Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

Al termine dell'insegnamento gli studenti conosceranno: - I sistemi di acquisizione a segnali misti e le tecniche di base per il loro dimensionamento - le porte logiche elementari e la sintesi empirica di circuiti combinatori e digitali - le diverse tecnologie elettroniche con i relativi settori di impiego - la struttura di un tipico microcontrollore - le principali istruzioni assembler della famiglia di microcontrollori considerata Al termine dell’insegnamento gli studenti avranno le seguenti abilità: - analizzare e progettare alcuni semplici circuiti digitali basati su porte logiche elementari - realizzare semplici circuiti contenenti un microcontrollore e scrivere il software in linguaggio assembler necessario a far funzionare il microcontrollore stesso. - date le specifiche funzionali, di ricavare schema a blocchi, schema elettrico, flow chart del software e codice in linguaggio assembler

Progettazione di software medicali

The student will learn process modelling, requirements analysis, software testing and documentation, European directive and standard, software management procedures. Laboratory work includes: a) Requirements elicitation by means of process modeling b) Interfaces design with particular attentions to ergonomics and risks c) Software testing procedures

Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

È importante avere familiarità con gli argomenti trattati nei corsi di Elettronica ed Elettrotecnica della laurea triennale. È utile aver seguito con profitto il corso di Strumentazione Biomedica e Sicurezza e quello di Dispositivi Impiantabili Attivi della laurea triennale.

Progettazione di software medicali

Basics of informatics

Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

Lezioni frontali - Dimensionamento di un sistema di acquisizione - Conversione analogico-digitale e digitale-analogico. Definizioni di base, concetti di campionamento e quantizzazione, rumore di quantizzazione ed errori di conversione lineari e non lineari. Descrizione del funzionamento di ADC di tipo SAR e DAC di tipo R-2R. - Cenni sul quadro legislativo e normativo riguardante i dispositivi biomedici programmabili con particolare riferimento ai sistemi elettromedicali programmabili (SEMP) - Transistore bipolare: modelli di saturazione ed interdizione - Famiglie logiche TTL e CMOS: caratteristiche ed interconnessione - Modelli di ingresso ed uscita di porte logiche. Margine di rumore. - Interfacciamento di famiglie logiche diverse - Porte logiche elementari e relative tavole di verità - Parametri statici e dinamici - Porte three state ed open collector - Dimensionamento condensatori di by-pass - Circuiti sequenziali: FF, registri, contatori - Tecnologie elettroniche - Descrizione di un microcontrollore - Microprogrammazione Laboratori - Uso della strumentazione di laboratorio - Dimensionamento, assemblaggio e caratterizzazione di un trigger di Schmitt non invertente - Misura di parametri statici e dinamici su porte logiche CMOS e TTL - Uso dell’ambiente di sviluppo e progetto, scrittura e debugging di semplici programmi di prova - Lavoro a gruppi sui progetti assegnati

Progettazione di software medicali

01. Introduction 02. Process modeling and requirements elicitations 03. Requirements analysis, UML standard (Use Case Diagram, Use Case Details, Objects, Activity Diagrams), biomedical data coding systems 04. Introduction to databases, testing and validation, European directive and standard 05. Principal applications LAB #1: Requirements elicitation by means of process modeling LAB #2: Requirements analysis and interfaces design LAB #3: Planning software testing

Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

Progettazione di software medicali

Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

L’insegnamento è suddiviso in trentanove ore di lezioni frontali e ventuno ore di esercitazione di laboratorio. Durante le lezioni frontali verranno presentati i vari argomenti di tipo teorico e verranno proposti semplici esercizi di calcolo per verificare l'apprendimento delle nozioni teoriche. Durante le ore di laboratorio gli studenti familiarizzeranno con la strumentazione presente in laboratorio, acquisiranno la metodologia di base relativa al lavoro in un laboratorio elettronico e lavoreranno su progetti specifici, di cui si richiede la stesura di una relazione di progetto e la consegna della documentazione prodotta. La frequenza dei laboratori è obbligatoria.

