1 I CONCETTI BASE DELLA

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1 INDICE GENERALE Prefazione xiii Lista dei simboli xvii 1 I CONCETTI BASE DELLA STRUMENTAZIONE BIOMEDICA 1 Walter H. Olson 1.1 La terminologia in medicina e nei dispositivi medici La configurazione generale degli strumenti per misure biomediche Le modalità alternative di funzionamento I vincoli nella misura di grandezze biomediche La classificazione della strumentazione biomedica Gli ingressi interferenti e gli ingressi modificanti Le tecniche di compensazione La statistica medica Le caratteristiche statiche degli strumenti di misura Le caratteristiche dinamiche degli strumenti di misura I criteri di progettazione Il processo di sviluppo commerciale di uno strumento biomedico La normativa sui dispositivi medici 39 Problemi 42 Bibliografia 43 2 SENSORI E PRINCIPI DI BASE 45 Robert A. Peura e John G. Webster 2.1 Misure di spostamento Sensori resistivi Circuiti a ponte Sensori induttivi Sensori capacitivi Sensori piezoelettrici Misure di temperatura 62 v

2 vi I N D I C E G E N E R A L E 2.8 Termocoppie Termistori Termometria a radiazione Sensori di temperatura a fibra ottica Misurazioni ottiche Sorgenti di radiazione Ottica geometrica e fibre ottiche Filtri ottici Sensori di radiazione Combinazioni ottiche 86 Problemi 87 Bibliografia 88 3 AMPLIFICATORI ED ELABORAZIONE DEL SEGNALE 91 John G. Webster 3.1 Amp op ideali Amplificatori invertenti Amplificatori non-invertenti Amplificatori differenziali Comparatori Raddrizzatori Amplificatori logaritmici Integratori Derivatori Filtri attivi Risposta in frequenza Tensione di offset Corrente di polarizzazione Resistenza di ingresso e di uscita Demodulatori di fase Timer I microcomputer nella strumentazione biomedica 122 Problemi 123 Bibliografia L ORIGINE DEI BIOPOTENZIALI 126 John W. Clark, Jr. 4.1 Attività elettrica delle cellule eccitabili Campi di volume conduttore Organizzazione funzionale del sistema nervoso periferico 138

3 I N D I C E G E N E R A L E vii 4.4 L elettroneurogramma L elettromiogramma L elettrocardiogramma L elettroretinogramma L elettroencefalogramma Il magnetoencefalogramma 181 Problemi 182 Bibliografia ELETTRODI PER BIOPOTENZIALI 189 Michael R. Neuman 5.1 L interfaccia elettrodo-elettrolita Polarizzazione Elettrodi polarizzabili e non polarizzabili Comportamento degli elettrodi e circuiti equivalenti L interfaccia pelle-elettrodo e gli artefatti da movimento Elettrodi per la misura di potenziali superficiali Elettrodi interni Array di elettrodi Microelettrodi Elettrodi per la stimolazione elettrica dei tessuti Suggerimenti pratici nell uso degli elettrodi 233 Problemi 235 Bibliografia AMPLIFICATORI PER BIOPOTENZIALI 241 Michael R. Neuman 6.1 Specifiche generali L elettrocardiografo I problemi più frequenti Protezione da transitori Riduzione delle interferenze Amplificatori per altri biopotenziali Un esempio di preamplificatore per biopotenziali Altri elaboratori di biopotenziali Monitor cardiaci Biotelemetria 287 Problemi 288 Bibliografia 291

