Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA
Set-Cookie: language=en; path=/; domain=.polito.it;

Biomedical instrumentation

01NZPMA

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Biomedical Engineering - Torino

Borrow

05IMBMV

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 59
Esercitazioni in aula 21
Tutoraggio 21
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Gazzoni Marco - Corso 2 Professore Associato ING-INF/06 59 0 0 0 6
Knaflitz Marco - Corso 1 Professore Ordinario ING-INF/06 59 0 0 0 9
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/06 8 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2020/21
L'insegnamento ha come obiettivo fornire le conoscenze base relative al panorama normativo europeo, ai principali aspetti di sicurezza elettrica in ambito ospedaliero, alle metodiche ed ai problemi tipici del prelievo di biopotenziali ed ai principi di funzionamento e di corretta gestione dei principali tipi di apparecchi elettromedicali di tipo diagnostico e terapeutico.
This course aims at presenting the basic knowledge relative to: a) the european regulations that apply to medical devices; b) the main issues of electrical safety within hospitals; c) methodologies and problems relative to the detection of biopotentials, and d) the working principles and management methods of the most important and common pieces of medical electrical equipment.
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di valutare il livello di rischio al quale pazienti ed operatori sono esposti a causa dell’uso di strumentazione biomedica ed individuare le misure di prevenzione e protezione in grado di contenerlo; inoltre, per tutte le tipologie di apparecchi elettromedicali considerate, lo studente dovrà conoscere i principi di funzionamento, il grado di evoluzione tecnologica, i rischi specifici associati all’apparecchio considerato e le misure di prevenzione e protezione in grado di contenerli. Lo studente dovrà inoltre essere in grado di affrontare una prima fase di progettazione a blocchi della strumentazione trattata tenendo conto degli aspetti funzionali e di sicurezza applicabili. Infine, lo studente conoscerà il panorama normativo europeo e le norme generali, collaterali e particolari relative alla strumentazione trattata.
At the end of the course, students will be able to evaluate the risk taken by patients and operators when using electrical medical equipment and to identify the protection and prevention measures that allow for risk reduction. Moreover, for each specific typology of medical electrical equipment considered, students will know the working principles, the degree of technological evolution, associated risks, and appropriate prevention and protection measures. Students will be able to face the design of the instruments presented within the course at a block-diagram level, considering functional and safety issues. Finally, students will know the basics of the European regulations on medical devices as well as general, collateral, and particular requirements of the instruments presented.
Lo studente deve avere una buona conoscenza degli argomenti trattati nei corsi di fisica, elettrotecnica, elettronica e fisiologia con elementi di anatomia umana.
Students must be familiar with the arguments presented in the courses of physics, electric circuits, electronics, and physiology with elements of human anatomy.
- Il panorama normativo europeo: direttiva dispositivi medici 93/42, 47/2007, IEC601-1 (cenni), collaterali e particolari. - Sicurezza elettrica in ambito ospedaliero: suddivisione degli apparecchi elettromedicali in classi e tipi (I, II, III, B, BF, CF); macroshock per contatto diretto ed indiretto, interruttore magnetotermico, interruttore differenziale, impianto di messa a terra; microshock, nodo equipotenziale, uso di strumentazione di tipo CF. - Prelievo di biopotenziali: caratteristiche del front-end, interferenza di rete (CMRR finito, asimmetria elettrodi, accoppiamenti capacitivi), scelta dei valori desiderati di resistenza di ingresso e CMRR. Una generica catena di amplificazione per biopotenziali. - Il segnale elettrocardiografico: cenni di elettrofisiologia cardiaca, il ciclo elettrocardiografico e sua suddivisione, derivazioni agli arti, aumentate e toraciche. Gli artefatti tipici dell’elettrocardiografia. Esempio di catena di amplificazione ECG. Elettrocardiografia dinamica (Holter): problematiche tecnologiche ed utilità clinica. - Il segnale elettroencefalografico: generazione del segnale e sue caratteristiche, suddivisione in bande. Utilità clinica del segnale EEG. sistemi di elettrodi (il sistema 10-20), sistemi di elettrodi per EEG ad alta risoluzione. Gli artefatti tipici dell’elettroencefalografia: esempi di tracciati corrotti dai diversi tipi di artefatti. Catena di amplificazione del segnale EEG. Cenni all’interpretazione del segnale EEG. Analisi nel dominio delle frequenze. Cenni alla soluzione del problema inverso per la localizzazione delle sorgenti. - Potenziali