BIO-ELECTRICITY IN HUMAN BODY: SYSTEMS AND CONTROL
Anno accademico 2023/2024 - Docente: MAIDE ANGELA RITA BUCOLORisultati di apprendimento attesi
Il corso mira a guidare gli studenti nell’acquisizione dei concetti base nello studio dei processi biolettrici nel corpo umano sfruttando le metodologie acquisite in teoria dei sistemi e controlli automatici. In questo contesto verranno anche introdotti metodi per l'acquisizione e l’analisi bio-segnali. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di impostare lo studio per determinare la rappresentazione matematica di un sistema fisiologico e biologico, di analizzare un segnale bio-elettrico, e conoscerà le fasi di progettazione di una strumetazione biomedicale.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso include lezioni frontali per l’acquisizione delle conoscenze richieste e lo svolgimento di prove pratiche che mirano alla loro applicazione. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Le Propedeuticita culturali richieste per la comprensione dei contenuti trattati durante il corso sono:
- livelli avanzati di conoscenza in matematica e fisica,
- livello intermedio di conoscenza in Teoria dei Sistemi Lineri e Controlli Automatici
- livello intermedio di conoscenza in linguaggi di programmazione.
Non sono richieste Propedeuticita Formali.
Frequenza lezioni
La frequenza non e’ obbligatoria, seppure fortemente consigliata per poter eseguire la prova di pratica adeguatamente.
Contenuti del corso
1. 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.
2. Metodi per l’Analisi di bio-segnali
- Analisi nel dominio del tempo
- Analisi nel dominio della frequenza
- Casi di studio (ECG, EEG, MEG, fMRI)
Testi di riferimento
Testi di riferimento per il corso
T1) M. Bear, B. Connors, M. Paradiso, Neuroscience: Exploring the Brain, Wolters-Kluwer
T2) Webster J.G., Medical Instrumentation: Application and Design, Wiley
T3) Saeid Sanei, Jonathon Chambers, EEG Signal Processing, Wiley
T4) J. L. Semmlow, B. Griffel, Bio-signal and Medical Image Processing, CRC Press
Testi consigliati per gli approfondimenti
T5) Michael C. K. Khoo, Physiological Control System: Analysis, Simulation and Estimation, IEEE press Series on Biomedical Eng., Wiley-Interscience
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Bioelectrical models and signals (30 h) | T1(Part I-II) -T2- T3 |
| 2 | Methodologies in biomedical signals analysis (12 h) | T4 (chs. 1-6), T3 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La prova d'esame è composta da una prova pratica e una prova orale. La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
La prova pratica cosiste in un caso di studio basato sull’analisi di dati biomedicali. La presentazione di tale elaborato, entro la fine del corso, permette di poter accedere alla prova orale. La valutazione finale verra determinata dalla valutazione di entrambe le prove.
Per gli studenti frequentanti e’ prevista una prova in itinere che si svogera a fine corso. La prova, di durata massima due ore, cosiste in un questionario con domande (a risposta multipla ed/o aperta) di verifica sui contenuti trattati durante il corso. Qualora si superi tale prova, rispondendo correttamente ad almeno il 50% delle domande, l’esame orale non e' obbligatorio ma a discrezione dello studente. La valutazione finale verra determinata dalla valutazione del questionario e della prova pratica.
La valutazione in sede di colloquio orale si basera: sulla conoscenza dei contenuti, la pertinenza dell risposte rispetto alle domande formulate, la proprieta di linguaggio tecnico, la capacita di fare collegamenti tra i contenuti del programma.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Il materiale e’ reperibile tramite la piattaforma Studium ed il sito personale del docente (http://www.dees.unict.it/mbucolo/)