Fondamenti di Bioingegneria Elettronica - Progettoatena.It
Fondamenti di Bioingegneria Elettronica - Progettoatena.It
Fondamenti di Bioingegneria Elettronica - Progettoatena.It
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
<strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Docenti:<br />
Proff. Giancarlo Ferrigno/Guido Baroni<br />
Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> - Politecnico <strong>di</strong> Milano<br />
Tel. 02-2399-3371/3346 (Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong>)<br />
02-40308-283/349 (Centro <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong>)<br />
E-mail<br />
ferrigno/baroni@biomed.polimi.it<br />
File 1 1
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
<strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Docenti:<br />
Proff. Gabriella Signorini/Giuseppe Baselli<br />
Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> - Politecnico <strong>di</strong> Milano<br />
Tel. 02-2399-3328/3368 (Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong>)<br />
E-mail<br />
signorini/baselli@biomed.polimi.it<br />
File 1 2
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
<strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Esercitatori (I parte):<br />
Dott. Giuseppe Andreoni/Raffaele Dellacà<br />
Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> - Politecnico <strong>di</strong> Milano<br />
Tel. 02-2399-3352 (Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong>)<br />
02-40308-305/446 (Centro <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong>)<br />
E-mail<br />
andreoni/dellaca@biomed.polimi.it<br />
File 1 3
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
<strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Esercitatori (I parte):<br />
Ingg. Pietro Cerveri/Christian Forlani<br />
Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> - Politecnico <strong>di</strong> Milano<br />
Tel. 02-2399-3352 (Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong>)<br />
E-mail<br />
cerveri/forlani@biomed.polimi.it<br />
File 1 4
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
<strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Orario delle lezioni:<br />
LUNEDI’ 12.15-14.15 Aula EG.3/EG.4<br />
MARTEDI’<br />
MERCOLEDI’<br />
10.15-12.15 Aula N.11/B.66<br />
8.15-10.15 Aula D.03/B.66<br />
Orario delle esercitazioni:<br />
MERCOLEDI’ 14.15-17.15 Aula D.11/B.66 A-E/L-O<br />
15.15-18.15 Aula D.22/T.03 F-K/P-Z<br />
Ricevimento:<br />
MERCOLEDI’ 10.30-12.30<br />
Dipartimento <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong><br />
(via Golgi 39, IV piano)<br />
File 1 5
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
• I parte:<br />
Obiettivi del corso<br />
- descrivere tecnologie e problematiche relative alla misura <strong>di</strong><br />
grandezze <strong>di</strong> origine biologica, con lo scopo <strong>di</strong> acquisire<br />
competenze generali per essere buoni progettisti,<br />
selezionatori ed utilizzatori <strong>di</strong> <strong>di</strong>spositivi per misure biome<strong>di</strong>che<br />
- acquisire nozioni sui parametri che caratterizzano il<br />
funzionamento statico e <strong>di</strong>namico dei <strong>di</strong>spositivi <strong>di</strong> misura in<br />
campo biome<strong>di</strong>co con particolare attenzione all’elemento <strong>di</strong><br />
trasduzione del segnale<br />
- conoscere alcune tecniche <strong>di</strong> trattamento del segnale<br />
(amplificazione, retroazione, filtraggio) per il miglioramento<br />
del rapporto segnale rumore<br />
- conoscere la tecnologia <strong>di</strong> alcune classi <strong>di</strong> trasduttori con<br />
esempi <strong>di</strong> applicazione nell’ambito <strong>di</strong> alcune strumentazioni<br />
cliniche <strong>di</strong> largo impiego<br />
File 1 6
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Introduzione<br />
Programma del corso (prima parte)<br />
1. Sorgenti biologiche <strong>di</strong> segnali<br />
1.1 Caratteristiche generali dei segnali <strong>di</strong> interesse biome<strong>di</strong>co<br />
1.2 Grandezza trasdotta, ampiezza, banda, rapporto segnale-rumore<br />
