• Introduzione ai segnali biomedici e alla loro elaborazione.
• Strumenti di base per l’elaborazione dei segnali: Analisi nel dominio della frequenza. Metodi per la
rimozione di artefatti tecnici e fisiologici e di interferenze.
• Stima spettrale parametrica e non parametrica per segnali stazionari. Applicazioni.
• Tecniche tempo-frequenza per segnali non-stazionari. Trasformata wavelet. Applicazioni.
• Tecniche di pre-elaborazione per riconoscimento di eventi e estrazione di caratteristiche.
• Esercitazioni di laboratorio per elaborazione di segnali biomedici. Preparazioni di progetti
individuali su specifici problemi di elaborazione.

L. SORNMO, P. LAGUNA - BIOELECTRICAL SIGNAL PROCESSING IN CARDIAC AND NEUROLOGICAL APPLICATIONS - ELSEVIER ACADEMIC PRESS 2005
MATERIALE DISTRIBUITO ON-LINE SU HTTP:://BIOLAB.UNIROMA3.IT

Il corso si propone di sensibilizzare gli studenti alle attività pratiche e progettuali tipiche di un laboratorio di ricerca sperimentale all’interno del quale vengono messe in pratica le metodologie tipiche dell’ingegneria biomedica, con particolare riferimento agli argomenti illustrati nel 1°modulo del corso. Durante le ore di didattica frontale verranno brevemente richiamate le nozioni applicative necessarie allo svolgimento delle attività di laboratorio, con particolare riferimento ai seguenti argomenti:

• La strumentazione elettronica di un laboratorio sperimentale.
• Sistemi e sensori per l’acquisizione e la misura di dati e segnali biomedici: sensori per l’analisi del movimento e per segnali elettrofisiologici, condizionamento dei segnali e sistemi di acquisizione.
• I protocolli sperimentali per l’acquisizione dei dati: dal sensore alla digitalizzazione e immagazzinamento su calcolatore.
• L’organizzazione di una campagna di acquisizione di dati e segnali biomedici.
• La strumentazione virtuale per la gestione delle acquisizioni di dati sperimentali: cenni di Labview.
• La raccolta dei dati, l’elaborazione dei segnali biomedici e l’analisi statistica.

• BRONZINO - BIOMEDICAL ENGINEERING HANDBOOK, TAYLOR AND FRANCIS GROUP

• Dispense fornite dal docente sulla piattaforma web moodle3

Biofisica delle cellule e delle molecole (3 CFU). Amino acidi, struttura delle proteine, emoglobina, mioglobina, enzimi, meccanismi catalitici, meccanismi di attivazione degli enzimi, meccanismi di inibizione degli enzimi, glucidi, glicolisi, ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa, biosintesi del lattato, fermentazione alcolica, lipidi, beta-ossidazione, catabolismo delle proteine e degli amino acidi, ciclo dell’urea. La compartimentazione cellulare, l’energia degli organismi viventi. Organizzazione tissutale. Struttura dinamica delle membrane biologiche, funzioni e dinamiche delle membrane cellulari. Giunzioni, canali e recettori. Permeabilità diffusione osmosi e tonicità. Sistemi di trasporto della membrana plasmatica: diffusione facilitata, trasporto attivo primario e secondario. Endocitosi ed esocitosi. Trasporto ionico.

Biofisica dei sistemi di mantenimento dell’omeostasi (3 CFU): Sistema nervoso centrale ed autonomo. Proprietà elettriche della membrana plasmatica, genesi del potenziale di membrana, eccitabilità, potenziale di membrana a riposo, potenziale elettrotonico e potenziale d’azione. Propagazione e trasmissione dei segnali elettrici. Sinapsi. Plasticità neuronale. Archi riflessi autonomi e somatici. Fisiologia sensoriale. Ormoni. Comunicazione cellulare, proprietà generali del sistema endocrino, struttura chimica e rilascio degli ormoni e loro relativa trasduzione del segnale.

Fisiologia di Organi e Sistemi (3 CFU): Sistema muscolare. Muscolo scheletrico, liscio e cardiaco. Meccanica della contrazione del muscolo scheletrico. Miogrammi. Periodo di refrattarietà. Contrazione tetanica. Controllo della contrazione muscolare. Fatica. Sistema cardiovascolare. Proprietà elettriche del cuore, potenziale segnalassi e miocardio di lavoro, il cuore come pompa. Regolazione intrinseca ed estrinseca della gettata cardiaca. Sistema vascolare, flusso, pressione arteriosa e sua regolazione. Il sangue. Proprietà, resistenza globulare, distribuzione del sangue ai tessuti. Coagulazione. Sistema respiratorio. Meccanica respiratoria, ventilazione, scambio e trasporto dei gas, regolazione del ph, regolazione della ventilazione. Basi di fisiologia gastro-intestinale. Sistema Renale. Filtrazione glomerulare, filtrazione, riassorbimento, secrezione ed escrezione. Regolazione ormonale della funzione renale. Sistema digerente. Motilità secrezione digestione assorbimento dei carboidrati, lipidi e proteine.

