DISPOSITIVI E SENSORI BIOMEDICALI

Martino GIAQUINTO DISPOSITIVI E SENSORI BIOMEDICALI

0612800012
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE PER LA MEDICINA DIGITALE
2024/2025

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2022
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
648LEZIONE
18LABORATORIO
216ESERCITAZIONE
Obiettivi
OBIETTIVO GENERALE
IL CORSO PRESENTA I PRINCIPALI SENSORI BIOMEDICI DAL PUNTO DI VISTA FUNZIONALE E DELLE MODALITÀ DI INTERFACCIAMENTO CON SISTEMI A MICROCONTROLLORE PER L’ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE
DELL’INFORMAZIONE SECONDO GLI STANDARD DI DATA QUALITY.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
CONOSCENZA DEL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEI SENSORI ALLA BASE DEI SISTEMI PER IL RILEVAMENTO DI GRANDEZZE BIOMEDICALI. COMPRENSIONE DELLE MODALITÀ DI INTERFACCIAMENTO CON SISTEMI DI ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE A MICROCONTROLLORE CON RIFERIMENTO ALLE PRESTAZIONI STATICHE E DINAMICHE DESIDERATE.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
CAPACITÀ DI IMPLEMENTARE UN DISPOSITIVO PER MONITORAGGIO DI PARAMETRI VITALI INDIVIDUANDO I
SENSORI APPROPRIATI PER UNA SPECIFICA APPLICAZIONE E INTERFACCIANDOLI CON UN SISTEMA
OPPORTUNAMENTE PROGRAMMATO PER LA CORRETTA ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DELL’INFORMAZIONE.
Prerequisiti
PER RAGGIUNGERE CON SUCCESSO GLI OBIETTIVI DIDATTICI SONO RICHIESTE CONOSCENZE DI MATEMATICA, FISICA E LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE.

PROPEDEUCITÀ: CIRCUITI BIOMEDICALI
Contenuti
UNITA’ DIDATTICA 1 – INTRODUZIONE AI SISTEMI PER MISURE DI BIOSEGNALI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/0/0)

-1 (2 ORE LEZIONE): INTRODUZIONE AL CORSO: DAL CONCETTO DI DIAGNOSTICA ALLA NUOVA VISIONE DELLA MEDICINA DIGITALE
-2 (2 ORE LEZIONE): ORIGINE E CARATTERISTICHE DEI BIOSEGNALI
-3 (2 ORE LEZIONE): DESCRIZIONE FUNZIONALE E ARCHITETTURA DI UN SISTEMA PER MISURE DI BIOSEGNALI

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: DEFINIZIONE, CLASSIFICAZIONE E CARATTERISTICHE DI BIOSEGNALI, ARCHITETTURA DI UN SISTEMA PER MISURE BIOMEDICALI E CLASSIFICAZIONE DELLE DIVERSE TIPOLOGIE DI MISURE.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: APPRENDERE IL LINGUAGGIO SPECIFICO DELLA SENSORISTICA BIOMEDICA, COMPRENDERE LE PROBLEMATICHE ALLA BASE DELLA RILEVAZIONE DI BIOSEGNALI (RUMORE, VARIABILITÀ, INGRESSO SPURI), SAPER DISTINGUERE IL RUOLO DEI DIVERSI COMPONENTI DI UN SISTEMA DI MISURE BIOMEDICHE (SENSORE, SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO, SISTEMA DI ACQUISIZIONE), CONOSCERE LE DIVERSE TIPOLOGIE DI MISURE IN AMBITO BIOMEDICO.


UNITA’ DIDATTICA 2 – DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE DI UN SISTEMA DI MISURA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/2/0)

-4 (2 ORE LEZIONE): CARATTERISTICHE STATICHE DI UN SISTEMA PER MISURE DI BIOSEGNALI
-5 (2 ORE LEZIONE): CARATTERISTICHE DINAMICHE DI UN SISTEMA PER MISURE DI BIOSEGNALI
-6 (2 ORE LEZIONE): INTRODUZIONE AL LINGUAGGIO PYTHON PER L’ELABORAZIONE DI DATI ACQUISITI CON I SISTEMI DI MISURA
-7 (2 ORE ESERCITAZIONE): ELABORAZIONE DI DATI ACQUISITI DA UN SENSORE PER LA DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CONOSCERE I PARAMETRI CHE CARATTERIZZANO UN SISTEMA PER RILEVARE DATI BIOMEDICI SIA DA UN PUNTO DI VISTA STATICO (CONCETTO DI SENSIBILITÀ, LINEARITÀ, ACCURATEZZA, PRECISIONE ECC.) CHE DA UN PUNTO DI VISTA DINAMICO (TEMPI DI RISPOSTA, BANDA PASSANTE).

