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BUCOLO MAIDE ANGELA RITA
(
programma)
1. Basic concepts of biomedical systems -Generalized medical instrumentation system - Alternative operational mode - Medical measurement constraints - Classifications of biomedical instruments - Interfering and modifying input - Compensation techniques - Generalized static-dynamic characteristics - Design criteria - Commercial medical instrumentation development process - Regulation of medical device - Biomedical system examples and artificial organs.
2. Bioelectrical model and signals
- Structures and Functions of the Nervous System: the neurons, the action potential, the neuron communication and the synaptic integration, the neuron electrical models and the axon transmission model, the volume conductor field, system to record neuron activity, the muscle action potential.
- Peripheral Nervous System and Skeleton-Muscle System: electro-neurogram (ENG), electro-myography (EMG).
- Vision System: electro-rethinogram (ERG), electro-oculogram (EOG).
- Circulatory and Cardiac Systems: circulatory system and systemic parameters (blood pressure, blood velocity, cardiac output), heart electro/mechanical physiology, electro-cardiogram (ECG), arrhythmia and artificial heart.
- Central Nervous System: the electromagnetic activity in the neocortex, brain recording and measurement (EEG/MEG), brain rhythms, abnormal patterns (aging and brain disorder), Evoked potential, Brain Computer-Interface.
3. Biomedical signal analysis - Case studies(EEG, MEG, fMRI), Pre-processing methods (statistics, frequency filtering and saturation), Processing methods (linear analysis in time and frequency domain, nonlinear analysis, multivariate analysis, non-stationarity, and connectivity). Basic on biostatistics.
4. Systems and technologies in biomedical imaging
-X-Ray Imaging: x-ray production, interaction of X-ray with tissue, linear and mass attenuation coefficient, instrumentation for planar X-ray imaging, instrumentation for computed and digital radiography, image characteristics, contrast agents, X-ray, imaging methods (angiography, dual-energy, fluoroscopy), clinical applications (mammography, abdominal scans).
- Computed Tomography (CT): scanner instrumentation, detector for CT, image processing (pre-processing data correction, Radom transform and back-projection techniques, fan-beam reconstruction, iterative algorithm), spiral/helical CT , multi-slice spiral CT, radiation dose, clinical applications (cerebral scans, pulmonary disease, abdominal imaging).
- Ultrasound Imaging (US): general principle of US imaging, wave propagation and characteristic parameters, energy loss mechanisms, single crystal and array instrumentation, beam forming, Time-Gain compensation, diagnostic scanning modes, clinical applications and safety.
(ITALIANO)
1. Concetti base sui sistemi biomedici- Strumentazione biomedica - Modalità operative, Vincoli nella misurazione di grandezze fisiologiche - Classificazione della strumentazione- Valutazione delle performance della strumentazione - Caratteristiche statiche e caratteristiche dinamiche - Criteri di progettazione – Processo di progettazione della strumentazione biomedica e sistemi di regolamentazione - Esempi di sistemi biomedicali ed organi artificiali.
2. Modelli e segnali bioelettrici di sistemi fisiologici
- Strutture e Funzioni del Sistema Nervoso: i neuroni, il potenziale di azione, le sinapsi, i modelli elettrici dei neuroni, correnti e potenziali extra cellulari, sistemi per la registrazione della attività dei neuroni, potenziale di azione muscolare.
- Sistema Nervoso Periferico e Muscolo-Scheletrico: elettro-neurogramma (ENG), elettromiografia (EMG).
- Sistema Visivo: elettro-retinogramma (ERG), elettro-oculogramma(EOG).
- Sistema Cardiaco e Circolatorio: parametri sistemici (pressione cardiaca, velocità e flusso, cardiac output), sitema elettro-mecchanico per funzionamento cardiaco, elettro-cardiogramma (ECG), aritmie, tecnologie per il cuore artificiale.
- Sistema Nervoso Centrale: attività elettromagnetica nella corteccia, registrazione attività elettrica dell’encefalo (EEG ed MEG), ritmi encefalici, potenziali evocati, interfacce brain-computer.
3. Analisi di segnali biomedicali -Casi di studio (EEG, MEG, fMRI), Metodi di pre-processamento (statistica, filtri in frequenza ed di saturazione), Metodi di processamento (analisi lineari nel dominio del tempo e della frequenza, analisi non-lineare, analisi multivariata e analisi della connettività). Introduzione alla Biostatistica.
4. Sistemi e tecnologie per la diagnostica per immagini
- Immagine radiologica (RX): produzione di RX, Iterazione RX e tessuti, strumentazione per RX planare, agenti di contrasto, applicazioni cliniche (angiografia, dual-energy, fluorscopia, mammografia).
- Tomografia Computerizzata (TC): strumentazione, trattamento dell’immagine (backprojection ed analisi iterativa), TC a spirale, TC a spirale multi sezione. Sicurezza e dosi di radiazioni.
- Immagine Ecografia (US): produzione degli ultrasuoni e variabili caratteristiche, meccanismi per la propagazione, meccanismi per la dispersione dell’energia, strumentazione singolo cristallo ed array, formazione del fronte di propagazione, compensazione Time-Gain, modalità diagnostiche di scansione, applicazione cliniche e sicurezza.
T1) Webster J.G., Medical Instrumentation: Application and Design, Wiley
T2) Saeid Sanei, Jonathon Chambers, EEG Signal Processing, Wiley
T3) Stanton A. Glantz, Primer of Biostatistic, McGraw-Hill
T4) Andrew Webb, Introduction of Biomedical Imaging, IEEE press Series on Biomedical Eng., Wiley-Interscience
T5) Michael C. K. Khoo, Physiological Control System: Analysis, Simulation and Estimation, IEEE press Series on Biomedical Eng., Wiley-Interscience
