INP7078884 - MISURE ED ACQUISIZIONE DI DATI BIOMEDICI 2022-2023
Topic outline
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Il corpo umano rappresenta un complesso insieme di sorgenti di segnali, molti dei quali (ad esempio, quelli acquisiti da elettrocardiografi ed elettroencefalografi) sono di natura elettrica, mentre altri sono convertiti in segnali elettrici da opportuni trasduttori. Numerosi apparati biomedicali si affidano all'analisi di segnali e/o immagini per ottenere misure ed informazioni di rilevanza diagnostica.
Prima di prendere in considerazione le finalità (biomediche) di una qualsiasi elaborazione, è necessario realizzare un sistema di misura ed acquisizione dati in grado di estrarre in modo accurato ed affidabile le informazioni di interesse. Spesso è necessario considerare particolari requisiti determinati dall'ambiente applicativo, come segnali molto tenui, presenza di disturbi, necessità di isolamento di parti elettriche dei dispositivi, ecc.
Il corso fornisce una introduzione alle caratteristiche dei sistemi di misura ed acquisizione dati ed ai relativi metodi di elaborazione dei segnali, tenendo presenti alcune esigenze specifiche dell'impiego in ambito biomedico.
Vuoi qualche informazione in più? Clicca sul seguente link per visualizzare questo breve video introduttivo...
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Visto che ci avviciniamo ormai alla fine del corso, Vi chiedo qualche minuto del vostro tempo per esprimere una serie di valutazioni sull’organizzazione e l’efficacia della didattica erogata.
Le Vostre indicazioni saranno preziose per il miglioramento dei materiali utili a voi per preparare l'esame e più in generale per il miglioramento del corso per gli anni futuri.
Questo questionario rimarrà rigorosamente anonimo e resterà esclusivamente a me come feedback.
Grazie di cuore per il vostro contributo!!
Sarah
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La bacheca verrà utilizzata come strumento per condividervi avvisi relativi a aule delle lezioni, modalità di erogazione, eventuali imprevisti o cambiamenti rispetto al programma.
Ho impostato la notifica via email in modo che ciascuno di voi possa ricevere anche un'email personale quando un contenuto nuovo viene aggiunto...tenetela d'occhio per restare aggiornati!
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Dove si trova: l'ingresso al laboratorio di Strumentazione elettronica si trova nel corridoio aule, 1° piano, di fronte al corridoio delle aule Me, Ne.
L'aula di laboratorio può avere fino a 16 banchi attrezzati con strumentazione di misura. Saranno formati gruppi, composti al massimo da tre studenti.
AVVISO: Gli studenti devono essere in possesso di un account DEI personale per poter accedere alle esercitazioni in cui si fa uso dei PC del laboratorio. Si invita chi non ne fosse ancora in possesso a richiederlo al più presto.
ATTENZIONEChi ha svolto le esercitazioni di laboratorio negli scorsi anni non è tenuto a ripeterle.
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Questa sezione del corso sarà dedicata a rivedere concetti di base in merito ai blocchi principali di un sistema di misura, alle caratteristiche dei segnali, al concetto di misura e di qualità della stessa.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 1)
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Questa sezione sarà dedicata ad introdurvi sensori e trasduttori, in generale dal punto di vista della loro classificazione e caratterizzazione, e con una particolare attenzione ad esempi specifici dell'ambito biomedico.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 7)
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Questa sezione sarà dedicata a:
1) presentare dal punto di vista teorico le principali specifiche, l'architettura e le principali funzioni di uno dei sistemi di misura più comuni utilizzati in laboratorio: il multimetro digitale.
2) guidare dal punto di vista pratico la prima esercitazione riguardante l'utilizzo del miltimetro per misure di resistenza di resistori ed elettrodi stampati
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 13)
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Questa sezione sarà dedicata a descrivere gli aspetti fondamentali del blocco di condizionamento dei segnali biomedici, collocato tra i trasduttori e tra la sezione di acquisizione. La prima parte sarà dedicata a introdurre gli obiettivi e le condizioni che il condizionamento deve rispettare, e a rivedere le configurazioni di base ottenibili con gli amplificatori operazionali. La seconda parte sarà dedicata ad approfondire le caratteristiche dei principali circuiti utilizzati nel condizionamento di segnali in dispositivi biomedicali.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 3)
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Questa sezione sarà dedicata a descrivere gli aspetti fondamentali del blocco di acquisizione dei segnali biomedici.
La prima parte sarà dedicata a introdurre rispettivamente campionamento e quantizzazione, facendo particolarmente attenzione alle criticità in termini di aliasing e di errore di quantizzazione. La seconda parte sarà dedicata ad approfondire le caratteristiche dei principali circuiti utilizzati rispettivamente per il campionamento, sample and hold, e per la quantizzazione, convertitori analogico digitali.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 4 e 5)
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Questa sezione sarà dedicata a descrivere gli aspetti teorici principali relativi all'analisi in frequenza di segnali acquisiti, tenendo quindi conto delle specifiche modifiche introdotte dal campionamento e dall'osservazione finita. Tali nozioni saranno funzionali per lo svolgimento del laboratorio coordinato e del progetto pratico.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 12)
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Questa sezione sarà dedicata alla descrizione dell'architettura generale delle schede di acquisizione dati che comunemente trovano impiego nell'ambito dell'acquisizione di dati biomedici. Le conoscenze teoriche fornite verranno completate con due esercitazioni coordinate riguardanti l'utilizzo di una scheda di acquisizione dati.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 6)
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Questa sezione sarà dedicata:
- alla descrizione dell'architettura generale dell'oscilloscopio, approfondendo i principali aspetti sia della sua parte analogica (canali di ingresso, sezione di sincronismo e utilizzo di sonde compensate) che della parte digitale presente negli oscilloscopi digitali (acquisizione, memoria e visualizzazione grafica).
