240IBI11 - Señales Biomédicas

Transcripción

1 Unidad responsable: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona Unidad que imparte: ESAII - Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial Curso: Titulación: 2017 MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA INDUSTRIAL (Plan 2014). (Unidad docente Optativa) Créditos ECTS: 4,5 Idiomas docencia: Inglés Profesorado Responsable: Otros: Miquel Angel Mañanas Villanueva Miquel Angel Mañanas Villanueva Horario de atención Horario: Lunes 11:30 a 13:00 i 16:30 a 17:30 Miércoles 11:00 a 13:00 Jueves 15:00 a 16:30 Capacidades previas Habilidad en el cálculo de complejos, fundamentos matemáticos y teoría de sistemas continuos Requisitos Cálculo I, Cálculo II, Dinámica de Sistemas, Control Automático Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: CEEBIO3. Identificar y extraer información de interés en las señales biomédicas. Metodologías docentes En las sesiones presenciales de aprendizaje el profesorado introducirá, mediante explicaciones teóricas y ejemplos ilustrativos, los conceptos, métodos y resultados de la materia. En las sesiones de resolución de problemas, el profesor guiará a los estudiantes en la realización de ejercicios y problemas relacionados con la materia. En las sesiones de laboratorio los estudiantes pondrán a la práctica los conceptos, métodos y resultados de la materia con la ayuda del profesor y trabajando directamente sobre señales biomédicas reales procedentes de diferentes sistemas biológicos. Los estudiantes, de forma autónoma, deberán estudiar para asimilar los conceptos y resolver los ejercicios propuestos, y trabajar un caso de aplicación en grupo que incluye su exposición en clase. Finalmente, otro componente del aprendizaje se basará en la realización en grupos de un trabajo final sobre un tema de ingeniería biomédica donde los estudiantes buscarán el estado del arte y la forma que el procesado de señales biomédicas se utiliza ya sea para la ayuda al diagnóstico, la monitorización o rehabilitación del paciente. El trabajo se presentará oralmente ante el resto de estudiantes con el objectivo de aprender casos de estudio en la asignatura pues todos los trabajos serán diferentes. Objetivos de aprendizaje de la asignatura El objetivo general de la asignatura es que el estudiante conozca las herramientas básicas del procesado de señales y sus 1 / 7

2 aplicaciones en el campo de la Ingeniería Biomédica. Los objetivos específicos son que el estudiante: * Conozca y sepa clasificar las señales según su naturaleza * Tenga la habilidad de manipular las señales mediante filtros en tiempo discreto * Entienda las relaciones del dominio temporal y frecuencial, y sea capaz de extraer información relevante de las señales biomédicas en ambos dominios. * Diseñe filtros sencillos y aplique ls técnicas basicas para la reducción de artefactos presentes en señales biomédicas y para la detección de eventos biológicos de interés. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 112h 30m Horas grupo grande: 27h 24.00% Horas grupo pequeño: 13h 30m 12.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 72h 64.00% 2 / 7

3 Contenidos INTRODUCCIÓN Dedicación: 10h 30m Grupo grande/teoría: 3h Aprendizaje autónomo: 5h * Señales, sistemas y procesado de señales * Clasificación de las señales * Concepto de frecuencia (tiempo continuo y tiempo discreto) * Ejemplos de señales biomédicas Clases de explicaciones teóricas y laboratorio * Explicar el origen y las particularidades asociadas a las señales biomédicas. * Conocer y saber clasificar las señales según su naturaleza SEÑALES Y SISTEMAS DE TIEMPO DISCRETO Dedicación: 19h 30m Grupo grande/teoría: 7h Aprendizaje autónomo: 10h * Señales de tiempo discreto. Teorema del muestreo * Sistemas de tiempo discreto y convolución de las señales * Correlación de señales de tiempo discreto Clases de explicaciones teóricas con problemas y laboratorio * Enumerar las etapas de un sistema de adquisición de señales biomédicas. * Entender y saber aplicar el Teorema del muestreo. * Calcular e interpretar la convolución, correlación y autocorrelación de señales. 3 / 7

