Merjenje in obdelava biomedicinskih signalov

Opis predmeta

Poglobljen pregled izbranih signalov biološkega izvora, ki jih srečujemo v raziskovalnem ali kliničnem medicinskem okolju. Fiziološki izvor in lastnosti teh signalov. Fizikalno ozadje in uporaba metod za zajem in merjenje teh signalov. Elektrode in merilne sonde za zajem neelektričnih veličin. Metode za obdelavo teh signalov v časovnem in frekvenčnem prostoru za pridobitev klinično ali raziskovalno relevantne informacije o signalnem viru (biološkem sistemu). Konkretni primeri uporabe.

Obravnavali bomo signale naslednjih izvorov: elektrofiziološki signali (elektrokardiografija, elektromiografija skeletnih in gladkih mišic, elektroencefalografija, prevajanje po živcih); pretok krvi (ultrazvok, laser Doppler); oksigenacija (bližnje infrardeča spektroskopija in metode za oksimetrijo); meritve za določitev lastnosti bioloških celic (mikroskopija, spektroskopija).

Cilji in kompetence

Pridobiti znanje in razumevanje o metodah zajema in obdelave različnih signalov fiziološkega izvora s s praktičnim namenom pridobitve klinično ali raziskovalno pomembnih podatkov o lastnostih in delovanju biološkega sistema. Z izdelavo usmerjene projektne naloge študenti lahko pridobljeno znanje uporabijo za reševanje konkretnega problema.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja v primeru zadostnega števila vpisanih študentov, sicer samostojen študij z rednimi individualnimi konzultacijami.

Vsak študent dobi konkretno uporabno projektno nalogo z izbranega ožjega področja zajema in obdelave biomedicinskih signalov, v okviru katere razišče problematiko problema in poda rešitev.

Predvideni študijski rezultati

Spoznati širši nabor različnih biomedicinskih signalov, vključno z izvorom (celica, tkivo, organ), fiziološkim mehanizmom nastanka, lastnostmi in pomenom za klinično ali raziskovalno delo. Razumeti fizikalni princip merilnih metod za zajem biomedicinskih signalov.

Na tipičnih primerih uporabe spoznati metodologijo obdelave signalov za pridobitev želene informacije. Pridobiti spretnost za reševanje konkretnega problema iz biomedicinskega področja.

Reference nosilca

Mali B, Gorjup V, Edhemovic I, Brecelj E, Cemažar M, Sersa G, Strazisar B, Miklavcic D, Jarm T (2015). Electrochemotherapy of colorectal liver metastases – an observational study of its effects on the electrocardiogram. Biomed Eng Online 14(suppl. 3):1-17 (http://www.biomedical-engineering-online.com/content/14/S3/S5)
Mali B, Zulj S, Magijarevic R, Miklavcic D, Jarm T (2014) Matlab-based tool for ECG and HRV analysis. Biomed Signal Proc Control 10:108-116
Mali B, Jarm T, Snoj M, Sersa G, Miklavcic D (2013) Antitumor effectiveness of electrochemotherapy : a systematic review and meta-analysis. Eur J Surg Oncol 39(1):4-16
Stirn I, Jarm T, Kapus V, Strojnik V (2011) Evaluation of muscle fatigue during 100-m front crawl. Eur J Appl Physiol 111(1):101-113
Jarm T, Cemazar M, Miklavcic D, Sersa G (2010) Antivascular effects of electrochemotherapy : implications in treatment of bleeding metastases. Exp Rev Anticancer Ther 10(5):729-746

Temeljni viri in literatura

L. Soernmo, P. Laguna: Bioelectrical signal processing in cardiac and neurological applications. Academic Press, 2005.

R.M. Rangayyan: Biomedical signal analysis: a case-study approach. Wiley-IEEE Press, 2002.

Electromyography

J.D. Bronzino (ed.): The Biomedical Engineering Handbook, (3rd ed.), Vol. 2: Medical Devices and Systems. CRC Press, 2006.

R. Merletti, P. Parker: Electromyography. IEEE Press/Wiley, 2004.

T. Tagawa, T. Tamura, P. Ake Oberg: Biomedical Sensors and Instruments (2nd ed.). CRC Press, 2011.

T. G. Leighton: The Acoustic Bubble. Elsevier, 1994.

Izbrani članki iz znanstvenih revij/Selected papers from scientific journals