Progettazione di software medicali

The course consists of 39 hours in class and 21 hours of work in laboratory

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Dispense fornite dal docente e manuali del microcontrollore utilizzato.

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Slides

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Lecture slides; Lecture notes; Multimedia materials;

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Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

Exam: Group essay; Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;

Progettazione di software medicali

Exam: Group project; Computer-based written test in class using POLITO platform;

Progettazione di dispositivi biomedici programmabili

Anzitutto si sottolinea che le regole sotto riportate valgono anche per gli studenti che hanno frequentato negli anni passati il medesimo insegnamento e che sono ancora in debito d’esame. In tal caso, ogni studente ha il compito di verificare la corrispondenza degli argomenti trattati e studiare eventuali nuovi argomenti trattati nell’anno accademico di riferimento. Per sostenere l’esame sarà necessario prenotarsi sul portale entro la data stabilita e verificare per tempo l’avvenuta prenotazione. Non saranno considerati validi messaggi inviati al docente o qualunque altra forma di prenotazione. L’esame di Progettazione di Dispositivi Biomedici Programmabili è costituito da una prova scritta suddivisa in due parti, dalla valutazione di un progetto assegnato e dalla sua verifica di funzionamento. Gli studenti svolgeranno la prova scritta in aula attraverso la piattaforma Esami, accedendo con PC personale sul quale dovrà essere stato installato e aggiornato l’applicativo Respondus. Per la partecipazione all'esame lo studente deve essere dotato di mezzi adeguati in funzione della modalità di esame proposta dal docente (nello specifico, Personal computer dotato di webcam di buona qualità, browser (consigliato Chrome), connessione di rete adeguata allo svolgimento di una videoconferenza, preferibilmente Eduroam). L'orario di inizio della prova d'esame è quello comunicato dal docente e pubblicato sul portale. Lo studente è tenuto a prepararsi per rispettare l'orario di inizio della prova verificando per tempo la funzionalità dei dispositivi e degli applicativi necessari. Per lo svolgimento degli esami sono necessari: PC dotato di webcam, sistema operativo Windows 10 o Windows 11 (consigliato per supportare Respondus) - Windows 10 è sconsigliato perché non più supportato da Microsoft - oppure PC dotato di webcam, microfono e sistema operativo mac OS 10.15 - 10.12, OS X 10.11, OS X 10.10. Per supporto su Respondus si segnala il link: https://support.respondus.com/hc/en-us/articles/4409607170459-What-are-the-computer-requirements-for-installations-of-Respondus-LockDown-Browser Nel caso eccezionale in cui gli studenti non siano forniti della dotazione richiesta, potranno segnalarlo in anticipo ai docenti che verificheranno la possibilità di reperire uno o due PC da dare in prestito per l’esame. Questa possibilità non è però garantita. La partecipazione all'esame implica l'accettazione delle modalità di esame, inclusa l’eventuale registrazione video e audio della sessione d'esame. Si ricorda che gli studenti sono tenuti a rispettare il Codice Etico dell'Ateneo (https://didattica.polito.it/regolamenti/pdf/Codice_Etico_2011.pdf). Modalità specifiche dell’esame di Progettazione di Dispositivi Biomedici Programmabili La prova d'esame intende verificare la capacità degli studenti di svolgere esercizi di analisi, progettazione, calcolo e scrittura codice simili a quelli trattati durante le lezioni ed i laboratori. Gli esercizi potranno contenere varianti tese a verificare la capacità degli studenti di adattare quanto appreso alla soluzione di problemi differenti da quelli espressamente trattati a lezione e durante i laboratori. Non sarà consentito consultare note, appunti o testi a stampa. La prova d’esame scritta è suddivisa in due parti: • la prima parte consta di 15 domande a risposta guidata; • la seconda parte consta di tre domande a risposta aperta di due principali tipologie: a) numerica (soluzione di brevi problemi