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Programma del corso di Elaborazione di Dati e Segnali Biomedici 1 (A.A. 2006-2007)

Prof. Giancarlo Filligoi.
Periodo delle lezioni: Gennaio-Marzo 2007.
Per il III° anno (II° Ciclo) della Laurea Breve in Ingegneria Clinica e per il 1° modulo del II° anno Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica, delle Telecomunicazioni, Informatica, Meccanica e Nucleare

programma modulo 1 in formato pdf

  1. CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE
    1. Bioingegneria, Ingegneria medica e Ingegneria clinica
    2. Il mercato delle apparecchiature medicali e possibili aree di ricerca della BME
    3. La situazione Americana, Europea e locale della BME
  2. SISTEMA DI ACQUISIZIONE DI DATI TRAMITE PC
    1. Introduzione
    2. Con quali segnali abbiamo a che fare?
      • Origine dei segnali biomedici;
      • Classificazione dei biosegnali;
      • Principali caratteristiche dei segnali biomedici;
    3. Acquisizione di segnali tramite computer:
      • Trasduttori e Sensori:
        • Principali connessioni: potenziometrica, in feed-back e a ponte di Wheatstone;
      • Analog Signal Conditioning:
        • DC offset removal e AC coupling;
        • Rapporto segnale/rumore (SNR) espresso in dB;
        • Banda Passante e Roll-off di un filtro;
        • Filtraggio PassaAlto, PassaBasso, Antialiasing;
        • Detezione di eventi e trigger; Peritriggering
        • Riduzione dei rumori di interferenza;
      • Conversione Analogico-Digitale:
        • Modulo S/H (Sampling & Holding);
        • Quantizzazione: Tecniche dirette e indirette;
      • Comunicazioni tra pC e I/O interface card:
        • Gestione delle porte di I/O: Control port, Status Port e Data Port;
        • Fasi della comunicazione: inizialization e data transfer phase;
        • Programmed I/O, Interrupt driven, DMA e shared memory;
    4. Cenni al Multiplexing;
  3. INTRODUZIONE ALLE RETI DI COMPUTER PER IL TRATTAMENTO DELL’INFORMAZIONE BIOMEDICA
    1. Telemedicina: sintesi di telecomunicazioni, informatica e medicina
      • Applicazione delle TLC in Medicina
        • Codificazione/decodificazione dell’informazione
        • Crittografia, codici di accesso, segretazione
        • Acquisizione di segnali biomedici
          • Approccio monodimensionale: EEG, ECG, EOG, EMG, ERG, ecc
          • Approccio bidimensionale: Immagini biomediche (RX, TAC, NMR, PET,SPECT, Ecografie, ecc)
          • Teorema del campionamento spaziale e temporale
        • Archiviazione
          • Dati non compressi: problema della ocuupazione di memoria
          • Dati compressi:
            • Compressione Lossless (senza perdita di informazione)
            • oppure Lossy (con perdita di informazione)
        • Elaborazione di segnali (mono-channel)
        • Elaborazione di immagini (1 sola immagine alla volta)
        • Elaborazioni multi-dimensionali (più segnali, più immagini, segnali+immagini)
        • Trattamento statistico dell’informazione
          • Parameter estimation
          • Feature extraction
          • Pattern Recognition
          • Cluster analysis
          • Statistical analysis
        • Riduzione di ridondanza ed intercorrelazione
          • Single-shannel: filtri sbiancanti
          • Multi-channel: Principal Component Analysis (PCA)
        • Trattamento statistico dei risultati dell’esperimento
      • Applicazione dell’Informatica in Medicina
        • Gestione magazzini
        • Gestione prenotazioni
        • Gestione cartelle cliniche
        • Gestione personale
        • Gestione esami clinici (prenotazioni, archiviazione/retrieval risultati)
    2. Applicazioni delle reti di calcolatori in ambito ospedaliero
    3. Sistemi di elaborazione dell’informazione
      • Principali utilità dell’approccio automatico alla elaborazione dell’informazione
      • Aritmetica e logica dei sistemi di elaborazione
      • Architettura dei sistemi di elaborazione
      • Algoritmi e diagrammi di flusso (o a blocchi)
      • Linguaggi di programmazione
        • Gerarchie dei linguaggi: linguaggi di basso e alto livello
        • Programma sorgente, oggetto, eseguibile, in esecuzione
        • Compilatore, Interprete,Linker e Loader
        • Debugging
      • Sistemi operativi
        • Interfaccia uomo-macchina