Libro di testo principale: D.U. SILVERTHORN Fisiologia Umana 2010 Pearson Education inc

Testi utili per l’approfondimento (disponibili nella biblioteca dell’area scientifica) HILL R, WYSE G, ANDERSON M FISIOLOGIA ANIMALE 2006 ZANICHELLI; RANDALL D. ET AL., FISIOLOGIA ANIMALE ZANICHELLI; CASELLA C. E TAGLIETTI V. PRINCIPI DI FISIOLOGIA ED. LA GOLIARDICA PAVESE; BERNE R.M. E LEVY M.N. PRINCIPI DI FISIOLOGIA CASA EDITRICE AMBROSIANA.

CONCETTI FONDAMENTALI E CLASSIFICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE CLINICA PER DIAGNOSI E TERAPIA.
GENERALITA' CON ESEMPI IN SISTEMI DIAGNOSTICI PER IMMAGINI, STRUMENTAZIONE PER TERAPIA E PROTESI, TERAPIA INTENSIVA. STRUMENTAZIONE DI SUPPORTO ATTIVO ALLA DIAGNOSI E TERAPIA.
VENGONO PRESENTATI ESEMPI DI DISPOSITIVI E SISTEMI BIOMEDICI, NELL’AMBITO DI PROTOCOLLI DIAGNOSTICI E DI CURA, PRENDENDO A RIFERIMENTO PREVALENTEMENTE IL SISTEMA CARDIOCIRCOLATORIO, CON POSSIBILI PROTOCOLLI DI DIAGNOSI, ESEMPLIFICAZIONE DI DISPOSITIVI E SISTEMI DI SUPPORTO E CURA.
ECG (RICHIAMI) COME PRIMO PASSO DI UN PROTOCOLLO.
ECOGRAFIA, DESCRIZIONE PRINCIPI FISICI E DI FUNZIONAMENTO, STRUTTURA ECOGRAFO. ESTRAZIONE DI INFORMAZIONI DI TIPO MORFOLOGICO E FUNZIONALE (ECOCOLORDOPPLER), SIA SUL CUORE CHE SULLE ARTERIE
PACEMAKER E DEFIBRILLATORI IMPIANTABILI. ELETTROFISIOLOGIA E ABLAZIONE A RF (SEMINARIO )
VALVOLE CARDIACHE (SEMINARIO )
SISTEMI A RX: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO, STRUTTURA DELLE APPARECCHIATURE, SISTEMI ANALOGICI E DIGITALI, DOSIMETRIA.
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO.ALGORITMI DI BACK PROJECTION E RICOSTRUZIONE. UTILIZZAZIONE CON MEZZI DI CONTRASTO, PER ARTERIOGRAFIA (ESTENSIONE DELLE APPLICAZIONI DELLA TC). NUOVE LINEE TECNOLOGICHE.
DISPOSITIVI, SISTEMI E APPROCCI TERAPEUTICI: INTERVENTI IN ANGIOPLASTICA (BALLOON, STENT.
RISONANZA MAGNETICA (MAGNETIC RESONANCE IMAGING), ANCHE COME COMPLEMENTARE ALLA TC. PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO, SEQUENZE: APPLICAZIONI, FMRI, FUNCTIONAL MRI (SEMINARI)
VISITA AL DIPARTIMENTO DI DIAGNOSTICA PER IMMAGINI DI UN OSPEDALE.
APPROCCIO TERAPEUTICO: ENDOSCOPIA, ENDOSCOPIA VIRTUALE, E CHIRURGIA ASSISTITA DA CALCOLATORE (SEMINARI)

