Pla docent de l'assignatura

 

 

Català English Tanca imatge de maquetació

 

Imprimeix

 

Dades generals

 

Nom de l'assignatura: Instrumentació i Senyals Biomèdics

Codi de l'assignatura: 363755

Curs acadèmic: 2019-2020

Coordinació: Santiago Marco Colas

Departament: Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica

crèdits: 9

Programa únic: S

 

 

Hores estimades de dedicació

Hores totals 225

 

Activitats presencials i/o no presencials

120

 

-  Teoria

Presencial

 

45

 

-  Pràctiques de problemes

Presencial

 

30

 

-  Pràctiques de laboratori

Presencial

 

30

 

-  Seminari

Presencial

 

15

 

(Teoria de sistemes lineals.)

Treball tutelat/dirigit

75

(Projecte breu, lectures i informes de laboratori.)

Aprenentatge autònom

30

(Estudi del contingut teòric i aprenentatge de la programació en R.)

 

 

Recomanacions

 

Per cursar aquesta assignatura és important tenir uns coneixements previs bàsics de la teoria de sistemes lineals continus, incloent-hi la teoria de la transformada de Laplace, continguts tractats en l’assignatura Electrònica Aplicada. Així mateix, cal tenir coneixements pràctics de les funcions i variables complexes, i certes nocions de programació.

 

 

Competències que es desenvolupen

 

   -

Capacitat de treballar en equip o en grup multidisciplinari (personal).

   -

Habilitat per treballar de manera autònoma (personal).

   -

Capacitat de treballar en un entorn multilingüe i de comunicar i transmetre coneixements, procediments, resultats, habilitats i destreses (oral i escrita) a llengua nativa i estrangera (instrumental).

   -

Capacitat d'analitzar, valorar i prendre decisions tecnològiques d'acord amb criteris de cost, qualitat, seguretat, impacte social, sostenibilitat, temps i respecte dels principis ètics de la professió (instrumental).

   -

Capacitat d'analitzar i de sintetitzar (instrumental).

   -

Capacitat per concebre, dissenyar i produir equips i sistemes, especialment dedicats a la biologia i a la medicina. Particularment capacitat per integrar algoritmes de processament d'informació al maquinari adequat.

   -

Capacitat d'enfocar el disseny dels productes d'una manera sistèmica. Capacitat d'elegir de manera òptima quines parts de l'aplicació requereixen una solució de maquinari o programari, sabent integrar adequadament ambdues parts per al producte acabat i sent capaç de desenvolupar, en el seu cas, la interfície que permeti la integració en arquitectures més complexes.

   -

Capacitat per concebre, dissenyar i produir equips i sistemes, especialment dedicats a la biologia i a la medicina. Particularment, capacitat per desenvolupar el maquinari necessari que permeti captar, adaptar, digitalitzar i processar senyals de diferents característiques.

   -

Capacitat de dissenyar dispositius i sistemes adreçats a cobrir les necessitats de diagnòstic per senyals bioelèctrics. Capacitat d'establir metodologies de gestió dels sistemes esmentats.

   -

Comprensió de la interacció de l'enginyeria amb altres àrees de coneixement (medicina, biologia, biotecnologia, farmàcia, veterinària, etc.) i capacitat de col·laborar eficaçment en equips multidisciplinaris, coneixent els principis de les tecnologies amb què es complementa.

   -

Capacitat per obtenir una formació científica i tecnològica per a l'exercici professional en el disseny i desenvolupament de sistemes de mesura, control i comunicació, en totes les activitats biomèdiques que la societat i el coneixement científic demani.

   -

Coneixement dels fonaments matemàtics, físics i de l'enginyeria necessaris per interpretar, seleccionar, valorar i crear nous conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics aplicats a la biologia i la medicina.

   -

Coneixement dels equips i instruments que estiguin establerts per al diagnòstic, el tractament, la prevenció i la investigació de la malaltia.

Objectius d'aprenentatge

 

Referits a coneixements

— Ser capaç d’enumerar els principals senyals biomèdics i explicar-ne breument la fisiologia.

 

— Entendre la terminologia utilitzada per descriure el rendiment metrològic d’un instrument biomèdic i avaluar (computar) els errors de mesurament en un escenari de mesurament concret.

 

— Seleccionar sensors per mesurar els principals senyals fisiològics i avaluar els avantatges i els inconvenients dels diferents principis de mesurament per a una aplicació concreta.

 

— Dissenyar una cadena de condicionament de senyals per als sensors típics, inclòs l’ús d’amplificadors d’instrumentació, i preveure el rendiment del disseny d’acord amb els circuits i les fitxes tècniques dels components escollits.

 

— Descriure un senyal de soroll des d’una perspectiva temporal i de freqüència i, davant d’un soroll, ser capaç de localitzar-ne les principals fonts i fer-ne mesuraments pràctics per reduir l’efecte d’aquest soroll sobre el senyal mesurat.

 

— Conèixer el teorema de Nyquist i ser capaç de seleccionar la freqüència de mostratge adequada i establir les especificacions correctes per a un filtre antialiàsing.

 

— Establir les especificacions d’un filtre de reconstrucció.

 

— Conèixer les especificacions típiques dels convertidors AC/DC i ser capaç d’avaluar els errors generals introduïts pel procés de conversió.

 

— Trobar la funció de transferència d’una equació diferencial i ser capaç de calcular la resposta freqüencial.

