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Settore Informazione-Sezione B-I Prova-Biomedica

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Presentare lo schema a blocchi dell’architettura di uno strumento di misura.

Bis - Il candidato descriva brevemente i principali elementi per la manipolazione di un segnale biologico e il loro schema a blocchi. Ne approfondisca infine uno a scelta.


Per effettuare una misurazione in ambito biomedico sono necessari alcuni accorgimenti aggiuntivi rispetto alle misure convenzionali. Nel caso di misure elettriche (ad esempio EEG, ECG) lo schema più semplice è riportato in figura.

Schema a blocchi misura.jpg

Schema a blocchi

Lo stadio separatore e lo stadio differenziale compongono il preamplificatore da strumentazione, dispositivo d’obbligo nelle misure elettriche in ambito biomedico. Lo stadio separatore ha il compito di fornire una elevata resistenza di ingresso al sistema di misura (grazie all’uso di amplificatori operazionali), in modo da ridurre al minimo l’errore di interconnessione. Lo stadio differenziale amplifica la sola componente differenziale del segnale annullando la tensione di modo comune, che in segnali di tipo biomedico è diversi ordini di grandezza maggiore. Le derive di modo comune possono essere ulteriormente ridotte introducendo un circuito di gamba destra, riportando cioè il segnale di modo comune, registrato nello stadio differenziale, sulla gamba del paziente, in modo da rispondere con un feedback automatico alle variazioni di tensione globali del paziente. Il filtro che si trova in cascata è di tipo passabanda e serve ad isolare le sole componenti interessanti per la misura che si sta effettuando, eliminando derive lente e componenti ad alta frequenza che potrebbero dare origine a fenomeni di aliasing durante il campionamento. L’amplificatore di isolamento serve ad evitare che correnti pericolose vengano liberate sul paziente. Per questo genere di stadio è preferibile usare un accoppiamento ottico, in ogni caso non ci deve essere continuità elettrica tra il paziente e le sorgenti di energia elettrica. Il convertitore analogico digitale (ADC) ha lo scopo di digitalizzare il segnale in modo da poterlo memorizzare ed elaborare al calcolatore.




Il candidato descriva brevemente i passi principali della conversione analogico/digitale dei segnali biomedici.


La conversione analogico digitale consiste in 3 step fondamentali, ossia il campionamento, la quantizzazione e la codifica. Il campionamento è il procedimento attraverso il quale si registrano da un segnale analogico un numero discreto di campioni presi ad intervalli (solitamente) regolari. La frequenza di campionamento è un parametro assolutamente da non sottovalutare in quanto deve essere maggiore del doppio della banda monolatera del segnale per evitare di distorcerlo (teorema di Shannon). Nel caso in cui questo accada il campionamento non solo non deforma il segnale, ma non si ha alcuna perdita di informazione ed il segnale analogico è ricostruibile con la precisione desiderata. La quantizzazione è l’operazione attraverso la quale i valori registrati con il campionamento vengono approssimati ai valori finiti più vicini rappresentabili con i bit che si hanno a disposizione per la codifica. La quantizzazione introduce quindi un errore che è tanto più insignificante quanti più bit si usano per codificare ogni campione. La codifica è la traduzione dei valori ottenuti con la quantizzazione in stringhe di bit utilizzabili dal calcolatore per la memorizzazione o le successive elaborazioni. È pratica comune, ma non indispensabile, introdurre un filtro di antialiasing a monte dell’elaborazione per tagliare le eventuali code spettrali del segnale per evitare che le componenti ad alta frequenza (dovute ad esempio a rumore) distorcano il segnale utile.



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