di progetto o di analisi con possibilità di dare la risposta unicamente sotto forma di un valore numerico) oppure b) componimento (ad esempio, scrittura codice, domanda di tipo teorico, risoluzione completa di un problema di calcolo con disegno di schemi elettrici e di grafici, …). Almeno una delle tre domande consisterà nella scrittura di codice relativo al microcontrollore trattato nel corso. Il tempo a disposizione per svolgere la prima parte è di 15 minuti, per la seconda è di 60 minuti. Prima parte: domande a risposta guidata Durante la prima parte dell'esame gli studenti non potranno consultare materiale, appunti, testi, di alcun tipo e potranno usare unicamente la calcolatrice messa a disposizione dal sistema telematico. Per ogni domanda sono presentate tre possibili risposte delle quali una sola corretta. Lo studente potrà selezionare la risposta che ritiene corretta o astenersi dal rispondere. In particolare, ogni risposta corretta vale un punto (+ 1), ogni risposta errata comporta la sottrazione di 0,33 punti (- 0,33) ed ogni risposta non data non viene considerata (0). Il punteggio massimo ottenibile è pari a 15 e viene normalizzato a 9, moltiplicando il punteggio ottenuto per 9/15. La votazione minima che lo studente deve ottenere per avere valutata la seconda parte dell’esame è pari a 5,0 punti su 9. Se lo studente non raggiunge almeno la soglia indicata nelle domande a risposta guidata (5,0 punti) è riprovato. Si ricorda che, utilizzando il sistema di proctoring Respondus, per correggere una risposta che si intende modificare è sufficiente “cliccare” sulla risposta che si vuole sostituire a quella data precedentemente e ritenuta errata, mentre per annullare una risposta senza sceglierne un’altra occorre “cliccare” due volte sulla risposta già data e che si intende annullare. Seconda parte: domande a risposta aperta Le tre domande a risposta aperta includeranno (i) uno o due esercizi nei quali lo studente dovrà fornire il solo risultato finale in forma numerica, (ii) uno o due esercizi nel quale lo studente dovrà riportare lo svolgimento per intero. Almeno un esercizio sarà del tipo “componimento codice” e l’altro eventuale esercizio potrà essere del tipo “componimento codice” oppure “componimento semplice” come di seguito specificato. Durante la seconda parte sarà possibile consultare i manuali del microcontrollore messi a disposizione dal docente, privi di qualunque tipo di appunto. Vengono innanzitutto richiesti, sottoforma di “domanda” aggiuntiva alcuni dati necessari per poter procedere rapidamente alla determinazione del voto ed alla successiva registrazione. Fornire le informazioni richieste è un obbligo preciso per tutti gli studenti. In particolare, lo studente deve: a) indicare la condizione di laureando o di non laureando cancellando nel modello di risposta l’opzione che non si applica; b) inserire in modo completo l’anno accademico nel corso del quale ha consegnato la relazione di progetto (es.: 2021-2022); c) inserire il numero del gruppo al quale il singolo studente apparteneva. Domande a risposta aperta numerica Le domande a risposta aperta numerica consisteranno in un problema che dovrà essere risolto e del quale dovrà essere fornita la risposta in forma numerica. Sarà specificato nel testo il massimo errore tollerabile (assoluto o percentuale, a seconda dei casi) e, se il risultato non fosse un numero puro, l’unità di misura nella quale esprimerlo. Ad esempio, supponendo che, come risultato, si debba riportare il valore della capacità di un condensatore espressa in nF, con risoluzione di 1 pF ed errore massimo di +/- 10 pF e che 5 nF sia la soluzione corretta, la risposta sarà considerata corretta se il valore inserito rientra nell’intervallo tra 4.990 e 5.010, SENZA INDICARE LE UNITÀ DI MISURA: ad esempio, 0.005 μF (che ovviamente corrisponde alla soluzione corretta) sarebbe considerato errato. Un risultato numericamente corretto, ma espresso in un’unità di misura diversa da quella specificata, sarà considerato errato. Come separatore delle cifre decimali sono accettati dalla piattaforma sia il punto, sia la virgola. Non devono però essere usati entrambi nella stessa cifra, nel senso di separatore delle migliaia (il