2. Strumentazione per impieghi biome<strong>di</strong>ci<br />
2.1 Definizioni e principali caratteristiche<br />
2.2 Sicurezza<br />
2.2 Classificazione<br />
3. Misure biome<strong>di</strong>che<br />
3.1 Problematiche <strong>di</strong> interfaccia artificiale-biologico<br />
3.2 Catena <strong>di</strong> misura<br />
3.3 Misure e caratteristiche statiche e <strong>di</strong>namiche<br />
3.4 Taratura degli strumenti<br />
File 1 7
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Programma del corso (prima parte)<br />
4. Con<strong>di</strong>zionamento dei segnali<br />
4.1 Conversione analogico - <strong>di</strong>gitale<br />
4.2 Interferenze e altre sorgenti <strong>di</strong> rumore<br />
4.3 Incremento del rapporto segnale rumore<br />
5. Amplificazione del segnale<br />
5.1 Requisiti generali<br />
5.2 Dispositivi per la riduzione delle interferenze<br />
5.3 Telemetria<br />
6. Sensori e principi <strong>di</strong> trasduzione<br />
6.1 Sensori <strong>di</strong> posizione e <strong>di</strong> forza<br />
6.2 Sensori <strong>di</strong> temperatura<br />
6.3 Misure ottiche<br />
File 1 8
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Programma del corso (prima parte)<br />
7. Elettro<strong>di</strong><br />
7.1 Interfaccia elettrolita-elettrodo<br />
7.2 Polarizzazione<br />
7.3 Elettro<strong>di</strong> interni-esterni<br />
7.4 Elettro<strong>di</strong> per stimolazione<br />
8. Apparecchiature per immagini <strong>di</strong>agnostiche<br />
8.1 Caratteristiche generali dei sistemi per immagini<br />
8.2 Ultrasuoni<br />
8.3 Ra<strong>di</strong>azioni ionizzanti<br />
9. Misure<br />
9.1 Flussimetria<br />
9.2 Pressione<br />
9.3 Pletismografia<br />
File 1 9
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Modalità <strong>di</strong> verifica<br />
• 2 verifiche in itinere per ogni parte del corso<br />
- I verifica dopo circa 3-4 settimane<br />
- II verifica nella prima sospensione (Novembre)<br />
-III verifica dopo circa 3-4 settimane dalla fine della<br />
prima sospensione<br />
- IV verifica imme<strong>di</strong>atamente prima della seconda<br />
sospensione (Febbraio)<br />
• Coloro che riportano una votazione <strong>di</strong> almeno 27/30<br />
come me<strong>di</strong>a delle 4 prove possono accedere a una<br />
valutazione orale integrativa facoltativa.<br />
• Saranno previste prove <strong>di</strong> recupero durante le<br />
sospensioni. Gli studenti interessati dovranno contattare<br />
il docente e iscriversi alle prove.<br />
File 1 10
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Modalità <strong>di</strong> verifica<br />
Le date in<strong>di</strong>cative per le prove in itinere sono:<br />
PI1:nella settimana 15-19 ottobre (argomenti delle prime 16 ore <strong>di</strong> lezione<br />
della prima parte del corso)<br />
PI2:nella settimana <strong>di</strong> sospensione 12-16 novembre (argomenti delle<br />
seconde 16 ore <strong>di</strong> lezione della prima parte del corso)<br />
PI3:nella settimana 17-21 <strong>di</strong>cembre (o alternativamente 7-11 gennaio per<br />
lasciare tempo <strong>di</strong> stu<strong>di</strong>o nelle vacanze natalizie) (argomenti delle<br />
prime 16 ore <strong>di</strong> lezione della seconda parte del corso)<br />
PI4:nella settimana <strong>di</strong> sospensione 28 gennaio-1 febbraio (argomenti delle<br />
seconde 16 ore <strong>di</strong> lezione della seconda parte del corso)<br />
Ogni prova ha la durata <strong>di</strong> 1h40’.<br />
File 1 11
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Modalità <strong>di</strong> verifica<br />
Superamento dell’esame<br />
A questo punto chi non ha al suo attivo almeno una prova in itinere<br />
sufficiente (18/30) deve ripetere il corso l’anno successivo. Chi ha<br />
totalizzato quattro prove sufficienti accede all’esame finale che si tiene<br />
nella seconda settimana della seconda sospensione (4-8 febbraio).<br />
Coloro che hanno riportato una votazione me<strong>di</strong>a sulle 4 prove superiore a<br />
27/30 hanno accesso, su richiesta, a un orale integrativo da tenere nella<br />
settimana dell’esame finale, gli altri registrano semplicemente il voto<br />