4 viii I N D I C E G E N E R A L E 7 TONI E PRESSIONE SANGUIGNA 293 Robert A. Peura 7.1 Misure dirette Analisi armonica delle forme d onda della pressione sanguigna Proprietà dinamiche dei sistemi per la misura della pressione Misura della risposta del sistema Effetti dei parametri del sistema sulla risposta Larghezza di banda richiesta per la misura della pressione sanguigna Distorsione tipica della forma d onda di pressione Sistemi per la misura della pressione venosa Toni cardiaci Fonocardiografia Cateterizzazione cardiaca Effetti dell energia cinetica e potenziale sulle misure di pressione Misure indirette della pressione sanguigna Tonometria 330 Problemi 335 Bibliografia MISURE DI FLUSSO E VOLUME DEL SANGUE 338 John G. Webster 8.1 Metodo della diluizione di un indicatore che usa l infusione continua Metodo della diluizione di un indicatore che usa l iniezione rapida Flussimetri elettromagnetici Flussimetri a ultrasuoni Sensori di velocità a convezione termica Pletismografia a camera Pletismografia a impedenza elettrica Fotopletismografia 372 Problemi 374 Bibliografia 375

5 I N D I C E G E N E R A L E ix 9 MISURE NEL SISTEMA RESPIRATORIO 377 Frank P. Primiano, Jr. 9.1 Modelli del sistema respiratorio Misura della pressione Misura dei flussi di gas Volumi polmonari Pletismografia respiratoria Alcuni test di meccanica respiratoria Misura della concentrazione di gas Alcuni test per il trasporto dei gas 436 Problemi 443 Bibliografia BIOSENSORI CHIMICI 449 Robert A. Peura 10.1 Fisiologia dei sistemi sangue-gas disciolti e acido-base Sensori elettrochimici Sensori chimici a fibre ottiche Transistor iono-selettivo a effetto di campo Immunosensori a transistor a effetto di campo Monitoraggio non invasivo dei gas nel sangue Sensori di glucosio nel sangue Nasi elettronici Lab-on-a-chip Sommario 494 Problemi 495 Bibliografia STRUMENTAZIONE PER IL LABORATORIO DI CHIMICA CLINICA 498 Lawrence A. Wheeler 11.1 Spettrofotometria Analizzatori chimici automatizzati Cromatologia Elettroforesi 515

6 x I N D I C E G E N E R A L E 11.5 Ematologia 517 Problemi 526 Bibliografia SISTEMI PER L IMAGING IN MEDICINA 528 Melvin P. Siedband 12.1 Contenuto informativo di un immagine Funzione di trasferimento della modulazione Banda equivalente di rumore Sistemi televisivi Radiografia Radiografia computerizzata Tomografia computerizzata Imaging a risonanza magnetica Medicina nucleare Tomografia computerizzata a emissione di singoli fotoni Tomografia ed emissione di positroni Ultrasonografia Mezzi di contrasto 585 Problemi 587 Bibliografia DISPOSITIVI TERAPEUTICI E PROTESICI 590 Michael R. Neuman 13.1 Pacemaker cardiaci e altri stimolatori elettrici Defibrillatori e cardioversori Dispositivi meccanici per protesi ed ortesi cardiovascolari Emodialisi Litotripsia Ventilatori Incubatrici neonatali Dispositivi di somministrazione di farmaci Strumenti chirurgici Applicazioni terapeutiche del laser 632 Problemi 633 Bibliografia 635

7 I N D I C E G E N E R A L E xi 14 SICUREZZA ELETTRICA 638 Walter H. Olson 14.1 Effetti fisiologici dell elettricità I principali fattori influenzanti Distribuzione dell energia elettrica I rischi di macroshock I rischi di microshock Codici e standard per la sicurezza elettrica Metodi di base per la protezione dalle scariche elettriche Protezione: distribuzione dell alimentazione Protezione: progettazione dei dispositivi Analizzatori di sicurezza elettrica Verifiche dell impianto elettrico Test delle apparecchiature elettriche 669 Conclusioni 673 Problemi 673 Bibliografia 674 APPENDICI 676 A.1 Costanti fisiche 676 A.2 Prefissi del Sistema Internazionale (SI) (Thompson and Taylor, 2008) 676 A.3 Sistema Internazionale (SI) (Thompson e Taylor, 2008) 677 A.4 Abbreviazioni 678 A.5 Elementi chimici 681 INDICE ANALITICO 683