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: UTILIZZARE IL LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE PYTHON PER VISUALIZZARE GRAFICAMENTE DATI ACQUISITI DA UN SENSORE, ED ELABORARLI OPPORTUNAMENTE PER RICAVARE LE CARATTERISTICHE STATICHE E DINAMICHE.


UNITA’ DIDATTICA 3 – SISTEMA DI ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE BASATO SU MICROCONTROLLORE
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/4/0)

-8 (2 ORE LEZIONE): INTRODUZIONE AI MICROCONTROLLORI E CONFIGURAZIONE DEI GENERAL PURPOSE INPUT/OUTPUT MEDIANTE LINGUAGGIO MICROPYTHON
-9 (2 ORE ESERCITAZIONE): GESTIONE DEI PIN DI INPUT/OUTPUT MEDIANTE PULSANTI E LED UTILIZZANDO IL SIMULATORE
-10 (2 ORE LEZIONE): CONVERSIONE ANALOGICO DIGITALE E CONFIGURAZIONE DELLE PERIFERICHE ADC MEDIANTE LINGUAGGIO MICROPYTHON
-11 (2 ORE ESERCITAZIONE): ACQUISIZIONE DI SEGNALI PROVENIENTI DA DISPOSITIVI ANALOGICI (SIMULAZIONE CON POTENZIOMETRO)
-12 (2 ORE LEZIONE): CENNI ALLA COMUNICAZIONE SERIALE E ALLE APPOSITE LIBRERIE IN LINGUAGGIO MICROPYTHON

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CONOSCERE LE DIVERSE PERIFERICHE PRESENTI ALL’INTERNO DI UN MICROCONTROLLORE COMUNEMENTE UTILIZZATO PER APPLICAZIONI IN AMBITO SENSORISTICO. APPROFONDIMENTO SU MODULI E FUNZIONI IN LINGUAGGIO PYTHON PER POTER CONFIGURARE E UTILIZZARE LE PERIFERICHE GPIO, ADC, UART, I2C, SPI

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: SAPER PROGRAMMARE UN MICROCONTROLLORE PER RILEVARE SEGNALI ANALOGICI E/O DIGITALI, ELABORARE I DATI ACQUISITI, E VISUALIZZARE/TRASMETTERE INFORMAZIONI IN USCITA.


UNITA’ DIDATTICA 4 – SENSORI DI FORZA E TEMPERATURA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 8/4/0)

-13 (2 ORE LEZIONE): SENSORI DI FORZA (ESTENSIMETRI, PIEZORESISTENZE, CELLE DI CARICO)
-14 (2 ORE LEZIONE): CONFIGURAZIONI CIRCUITALI PER IL CORRETTO RILEVAMENTO DI DATI, CON RIFERIMENTO ALLE DIVERSE APPLICAZIONI IN AMBITO BIOMEDICO
-15 - 16 (4 ORE LEZIONE): SENSORI DI TEMPERATURA (TERMISTORI, TERMOCOPPIE, TERMOMETRI A INFRAROSSI)
-17 - 18 (4 ORE ESERCITAZIONE): SELEZIONE SENSORI PER AMBITO APPLICATIVO; INTERPRETAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DAI RELATIVI DATASHEET; SIMULAZIONE SENSORE DI TEMPERATURA CON TERMISTORE NTC E DISPLAY OLED I2C

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEI SENSORI DI BASE QUALI ESTENSIMETRI RESISTIVI, TERMISTORI NTC E TERMOCOPPIE. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO, POTENZIALITÀ E LIMITAZIONI DELLA TERMOGRAFIA A IR IN AMBITO BIOMEDICO.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: SAPER CONFRONTARE DIVERSI SENSORI SULLA BASE DEI PARAMETRI CHE LI CARATTERIZZANO; SAPER PROGETTARE SISTEMI PER LA MISURA DI FORZA E TEMPERATURA.


UNITA’ DIDATTICA 5 – LAB WORK1: SENSORI DI TEMPERATURA (TERMISTORE, TERMOCOPPIA, TERMOGRAFIA IR)
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 0/0/6)

