Subiecte miss

1. Etape in realizarea unui sistem de monitorizare

a. achizitia semnalelor biofizice si biochimice - prelevarea biopotentialelor si a altor marimi biofizice si biochimice: presiune arteriala, temperatura, puls, ritm respirator, lucru mechanic cardiac/fonocardiograma, oximetrie, glicemie.

b. pre-procesarea si procesarea semnalelor biofizice si biochimice achizitionate;

c. dezvoltarea interfetei monitor-pacient;

d. tele-transmisia semnalelor catre centrala spitaliceasca;

e. realizarea structurii sistemelor de tele-monitorizare;

f. fiabilitatea procesarii si transferului datelor ;

g. disponibilitatea sistemului;

h. managementul energetic al acestuia.

2. Parametri vitali

Termenul “parametri vitali” se refera la masurarea ritmului cardiac, a frecventei respiratorii, a presiunii arteriale, a temperaturii corpului si a saturatiei oxigenului din sange, aceste marimi fiind vitale organismului uman.

Parametri vitali:

- ritmul cardiac (pulsul): ofera indicatii asupra functiei cardiovasculare- frecventa respiratorie: se utilizeaza mai rar datorita dificultatilor tehnice de inregistrare- presiunea arteriala: ofera date relevante asupra activitatii cardiace- temperature corpului: se masoara frecvent in special in cazul unor stari febrile sau

hipotermice- saturatia oxigenului din sange: se utilizeaza in monitorizarea cardiovasculara si

respiratorie

3. Monitorizarea semnaleleor eck si a concentratia O2 din sange

a. Monitorizarea ambulatorie (24/48h) a semnalului ECG: ofera medicului informatii despre functionarea inimii pe durate de timp mai mari decat in cadrul unei consultatii de rutina. Inregistrarea se face prin intermediul unor electrozi montati pe corpul pacientului conectati la un dispozitiv de inregistrare (Holter) prins la sold.

b. Monitorul de SpO2 (pulsoximetru): masoara neinvaziv concentratiile de O2 din sange. Principiul de functionare se bazeaza pe spectofotometrie de absorbtie, masurand modificarile de absorbtie a luminii de catre doua forme de homoglobina.

4. Telemonitorizare = serviciu de telemedicina ce presupune monitorizarea de la distanta a functiilor vitale ale unui pacient prin intermediul echipamentelor medicale.

Sistemele de telemonitorizare: preleveaza, stocheaza si transmit la distanta semnalele biomedicale sau parametrii fiziologici la un interval de timp specificat. Realizeaza on-line analiza acestora si pot trasmite alarme catre un centru de telemonitorizare, in cazul in care valorile parametrilor monitorizati depasesc anumite limite.

5. Sisteme de telemonitorizare: Sistemul EPI-MEDICS (Enhanced Personal,Intelligent and Mobile System for Early Detection and Interpretation of Cardiological Syndromes) – se realizeaza un dispozitiv de telemonitorizare a semnalului EKG numit PEM (Personal EKG Monitor) pentru detectia diferitelor afectiuni cardiologice

Achizitioneaza 3 canale EKG timp de 10 secunde, reconstruieste cele 12 derivatii standard ale EKG folosind un algoritm bazat pe retele neuronale artificiale. Memoreaza valorile numerice ale semnalului impreuna cu datele personale ale pacientului pe un card personal in dispozitivul PEM. Semnalul este apoi prelucrat si in functie de rezultate se activeaza, sau nu, alarmele. Datele si alarmele sunt transmise spre serverele de telemonitorizare prin comunicatie Bluetooth spre telefonul mobil si de acolo prin GSM.

6. Arhitectura unui sistem de instrumentatie biomedicala

7. Sisteme medicale bazate pe senzori wireless (o arhitectura de sistem)

8. Codificare. Cuantificare

Codificarea si cuantificarea informatiei continute de semnale fac apel la diferite metode de transformare a semnalului numeric inregistrat intr-o alta reprezentare, mai convenabila, in functie de natura semnalului studiat. Cuantificarea este importanta in procesul de procesare numerica a semnalelor uni- sau bi-dimensionale, iar aceasta operatie introduce erori sistematice = “zgomot de cuantificare”. Algoritmele de codificare dezvoltate au si scopul de a reduce efectele zgomotului de cuantificare in etapa de decodificare.

