Conoscenze di base di matematica, fisica, informatica e fondamenti di biologia.

Il corso offre una visione integrata del percorso tecnologico e informativo che caratterizza l’ambito della bioingegneria, dalla strumentazione biomedica all’elaborazione dei biosegnali. Nella prima parte, sono introdotti i principi fondamentali della misura in ambito clinico e le principali tipologie di strumentazione utilizzate per finalità diagnostiche, terapeutiche e riabilitative, con esempi applicativi e casi di studio. L’obiettivo è offrire una visione integrata delle tecnologie biomediche e del loro impatto sulla medicina moderna. Nella seconda parte, si affrontano le basi teoriche della teoria dei segnali e le metodologie per l’analisi e l’elaborazione dei biosegnali (quali ECG, EEG), sia nel dominio del tempo che della frequenza. Alcune esercitazioni con il software MATLAB supporteranno l’applicazione pratica dei metodi di elaborazione e l’interpretazione dei dati fisiologici.

Conoscenze e comprensione
Gli studenti dovranno acquisire conoscenze di base sui principi di misura e sulle principali tecnologie biomediche, comprendendone le finalità e le aree di applicazione. Approfondiranno inoltre i fondamenti della teoria dei segnali, con particolare riferimento ai segnali biomedici e alle loro rappresentazioni nel dominio del tempo e della frequenza.

Capacità di applicare conoscenze e comprensione
Gli studenti saranno in grado di analizzare il funzionamento generale della strumentazione biomedica, riconoscerne le potenzialità e discutere le applicazioni in ambito clinico. Saranno inoltre in grado di applicare tecniche di elaborazione a segnali fisiologici reali (quali ECG, EEG), utilizzando strumenti software per l’estrazione di parametri clinicamente rilevanti.

Autonomia di giudizio
Gli studenti svilupperanno la capacità di valutare criticamente vantaggi, limiti e contesti di utilizzo delle tecnologie biomediche e dei metodi di analisi dei biosegnali, maturando consapevolezza nella scelta degli strumenti più adeguati.

Abilità comunicative
Gli studenti acquisiranno la capacità di presentare e descrivere le tecnologie biomediche con linguaggio tecnico adeguato, relazionandosi in modo efficace con interlocutori di ambito medico e ingegneristico.

Capacità di apprendimento
Gli studenti saranno in grado di approfondire in autonomia i contenuti appresi, ponendo le basi per ulteriori studi avanzati o per l’applicazione pratica delle conoscenze.

Il corso si svolge attraverso lezioni frontali dedicate all’introduzione dei concetti teorici fondamentali, integrate da seminari tenuti da professionisti del settore medico e ingegneristico, volti a favorire la comprensione delle applicazioni reali della strumentazione biomedica. A queste si affiancano attività didattiche orientate all’elaborazione dei biosegnali, che comprendono lo studio teorico della loro struttura e significato clinico, nonché esercitazioni pratiche su segnali fisiologici reali

Esame scritto/orale
Durante il corso sarà previsto un esonero scritto

Programma esteso

Il corso si articola in due parti complementari: la prima dedicata alla strumentazione biomedica, la seconda focalizzata sull’analisi e l’elaborazione dei biosegnali.

Parte I – Strumentazione biomedica e tecnologie cliniche

• Introduzione al corso e concetti di misura in ambito biomedico
• Strumentazione per applicazioni diagnostiche: principi e ambiti di utilizzo
• Tecnologie per applicazioni terapeutiche: caratteristiche generali e impatto clinico
• Dispositivi biomedicali per la riabilitazione e il monitoraggio
• Seminari e discussione di casi di studio con esperti del settore

Parte II – Biosegnali: teoria, analisi ed elaborazione

• Concetto di segnale e definizione di segnale biomedico
• Rappresentazione, classificazione e caratterizzazione dei segnali nel dominio del tempo
• Analisi nel dominio della frequenza: Serie di Fourier, Trasformata di Fourier e concetto di spettro
• Introduzione ai segnali ECG ed EEG: struttura, rilevanza clinica e basi fisiologiche
• Esercitazioni pratiche per la rappresentazione, visualizzazione ed elaborazione di biosegnali

Dispense fornite dal docente

G. Gelli, F. Verde - Segnali e sistemi. Fondamenti di analisi ed elaborazione dei segnali analogici e digitali, editore Liguori (1 gennaio 2014)

Fondamenti di segnali per ingegneria biomedica, McGraw-Hill Education, 2017