ottenuto. L’orale spazia su tutti gli argomenti del corso.<br />
File 1 12
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Modalità <strong>di</strong> verifica<br />
Prove <strong>di</strong> recupero<br />
Coloro che non hanno al proprio attivo 4 prove sufficienti (ma ne hanno<br />
almeno una), hanno due occasioni <strong>di</strong> recupero. La prima è situata nelle<br />
settimane dall’11 febbraio all’1 marzo e la seconda viene scelta tra le due<br />
possibilità <strong>di</strong> settembre.<br />
La prova <strong>di</strong> recupero prevede 4 prove da 1h40’ vertenti sugli argomenti delle<br />
4 prove in itinere. Ciascuno studente è libero <strong>di</strong> effettuarne fino a tre negli<br />
orari stabiliti (sequenziali). È consentito agli studenti <strong>di</strong> ripetere una singola<br />
prova sufficiente, ma per loro insod<strong>di</strong>sfacente, una sola volta per ogni anno<br />
<strong>di</strong> corso. Si può ripetere un massimo <strong>di</strong> due prove sufficienti, ma<br />
insod<strong>di</strong>sfacente per lo studente per ogni anno <strong>di</strong> corso.<br />
Coloro che non raggiungono, in base ai vincoli sopra citati, 4 prove<br />
sufficienti entro il recupero <strong>di</strong> settembre ripetono il corso l’anno successivo.<br />
File 1 13
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Modalità <strong>di</strong> verifica<br />
Caratteristiche delle prove<br />
•Le prove comprendono domande a scelta multipla, esercizi e<br />
risposte a quesiti.<br />
•La durata della singola prova è <strong>di</strong> 1h 40’.<br />
•L’esame richiede il superamento <strong>di</strong> 4 prove<br />
File 1 14
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Testi (prima parte)<br />
• Me<strong>di</strong>cal Instrumentation – Application and Design<br />
John G. Webster ed. – John Wiley & Sons Inc. 1995<br />
• Tecnologie Biome<strong>di</strong>che<br />
Antonio Pedotti – CLUP – Milano<br />
• Strumentazione Biome<strong>di</strong>ca<br />
Progetto e impiego dei sistemi <strong>di</strong> misura<br />
Guido Avanzolini – Patròn e<strong>di</strong>tore – Bologna 1998<br />
• Tecnologie Biome<strong>di</strong>che:<br />
esempi <strong>di</strong> applicazione ed esercizi<br />
A. Pedotti, A. Aliverti, G. Andreoni, G. Ferrigno<br />
CLUP – Milano 2001<br />
File 1 15
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Prima parte<br />
File 1 16
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Introduzione<br />
La <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Terminologia<br />
File 1 17
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Le aree <strong>di</strong> attività degli Ingegneri Biome<strong>di</strong>ci<br />
• Applicazione della teoria dei sistemi e del controllo a problemi<br />
biologici (modelli <strong>di</strong> sistemi fisiologici, simulazione e controllo)<br />
• Rilevazione, misura e monitoraggio <strong>di</strong> segnali fisiologici (biosensori<br />
e strumentazione biome<strong>di</strong>ca)<br />
• Interpretazione <strong>di</strong>agnostica <strong>di</strong> dati bioelettrici impiegando tecniche<br />
<strong>di</strong> analisi del segnale<br />
• Dispositivi e procedure per la terapia e la riabilitazione (ingegneria<br />
della riabilitazione e protesi)<br />
• Dispositivi per la sostituzione o il sostegno <strong>di</strong> funzioni (organi<br />
artificiali)<br />
• Analisi dei dati dei pazienti e meto<strong>di</strong> decisionali in me<strong>di</strong>cina<br />
(informatica me<strong>di</strong>ca e intelligenza artificiale)<br />
• Bioimmagini morfologiche e funzionali<br />
• Creazione <strong>di</strong> nuovi prodotti biologici (biotecnologia e ingegneria<br />
tissutale)<br />
File 1 18
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Le <strong>di</strong>scipline dell’Ingegneria Biome<strong>di</strong>ca<br />
• Biomeccanica: stu<strong>di</strong>o delle meccanica dei soli<strong>di</strong> e dei flui<strong>di</strong> nei<br />
sistemi fisiologici<br />
• Biomateriali: progetto e sviluppo <strong>di</strong> materiali impiantabili<br />
• Modellizzazione, simulazione e controllo: ricerca <strong>di</strong> base per la<br />
conoscenza delle realtà fisiologiche<br />
