Docente/i: Giovanni Magenes  

Denominazione del corso: Elaborazione di segnali biomedici
Codice del corso: 062136
Corso di laurea: Ingegneria Biomedica
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/06
Crediti formativi: CFU 5
Sito web del corso: http://aim.labmedinfo.org/magenes/elab-segnali/index.ht
m

Obiettivi formativi specifici

Le modalità di elaborazione di segnali in medicina sono molto varie e comportano la conoscenza di tecniche diverse. Infatti in alcune applicazioni, come ad esempio nelle analisi elettroencefalografiche (EEG) ed elettrocardiografiche (ECG) lo scopo può essere quello di estrarre alcuni parametri caratteristici dei segnale. In alternativa, può essere semplicemente quello di separare il segnale utile da altri segnali che interferiscono con esso, oppure quello di trasformare il segnale per rappresentarlo in una forma più conveniente ed interpretabile. L’obbiettivo del corso è di fornire allo studente di diploma alcune metodologie di base per il trattamento e l’elaborazione di segnali, siano essi analogici o numerici, con particolare riferimento agli strumenti necessari per orientarsi sulle modalità di trattamento di segnali di origine biomedica.

Programma del corso

Introduzione ai segnali biomedici
Partendo da due esempi reali di applicazione dell'elaborazione di segnali biomedici verranno introdotte le problematiche principali legate al trattamento di segnali.

• esempi di analisi di segnali originati da biopotenziali nel campo della cardiologia e dell'analisi di sistemi sensorimotori.
• classificazione dei biosegnali e problematiche generali
• schema generale di analizzatore di segnali

Segnali continui nel tempo

• riepilogo sulla trasformata di Fourier;
• riepilogo sulla trasformata di Laplace;
• risposta in frequenza e diagrammi di Bode;
• condizionamento e filtraggio analogico.

Segnali e sistemi a tempo discreto

• segnali discreti nel tempo;
• campionamento di segnali continui, teorema dei campionamento, ricostruzione di un segnale campionato;
• conversione A/D e quantizzazione;
• scelta della frequenza di campionamento e problemi di aliasing;
• sequenze discrete, segnali originati da sistemi lineari invarianti;
• rappresentazione nel dominio della frequenza dei segnali a tempo discreto – trasformata di Fourier discreta - trasformata di Fourier discreta bidimensionale;
• passaggio dalla trasformata di Lapiace alla trasformata z per segnali discretizzati - proprietà della trasformata z - trasformata z inversa - funzione di trasferimento in trasformata z;
• condizionamento del segnale numerico.

Filtri numerici

• filtri numerici non ricorsivi (FIR);
• esempio di sintesi di filtri derivativi;
• risposta in frequenza e progetto di filtri FIR con lo sviluppo in serie di Fourier;
• filtri ricorsivi (IIR);
• sintesi per simulazione di filtri analogici;
• rimozione delle interferenze di rete, filtro notch;
• cenni sulla precisione di filtri FIR e IIR.

Analisi di biosegnali
Nell'ultima sezione del corso verranno introdotti alcuni esempi di analisi di tipo lineare di biosegnali

• problemi legati all’acquisizione e al condizionamento di alcuni biosegnali;
• estrazione di parametri da biosegnali sulla base di un modello del sistema fisiologico; introduzione ai modelli autoregressivi;
• applicazioni nel campo dell'analisi della variabilità cardiaca, della medicina prenatale e dell'analisi di sistemi sensori-motori.

Prerequisiti

Conoscenze di Analisi Matematica, Bioingegneria, Fisica.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 32
Esercitazioni (ore/anno in aula): 16
Laboratori (ore/anno in aula): 0
Progetti (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

W.J. Tompkins. Biomedical digital signal processing. Prentice Hall, 1993.

S.R. Devasahayam . “Signal and Systems in Biomedical Engineering” . Kluwer Academy Plenum Press, NY 2000.

A.V. Oppenheim, R.W. Schaefer. Elaborazione numerica dei segnali. Franco Angeli, 1985. Solo per coloro che vogliono approfondire in modo specifico la parte teorica di elaborazione dei segnali.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Verranno svolte due prove scritte in itinere, che verteranno rispettivamente sulla prima e sulla seconda parte del Corso. A coloro che avranno sostenuto entrambe le prove scritte con votazione sufficiente verrà proposto un voto da confermare attraverso un colloquio finale. Per gli studenti che per gravi motivi non abbiano potuto svolgere le prove in itinere è previsto un esame completo di prova scritta e/o orale.