punto) e delle cifre decimali (la virgola). In pratica, il numero “diecimila virgola cinque”, ad esempio, può essere rappresentato come 10000,5 oppure come 10000.5, ma NON come 10.000,5. Errori dovuti al non rispetto di queste avvertenze saranno considerati a tutti gli effetti errori e non saranno sanati. È necessario prestare molta attenzione a non effettuare alcuna approssimazione o a valutare preventivamente il limite massimo dell’approssimazione accettabile, a svolgere i conti mantenendo un numero adeguato di cifre decimali per garantire l’accuratezza richiesta ed a fornire il risultato espresso nell’unità di misura richiesta ma senza indicarla (è già parte del testo della domanda). L’uso di modelli approssimati è sempre possibile, ma richiede la valutazione preventiva dell’errore introdotto dall’approssimazione e la verifica che questo rientri nell’intervallo consentito. Domande a risposta aperta di tipo componimento Le domande di componimento potranno essere di due macro-tipologie: 1. Componimento codice. Sarà richiesta all’esaminando la scrittura di codice firmware per il microcontrollore studiato. Tutte le domande di questa tipologia dovranno essere corredate dal relativo diagramma di flusso e da eventuale diagramma di stato, pena l’annullamento del punteggio relativo. L’esaminando dovrà inserire il codice in formato testuale direttamente tramite calcolatore mentre l’illustrazione dei diagrammi di flusso o di stato e/o eventuali altre illustrazioni dovranno essere preparati su fogli di carta quadrettata e caricarti come allegati sul sistema (foto leggibile con la webcam del PC, ...). Caricare l'elaborato come richiesto e verificare che sia perfettamente leggibile è condizione necessaria per poterlo avere corretto. In tutte le prove d’esame sarà sempre inserita una domanda tipo “componimento codice” che varrà fino a 6,0 punti in caso di risposta corretta. È necessario ottenere almeno i due terzi del pieno punteggio nelle domande di questa categoria (cioè, ottenere almeno 4 punti su 6) per non essere riprovati. Questa condizione inderogabile è dettata dall’importanza del verificare il fatto che l’esaminando abbia sviluppato questo tipo di abilità, ritenuto essenziale ai fini del superamento dell’esame. 2. Componimento semplice. Potrebbe essere richiesta all’esaminando la descrizione testuale di una procedura, il disegno di un diagramma di flusso, l’illustrazione di parte dell’architettura del microcontrollore, la progettazione di soluzioni hardware, la scrittura di brevi porzioni di codice ed ogni altro argomento che si presti ad una spiegazione testuale. In questo caso l'esaminando preparerà l'elaborato su fogli di carta quadrettata e provvederà a caricarli come allegati sul sistema (foto leggibile con la webcam del PC, ...). Caricare l'elaborato come richiesto e verificare che sia perfettamente leggibile è condizione necessaria per poterlo avere corretto. Ogni risposta corretta varrà fino a 6,0 punti ed ogni risposta errata o non data non sarà considerata (non c’è penalizzazione). Qualora negli esercizi di componimento lo studente dovesse commettere uno o più gravi errori di elettrotecnica, di elettronica o di informatica o le formule riportate non dovessero essere consistenti con gli schemi elettrici disegnati o non fossero presenti gli schemi elettrici di riferimento, il diagramma di flusso o il diagramma di stato (se richiesti o necessari) l’intera domanda verrà considerata nulla. Il punteggio massimo ottenibile nella seconda parte è quindi pari a 18 punti. Votazione finale Alla prima parte, che ha la durata di 15 minuti, sono attribuiti 9 punti che derivano dal moltiplicare per 9/15 il punteggio ottenuto come segue: ogni risposta corretta incrementa il totale di 1 punto, ogni risposta errata comporta la sottrazione di 0,33 punti ed ogni risposta non data non è considerata. Alla seconda parte, che dura 60 minuti, sono attribuiti 18 punti: le domande a risposta aperta valgono sei punti cadauna ma è necessario raggiungere una valutazione di almeno 4/6 sulla domanda di tipo “componimento codice”. Posto di aver raggiunto o superato la soglia indicata per la prima parte (5/9) e sulle domande relative alla scrittura di codice (4/6), la votazione