 

— Establir adequadament les condicions per a una anàlisi espectral, incloent-hi la tria de les tècniques d’anàlisi i l’establiment de paràmetres.

 

Referits a habilitats, destreses

— Automatitzar l’adquisició de senyals biomèdics fent servir targetes d’adquisició de dades i un llenguatge de programació.

 

— Crear un sistema de condicionament de senyals senzill per a transductors bàsics i comprovar-ne el rendiment utilitzant instrumentació electrònica bàsica.

 

— Programar un script R (o similar) per filtrar senyals i analitzar espectres.

 

 

Blocs temàtics

 

1. Introducció als senyals biomèdics: biopotencials i senyals biomecànics

2. Introducció a la teoria de sistemes lineals

2.1. Introducció als senyals, el soroll i els sistemes

2.2. Senyals bàsics

2.3. Circumvolució

2.4. Propietats dels sistemes invariants en el temps

2.5. Sèrie de Fourier continua

2.6. Transformada de Fourier continua

2.7. Propietats de la transformada de Fourier

2.8. Conceptes bàsics sobre el filtratge de senyals

2.9. Descripció estadística de senyals aleatoris:autocorrelació i correlació creuada

2.10. Densitat espectral de potència.Teorema de Wiener

2.11. Senyals aleatoris per sistemes lineals

3. Instrumentació biomèdica

3.1. Fonaments de la ciència del mesurament per a la instrumentació biomèdica

3.2. Sensors i transductors biomèdics: sensors tèrmics, sensors de pressió i sensors químics

3.3. Amplificadors d’instrumentació: amplificadors d’aïllament i bioamplificadors

3.4. Soroll en amplificadors biomèdics

4. Introducció al processament de senyals biomèdics

4.1. Teorema de mostratge i aliàsing

4.2. Reconstrucció de senyals: interpolació ideal i d’ordre zero

4.3. Convertidors A/D i D/A, soroll de quantificació i convertidors de sobremostratge

4.4. Processament de senyals discrets en el temps: equacions diferencials, transformada Z i resposta freqüencial dels filtres digitals

4.5. Transformada discreta de Fourier i anàlisi espectral: propietats de la finestra.Espectrograma

4.6. Disseny de filtres FIR (de resposta impulsional de durada finita) per enfinestrament

4.7. Disseny de filtres IIR (de resposta impulsional de durada infinita) per enfinestrament

5. Activitats de laboratori d’instrumentació

5.1. Introducció al LabVIEW: fonaments de la programació visual i la instrumentació virtual

5.2. Enregistrament de l’electrocardiograma (ECG) i anàlisi bàsica

5.3. Monitoratge de l’activitat i la fatiga musculars mitjançant electromiografia

5.4. Simulació i anàlisi d’un bioamplificador en SPICE

6. Activitats de laboratori de senyals

6.1. Estimació de volums en espais morts mitjançant capnografia

6.2. Mètodes d’alineament i tècniques d’obtenció de mitjana de senyals en senyals d’electrocardiograma d’alta resolució

6.3. Delmació i interpolació

6.4. Disseny de filtres FIR per enfinestrament

6.5. Millora de senyals d’ECG

6.6. Càlcul de la impedància respiratòria mitjançant tècniques d’oscil·lació forçada

 

 

Metodologia i activitats formatives

 

La metodologia combina sessions teòriques, resolució de problemes i pràctiques de laboratori. L’assignatura s’imparteix íntegrament en anglès.

 

 

Avaluació acreditativa dels aprenentatges

 

— Informes i qüestionari de laboratori (instrumentació): 10 % de la nota final (en parelles).

— Informes de laboratori (senyals): 10 % (en parelles).

— Examen de laboratori (instrumentació): 10 % (individual).

— Examen de laboratori (senyals): 10 % (individual).

— Miniprojecte: 20 % (en parelles).

— Examen de problemes (instrumentació): 20 %.

— Examen de problemes (senyals): 20 %.

Per aprovar l’assignatura, cal treure una nota mínima de 5/10 tant en l’examen d’instrumentació (laboratori i problemes) com en el de senyals (laboratori i problemes).

L’alumnat que no hagi aprovat l’assignatura en convocatòries d’altres anys ha de tornar a fer totes les activitats per ser avaluat.

La reavaluació consisteix en un examen de resolució de problemes amb un pes sobre la nota final igual al pes de les activitats no aprovades.

 

Avaluació única

Examen de resolució de problemes.

 

 

Fonts d'informació bàsica

Consulteu la disponibilitat a CERCABIB

Llibre

Biomedical Transducers and Instruments, Tatsuo Togawa, Toshio Tamura, P.Ake Öberg, CRC Press (1997)

Introduction to Biomedical Equipment Technology, J.J. Carr, J.M. Brown, Prentice-Hall (1998)

Medical Instrumentation, J.G.Webster, Wiley (1998)

Electronic Measurement Systems:Theory and Practice, A.F.P. Van Putten, IOP, (1996)

Sensors and Signal Conditioning, R. Pallas, J.G. Webster, Wiley (2001)

Introduction to Signal Processing, S. Orfanidis, Prentice-Hall (1996)

Señales y Sistemas, A.V Oppenheim, A.S Willsky, Prentice-Hall, 1998.

Signals and Systems for Bioengineers, J. Semmlow, Academic Press, (2011)

Biomedical Signal Analysis, R.J.M. Rangayyan, IEEE Press, (2002)