ECTS - University of Pisa
Conoscere i principi applicativi delle tecnologie biomediche allo studio qualitativo e quantitativo delle attività motorie.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze in merito agli strumenti e alle metodologie per lo studio della strumentazioni biomediche, con particolare riferimento all’analisi e al trattamento dei segnali e dei dati acquisiti.
Students are expected to acquire knowledge on principles of technologies, on methods and instruments as applied in the study and evaluation of physical and sport activities.
Students will have acquired knowledge about the methodologies of biomedical instrumentation, with particular reference to the analysis and processing of signals and acquired data.
Nell'esame scritto, lo studente deve dimostrare le conoscenze acquisite relativamente al programma del corso.
In the written exam, the student must demonstrate his/her knowledge of the course topics.
Al termine del corso lo studente saprà approcciare le problematiche dell’utilizzo della strumentazione biomedica e dell’analisi delle misure ottenute.
By the end of the course, students will know the architecture of biomedical instrumentation and how to interpret its measurements.
Durante le lezioni saranno svolti semplici esercizi numerici atti a comprendere i metodi statistici applicati a misure reali.
During teaching classes, simple numerical exercises will be carried out to understand the statistical methods to analyze data.
Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche di misura tramite strumentazioni biomediche.
Students will acquire and/or develop awareness of statistical analysis of data generated by biomedical instrumentation.
Durante le esercitazioni saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte in discussioni aperte tra l’insegnante e la classe di studenti.
During the exercise sessions, the basic concepts underlying data processing will be debated and clarified in open discussions between the teacher and the entire class.
Conoscenze dei principi base della fisica e della matematica.
Knowledge of the basic principles of physics and mathematics.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Mandatory
Teaching methods:
Metodi di misura e trattamento dati
Misure e loro caratteristiche (caratteristiche statiche e dinamiche della strumentazione, errori di misura, accuratezza, precisione, risoluzione, riproducibilità, ecc.), criteri di progettazione, specifiche della strumentazione biomedica. Trasduttori e sensori (tipi di trasduttori e loro caratteristiche).
Segnali biomedici (tipi di segnali, caratteristiche, origine, artefatti).
Amplificatori (cenni sugli amplificatori a transistor, controreazione, amplificazioni operazionali, CMRR). Filtri (tipi di filtri, filtri RC, filtri passa-basso e passa-alto, filtri FIR e IIR).
Convertitore A/D (discretizzazione del segnale, quantizzazione, frequenza di campionamento, errore di aliasing, modulo Sample&Hold, tipi di convertitori A/D).
Elaborazione dei segnali biomedici (riconoscimento eventi, estrazione parametri, analisi nel tempo e in frequenza, analisi di Fourier, indici di prestazione dei sistemi di elaborazione del segnale, classificazione).
Sicurezza elettrica (effetti della corrente, fattori influenzanti, rischi in ambiente medico, misure di protezione, normativa).
Strumentazione per l’analisi del movimento
Analisi cinematica: studio del movimento attraverso sistemi di optoelettronici (marker passivi e attivi), sistemi ottici markerless. Sistemi inerziali, sistemi magnetoinerziali e cenni di gait analysis. Elettrogoniometri. GPS. Fotocellule.
Analisi dinamica tramite piattaforme di forza. Piattaforme di pressione e solette a sensori.
Cenni di fisiologia dell'equilibrio e della postura, posturografia statica e dinamica.
Valutazione della forza muscolare e dell’attività muscolare
Dinamometri isometrici e isocinetici. Metodologie di analisi per la valutazione delle prestazioni degli arti inferiori.
Valutazione dell’attività muscolare con Elettromiografia ad ago e di superficie.
Valutazione della composizione corporea
Valutazione attraverso plicometria, bioimpedenziometria, DXA.
Realtà virtuale e aumentata per la riabilitazione e per lo sport
Definizioni, diverse tipologie di interfacce, paradigmi OST e VST per la realtà aumentata, potenzialità ed esempi di impiego della realtà virtuale e della realtà aumentata per la riabilitazione e per le discipline sportive.
Methods of measurement and data processing Measurements and their characteristics (static and dynamic characteristics of the instrumentation, measurement errors, accuracy, precision, resolution, reproducibility, etc.), design criteria, specifications of the biomedical instrumentation. Transducers and sensors (types of transducers and their characteristics). Biomedical signals (types of signals, characteristics, origin, artifacts). Amplifiers (notes on transistor amplifiers, feedback, operational amplifications, CMRR). Filters (types of filters, RC filters, low-pass and high-pass filters, FIR and IIR filters). A / D converter (signal discretization, quantization, sample rate, aliasing error, Sample & Hold module, types of A / D converters). Processing of biomedical signals (event recognition, parameter extraction, time and frequency analysis, Fourier analysis, performance indices of signal processing systems, classification). Electrical safety (effects of current, influencing factors, risks in the medical environment, protective measures, regulations).
Motion analysis instrumentation
Kinematic analysis: Optoelectronic systems (passive and active markers), markerless optical systems. Inertial systems, magnetoinertial systems, and hints of gait analysis. Electrogoniometers. GPS. Photocells.
Dynamic analysis using force platforms. Pressure platforms and sensor insoles.
Hints of postural control and balance, static and dynamic posturography.
Assessment of muscle strength and muscle activity.
Isometric and isokinetic dynamometers. Methodologies for lower extremity performance assessment.
Assessment of muscle activity with needle and surface electromyography.
Assessment of body composition.
Assessment through plicometry, bioimpedance testing, and DXA.
Virtual and augmented reality for rehabilitation and sports.
Definitions, different types of interfaces, OST and VST paradigms for augmented reality, potentialities, and examples of the use of virtual and augmented reality for rehabilitation and sports disciplines.
Appunti delle lezioni (disponibili sul sito Docente, sito ArsDocendi e, al termine di ogni lezione, in formato cartaceo o elettronico PDF), dispense.
Lecture notes distributed by the teachers.
Recommended reading includes:
Prova Scritta
La prova scritta consiste in quesiti a risposta multipla.
Written exam. Multiple choice questions.