evocati somatosensoriali, visivi ed uditivi: metodi di eccitazione e prelievo, cenni alla tecnica dell’averaging. - Lampade scialitiche: le diverse tipologie di lampade scialitiche, costituzione, rischi associati all’uso delle lampade scialitiche. La norma particolare specifica. Manutenzione e verifiche preventive. - Apparecchi per elettrochirurgia: principi di funzionamento, evoluzione dello stadio di uscita e rischi legati all’uso dello strumento, monitor paziente e monitor di elettrodo. Un moderno elettrobisturi: analisi delle prestazioni. Elettrobisturi utilizzati in chirurgia mini-invasiva:problematiche e soluzioni. La norma particolare specifica e le linee guida. Manutenzione e verifiche periodiche. - Defibrillatore – cardioversore: principi di funzionamento, dimensionamento del circuito di scarica, monitoraggio dell’energia ceduta. La norma particolare specifica e le linee guida. Manutenzione e verifiche periodiche. - Pompe di infusione: principi di funzionamento, le diverse tipologie di pompa di infusione. La norma particolare specifica. Manutenzione e verifiche periodiche. - Preparatori per emodialisi: principi di funzionamento e problematiche specifiche. I principali rischi per operatori e pazienti. Costituzione di un preparatore “tipo”. La norma particolare specifica. Sistemi di allarme e sicurezza. Manutenzione e verifiche periodiche.
- European regulations on medical devices: Medical Device Directive 93/42, 47/2007, general requirements for medical electrical equipment (IEC 601 -1), collateral and particular requirements. - Electrical safety in healthcare facilities: classes and types of medical electrical equipment (I, II, III, B, BF, CF); direct and indirect macroshock, thermal-magnetic circuit breaker, differential circuit breaker, protective earth plant; microshock, equipotential node, CF electrical equipment. - Biopotential detection: front-end characteristics, line interference (finite CMRR, electrode unbalance, capacitive couplings), desired values of input impedance and CMRR. Typical biopotential amplifier chain. - Electrocardiographic signal: short outline of cardiac electrophysiology, ECG cycle and its components, limb leads, augmented leads, thoracic leads. Typical artifacts. ECG amplifier chain. Dynamic ECG (Holter): technical issues and clinical utility. - Electroencephalographic signal: signal generation and characteristics, subdivision in frequency bands. Clinical relevance of EEG signal. Different montages: the 10-20 system, montages for high resolution EEG. Typical artifacts in electroencephalography: examples of signals affected by different artifacts. EEG amplifier chain. Short outline of signal interpretation. Frequency domain analysis. - Somatosensory, auditory, and visual evoked potentials: eliciting and detection methods. Averaging technique. - Surgical lamps: different typologies of surgical lamps, different structures, associated risks. Particular requirements. Maintenance and preventive tests. - Electrosurgery units: working principles, evolution of the output stage and risks associated to the use of ESUs, patient monitor and electrode monitor. Analysis of the features of a modern electro-surgical unit. ESUs in minimally invasive surgery: specific problems and solutions. Particular requirements and specific guidelines. Maintenance and preventive tests. - Cardioverter – defibrillator: working principles, design of the discharge circuit, monitoring of the energy delivered. Particular requirements and specific guidelines. Maintenance and preventive tests. - Infusion pumps: working principles, different typologies of infusion pumps. Particular requirements. Maintenance and preventive tests. - Systems for hemodialysis: working principles and specific issues. Main risks for patients and operators. Block diagram of a typical unit. Alarm and safety systems. Particular requirements. Maintenance and preventive tests.
L'insegnamento è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni di calcolo in aula. Le lezioni frontali costituiscono circa i due terzi del corso le esercitazioni il terzo rimanente.
The course consists of frontal lectures and exercise sessions. Lectures are approximately two thirds of the course and exercise sessions approximately one third.
I docenti metteranno a disposizione degli studenti il materiale presentato a lezione e durante le esercitazioni in aula ed eventuale altro materiale per approfondimenti. Parte del programma è contenuto nella dispensa: Bioingegneria elettronica e sicurezza, Prof. Marco Knaflitz, edita da Levrotto & Bella.
