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BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA
REGGIO DI CALABRIA
Dati Generali
Periodo di attività
Syllabus
Obiettivi Formativi
- Completare e consolidare le conoscenze di base di bioingegneria elettronica con taglio applicativo.
- Fornire strumenti per comprendere, analizzare e (a livello introduttivo) progettare soluzioni elettroniche per acquisizione e trattamento di segnali biomedici.
- Allenare lo studente al ragionamento ingegneristico e alla risoluzione di problemi medico-biologici mediante attività di laboratorio e un progetto/tesina.
Prerequisiti
Non sono previste propedeuticità formali. Si raccomanda tuttavia di possedere le conoscenze dei fondamenti di elettrotecnica ed elettronica di base.
Metodi didattici
- Lezioni frontali con supporto di slide e lavagna, integrate da esempi applicativi e discussione di casi studio.
- Esercitazioni guidate su analisi/progetto di semplici circuiti e attività di laboratorio con montaggio e test di circuiti, uso di strumentazione e sistemi di acquisizione; sviluppo guidato di un mini-progetto.
- Lavoro autonomo dello studente: studio individuale del materiale, preparazione della tesina/progetto.
Verifica Apprendimento
La valutazione mira ad accertare il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi, con particolare attenzione alla comprensione dei concetti e alla capacità di applicarli a problemi analitico-progettuali e di laboratorio.
La prova d’esame è composta da:
- Prova scritta: quesiti a risposta aperta (teorici e/o analitico-progettuali), durata indicativa 60 minuti. La prova verifica conoscenze e capacità di applicare metodi di analisi/progetto.
- Progetto di laboratorio: breve elaborato relativo a un progetto applicativo (schemi, motivazioni progettuali, risultati e discussione). Può prevedere una breve presentazione/discussione.
- Prova orale: colloquio sugli argomenti del corso, a partire dagli esiti dello scritto e dalla tesina/progetto. La prova valuta comprensione, capacità di collegamento e chiarezza espositiva.
Il voto finale sarà attribuito secondo il seguente criterio di valutazione:
- 30-30 e lode: conoscenza completa, approfondita e critica; ottima proprietà di linguaggio; capacità interpretativa originale; piena autonomia nell’applicazione delle conoscenze.
- 26-29: conoscenza completa e approfondita; proprietà di linguaggio; capacità interpretativa efficace; applicazione autonoma corretta.
- 24-25: buon livello di apprendimento; linguaggio appropriato; interpretazione corretta; applicazione corretta della maggior parte delle conoscenze.
- 21-23: conoscenza adeguata ma non pienamente padronanza; linguaggio soddisfacente; interpretazione corretta; applicazione autonoma limitata.
- 18-20: conoscenza di base; linguaggio tecnico essenziale; interpretazione sufficiente; applicazione di conoscenze basilari.
- Insufficiente: conoscenze frammentarie o non accettabili rispetto agli obiettivi del corso.
Per studenti con disabilità e/o bisogni specifici saranno garantiti, secondo normativa vigente, strumenti compensativi e misure dispensative individuate dagli uffici competenti di Ateneo.
Testi
Materiale principale
- Appunti dalle lezioni e materiale (slide, esercitazioni, note applicative) fornito dal docente tramite piattaforma di corso.
Testi di approfondimento (facoltativi)
- Agarwal and Lang: Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Morgan Kaufmann
- Webster: Medical Instrumentation: Application and Design, Wiley and Sons.
- Khandpur: Handbook of Biomedical Instrumentation, McGraw-Hill.
- Avanzolini, Magosso: Strumentazione biomedica. Progetto e impiego dei sistemi di misura. Patron Editore
- Togawa, Tamura, Oberg: Biomedical Sensors and Instruments. CRC Press
Contenuti
Il corso è finalizzato al completamento delle conoscenze nell'ambito della bioingegneria elettronica. I contenuti sono fortemente applicativi ed indirizzati alla comprensione del ruolo dell’elettronica nell'ambito delle applicazioni biomediche.