        • Gestione risorse (resource allocate/deallocate):
          • Memoria centrale: partizionamentostatico e dinamico
          • Processore
          • I/O interfaces/periferiche
          • Archivi
            • Directory e subdirectory
            • Struttura dei files (Header – Data - End)
            • Opzioni sui files (erase, move, create, ecc)
    4. Computer-networking
      • Scopi del networking:
        • Resource sharing
        • Superior data Reliability
        • Saving-money (riduzione costo/prestazione)
        • Scalability
        • Data/Information sharing
      • Modello client-server
      • Network Hardware (HW)
        • Criteri di Catalogazione:
          • Tecnologia di Trasmissione
            • Broadcast Networking
            • Packet Switching
            • Point-to-Point
            • Multiple routes (cammini multipli)
          • Network Scale
          • Circuit Board
          • System
          • LAN (linear cable network: BUS, Ring)
          • MAN (Dual Cables (DQDB): Hosts, Routers, Subnets, Gateway)
      • Network Software (SW)
        • Layers
        • Protocollo di layer
        • I peers
  4. ELETTROMIOGRAFIA
    1. Cenni di Anatomo-fisiologia del muscolo striato volontario
      • Potenziale di riposo e di azione
      • Ruolo degli ioni K+, Na+ e Ca2+
      • Ruolo dell’ATP
      • I sarcomeri
      • Actina e Miosina
    2. Concetto di Unità Motoria (UM)
      • Fibre di tipo I, IIA e IIB
      • Variabilità di # UM nei muscoli
      • Controllo motorio
        • Reclutamento/dereclutamento delle UM
        • Frequenza di scarica delle UM attive
      • La fatica muscolare
    3. Il segnale ElettroMioGrafico (EMG)
      • EMG ad ago (EMG clinica)
      • EMG di superficie (sEMG)
        • Parametri globali nel tempo
          • RMS
          • AVR
          • ZC
          • Istogramma delle ampiezze
          • Attraversamenti di soglie
        • Parametri globali in frequenza
          • Potenza totale in un range di frequenza
          • MNF
          • MDF
        • sEMG nell’Esercizio Fisico e nello Sport
        • sEMG nell’Ergonomia e nella Medicina del Lavoro
          • L’effetto delle vibrazioni
        • Single-channel sEMG: la fatica mioelettrica
        • Multi-channel sEMG
          • Vector arrays a 8 e 16 canali
            • Individuazione della placca motoria
              • Applicazioni allo studio di sfinteri
            • Matrici di elettrodi 8x8
              • La velocità di conduzione
        • Analisi non lineare del sEMG
          • RQA
          • Mappe di ricorrenza e spazio delle fasi
            • Embedding Dimension
            • Time-delay
            • Radius
            • Line
          • La percentuale di Determinismo (%DET)
            • %DET e sincronizzazione
        • sEMG nella Medicina dello Sport
  5. GENOMICA e PROTEOMICA
    1. Struttura chimica del DNA (Acido Desossiribonucleico)
      • Basi Puriniche e Pirimidiniche: i nucleotidi
      • Lo zucchero Deossiribosio
      • Le catene fosforiche
      • I legami forti e i legami deboli
      • La doppia elica
      • I terminatori 3’ e 5’
      • Exoni e introni
      • I geni
      • I cromosomi
      • Cenni alla genomica funzionale
    2. L’RNA e la sintesi proteica
      • La codificazione a triplette
      • Il codice genetico
      • I 20 Aminoacidi
      • Struttura proteica primaria, secondaria e terziaria
    3. Approccio bioinformatico allo studio del DNA
      • Le banche dati internazionali
      • Le comparazioni tra sequenze genomiche
        • Le figure di merito delle comparazioni genomiche
      • Software per la bioinformatica
        • Tecniche di lettura del DNA
          • Southern/Northern blotting
          • Metodo di Dideossi di Sangler
      • Hardware per lo studio delle sequenze di basi
        • Il DNA ricombinante
        • La PCR (Polymerase Chain Reaction)
        • I microarray
        • Le striscie elettroforetiche su gel
        • I chip per le analisi delle stringhe
    4. Trasformazione di sequenze genomiche in segnali numerici
      • Codificazione a valori reali o complessi
      • Random walk
      • Accenno alle teorie delle stringhe
      • Applicazione di Trasformate di Fourier e Trasformate Wavelet

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