• Strumentazione biome<strong>di</strong>ca: progetto e sviluppo <strong>di</strong> strumentazione<br />
per la misura <strong>di</strong> eventi fisiologici (include i biosensori)<br />
• Analisi dei dati biome<strong>di</strong>ci: rilevazione, classificazione e analisi dei<br />
segnali bioelettrici<br />
• Ingegneria della riabilitazione: progetto e sviluppo <strong>di</strong> strumenti e<br />
procedure terapeutiche e riabilitative<br />
• Organi artificiali e protesi: progetto e sviluppo <strong>di</strong> <strong>di</strong>spositivi per la<br />
sostituzione o il supporto <strong>di</strong> organi<br />
• Informatica me<strong>di</strong>ca: elaborazione <strong>di</strong> dati dei pazienti, meto<strong>di</strong><br />
decisionali, sistemi esperti e reti neurali<br />
File 1 19
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Le <strong>di</strong>scipline dell’Ingegneria Biome<strong>di</strong>ca<br />
• Bioimmagini: rilevazione e analisi <strong>di</strong> dettagli anatomici e funzionali<br />
in forma grafica<br />
• Biotecnologie: creazione e mo<strong>di</strong>fica <strong>di</strong> materiali biologici<br />
• Ingegneria clinica: progetto e sviluppo <strong>di</strong> strutture, strumenti<br />
sistemi e procedure in ambito clinico<br />
• Effetti biologici dei campi elettromagnetici: stu<strong>di</strong>o degli effetti <strong>di</strong><br />
campi elettromagnetici sui tessuti biologici<br />
Da:<br />
Biome<strong>di</strong>cal Engineering Handbook<br />
Joseph D. Bronzino Ed.<br />
CRC Press Inc. 1995<br />
File 1 20
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Terminologia<br />
• Strumentazione: “Complesso degli strumenti, attrezzature, impianti,<br />
<strong>di</strong>spositivi, che occorrono per certe attività.....”<br />
• Misura: “Numero che esprime l’estensione <strong>di</strong> una grandezza rispetto<br />
ad un’altra, convenzionalmente assunta come unitaria”<br />
• Segnale: “Qualsiasi forma <strong>di</strong> messaggio od effetto <strong>di</strong> uno specifico<br />
processo atto al trasferimento <strong>di</strong> informazioni”<br />
File 1 21
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Terminologia<br />
• Trasduttore: “Ogni elemento che trasforma un segnale <strong>di</strong> ingresso in<br />
un segnale <strong>di</strong> uscita <strong>di</strong> natura <strong>di</strong>fferente”<br />
• Sensore: “Ogni generico elemento, strumento o apparato sensibile a<br />
variazioni <strong>di</strong> una grandezza fisica e atto a convertirla in un segnale <strong>di</strong><br />
ingresso utile (elettrico) ad un sistema <strong>di</strong> trasmissione <strong>di</strong><br />
informazione”<br />
• Attuatore: “Ogni <strong>di</strong>spositivo in grado <strong>di</strong> convertire un segnale<br />
elettrico in una grandezza fisica”<br />
File 1 22
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Esempi <strong>di</strong> grandezze biome<strong>di</strong>che misurabili<br />
Attività elettrica cerebrale (EEG, MEG)<br />
proprietà meccaniche<br />
del timpano<br />
ERG, EOG<br />
pressione arteriosa<br />
flusso sanguigno<br />
suoni car<strong>di</strong>aci, polmonari<br />
attività elettrica muscolare (EMG)<br />
ra<strong>di</strong>opacità<br />
impedenza acustica<br />
antropometria<br />
pressione intracranica<br />
temperatura<br />
pressione intraesofagea<br />
respirazione: volume VO 2<br />
, VCO 2<br />
,<br />
pressioni pO 2,<br />
pCO 2<br />
gittata car<strong>di</strong>aca<br />
attività elettrica car<strong>di</strong>aca (ECG)<br />
pH ematico<br />
concentrazioni enzimatiche<br />
movimenti<br />
livello <strong>di</strong> idratazione,<br />
flusso sanguigno cutaneo<br />
mappe <strong>di</strong> potenziali, temperatura<br />
interazione <strong>di</strong>namica<br />
File 1 23
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Origine dei segnali biologici<br />
• Basali: sono segnali legati alla fisiopatologia, cioè al funzionamento<br />
normale o in presenza <strong>di</strong> malattia, dell’organismo vivente<br />
Esempi :<br />
- attività elettrica cerebrale ( => elettroencefalografia)<br />