-19 (2 ORE LABORATORIO): PROGETTAZIONE DI UN SENSORE DI TEMPERATURA DIGITALE PER LA MISURA DELLA TEMPERATURA CORPOREA BASATO SU TERMISTORE NTC, ESP32, DISPLAY OLED
-20 (2 ORE LABORATORIO): IMPLEMENTAZIONE DEL SENSORE DI TEMPERATURA DIGITALE PRECEDENTEMENTE PROGETTATO
-21 (2 ORE LABORATORIO): CONFRONTO TRA LE TEMPERATURE RILEVATE MEDIANTE TERMOCOPPIA DI RIFERIMENTO E TERMOCAMERA IR.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CAPACITÀ DI COMPRENDERE E INTERPRETARE UNA SPECIFICA DI PROGETTO DI UN SISTEMA PER MONITORAGGIO DI PARAMETRI BIOMEDICI, CON RIFERIMENTO SPECIFICO ALLA TEMPERATURA CORPOREA.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: SAPER SVILUPPARE ED IMPLEMENTARE DAL PUNTO DI VISTA SIA HARDWARE CHE SOFTWARE UN SISTEMA PER L’ACQUISIZIONE DI UN SEGNALE DA SENSORE DI TEMPERATURA.


UNITA’ DIDATTICA 6 – LAB WORK2: SENSORI DI DEFORMAZIONE/FORZA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 0/0/6)

-22 (2 ORE LABORATORIO): PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA BAROPODOMETRICO BASATO SU SENSORI DI FORZA, LED E DISPLAY OLED, IN GRADO DI VALUTARE LO SBILANCIAMENTO DELLA POSTURA.
-23 (2 ORE LABORATORIO): IMPLEMENTAZIONE E TEST DEL SISTEMA BAROPODOMETRICO PRECEDENTEMENTE PROGETTATO.
-24 (2 ORE LABORATORIO): CALIBRAZIONE STATICA DEI SENSORI DI FORZA E STIMA DEL PESO APPLICATO.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CAPACITÀ DI COMPRENDERE E INTERPRETARE UNA SPECIFICA DI PROGETTO DI UN SISTEMA PER MONITORAGGIO DI PARAMETRI BIOMEDICI, CON FOCUS SPECIFICO SULLA POSTURA DI UN INDIVIDUO.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: SAPER SVILUPPARE ED IMPLEMENTARE DAL PUNTO DI VISTA SIA HARDWARE E SOFTWARE UN SISTEMA PER L’ACQUISIZIONE DI SEGNALI DA SENSORI DI FORZA.


UNITA’ DIDATTICA 7 – SENSORI ACUSTICI, OTTICI E PER BIOPOTENZIALI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 8/4/0)

-25 (2 ORE LEZIONE): TRASDUTTORI PIEZOELETTRICI E LORO IMPIEGO PER LA DIAGNOSTICA AD ULTRASUONI
-26 (2 ORE ESERCITAZIONE): SENSORE DI ULTRASUONI PER LA MISURAZIONE DELLA DISTANZA SU SIMULATORE
-27 (2 ORE LEZIONE): FOTORESISTENZA, FOTODIODO E LED, E CENNI ALLA FOTOPLETISMOGRAFIA
-28 (2 ORE ESERCITAZIONE): SIMULAZIONE SENSORE OTTICO CON FOTORESISTENZA E DISPLAY OLED I2C
-29 (2 ORE LEZIONE): ELETTRODI PER BIOPOTENZIALI
-30 (2 ORE LEZIONE): CARATTERISTICHE DEI PRINCIPALI BIOPOTENZIALI RILEVATI IN AMBITO CLINICO

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CARATTERISTICHE PRINCIPALI DI SENSORI BASATI SU EFFETTO PIEZOELETTRICO ED ELABORAZIONE DI SEGNALI A ULTRASUONI. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN FOTODIODO ED ELABORAZIONE DI UN SEGNALE FOTOPLETISMOGRAFICO. CARATTERISTICHE DEI PRINCIPALI BIOSEGNALI (ELETTROCARDIOGRAFICO, ELETTROMIOGRAFICO, ELETTROENCEFALOGRAFICO), ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: CAPACITÀ DI ACQUISIRE, ANALIZZARE ED ELABORARE UN SEGNALE DI NATURA ACUSTICA, OTTICA E BIOELETTRICA, AL FINE DI ESTRARRE INFORMAZIONI MORFOLOGICHE E FUNZIONALI.


UNITA’ DIDATTICA 8 – LAB WORK3: SENSORI A ULTRASUONI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 0/0/6)

-31 (2 ORE LABORATORIO): PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA A ULTRASUONI IN GRADO DI TRACCIARE IL PROFILO DI UN OGGETTO SU DISPLAY OLED
-32 (2 ORE LABORATORIO): IMPLEMENTAZIONE DEL DISPOSITIVO A ULTRASUONI PRECEDENTEMENTE PROGETTATO
-33 (2 ORE LABORATORIO): TEST E OTTIMIZZAZIONE DEL DISPOSITIVO PRECEDENTEMENTE IMPLEMENTATO

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CAPACITÀ DI COMPRENDERE E INTERPRETARE UNA SPECIFICA DI PROGETTO DI UN SISTEMA PER LA DIAGNOSTICA BASATO SU GENERAZIONE E RILEVAZIONE DI ONDE ULTRASONICHE.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: SAPER SVILUPPARE ED IMPLEMENTARE DAL PUNTO DI VISTA SIA HARDWARE E SOFTWARE UN SISTEMA DI DIAGNOSTICA A ULTRASUONI, COSTITUITO DA MICROCONTROLLORE CONNESSO AD SENSORE A ULTRASUONI E DISPLAY OLED.