9. Compresia datelor

Apare si in activitatile legate de trasmisia acestora, deoarece canalele de trasmisie au o capacitate limitata, impunandu-se reducerea informatia astfel incat sa fie compatibila cu largimea de banda alocata.

10. Tipuri de semnale – Clasificari

a. Din punct de vedere al predictibilitatii:

- Deterministe = daca evolutia este prefizibila si se pot descrie prin functii de timp

- Aleatoare = daca au o evolutie imprezibila sau mult prea complexa pentru a fi trasnformata intr-o expresie matematica

b. Din punct de vedere al evolutiei in timp:

- Continue = daca sunt descries prin functii continue in timp

- Discrete = daca au valori definite doar in anumite momente de timp

c. Din punct de vedere al amplitudinii:

- Continue = daca domeniul de variatie al amplitudinii este un interval continuu

- Cuantizate = daca amplitudinea poate lua un numar finit de valori

11. Semnal determinist

= ale carui valori sunt bine determinate, iar evolutia este previzibila si se pot descrie expresii matematice explicite de timp, tabele de date sau reguli bine-definite.

Pot fi clasificate in:

a. semnale neperiodice – nu sunt periodiceb. semnale periodice – satisface relatia : x(t) = x(t+nT). O clasificare utila data de

periodicitatea semnalelor este gruparea acestora in doua categorii: semnale armonice si nearmonice.

c. semnale cvasi-periodice – desi este sintetizat dintr-o suma de functii armonice, nu este periodic, deoarece raportul dintre doua frecvente oarecare nu este un numar rational (pot fi descompuse in serii Fourier)

12. Semnal aleator

Este definit de o valoare efectiva si /sau o valoare medie calculate pe un interval de timp dat. Se pot reprezenta doar grafic. Pentru descrierea acestui tip de semnal se aplica tehnici de analiza statica (teoria probabilitatii).

13. Concentratori de informatie

Un semnal e complet determinat daca i se cunoaste integral variatia in timp si spatiu.

- Semnale deterministe

Semnale oarecare: valoare momentana u(t), maxima umax, valoare minima umin.

- Semnale deterministe – semnale periodice: amplitudine, valoare varf-la-varf- valoare medie, valoare medie a semnalului redresat, valoare efectiva, factorul de varf, factorul de forma, energia (semnal periodic – E infinit), puterea medie.

14. Semnal armonic si nearmonic (relatii)

Semnal armonic: x(t) = A sin(ωt+φ) = A sin (2πf*t + φ) = A sin (2π/T * t + φ)

A – amplitudinea, ω – pulsatia, φ – faza initiala a semnalului, f – frecventa, t – timpul, T – perioada.

Semnal nearmonic:

A0 este componenta continua, iar termini sumei reprezinta componentele armonice, de frecventa egala cu un multiplu al frecventei f.

15. Latimea de banda

Bandwidth = intervalul de frecventa in care sunt concentrate frecventele representative F2-F1. Adica x% din puterea/energia semnalului (95%, 90%, 75%)

16. Semnale analogice (explicatii)

Acele semnale provenite din lumea reala inconjuratoare, sunt continue in timp si ca domeniu de valori (in amplitudine). Amplitudinea poate lua orice valoare reala din domeniul lor de valori. Sunt prelucrate de circuite analogice. Iar dintre semnalele analogice putem enumera: electrice – tensiune, curent, cam magnetic, electric; mecanice – viteza, forta; fizico-chimice – temperatura.

O importanta majora o reprezinta influenta semnalelor perturbatoare (=semnale parasite care nu contin semnal util dar se suprapune peste acesta). De obicei au un caracter aleatoriu dar pot fi si semnale deterministe.

La frecvente joase sub 50 Hz predomina perturbatiile, iar in domeniul de frecvente (103 - 105) Hz, perturbatiile au un nivel relativ constant si se numesc zgomot alb. Peste 105Hz nivelul perturbatiilor incepe sa creasca datorita factorilor externi.

17. Semnale discrete (explicatii)

Sunt obtinute prin citirea valorilor pe care le ia semnalul analogic la anumite momente de timp tkM, unde M este o multime discreta.

