OBIETTIVI FORMATIVI

Insegnamento teorico/pratico: fondamenti dei moderni sistemi per misure biomediche, conoscenze necessarie per comprendere il funzionamento della Strumentazione Biomedicale di tipo diagnostico, strumenti di acquisizione; analisi e gestione delle bioimmagini.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso intende esaminare alcune tipologie di strumentazione per l’acquisizione di segnali biomedici con particolare riferimento alla strumentazione diagnostica per bioimmagini, e al trattamento ed elaborazione dei dati acquisiti. Vengono descritti i principi di funzionamento, le problematiche di progettazione, lo stato dell'arte e le prospettive future di ulteriori sviluppi, tenendo sempre in considerazione le problematiche di interazione col corpo umano e di sicurezza del paziente.

PREREQUISITI

Si suppone che lo studente conosca le equazioni differenziali, abbia una buona base fisico-chimica, abbia seguito un corso in circuiti elettrici ed elettronica applicata,  un corso introduttivo di fisiologia o di modellistica dei sistemi fisiologici e un corso di programmazione (in particolare Matlab)

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali, per un totale di 96 ore, e di una parte di laboratorio teorico-pratico di 24 ore. La frequenza a lezioni e laboratorio è obbligatoria, come da Regolamento didattico. Il laboratorio sarà tenuto dai docenti titolari dell’insegnamento, coadiuvati da tutor di laboratorio.

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Lo sviluppo della strumentazione biomedica: Cenni storici, l’età della strumentazione biomedica, classificazione della strumentazione biomedica.
• I concetti base della strumentazione biomedica: Il concetto di sistema di misura, l’architettura dei sistemi per misure mediche, descrizione funzionale del sistema, metodi per ridurre l’influenza degli ingressi spuri, l’errore di interconnessione
• Trattamento delle immagini numeriche: Introduzione storica alle bioimmagini, Classificazione delle bioimmagini, Concetto di immagine e cenni ai processi percettivi, Caratterizzazione dei sistemi di immagini, Operazioni sulle immagini (operazioni puntuali, operazioni locali, etc), Esaltazione del contrasto
• Elaborazione di immagini biomediche: Elaborazione, Coregistrazione, Segmentazione, Riconoscimento di regioni, Visualizzazione, Ricostruzione 3D, Uso del colore
• Case Study: Esempi applicativi, Sviluppo di algoritmi
• Sistemi di supporto alle immagini biomediche: Formati immagine e compressione, DICOM, PACS
• Microscopia: Origini della microscopia, principi di ottica, microscopia ottica, metodi di illuminazione in microscopia.
• Ingegneria dei tessuti: L’approccio tradizionale dell’ingegneria dei tessuti, funzioni dei bioreattori nell’ingegneria dei tessuti, tipologie di bioreattori 3D per l’ingegneria dei tessuti, sistemi di bioreattori 2D per l’ingegneria dei tessuti, nuovi prototipi di sistemi di bioreattori, alcuni prodotti commerciali di bioreattori.
• Sensori per misure biomediche: Sensori attivi, sensori passivi, sensori resistivi, sensori induttivi e capacitivi, sensori piezoelettrici, sensori ottici, sensori elettrochimici, elettrodi per potenziali biologici.
• Raggi X: Proprietà dei raggi X. Interazione con la materia, attenuazione. Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti
• Radiografia - Tomografia assiale computerizzata: Il tubo radiogeno: anodo, catodo. Strumentazione per radiografia. Lastra radiografica, schermi di rinforzo, intensificatori di brillanza, Evoluzione degli apparecchi TAC. Detettori solidi e detettori gassosi. Schema generale di un sistema TC. Il gantry. TAC elicolidale
• Risonanza magnetica nucleare: Il principio delle risonanza magnetica. Moto di precessione e frequenza di Larmor. Segnale di FID e di echo, eccitazione a RF, sequenze di impulsi. I gradienti e l'informazione spaziale. Struttura di un tomografo per RM, decodifica spaziale e spazio K. I mezzi di contrasto in RM. Sicurezza del paziente. Immagini funzionali con risonanza magnetica
• I sistemi a ultrasuoni per la diagnosi clinica
• EEG
• Laboratorio + esercitazioni: Applicazioni pratiche

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides utilizzate durante le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aul@web.
I libri sotto indicati sono fortemente suggeriti come testi di appoggio per completare la loro presentazione, ma gli studenti possono comunque utilizzare anche altri testi di livello universitario, purché siano edizioni pubblicate negli ultimi 5 anni.

• J.G. Webster. Medical Instrumentation - Application and Design 4th Edition. Wiley.
• Rafael C. Gonzales, Richard E. Woods - Elaborazione delle immagini digitali (terza edizione)
• Zhi - Pei Liang, Paul C. Lauterbur - Principles of Magnetic Resonance Imaging
• Scott A. Huettel, Allen W. Song - Functional Magnetic Resonance Imaging