4 TRANSFORMADA Z Dedicación: 8h Grupo grande/teoría: 2h Aprendizaje autónomo: 6h * Definición * Propiedades de la transformada Z * Transformada Z racionales * Análisis en el dominio Z de los sistemas LTI Clases de explicaciones teóricas con problemas Resolución y corrección de problemas en grupos mediante técnica puzzle * Identificar las propiedades de un sistema en tiempo discreto. * Explicar las características particulares de un sistema lineal e invariante en el tiempo (LTI). * Representar la función de transferencia y el esquema de bloques de un sistema LTI. * Interpretar la Transformada Z, y asociar los polos y ceros de un sistema LTI con el efecto del filtro sobre la señal biomédica de entrada ANÁLISIS FRECUENCIAL DE SEÑALES Dedicación: 39h Grupo grande/teoría: 12h Grupo pequeño/laboratorio: 5h Aprendizaje autónomo: 22h *Análisis frecuencial de señales de tiempo continuo (periódicas y aperiódicas) * Análisis frecuencial de señales de tiempo discreto (periódicas y aperiódicas) * Propiedades de la Transformada de Fourier de señales de tiempo discreto * La Transformada de Fourier discreta (DFT) * Análisis frecuencial de señales utilizando la DFT. Ventanas temporales Clases de explicaciones teóricas con problemas y laboratorio. * Explicar en qué consiste la representación frecuencial de señales. * Formular y representar gráficamente la densidad espectral de potencia (PSD) de una señal discreta. * Entender las relaciones del dominio temporal y frecuencial, y ser capaz de extraer información relevante de las señales biomédicas en los dos dominios 4 / 7

5 FILTRADO E INTERPRETACIÓN DE SEÑALES BIOMÉDICAS Dedicación: 19h 30m Grupo grande/teoría: 4h Aprendizaje autónomo: 13h * Sistemas LTI como filtros selectivos en frecuencia * Filtros FIR * Filtros IIR Clases de explicaciones teóricas con problemas y laboratorio * Entender la función de filtro de un sistema LTI. * Calcular y representar gráficamente la respuesta frecuencial de un sistema LTI. * Diseñar diferente tipos de filtros en el dominio discreto. * Aplicar filtros discretos al análisis e interpretación de señales biomédicas. PROBLEMAS Y EJEMPLOS DE PROCESADO DE SEÑALES BIOMÉDICAS Dedicación: 16h Grupo grande/teoría: 2h Aprendizaje autónomo: 11h 30m * Reducción de ruido y eliminación de artefactos. * Detección de eventos de interés en señales biomédicas. Clases de explicaciones teóricas con problemas y laboratorio. * Aplicar técnicas básicas de reducción de artefactos presentes en señales biomédicas. * Proponer métodos para la detección de eventos de interés y extraer información relevante en señales biomédicas 5 / 7

6 Sistema de calificación La evaluación se llevará a cabo mediante la valoración por parte de los profesores del trabajo del estudiante, individual y/o en grupo, realizado de forma presencial y no presencial. Se llevará a cabo ponderando convenientemente las siguientes actividades: * Entrega de ejercicios durante el curso. Nota de este concepto Nac. * Una prueba parcial consistente en dos partes (La nota de esta prueba es Npp) * Prácticas de Laboratorio incluyendo los informes entregados de cada sesión. La nota de esta prueba es Nep. * Trabajo final relacionado con un tema de procesado de señales biomédicas a realizar en grupo y que se entregará al final del cuatrimestre. La nota de este trabajo es NPR * Un examen final, consistente en consistente en dos partes (La nota de esta prueba es Nef). La nota final de la asignatura, Nfinal, se calcula mediante la siguiente expresión: Nfinal = 0,5 Nef + 0,1 NPR + 0,15 Npp + 0,15 Nep + 0,1 Nac Para optar a la reevaluación será necesario haber realizado las prácticas de Laboratorio y presentado el trabajo final. La nota de reevaluación substituirá las notas Npp, Nac y Nef Normas de realización de las actividades Para el examen parcial y final, constaran de dos partes: * cuestiones de tipo conceptual o que requieren razonamientos cualitativos básicos y * resolución de problemas (para esta última parte se podrá disponer de los apuntes de la asignatura y calculadora) 6 / 7

7 Bibliografía Básica: Proakis, John G ; Manolakis, Dimitris G. Tratamiento digital de señales. 4ª ed. Madrid: Prentice-Hall, ISBN Bruce, Eugene N. Biomedical signal processing and signal modeling. New York: John Wiley & Sons, ISBN Complementaria: Sörnmo, Leif ; Laguna, Pablo. Bioelectrical signal processing in cardiac and neurological applications [en línea]. Burlington: Elsevier Academic Press, cop [Consulta: 10/09/2014]. Disponible a: < ISBN Bronzino, Joseph D. The Biomedical Engineering Handbook. Section VI. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, ISBN Najarian, Kayvan; Splinter, Robert. Biomedical signal and image processing. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, ISBN Otros recursos: Enlace web Base de datos de artículos de revistas y congresos científicos de la Editorial Elsevier Base de datos de artículos y revistas científicas en el campo de la Ingeniería Biomédica y la Medicina Base de datos de artículos de revistas y congresos científicos de la Sociedad IEEE 7 / 7