Handouts and other resources will be available. Part of the teaching program may be found in Bioingegneria elettronica e sicurezza, Prof. Marco Knaflitz, edita da Levrotto & Bella.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La prova d'esame intende verificare l’apprendimento da parte dello studente delle nozioni teoriche presentate durante il corso, la capacità di elaborarle in modo critico e la capacità degli studenti di svolgere esercizi di calcolo. Gli esercizi proposti durante l’esame sono simili a quelli trattati durante le esercitazioni, con possibili varianti tese a verificare la capacità dello studente di adattare quanto appreso alla soluzione di problemi differenti da quelli visti in aula. L'esame comprende una prima parte consistente in quindici domande a risposta guidata ed una seconda parte consistente in cinque domande a risposta numerica aperta. Le due parti si terranno nella stessa giornata. La prima parte ha la durata di 15 minuti. Per ogni domanda sono presentate cinque possibili risposte delle quali una sola è corretta. Lo studente potrà selezionare la risposta che ritiene corretta o astenersi dal rispondere. Alla prima parte sono attribuiti 15 punti, ottenuti come segue: ogni risposta corretta incrementa il totale di 1 punto, ogni risposta errata comporta la sottrazione di 0,25 punti ed ogni risposta non data non è considerata. La votazione minima che lo studente deve ottenere è pari a 6,25 punti; lo studente che non raggiunge la soglia è riprovato. La seconda parte dell’esame ha la durata di 45 minuti. Le cinque domande consisteranno ognuna 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. Ogni risposta corretta varrà 3,6 punti ed ogni risposta errata o non data non sarà considerata (non c’è penalizzazione). Il punteggio massimo ottenibile è quindi pari a 18. La votazione finale sarà ottenuta sommando i punteggi riportati nella prima e seconda parte (sino a 15 punti per le domande a risposta guidata e sino a 18 punti per le domande a risposta numerica aperta). Il punteggio finale massimo ottenibile è quindi pari a 33: superando il punteggio di 30,5 allo studente sarà assegnata la lode. Nel corso della prova (entrambe le parti) non è consentita la consultazione di appunti, testi a stampa o qualunque altro materiale. È possibile usare unicamente la calcolatrice messa a disposizione dal sistema di proctoring. Nel caso in cui l’insegnamento sia parte di un insegnamento integrato, il voto finale è ottenuto mediando i voti non approssimati dei due moduli ed il risultato della media è approssimato all’intero più vicino. Se il voto così determinato è maggiore di 30,5 allo studente viene assegnata la lode.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam aims at verifying the student's learning of the theoretical notions presented during the course, the student’s ability to critically elaborate them and to perform calculation exercises. The exercises proposed during the exam are like those treated during the practical classes, with possible variations aimed at verifying the student’s ability to adapt the acquired knowledge to different problems. The exam includes a first part consisting of 15 multiple-choice questions and a second part consisting of five questions with open numerical answer. The two parts will be held on the same day. The first part lasts 15 minutes. For each question five possible answers are presented; only one among these is correct. The student can select the answer he deems correct or refrain from answering. The maximum score attributed to the first part is 15. This score is obtained as follows: each correct answer increases the score by 1 point, each wrong answer involves the subtraction of 0.25 points, and each unanswered question does not modify the score. The minimum mark that the student must obtain is 6.25 points; the student who does not reach this threshold fails the exam. The second part of the exam lasts 45 minutes. Each question will consist of a problem that must be solved and for which the answer must be provided in numerical form. The text of the exercise will specify the maximum tolerable error (absolute or relative, as appropriate) and, if the result is not a pure number, the measurement unit to use. Each correct answer increases the score by 3.6 points. Wrong or missed answer will not be considered (no penalty for wrong or missed answers). The maximum score that can be obtained is therefore 18. The final mark will be calculated by summing the scores obtained in the first and second part (up to 15 points for the multiple-choice questions and up to 18 points for the open-answer questions). The maximum final score obtainable is therefore equal to 33. If a student exceeds the score of 30.5 the exam is passed with Laude. During the test (both parts) it is not allowed to consult notes, printed texts, or any other material. The student can only use the calculator made available by the proctoring system. Should this course be a part (module) of an integrated course, the overall score of the integrated course will be obtained as the average of the raw scores (without any approximation) obtained in each module. The average will then be approximated to the nearest integer. If a student exceeds the score of 30.5 the exam is passed with Laude.