è il medesimo indicato per il modulo di Fisica I. Per gli argomenti aggiuntivi si fa riferimento al materiale integrativo distribuito a lezione.

Per Bioingegneria Elettronica ed Informatica il materiale di riferimento è costituito dalle slides presentate a lezione per la parte teorica, e dagli esercizi modello eseguiti in aula. I seguenti testi, benché di livello avanzato, possono essere utilizzati per approfondire gli argomenti trattati:  
1.Fondamenti di analisi di segnali biomedici. Con esercitazioni in MATLAB. Con CD-ROM di Luigi Landini
2.Strumentazione biomedica. Progetto e impiego dei sistemi di misura di Guido Avanzolini Elisa Magosso edito da Pàtron, 2015
3.Sensori per misure biomediche, editore Pàtron  (collana Ingegneria biomedica).
 
Per Misure elettriche ed elettroniche il materiale di riferimento è costituito dalle slides presentate a lezione per la parte teorica, e dagli esercizi modello eseguiti in aula. Il seguente testo, benché di livello avanzato, può essere utilizzato per approfondire gli argomenti trattati:  
Guido Avanzolini. Strumentazione Biomedica, progetto e impiego dei sistemi di misura. Ed. Patron, Bologna, 1998

For the Physics 2 module, the textbook is the same as the one recommended for Physics 1. The reading material covering the additional topics will be supplied to the students.

For the module of Bioengineering, the reference material is the copy of the slides used during the lectures for the theory, and the examples of exercises illustrated during the classes. The following textbooks are treating the subject at an advanced level and can be used as a complement:  
1.Fondamenti di analisi di segnali biomedici. Con esercitazioni in MATLAB. Con CD-ROM di Luigi Landini
2.Strumentazione biomedica. Progetto e impiego dei sistemi di misura di Guido Avanzolini Elisa Magosso edito da Pàtron, 2015
3.Sensori per misure biomediche, editore Pàtron  (collana Ingegneria biomedica).

For Electrical and electronic measurements the reference material is the copy of the slides used during the lectures for the theory, and the examples of exercises illustrated during the classes. The following textbook is treating the subject at an advanced level and can be used as a complement:  
Guido Avanzolini. Strumentazione Biomedica, progetto e impiego dei sistemi di misura. Ed. Patron, Bologna, 1998



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Note

II SEMESTRE

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Moduli didattici

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Ultimo aggiornamento: 17/02/2016 11:01
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