UNITA’ DIDATTICA 9 – LAB WORK4: MONITORAGGIO ATTIVITÀ CARDIOVASCOLARE
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 0/0/6)

-34 (2 ORE LABORATORIO): PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA PER L’ACQUISIZIONE DI SEGNALI FOTOPLETISMOGRAFICI ED ELETTROCARDIOGRAFICI E VISUALIZZAZIONE IN TEMPO REALE SU DISPLAY OLED
-35 (2 ORE LABORATORIO): IMPLEMENTAZIONE DI UN ALGORITMO PER RILEVARE LA FREQUENZA CARDIACA DAI SEGNALI ACQUISITI
-36 (2 ORE LABORATORIO): REALIZZAZIONE DI UN DISPOSITIVO PER IL MONITORAGGIO DELLA FREQUENZA CARDIACA BASATO SU ELETTROCARDIOGRAMMA E FOTOPLETISMOGRAMMA

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: CAPACITÀ DI COMPRENDERE E INTERPRETARE UNA SPECIFICA DI PROGETTO DI UN SISTEMA PER IL MONITORAGGIO DELL’ATTIVITÀ CARDIOVASCOLARE.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: SAPER SVILUPPARE ED IMPLEMENTARE DAL PUNTO DI VISTA SIA HARDWARE E SOFTWARE UN SISTEMA IN GRADO DI ACQUISIRE SEGNALI OTTICI E BIOPOTENZIALI, DI VISUALIZZARLI SU UN DISPLAY OLED E DI ELABORARLI PER ESTRARRE LE PRINCIPALI CARATTERISTICHE.


TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 34/14/24
Metodi Didattici
L'INSEGNAMENTO PREVEDE LEZIONI FRONTALI, ESERCITAZIONI E ATTIVITÀ DI LABORATORIO.
Verifica dell'apprendimento
L’ESAME È FINALIZZATO A VALUTARE, NEL COMPLESSO, IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI FORMATIVI PREFISSATI MEDIANTE VERIFICA DELLA CONOSCENZA E DELLA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DEI CONCETTI PRESENTATI E DISCUSSI DURANTE LE LEZIONI, NONCHÉ DELLA CAPACITÀ DI APPLICARE TALI CONOSCENZE NELL’AMBITO DELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI DI MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA.
L’ESAME CONSISTE IN UNA PROVA SCRITTA E IN UN COLLOQUIO ORALE.
LA PROVA SCRITTA PREVEDE UN TEST FINALIZZATO AD ACCERTARE LE CONOSCENZE SIA TEORICHE CHE PRATICHE ACQUISITE DALLO STUDENTE. IL COLLOQUIO ORALE SARÀ PREVALENTEMENTE TESO AD ACCERTARE LA CONOSCENZA GLOBALE DELLA MATERIA OGGETTO DEL CORSO CON PARTICOLARE APPROFONDIMENTO SULLE ESPERIENZE DI PROGETTAZIONE E IMPLEMENTAZIONE FATTE DURANTE LE LEZIONI DI LABORATORIO.
IL NON SUPERAMENTO DELLA PROVA PRATICA IMPEDISCE L'ACCESSO AL COLLOQUIO ORALE.
LA VALUTAZIONE FINALE, ESPRESSA IN TRENTESIMI CON EVENTUALE LODE, TERRÀ CONTO DI ENTRAMBE LE PROVE IN EGUAL PESO, E DIPENDERÀ ANCHE DELLE ABILITÀ COMUNICATIVE, DELLA QUALITÀ DELL’ESPOSIZIONE, DELL’AUTONOMIA DI GIUDIZIO E DELLA CAPACITÀ DI APPRENDERE MOSTRATE DALLO STUDENTE.
Testi
MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION AND DESIGN. J. G. WEBSTER. JOHN WILEY AND SONS

SENSORI PER MISURE BIOMEDICHE D. DE ROSSI, A. AHLUWALIA, A. MAZZOLDI, D. PEDE, E. P. SCILINGO. PÀTRON EDITORE.
Altre Informazioni
IL CORSO È EROGATO IN ITALIANO
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-18]