DISPENSE FORNITE DAL DOCENTE
PER LA MRI: IL TESTO ON LINE, HTTP://WWW.CIS.RIT.EDU/HTBOOKS/MRI/INSIDE-I.HTM

Il corso si propone di fornire le conoscenze specialistiche delle tecniche e degli strumenti per la comprensione e l'analisi del sistema nervoso centrale, per l'interpretazione della sua funzionalità, per il recupero e l'assistenza nelle disabilità, anche attraverso esempi applicativi quali gli impianti cocleari artificiali, le interfacce cervello-computer, e le neuroprotesi.
Tecnologie e metodi per il monitoraggio dell'attività neurale e di gruppi di neuroni: anatomia e fisiologia del neurone, meccanismi e modelli di funzionamento della trasmissione, modelli del neurone e del potenziale d'azione (integrate and fire, hodgkin-huxley, fitzhugh-nagumo); registrazione dell'attività neurale, voltage clamping; neural signal processing. Tecnologie metodi per il monitoraggio dell'attività corticale e periferica: caratteristiche della registrazione corticale; modelli della connettività neurale; signal processing per analisi dell'attività corticale e periferica; tecniche di classificazione e clustering per l'identificazione delle unità neuronali e delle unità motorie. Dispositivi e sistemi per il recupero e l'assistenza funzionale: gli impianti cocleari artificiali; le interfacce cervello computer; le neuroprotesi motorie. Esercitazioni su calcolatore per la simulazione dell'attività neuronale e della connettività neurale (neuron), neural signal processing (octave/matlab), decomposizione di unità corticali e periferiche (emglab).

MATERIALE E SLIDES DEL CORSO SCARICABILE GRATUITAMENTE DAL SITO HTTP://BIOLAB.UNIROMA3.IT O DALLA PIATTAFORMA MOODLE;
SELEZIONI DAI SEGUENTI LIBRI:
- NEURAL ENGINEERING, BIN HE, SPRINGER US.
- NEUROPROSTHETICS, KENNETH W. HORCH, GURPREET DHILLON, WORLD SCIENTIFIC.