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La prova d'esame intende verificare l’apprendimento da parte dello studente delle nozioni teoriche presentate durante il corso, la capacità di elaborarle in modo critico e la capacità degli studenti di svolgere esercizi di calcolo. Gli esercizi proposti durante l’esame sono simili a quelli trattati durante le esercitazioni, con possibili varianti tese a verificare la capacità dello studente di adattare quanto appreso alla soluzione di problemi differenti da quelli visti in aula. L'esame comprende una prima parte consistente in quindici domande a risposta guidata ed una seconda parte consistente in cinque domande a risposta numerica aperta. Le due parti si terranno nella stessa giornata. La prima parte ha la durata di 15 minuti. Per ogni domanda sono presentate cinque possibili risposte delle quali una sola è corretta. Lo studente potrà selezionare la risposta che ritiene corretta o astenersi dal rispondere. Alla prima parte sono attribuiti 15 punti, ottenuti come segue: ogni risposta corretta incrementa il totale di 1 punto, ogni risposta errata comporta la sottrazione di 0,25 punti ed ogni risposta non data non è considerata. La votazione minima che lo studente deve ottenere è pari a 6,25 punti; lo studente che non raggiunge la soglia è riprovato. La seconda parte dell’esame ha la durata di 45 minuti. Le cinque domande consisteranno ognuna 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. Ogni risposta corretta varrà 3,6 punti ed ogni risposta errata o non data non sarà considerata (non c’è penalizzazione). Il punteggio massimo ottenibile è quindi pari a 18. La votazione finale sarà ottenuta sommando i punteggi riportati nella prima e seconda parte (sino a 15 punti per le domande a risposta guidata e sino a 18 punti per le domande a risposta numerica aperta). Il punteggio finale massimo ottenibile è quindi pari a 33: superando il punteggio di 30,5 allo studente sarà assegnata la lode. Nel corso della prova (entrambe le parti) non è consentita la consultazione di appunti, testi a stampa o qualunque altro materiale. È possibile usare unicamente la calcolatrice messa a disposizione dal sistema di proctoring. Nel caso in cui l’insegnamento sia parte di un insegnamento integrato, il voto finale è ottenuto mediando i voti non approssimati dei due moduli ed il risultato della media è approssimato all’intero più vicino. Se il voto così determinato è maggiore di 30,5 allo studente viene assegnata la lode.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam aims at verifying the student's learning of the theoretical notions presented during the course, the student’s ability to critically elaborate them and to perform calculation exercises. The exercises proposed during the exam are like those treated during the practical classes, with possible variations aimed at verifying the student’s ability to adapt the acquired knowledge to different problems. The exam includes a first part consisting of 15 multiple-choice questions and a second part consisting of five questions with open numerical answer. The two parts will be held on the same day. The first part lasts 15 minutes. For each question five possible answers are presented; only one among these is correct. The student can select the answer he deems correct or refrain from answering. The maximum score attributed to the first part is 15. This score is obtained as follows: each correct answer increases the score by 1 point, each wrong answer involves the subtraction of 0.25 points, and each unanswered question does not modify the score. The minimum mark that the student must obtain is 6.25 points; the student who does not reach this threshold fails the exam. The second part of the exam lasts 45 minutes. Each question will consist of a problem that must be solved and for which the answer must be provided in numerical form. The text of the exercise will specify the maximum tolerable error (absolute or relative, as appropriate) and, if the result is not a pure number, the measurement unit to use. Each correct answer increases the score by 3.6 points. Wrong or missed answer will not be considered (no penalty for wrong or missed answers). The maximum score that can be obtained is therefore 18. The final mark will be calculated by summing the scores obtained in the first and second part (up to 15 points for the multiple-choice questions and up to 18 points for the open-answer questions). The maximum final score obtainable is therefore equal to 33. If a student exceeds the score of 30.5 the exam is passed with Laude. During the test (both parts) it is not allowed to consult notes, printed texts, or any other material. The student can only use the calculator made available by the proctoring system. Should this course be a part (module) of an integrated course, the overall score of the integrated course will be obtained as the average of the raw scores (without any approximation) obtained in each module. The average will then be approximated to the nearest integer. If a student exceeds the score of 30.5 the exam is passed with Laude.


© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
m@il