Programma del corso (carico complessivo 6 CFU).
1) Introduzione alla bioingegneria elettronica (0.5 CFU)
Introduzione, definizione e ambiti della bioingegneria elettronica; panoramica applicazioni; principi e concetti chiave; segnali biomedici (tipologie, ampiezza/spettro, rumore, sicurezza); catena di misura e acquisizione; campionamento e quantizzazione.
2) Fondamenti di elettronica applicata (2 CFU)
Circuiti elettrici e componenti fondamentali; analisi in corrente continua e alternata; impedenza e risposta in frequenza; amplificatori operazionali e tipologie circuitali fondamentali; filtri analogici; conversione A/D e D/A; cenni a elettronica digitale/microcontrollori.
3) Sensori per la biomedicina (1.5 CFU)
Principi di trasduzione; tipologie di sensori usati nella bioingegneria; parametri caratteristici dei sensori; effetti fisici e principali tipologie di sensori: temperatura, posizione, prossimità, pressione, magnetici, ottici, ultrasuoni, chimici/biologici; criteri di scelta del sensore in funzione dell’applicazione. Trasduttore ecografico; microsensori.
4) Sistemi di acquisizione, registrazione e diagnostica (1 CFU)
Sistemi di acquisizione e registrazione; progetti e implementazione di soluzioni bioingegneristiche; esempi applicativi: fotopletismografia (PPG), elettrocardiogramma (ECG), elettroencefalogramma (EEG), elettromiografia (EMG). Interfacce uomo-macchina; cenni all’intelligenza artificiale nel campo biomedico.
5) Esperienze di Laboratorio e progetto (1 CFU)
Esperienze di laboratorio (realizzazione e test di circuiti, uso di strumentazione); progettazione/implementazione di una soluzione bioingegneristica con lavoro in gruppi (es. interfacce uomo-macchina, semplice catena di acquisizione, prototipo con sensore); discussione di casi d’uso.
Risultati attesi
Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare i seguenti risultati di apprendimento.
Conoscenza e capacità di comprensione
- Descrivere il ruolo dell’elettronica nelle applicazioni biomediche e le principali architetture di sistemi di acquisizione.
- Conoscere le caratteristiche fondamentali dei segnali biomedici e i vincoli di misura (rumore, sicurezza, accuratezza).
- Comprendere i principi di funzionamento di circuiti analogici di acquisizione e conversione (amplificatori, filtri, convertitori A/D-D/A) e delle principali tipologie di sensori/trasduttori.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Analizzare semplici catene di acquisizione per segnali biomedici, stimandone prestazioni di base (banda, guadagno, rumore) e criticità.
- Progettare circuiti elementari di condizionamento (ad es. amplificazione e filtraggio) e selezionare sensori adeguati a una misura biomedica.
- Implementare, in laboratorio o tramite strumenti di simulazione, una soluzione prototipale e valutarne i risultati sperimentali.
Autonomia di giudizio
- Valutare la coerenza tra specifiche di misura e scelta di sensori/circuiti, motivando le scelte progettuali.
- Interpretare criticamente risultati di misura e di laboratorio, individuando possibili fonti di errore e strategie di miglioramento.
Abilità comunicative
- Esprimere in modo chiaro e con terminologia tecnica appropriata le motivazioni teoriche e le scelte progettuali.
- Redigere una breve relazione (tesina) e/o presentare i risultati del progetto/laboratorio in modo strutturato.
Capacità di apprendimento
- Reperire e studiare in autonomia materiali tecnici (datasheet, note applicative, documentazione strumenti) per estendere le competenze acquisite.
- Adattare schemi e configurazioni circuitali apprese a nuovi contesti applicativi, tenendo conto dell’evoluzione tecnologica del settore.
Altre informazioni
- Canale TEAMS del corso: moooybl.
- Materiali, avvisi e consegne della tesina/progetto saranno pubblicati su TEAMS.
- Ricevimento studenti: su appuntamento (via e-mail istituzionale e/o TEAMS).