RICHIAMI DI ELETTROMAGNETISMO E PROPRIETÀ ELETTRICHE E MAGNETICHE DELLA MATERIA
CARATTERISTICHE ELETTRICHE E MAGNETICHE DEI TESSUTI BIOLOGICI: LEGAMI CHIMICI TIPICI DELLE STRUTTURE BIOLOGICHE; CONDUCIBILITÀ E POLARIZZAZIONE NEI TESSUTI; FORZE E MOMENTI SU CARICHE E DIPOLI; LA COSTANTE DIELETTRICA NEI TESSUTI BIOLOGICI IN FUNZIONE DELLA FREQUENZA (DISPERSIONE); LA CONDUCIBILITÀ ELETTRICA NEI TESSUTI BIOLOGICI IN FUNZIONE DELLA FREQUENZA. L’ACQUA NEI SISTEMI BIOLOGICI.
MECCANISMI DI INTERAZIONE DEI CAMPI ELETTRICI, MAGNETICI ED ELETTROMAGNETICI CON I TESSUTI BIOLOGICI: MECCANISMI DI INTERAZIONE ALLE BASSE FREQUENZE; MECCANISMI DI INTERAZIONE ALLE ALTE FREQUENZE: MECCANISMI DI TERMOREGOLAZIONE BIOLOGICA; ELEMENTI DI DOSIMETRIA.
IL RAZIONALE DELL’ICNIRP (INTERNATIONAL COMMISSION ON NON-IONIZING RADIATION PROTECTION): LE GRANDEZZE DI BASE:LORO SIGNIFICATO FISICO E BIOFISICO; LE GRANDEZZE DI RIFERIMENTO: LORO SIGNIFICATO FISICO E BIOFISICO; I LIMITI DI BASE; I LIVELLI DI RIFERIMENTO. CONDIZIONI DI NORMALIZZAZIONE PER ESPOSIZIONI MULTIFREQUENZA.
IL QUADRO NORMATIVO NAZIONALE: IL PRINCIPIO DI PRECAUZIONE DEFINITO DALL’OMS (ORGANIZZAZIONE MONDIALE DELLA SANITÀ); LA LEGGE QUADRO 36/2001 SULLA PROTEZIONE DAI CAMPI ELETTROMAGNETICI DA 0 HZ A 300 GHZ; I DECRETI ATTUATIVI 8/7/2003 DELLA LEGGE 36/2001 (NUOVI LIMITI DI ESPOSIZIONE DA 0 HZ A 300 GHZ); IL DECRETO 81/2008 (SICUREZZA DEI LAVORATORI ESPOSTI A CAMPI ELETTROMAGNETICI); LA NORMATIVA PER GLI IMPIANTI DELLE FORZE ARMATE.
LA RACCOMANDAZIONE DEL CONSIGLIO D’EUROPA DEL 1999 PER LA PROTEZIONE DELLA POPOLAZIONE DALL’ESPOSIZIONE AI CAMPI ELETTROMAGNETICI: LIMITI DI BASE E LIVELLI DI RIFERIMENTO: SIGNIFICATO FISICO E BIOFISICO; CONFRONTO CON LA NORMATIVA NAZIONALE.
LA DIRETTIVA DEL CONSIGLIO D’EUROPA DEL 2004 PER LA PROTEZIONE DEI LAVORATORI DALL’ESPOSIZIONE AI CAMPI ELETTROMAGNETICI (TESTO UNICO SULLA SICUREZZA D.LGS 81/2008 DEL 29-4-2008): PRESCRIZIONI; I VALORI DI AZIONE; I LIVELLI DI ESPOSIZIONE.
CARATTERIZZAZIONE DELLE SORGENTI DI CAMPO ELETTROMAGNETICO A BASSA E ALTA FREQUENZA: STRUTTURA SPAZIALE DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO GENERATO DAGLI IMPIANTI DI TELECOMUNICAZIONI; DEFINIZIONE E CALCOLO DEL VOLUME DI RISPETTO PER UN’ANTENNA; ANDAMENTO SPAZIALE DEL CAMPO ELETTRICO E DELL’INDUZIONE MAGNETICA GENERATI DAGLI ELETTRODOTTI; DEFINIZIONE E CALCOLO DELLE FASCE DI RISPETTO DELL’INDUZIONE MAGNETICA PER LINEE ELETTRICHE AEREE ED INTERRATE.
STRUMENTAZIONE PER LA MISURA DEL VALORE DI IMMISSIONE DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO: LA NORMA UNI CEI ENV 13005 “GUIDA ALL'ESPRESSIONE DELL'INCERTEZZA DI MISURA”; FUNZIONAMENTO DELLA STRUMENTAZIONE A BANDA LARGA; L’ANALIZZATORE DI SPETTRO; CALCOLO PER LA RIDUZIONE A CONFORMITÀ NELLE ESPOSIZIONI MULTISORGENTI.
TECNICHE PER LE MISURE A BANDA STRETTA DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO: IL SETTAGGIO DELL’ANALIZZATORE DI SPETTRO PER LE MISURE SELETTIVE DI EMISSIONI AM, FM, TV, BTS; TECNICA DI ESTRAPOLAZIONE PER LA MISURA DI SEGNALI GSM E UMTS AL VARIARE DEL CARICO DELLE CELLE; TECNICA DI MISURA DELLO SPETTRO MODULATO IN AMPIEZZA; TECNICA DI MISURA DELLO SPETTRO TV; TECNICHE DI MISURA IN CAMPO VICINO; TECNICHE DI MISURA IN CAMPO LONTANO; PROTOCOLLO DI MISURA DELL’INDUZIONE MAGNETICA.
VALUTAZIONE DEI VALORI DI IMMISSIONE DEL CAMPO ELETTRICO GENERATO DA UN RADAR AD IMPULSI: VALUTAZIONE PREDITTIVA E VALUTAZIONE MISURISTICA.
PRESENTAZIONE DI LINEE-GUIDA E DI TRACCIA STRUTTURATA FINALIZZATE ALLA COMPILAZIONE DI TESINE SUGLI ARGOMENTI DEL CORSO.

• A.S. PRESMAN, ELECTROMAGNETIC FIELDS AND LIVE, ED. F.A. BROWN, PLENUM PRESS, 1977.
• AUTORI VARI, WIRELESS PHONES AND HEALTH, ED. GEORGE L. CARLO.
• BIANCHI, LOZITO, MELONI, CAMPI ELETTROMAGNETICI, TECNICHE DI MONITORAGGIO E PRINCIPI DELL’INTERAZIONE BIOLOGICA ED. INGV 2002.
• C. POLK, E. POSTOW, HANDBOOK OF BIOLOGICAL EFFECTS OF ELECTROMAGNETIC FIELDS CRC, 1995.
• CEI 106-11 2006 “GUIDA PER LA DETERMINAZIONE DELLE FASCE DI RISPETTO PER GLI ELETTRODOTTI (LINEE AEREE E IN CAVO)”, COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO.
• CEI 211-6 2001, “GUIDA PER LA MISURA E PER LA VALUTAZIONE DI CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI NELL’INTERVALLO DI FREQUENZE COMPRESE TRA 0 KHZ E 10 KHZ CON RIFERIMENTO ALL’ESPOSIZIONE UMANA”, COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO.
• CEI 211-7/B 2008 “MISURA E VALUTAZIONE DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO EMESSO DAGLI IMPIANTI RADAR DI POTENZA”, COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO.
• CEI EN 50383 2003 “NORME DI BASE PER IL CALCOLO E LA MISURA DELL’INTENSITÀ DI CAMPO ELETTROMAGMETICO E DEL SAR (110 MHZ 40 GHZ)”, COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO.
• GRATTAROLA, MASSOBRIO, BIOELECTRONICS HANDBOOK: MOSFETS BIOSENSORS AND NEURONS, ED. MC GRAW HILL.
• ICNIRP GUIDELINES FOR LIMITING EXPOSURE TO TIME–VARYING ELECTRIC MAGNETIC AND ELECTROMAGNETIC FIELDS (UP 300 GHZ), HEALTH PHYSICS 1999.
• J. MALMIVUO, R. PLONSEY, BIOELETTROMAGNETISM: PRINCIPLES AND APPLICATIONS OF BIOELECTRIC AND BIOMAGNETIC FIELDS, ED. OXFORD UNIVERSITY PRESS.
• K. TH. LIOLIOUSIS, BIOLOGICAL EFFECTS OF ELECTROMAGNETIC FIELDS, DIAVLOS BOOKS, 1997
• PALANGIO, LOZITO, MELONI, BIANCHI, MONITORAGGIO ELETTROMAGNETICO AMBIENTALE (PROGETTO INTERREGIONALE MEM), ED. INGV 2008.