- attività elettrica car<strong>di</strong>aca ( => elettrocar<strong>di</strong>ografia)<br />
- flussi ematici<br />
- pressione arteriosa<br />
- temperatura basale<br />
• Evocati: sono segnali ottenuti come risposta ad un determinato<br />
stimolo imposto dall’esterno<br />
Esempi :<br />
- potenziali evocati<br />
- gittata car<strong>di</strong>aca ( metodo della <strong>di</strong>luizione)<br />
- configurazione arterie coronariche (angiografia)<br />
- immagini <strong>di</strong>agnostiche(ra<strong>di</strong>ologia, TAC, RMN)<br />
- metabolismo del glucosio<br />
File 1 24
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Classificazione dei segnali biologici<br />
• Classificazione per variabile in<strong>di</strong>pendente:<br />
-Segnali Temporali: è il tempo la variabile<br />
in<strong>di</strong>pendente più importante che li<br />
caratterizza (segnali bioelettrici)<br />
-Segnali Spaziali: è lo spazio la variabile<br />
in<strong>di</strong>pendente più importante che li<br />
caratterizza (bioimmagini, mappe)<br />
-Segnali Spazio-temporali: spazio e tempo<br />
concorrono come variabili in<strong>di</strong>pendenti<br />
(ecocar<strong>di</strong>ografia <strong>di</strong>namica, RMN funzionale)<br />
File 1 25
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Classificazione dei segnali biologici<br />
• Classificazione per natura della grandezza caratterizzante:<br />
- Segnali elettrici<br />
- Segnali chimici<br />
- Segnali magnetici<br />
- Segnali meccanici<br />
- Segnali termici<br />
• Classificazione per sistema biologico che li ha generati:<br />
- Sistema car<strong>di</strong>ovascolare<br />
- Sistema nervoso<br />
- Sistema endocrino<br />
- Apparato muscolo-scheletrico<br />
File 1 26
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Classificazione dei segnali biologici<br />
• Classificazione per proprietà chimico-fisiche dei tessuti che li<br />
generano:<br />
- Impedenza acustica<br />
- Potere <strong>di</strong> assorbimento delle ra<strong>di</strong>azioni<br />
- Proprietà istologiche<br />
- Proprietà metaboliche<br />
- Proprietà termiche<br />
- Proprietà elettriche, magnetiche<br />
File 1 27
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
I Biopotenziali<br />
• I segnali elettrici <strong>di</strong> origine biologica rappresentano le variabili<br />
biome<strong>di</strong>che meglio si prestano ad una analisi effettuata con<br />
strumentazioni <strong>di</strong> tipo elettronico<br />
• Per questo motivo è necessario un approfon<strong>di</strong>mento sui<br />
meccanismi fisiologici che li generano e sui relativi segnali<br />
effettivamente misurabili<br />
File 1 28
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Sorgenti <strong>di</strong> Biopotenziali<br />
• I potenziali bioelettrici rappresentano il risultato dell’attività<br />
elettrochimica delle cellule “eccitabili”.<br />
• Queste sono cellule caratterizzate da un “potenziale <strong>di</strong> riposo” e<br />
un “potenziale d’azione”.<br />
• Sono cellule eccitabili:<br />
• le cellule muscolari (car<strong>di</strong>ache in particolare)<br />
• le cellule nervose (neuroni e recettori)<br />
• alcune cellule ghiandolari<br />
File 1 29
Corso <strong>di</strong> <strong>Fondamenti</strong> <strong>di</strong> <strong>Bioingegneria</strong> <strong>Elettronica</strong><br />
Polarizzazione <strong>di</strong> membrana<br />
Fattori che con<strong>di</strong>zionano il potenziale <strong>di</strong> membrana<br />
Muscolo scheletrico della rana (T ~ 20 o C)<br />
Concentrazione Ioni intracellulare extracellulare permeabilità<br />
(millimoli/litro)<br />
cm/s<br />
Na + 12 145 2x10 -8<br />
K + 155 4 2x10 -6<br />
Cl - 4 120 4x10 -6<br />
A - (proteine) 155 == ==<br />
Na + Na + Na +<br />
K + Cl - Cl -<br />
- +<br />
+ A - K + A -<br />
Cl - -<br />
-<br />
+<br />
Na + + - - +<br />
3Na + 2K + + + Cl<br />
K + -<br />
+<br />
-A - +<br />
-<br />
K + Na + - +<br />
+<br />
+ +<br />
+<br />
Na +<br />
↑ Gra<strong>di</strong>ente <strong>di</strong> <strong>di</strong>ffusione dq/dt=K([q i ]-[q e ])<br />
↓ Campo elettrico E=-∇V dq/dt=g(V i -V o )<br />
↑ Canali della membrana (permeabilità passiva)<br />
↑ Trasporto attivo (ATP, ADP)<br />
File 1 30