finale sarà ottenuta sommando: 1. Il punteggio ottenuto nella prima e seconda parte (sino a 9 punti per le domande a risposta guidata e sino a 18 punti per le domande a risposta numerica aperta o di componimento); 2. Il punteggio ottenuto dalla valutazione della relazione di progetto (sino a 4 punti). I codici prodotti, così come ogni altra documentazione (schemi elettrici, diagrammi di flusso ecc.) verranno confrontati con quelli generati da strumenti di AI generativa (es. ChatGPT, Copilot, …) oltre che con le relazioni consegnate in anni accademici passati. È severamente vietato l’utilizzo di strumenti basati sull’IA e di porzioni di relazioni consegnate da altri gruppi in passato. Tali condotte illecite costituiranno ragione di annullamento del punteggio relativo all’attività di laboratorio e riprovazione immediata per l’intero gruppo di progetto; 3. Due punti ottenuti in sede di verifica funzionale dei prototipi relativi al progetto assegnato. Tale verifica avverrà al momento della consegna del prototipo implementante il progetto assegnato. Il punteggio finale massimo ottenibile è quindi pari a 33. Per gli studenti che frequentano l’insegnamento integrato PDBP/ Progettazione di software medicali (01VSRXC) il voto finale sarà determinato come media dei voti NON APPROSSIMATI riportati in ognuno dei due moduli. Il risultato della media sarà poi approssimato all’intero più vicino. Superando il punteggio di 30,5 allo studente sarà assegnata la lode. Per gli studenti che hanno frequentato l’insegnamento integrato PDBP/Sensori e Misure per la Bioingegneria (01RAGMV) il voto finale sarà determinato come media dei voti NON APPROSSIMATI riportati in ognuno dei due moduli. Il risultato della media sarà poi approssimato all’intero più vicino. Superando il punteggio di 30,5 allo studente sarà assegnata la lode. Eventuale ritiro dello studente Lo studente che intende ritirarsi deve indicarlo, come richiesto, nella prima “domanda” di richiesta dati della seconda parte dell’esame. Questa possibilità viene resa possibile solo durante lo svolgimento dell’esame e solo prima della chiusura del singolo elaborato e può essere sfruttata un numero illimitato di volte. Non sono ammessi altri metodi per comunicare al docente la volontà di ritirarsi dalla valutazione dell’elaborato durante l’esame ed è impossibile richiedere il ritiro dalla valutazione di un elaborato dopo la sua chiusura. Non saranno considerate altre forme di richiesta di ritiro, quali, ad esempio, messaggi di posta elettronica. Qualora lo studente non si ritiri sarà sottoposto alla valutazione dell’elaborato. Eventuale “rifiuto del voto” da parte dello studente Lo studente che intende “rifiutare” il voto ottenuto, qualunque sia la modalità d’esame, deve indicarlo secondo le regole di Ateneo. Non saranno considerate altre forme di richiesta di “rifiuto”, del voto quali, ad esempio, messaggi di posta elettronica ai docenti. Altre indicazioni che lo studente deve fornire Lo studente che intende presentare domanda di laurea nella prossima sessione deve indicarlo, come richiesto, nella prima domanda di richiesta dati della seconda parte dell’esame. L’indicazione serve unicamente a consentire una correzione prioritaria degli elaborati dei laureandi in caso di tempi ristretti e non dà diritto ad alcun tipo di agevolazione.

Progettazione di software medicali

The exam consists of a written test divided into two separated parts and an oral presentation of the laboratory work. The first is performed singularly; the second involves the whole group. The grade is obtained summing: a) Written test part A (20 minutes): one question on theory, max 8 points; it is not possible to consult any material (textbooks, handouts, ...). b) Written test part B (50 minutes): four exercises, max 20 points; consulting material like textbooks, handouts, ... is allowed. The written exam is failed if the students does not obtain at least 5 points on part (a) and 10 points on part (b). c) Oral presentation of the laboratory work: max 3 points The written test evaluates the knowledge acquired by the student on the different topics and his ability to apply the methods. The oral presentation evaluates the ability to present the work done.