SAPER INDIVIDUARE IL MODELLO BIOMECCANICO DEL CORPO UMANO PIÙ ADEGUATO E SAPER DETERMINARNE I PARAMETRI GEOMETRICI ED INERZIALI. CONOSCERE GLI STRUMENTI CONCETTUALI E MATEMATICI UTILI PER RAPPRESENTARE IL MOVIMENTO UMANO IN REALTÀ VIRTUALE E PER DESCRIVERE LA CINEMATICA ARTICOLARE. SAPER STIMARE I MOMENTI ARTICOLARI NONCHÉ LE FORZE AGENTI SUI TESSUTI PASSIVI, DURI E MOLLI, E TRASMESSE DAI MUSCOLI DURANTE IL MOVIMENTO. SAPER DESCRIVERE UN ATTO MOTORIO UTILIZZANDO IL LINGUAGGIO DEL LAVORO MECCANICO E DELL’ENERGIA. CONOSCERE LE PRINCIPALI PROPRIETÀ MECCANICHE DEI TESSUTI BIOLOGICI MOLLI E DURI. CONOSCERE LA BIOMECCANICA DELLE ARTICOLAZIONI UMANE E DELLA COLONNA VERTEBRALE. CONOSCERE LA BIOMECCANICA DI ATTIVITÀ MOTORIE DELLA VITA QUOTIDIANA QUALI LA DEAMBULAZIONE, SALITA E DISCESA DI GRADINI, ALZARSI E SEDERSI ECC. CONOSCERE I PRINCIPI BIOMECCANICI FONDAMENTALI PER DESCRIVERE E VALUTARE GESTI SPORTIVI PARADIGMATICI (SALTI, LANCI, COLPI). CONOSCERE GLI STRUMENTI CHE CONSENTONO LA MISURA DEL MOVIMENTO UMANO E DELLE FORZE ESTERNE. AVERE FAMILIARITÀ CON IL LABORATORIO DI ANALISI DEL MOVIMENTO E RELATIVI PROTOCOLLI SPERIMENTALI. SAPER VALUTARE I RISCHI A CARICO DELL’APPARATO LOCOMOTORE NELLO SPORT E SUL LAVORO. ACQUISIRE LA CAPACITÀ DI IDEARE UN PROCEDURA SPERIMENTALE CHE SI BASI SULL’USO DELLA STRUMENTAZIONE E DEI PROTOCOLLI SUDDETTI PER SCOPI CLINICI O CON RIFERIMENTO ALLO SPORT ED ALL’ERGONOMIA

MATERIALE FORNITO DAL DOCENTE; KINEMATICS OF HUMAN MOTION E KINETICS OF HUMAN MOTION DI VLADIMIR M. ZATZIORSKY, 1998, HUMAN KINETICS, CHAMPAIGN, ILLINOIS, USA.; BIOINGEGNERIA DELLA POSTURA E DEL MOVIMENTO CAPPELLO, CAPPOZZO, DI PRAMPERO EDS, PATRON 2003. ANALISI DEL MOVIMENTO PERRY JACQUELIN; CURATO DA: BENEDETTI M. G., ELSEVIER; 2005; AN INTRODUCTION TO BIOMECHANICS OF SPORT AND EXERCISE JAMES WATKINS, CHURCHILL LIVINGSTONE, 2007