- alla descrizione dello schema funzionale del il principio di funzionamento del generatore a sintesi digitale
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 10, 11 e 14)
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Questa registrazione è un editing in cui ho selezionato e unito in una singola regostrazione le parti che avevo pianificato di condensare nelle due ore disponibili, e che quindi potranno essere argomento d'esame.
Per eventuale vostra curiosità trovate comunque nalle cartella sotto le lezioni originali estese tenute lo scorso anno, che contengono argomenti aggiuntivi che non chiederò all'esame.
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Questa sezione sarà dedicata a descrivere i principali aspetti relativi alla certificazione di dispositivi medici, approfondendo in particolare la sicurezza elettrica e la compatibilità elettromagnetica degli apparecchi elettromedicali.
(Corrispondenza con dispense: CAPITOLO 8)
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All'interno di questa cartella potete trovare:
1) Pdf guida all'esercitazione
2) Modulo da compilare per parte 1 dell'esercitazione
3) Datasheet degli strumenti per individuare i coefficienti k1 e k2 per il calcolo dell'incertezza strumentale
Per le misure delle parti 2 e 3 , inserirle come indicato dalla guida sul foglio excel condiviso che trovate a questo link:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/19OMb9ky8vhsHdyw_lxy68xTLMvKBvN9JYnkF5Vh3IoQ/edit?usp=sharing
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All'interno di questa cartella potete trovare:
1) Pdf guida all'esercitazione
2) Manuali degli strumenti
Per le misure da effettuarsi sul segnale ECG segnare i valori ottenuti nella tabella predisposta sul foglio condiviso:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/18yGjZRgc-gnG_Dd8SnK8B6Q4K47a_Lr_DOM1rkMb9Rs/edit?usp=sharing ;
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All'interno di questa cartella potete trovare:
1) Pdf guida all'esercitazione
2) Datasheet delle schede MyDAQ utilizzate
3) Codice di soluzione per acquisizione in foreground in caso di difficoltà
4) Materiale extra: acquisizione di altri segnali da schede oppure acquisizione in background
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All'interno di questa cartella potete trovare:
1) Pdf guida all'esercitazione
2) Un esempio di codice iniziale per chi non avesse svolto l'esercitazione precedente e volesse acquisire il vettore da generare
3) Un vettore dati (filtered_ECG.mat) pronto per essere generato
4) File drivers aggiornati NI-DAQmx (nel caso di errori del sistema) -
All'interno di questa cartella potete trovare:
1) Guida pdf all'esercitazione
2) Formato .txt dei due segnali EMG RAW e EMG FILTERED relativi al punto 4 dell'esercitazione. Sono esattamente gli stessi che ho caricato sui generatori Keysight, cosi che se volete rivedere quanto osservato a esercitazione lo potete poi fare autonomamente importando questi file in Matlab e calcolandone lo spettro coe visto durante i lab di Matlab.
N.B. Durante l'esercitazione vi verrà richiesto di generare i segnali ECG sfruttando i generatori come già visto nelle esercitazioni introduttiva all'uso di oscilloscopio e generatore (20 ottobre) e l'esercitazione sull'utilizzo delle schede DAQ per acquisire (24 novembre). Fate riferimento alle guide precedenti per eventuali dubbi. Ricordate soprattutto che nei generatori Keysight va modificata l'unità con cui viene gestita la generazione del segnale (unit --> selezionare freq anzichè sample/s) e poi la frequenza va regolata premendo parameters e impostando la frequenza voluta sul tastierino.
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In questa sezione troverete tutte le informazioni utili per lo svolgimento dell'homework relativo alla preparazione di una presentazione powerpoint di analisi di un sistema di acquisizione e dei relativi dati in un reale contesto biomedicale, sfruttando come fonte il database physionet.
Maggiori dettagli vi verranno dati prossimamente, intanto chiedo di iniziare a segnalare nel foglio excel che trovate al link sottostante i nominativi dei componenti di ciascun gruppo (da 3 o 4 persone) e se già avete una preferenza su un tipo di segnale/dato.
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Per capire come meglio organizzare i due turni di presentazioni dei progetti vi chiedo come preannunciato in aula di rispondere al sondaggio esprimendo la vostra preferenza.
Grazie per la collaborazione.
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Vi riporto di seguito le date dei 4 appelli previsti:
SESSIONE INVERNALE: appello 1: 25 gennaio, appello 2: 16 febbraio
SESSIONE ESTIVA: 10 luglio
SESSIONE AUTUNNALE: 31 agosto
Essendo gli esami orali, tali date sono molto indicative in quanto potrebbe non essere sufficiente una giornata per svolgere tutti gli esami. Nel caso in cui dovesse verificarsi la necessità di distribuire gli esami su più giornate provvederò a creare più liste alle quali potrete iscrivervi.