Obdelava biomedicinskih signalov

Opis predmeta

Izvor in vrste biomedicinskih signalov ter cilji obdelave. Slučajna spremenljivka, verjetnostne funkcije, funkcije slučajnih spremenljivk. Slučajni procesi in momentne funkcije. Korelacija, konvolucija, koherenca. Ocenjevanje statističnih veličin iz časovno omejenih signalov. Ocenjevanje stacionarnosti in ponovljivosti. Spekter močnostne gostote. Klasične na Fourierjevi transformaciji temelječe in moderne (parametrične) metode za spektralno analizo slučajnih signalov. Podatkovna okna. Modeliranje slučajnih signalov. Linearna predikcija. Lastnosti in tipični postopki za obdelavo elektrofizioloških signalov (EKG, EMG, EEG). Motnje v biomedicinskih signalih in njihovo filtriranje. Optimalno in adaptivno filtriranje. Detekcija dogodkov in valovnih oblik v biomedicinskih signalih. Cepstrum in homomorfna dekonvolucija. Časovno-frekvenčna analiza nestacionarnih signalov. Zvezna in diskretna valčna transformacija (multiresolucijska analiza). Metodi PCA in PCI.

Cilji in kompetence

Spoznati in razumeti koncept slučajnih procesov, ki je temelj za razumevanje metod za obdelavo slučajnih signalov. Razumeti delovanje različnih metod za obdelavo biomedicinskih signalov ter prepoznati njihovo praktično uporabnost na praktičnih primerih biomedicinskih signalov različnega izvora. Pridobiti sposobnost samostojno izbrati in utemeljiti ustrezen način obdelave različnih biomedicinskih in drugih signalov slučajne narave.

Metode poučevanja in učenja

Metode poučevanja vključujejo predavanja in praktične laboratorijske vaje. Predavanja: formalno podajanje ključnih elementov snovi podprto s projekcijo slikovnega gradiva ter demonstracijo delovanja posameznih metod. Primeri analitičnega reševanja nekaterih računskih nalog. Laboratorijske vaje: uporaba obravnavanih metod na krajših nalogah na signalih biomedicinskega izvora, ki vsaj delno izvirajo iz praktičnega izvajanja meritev pri drugih predmetih. Del laboratorijskih vaj se lahko nadomesti z obsežnejšo projektno nalogo, kjer študenti zastavljeni problem analizirajo, poiščejo dodatno literaturo, in predlagajo rešitev. Pri reševanju problema morajo integrirati različne dele obravnavane snovi.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu na bi bili študenti zmožni:

– Razširiti znanje in razumevanje področja obdelave signalov z determinističnih signalov na signale slučajne narave.

– Klasificirati signale glede na njihove splošne lastnosti.

– Predstaviti najpogostejše vrste signalov biomedicinskega izvora in področja uporabe teh signalov.

– Aplicirati različna matematična orodja (v programskem okolju MATLAB) za določanje klinično pomembnih značilk iz biomedicinskih in drugih slučajnih signalov.

– Aplicirati orodja za časovno-frekvenčno analizo nestacionarnih signalov.

– Izbrati in preučiti dodatno literaturo za reševanje konkretnega specifičnega problema bodisi samostojno ali v skupini.

– Zgraditi programsko orodje za reševanje specifičnega problema.

Reference nosilca

1. JARM, Tomaž, REBERŠEK, Stanislav. Obdelava biomedicinskih signalov. izd. Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko, 2005.
2. JARM, Tomaž, ČEMAŽAR, Maja, MIKLAVČIČ, Damijan, SERŠA, Gregor. Antivascular effects of electrochemotherapy: implications in treatment of bleeding metastases. Expert rev. anticancer ther., 2010, vol. 10, no. 5, str. 729-746.
3. ŠTIRN, Igor, JARM, Tomaž, KAPUS, Venceslav, STROJNIK, Vojko. Evaluation of muscle fatigue during 100-m front crawl. European journal of applied physiology. [Online izd.], 2011, vol. 111, no. 1, str. 101-11
4. Mali B, Žulj S, Magjarević R, Miklavčič D, Jarm T. Matlab-based tool for ECG and HRV analysis. Biomed. Signal Process. Control 10: 108-116, 2014
5. MALI, Barbara, GORJUP, Vojka, EDHEMOVIĆ, Ibrahim, BRECELJ, Erik, ČEMAŽAR, Maja, SERŠA, Gregor, STRAŽIŠAR, Branka, MIKLAVČIČ, Damijan, JARM, Tomaž. Electrochemotherapy of colorectal liver metastases – an observational study of its effects on the electrocardiogram. BioMedical engineering online, vol. 14, suppl. 3, 2015.

Temeljni viri in literatura

1. E.N. Bruce: Biomedical signal processing and signal modeling. Wiley-Interscience, 200
2. R.M. Rangayyan: Biomedical signal analysis: a case-study approach. Wiley-IEEE Press, 2001.
3. L. Soernmo, P. Laguna: Bioelectrical signal processing in cardiac and neurological applications. Academic Press, 2005.
4. H. Stark, J.W. Woods: Probability and random processes with applications to signal processing (3rd ed.). Prentice Hall, 2002.
5. J.L. Semmlow: Biosignal and biomedical image processing: MATLAB-based applications. CRC Press, 2004.
6. T. Jarm, S. Reberšek: Obdelava biomedicinskih signalov. Založba FE in FRI, 2005.