Procesul de memorare a acestor valori, operatia prin care un semnal continuu este reprezentat cu un numar finit de valori = discretizare.

Selectarea valorilor semnalului continuu la anumite momente reprezinta esantionarea in timp t = 0, Ts, 2Ts, 3Ts – Ts este pasul sau perioada de esantionare.

18. Semnale digitale

Semnale discrete din punct de vedere al evolutiei in timp si cuantizare ca domeniu de valori. Se obtine din semnalul continuu prin esantionarea la anumite momente de timp si prin conversia numerica a valorii semnalului. Semnalul va avea un numar finit de valori, la momente de timp bine definite, iar valorile sunt rotungite. Sunt procesate cu calculatorul numeric.

19. Digitizarea semnalelor

Implica 3 operatii:

- Esantionarea: prelevarea la interval egale de timp a valorilor instantanee ale semnalelor- Trunchierea: decuparea dintr-un semnal infinit a unei portiuni finite de timp- Cuantizarea: transformarea nivelelor de tensiune ale esantioanelor in coduri numerice

20. Teorema esantionarii (Teorema lui Shannon)

Un semnal cu timp continuu avand componente de frecventa maxima fmax poate si reprezentat prin esantionare regulata, cu o frecventa de esantionare de cel putin 2*fmax:

fs>= 2fmax

21. Fenomenul de repliere de spectre (aliasing)

Reprezinta suprapunerea spectrelor. Semnalul analogic original nu mai poate fi refacut correct din esantioanele sale. Daca fs < 2f1 spectrele se suprapun si se aduna, deci semnalul nu mai poate fi corect reconstituit.

22. Analiza Fourier

Este utila pentru procesarea datelor deoarece descompune un semnal intr-un sir de componente sinusoidale de frecvente diferite, facand trecerea din domeniul de timp in domeniul frecventa, realizand calculul amplitudinii si fazei variabilelor transformate.

23. Serii Fourier (continuu si discret)

a. Spectrul semnalelor continue: Seria Fourier

unde este pulsatia semnalului original f(t)

Modulul coeficientilor seriei se numeste spectrul semnalului f(t)

b. Semnale discrete: pentru x(n): coeficientii:

24. Utilitatea transformatei Fourier

Transformata Fourier Rapida (FFT) este o unealta utila pentru filtrarea datelor, procesarea semnalelor sau pentru procesarea imaginilor in domeniul frecventei si pentru estimarea spectrului puterii.

25. Tehnici utilizate in procesarea semnalelor analogice

Convolutia : concept de vaza in procesarea semnalelor care afirma ca semnalul de IN poate fi combinat cu diferite functii alte sistemului pentru determinarea marimii de IE.

Transformata Fourier: descompune un semnal intr-un sir de componente sinusoidale de frecvente diferite, facand trecerea din domeniul frecventa in domeniul timp, realizand calculul amplitudinii si fazei semnalului transformat.

Transformata Laplace: transformata Fourier generalizata care transformata un semnal sau un sistem intr-un numar complex.

26. Tehnici utilizate in procesarea semnalelor digitale

Corelatia: permite recunoasterea sau identificarea semnalelor emise

Convolutia: intre coeficientii unui sistem linear si semnalul de IN, esantionul curent de IE se obtine ca suma ponderata a ultimelor N esantioane ale semnalului de IN. Aceasta se poate determina direct – utilizand formula de definitie, sau indirect – utilizand transformata Fourier.

Transformata Fourier Discreta: ofera informatii despre spectrul de frecventa al unui sistem

Transformata Z: utila pentru analiza si proiectarea semnalelor in timp timp discret

Transformata Hilbert

Transformata Wavelet

27. Histograme

= reprezentare grafica a numarului de esantioane dintr-un sir de date care au aceeasi valoare, in functie de plaja de valori de esantionare.

Histogramele sunt utile pentru calculul valorii medii si a deviatiei standard in cazul unui numar mare de date. Acestea grupeaza impreuna esantioanele care au aceeasi valoare, permitand sa se realizeze calculul statistic utilizand un numar mic de grupe de valori in loc de milioane de valori.