34801 - BIOELETTROMAGNETISMO LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente, al termine del corso, conosce i principali fenomeni legati alla propagazione libera e guidata delle onde elettromagnetiche ed alla loro interazione con i diversi mezzi materiali. Successivamente si dedica allo studio dei meccanismi di interazione tra i campi elettromagnetici ed i sistemi biologici e relativi modelli teorici. Lo studente acquisisce le conoscenze di base su: - principali fenomeni di propagazione dei campi elettromagnetici - meccanismi di interazione dei campi elettromagnetici con i diversi mezzi materiali per diverse frequenze di lavoro. - meccanismi di interazione tra campi elettromagnetici e sistemi biologici - principi elementari della dosimetria dei campi elettromagnetici.

Contenuti

Il corso intende introdurre gli studenti alla comprensione dell'interazione tra il campo elettromagnetico e i tessuti biologici, quale meccanismo di base per diverse applicazioni della bioingegneria.

Nella prima parte si tratterranno le leggi fondamentali dell'elettromagnetismo, il concetto di onde uniformi e le leggi della propagazione nei materiali omogenei ed uniformi.

Nella seconda parte del corso si approfondirà lo studio della tecnica e degli apparati della Risonanza Magnetica Nucleare. Gli studenti potranno così vedere un'applicazione esemplificativa di diversi concetti dell'elettromagnetismo, a partire dai campi statici fino alle frequenze in banda VHF.

Successivamente si tratteranno le nozioni di campo lontano, di antenna e di grandezze caratteristiche della radiazione per fornire agli studenti i concetti fondamentali della dosimetria a microonde.

Infine si confronteranno i concetti di circuito a costanti concentrate e a costanti distribuite, a fondamento della modellazione dei fenomeni della bioelettricità e della trasmissione dei segnali elettrici nel corpo umano.

Sono previste alcune attività di laboratorio software in cui gli studenti faranno pratica con la simulazione elettromagnetica e costruiranno semplici modelli per caratterizzare l'interazione tra campi elettromagnetici e tessuti biologici.

INTRODUZIONE (2)
Bioelectromagnetism, bioelectricity, bioelectromagnetics.
Classificazione dei campi em e dei meccanismi di interazione con i diversi mezzi.
 

ELETTROMAGNETISMO DI BASE (24)
Campi elettromagnetici nel dominio del tempo:
- Equazioni di Maxwell.
- Mezzi materiali e relazioni costitutive.
- Discontinuità.
- Leggi di conservazione.

Campi elettromagnetici sinusoidali:
- Equazioni di Maxwell.
- Teorema di Poynting ed altri teoremi fondamentali.
- Polarizzazione.
- Mezzi dielettrici.
- Mezzi conduttori.

Onde piane uniformi:
- Equazioni e caratteristiche generali.
- Propagazione nei mezzi.
- Riflessione e trasmissione.
- Strutture a singolo layer e multiplayer.

RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE (16) 
 
Principi di funzionamento
Equazioni fondamentali dell'NMI
Struttura di una apparecchiatura per NMR
Campo statico B0 e magnete principale.
Campo gradiente e metodi di progetto per campi a bassa frequenza..
Campo a radiofrequenza B1: analisi circuitale e mediante metodo dei momenti.
 

ANTENNE e DOSIMETRIA (12)
Sorgenti elementari.
Sorgenti estese.
Grandezze caratteristiche della radiazione.
Schiere d'antenna.
Elementi di dosimetria.
 

CIRCUITI e TRASMISSIONE DEI SEGNALI (6)
Circuiti a costanti concentrate.
Circuiti a costanti distribuite.
Linee di trasmissione e modellazione di fenomeni biologici.

 

Testi/Bibliografia

•[Riz98] - Lezioni di campi elettromagnetici, Vittorio Rizzoli, Progetto Leonardo, 1998 •[Jef89] - Electricity and magnetism, OlegD. Jefimenko, Electret, 1989

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

l'esame è orale.

Strumenti a supporto della didattica

Il docente utilizzerà dei lucidi come schema delle lezioni che renderà disponibili agli studenti. Alla fine del corso verrà introdotto uno strumento di simulazione elettromagnetica nel quale verranno dimostrati per via numerica alcuni dei concetti introdotti nel corso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandra Costanzo