Docente/i: Giovanni Magenes  

Denominazione del corso: Elaborazione di biosegnali e bioimmagini
Codice del corso: 502500
Corso di laurea: Bioingegneria
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-INF/06
L'insegnamento è caratterizzante per: Bioingegneria
Crediti formativi: CFU 9
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

Il corso si propone di fornire allo studente gli strumenti metodologici di base per affrontare problemi di elaborazione di segnali e immagini con particolare riferimento a quelli di tipo diagnostico. Il corso è prevalentemente di tipo metodologico, per cui è necessario che lo studente sappia utilizzare con disinvoltura le nozioni di base dell’analisi matematica e della fisica per poter affrontare gli argomenti trattati. Vi è una parte tecnologica riguardante il condizionamento di segnali mediante amplificatori operazionali e le tecnologie di formazione delle bioimmagini. Nella parte metodologica lo studente dovrà acquisire le nozioni per le elaborazioni elementari di più generale utilizzo: le relazioni fra modelli dinamici in tempo continuo (analogico) e calcoli in ambiente numerico a tempo discreto (digitale), le basi della descrizione frequenziale dei segnali e delle immagini e delle elaborazioni in questo dominio (filtraggio), sia analogiche che numeriche e i metodi di progettazione di filtri numerici lineari; la ricostruzione delle immagini (2D, tomografiche, 3D), i metodi di elaborazione delle immagini (filtraggio, analisi, segmentazione, riconoscimento, “volume rendering”, etc.) Nella parte tecnologica lo studente dovrà acquisire le nozioni per: il condizionamento analogico di segnali elettrici tramite amplificatori e filtri; la comprensione dei principi fisici ed i metodi di formazioni di immagini di interesse diagnostico mediante radiazioni elettromagnetiche ionizzanti e non, ultrasuoni, radioisotopi, etc.. la conoscenza di base dei componenti fondamentali per la strumentazione dedicata alle bioimmagini.

Programma del corso

Introduzione ai biosegnali e alle bioimmagini con esempi

Segnali e sistemi analogici
riepilogo su trasformata di Fourier e trasformata di Laplace; risposta in frequenza e diagrammi di Bode; condizionamento e filtraggio analogico mediante amplificatori operazionali.

Segnali e sistemi discreti
campionamento di segnali, teorema dei campionamento, ricostruzione di un segnale campionato, conversione A/D e quantizzazione; segnali a tempo discreto e sequenze, segnali originati da sistemi lineari invarianti; trasformata di Fourier discreta; dalla trasformata di Laplace alla trasformata z per segnali campionati - proprietà della trasformata z - trasformata z inversa

Condizionamento del segnale numerico
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; eliminazione delle interferenze di rete, filtro notch; cenni sulla precisione di filtri FIR e IIR; progetto di filtri numerici (laboratorio).

Analisi spettrale
Spettri di potenza e spettri di energia; stima dello spettro con metodi numerici.

Bioimmagini
Introduzione storica alle bioimmagini. Classificazione delle bioimmagini. Concetto di immagine e cenni ai processi percettivi. Caratterizzazione dei sistemi di immagine. Campionamento di una immagine

Trattamento delle immagini numeriche
miglioramento dell’immagine, operatori puntuali, locali e globali, esaltazione del contrasto. Immagini binarie e inseguimento di contorni. Operatori di morfologia matematica. Analisi automatica di immagini. Trasformata di Hough e HT generalizzata.

Tecnologia diagnostica attuale
radiazioni ionizzanti e immagini a raggi X, Immagini tomografiche, immagini di medicina nucleare, ecografiche, risonanza magnetica, immagini funzionali. Interpretazione delle immagini a fini diagnostici e terapeutici.

Metodi ricostruttivi, codifica e archiviazione
campionamento su reticoli, ricostruzione, interpolazione, teorema delle proiezioni e trasformata di Radon. codifica e trasmissione delle immagini, i PACS, lo standard DICOM.

Prerequisiti

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 90
Esercitazioni (ore/anno in aula): 0
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Titolo del riferimento da modificare.

Modalità di verifica dell'apprendimento