Universitat Internacional de Catalunya
Teoria de Senyals i Sistemes
Altres llengües d'impartició: català, anglès
Professorat
Es podrà concertar una reunió presencial amb la docent escrivint al seu correu electrònic.
Presentació
Els nostres cossos comuniquen constantment informació sobre la nostra salut. Aquesta informació es pot capturar a través d'instruments fisiològics que mesuren la freqüència cardíaca, la pressió arterial, els nivells de saturació d'oxigen, la glucosa en sang, la conducció nerviosa, l'activitat cerebral, etc. Tradicionalment, aquestes mesures es prenen en moments específics i s'anoten en la història clínica del pacient. Els metges en realitat veuen menys de l'u per cent d'aquests valors a mesura que fan les seves rondes, i les decisions de tractament es prenen sobre la base d'aquestes lectures aïllades.
El processament de senyals biomèdics implica l'anàlisi d'aquests mesuraments per a proporcionar informació útil sobre la qual els metges poden prendre decisions. Els enginyers estan descobrint noves maneres de processar aquests senyals mitjançant una varietat de fórmules i algorismes matemàtics. Treballant amb eines tradicionals de bio-mesurament, els senyals poden ser calculades per programari per a proporcionar a les mèdiques dades en temps real i majors coneixements per a ajudar en les avaluacions clíniques. En utilitzar mitjans més sofisticats per a analitzar el que diuen els nostres cossos, podem determinar potencialment l'estat de salut d'un pacient a través de mesures més no invasives.
Requisits previs
Àlgebra, Càlcul, Fonaments i Sistemes electrònics, Instrumentació Biomèdica
Objectius
Els objectius específics són que l'estudiant:
- Conèixer i classificar els senyals biomèdics segons la seva naturalesa.
- Conèixer eines de programari que permeten processar matemàticament senyals biomèdics.
- Tenir l'habilitat de manipular els senyals mitjançant filtres en temps discret.
- Entendre les relacions del domini temporal i freqüencial, i ser capaç d'extreure informació rellevant dels senyals biomèdics en tots dos dominis.
- Dissenyar filtres digitals senzills i aplicar tècniques bàsiques per a la reducció d'artefactes en senyals biomèdics.
- Conèixer algorismes de diagnòstic estàndard per a processar matemàticament. senyals biomèdics d'aplicació clínica.
Competències/Resultats d’aprenentatge de la titulació
- CB1 - Que els estudiants hagin demostrat posseir i comprendre coneixements en una àrea d'estudi que parteix de la base de l'educació secundària general, i se sol trobar a un nivell que, si bé es recolza en llibres de text avançats, inclou també alguns aspectes que impliquen coneixements procedents de l'avantguarda del seu camp d'estudi
- CB2 - Que els estudiants sàpiguen aplicar els seus coneixements al seu treball o vocació d'una forma professional i posseeixin les competències que solen demostrar-se per mitjà de l'elaboració i defensa d'arguments i la resolució de problemes dins la seva àrea d'estudi
- CB3 - Que els estudiants tinguin la capacitat de reunir i interpretar dades rellevants (normalment dins la seva àrea d'estudi) per emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d'índole social, científica o ètica
- CB4 - Que els estudiants puguin transmetre informació, idees, problemes i solucions a un públic tant especialitzat com no especialitzat
- CB5 - Que els estudiants hagin desenvolupat aquelles habilitats d'aprenentatge necessàries per emprendre estudis posteriors amb un alt grau d'autonomia
- CE1 - Resoldre els problemes matemàtics que puguin plantejar-se en l'àmbit de la Bioenginyeria. Aptitud per aplicar els coneixements sobre geometria, càlcul integral, mètodes numèrics i optimització
- CE12 - Realitzar un projecte en l'àmbit de les tecnologies específiques de Bioenginyeria de naturalesa professional en el qual se sintetitzen i integren les competències adquirides en els ensenyaments.
- CE13 - Identificar, entendre i utilitzar els principis d'electrònica, sensors, condicionadors i sistemes d'adquisició de senyals biomèdica
- CE15 - Tenir la capacitat de realitzar un projecte mitjançant l'ús de fonts de dades, i l'aplicació de metodologies, tècniques de recerca i eines pròpies de la Bioenginyeria, i fer una exposició i defensa pública del projecte davant d'un públic especialitzat de manera que es demostri la adquisició de les competències i coneixements propis del Grau
- CE16 - Aplicar la terminologia pròpia de la Bioenginyeria tant oral com escrita en una tercera llengua.
- CE17 - Ser capaç d'identificar els conceptes de l'enginyeria que es poden aplicar en el camp de la biologia i de la salut.
- CE21 - Tenir la capacitat per comprendre i aplicar les metodologies i eines biotecnològiques per a la investigació, desenvolupament i producció de productes i serveis.
- CE3 - Aplicar a la Bioenginyeria els coneixements fonamentals sobre l'ús i programació dels ordinadors, sistemes operatius, bases de dades i programes informàtics.
- CE8 - Dialogar amb esperit crític sobre idees relacionades amb l'ésser humà i les seves principals dimensions.
- CG10 - Saber treballar en un entorn multilingüe i multidisciplinari
- CG2 - Promoure els valors propis d'una cultura pacífica, contribuint a la convivència democràtica, el respecte dels drets humans i principis fonamentals com la igualtat i la no discriminació.
- CG3 - Tenir capacitat per a l'aprenentatge de nous mètodes i teories i ser versàtil per a l'adaptació a noves situacions.
- CG4 - Resoldre problemes amb iniciativa, presa de decisions, creativitat, raonament crític i de comunicació i transmissió de coneixements, habilitats i destreses en el camp de la Bioenginyeria.
- CG5 - Realitzar càlculs, valoracions, taxacions, peritatges, estudis, informes, plans de labors i altres treballs anàlegs.
- CG6 - Aplicar la legislació necessària en l'exercici de la professió
- CG7 - Analitzar i valorar l'impacte social i mediambiental de les solucions tècniques.
- CG8 - Aplicar els principis i mètodes de la qualitat.
- CT2 - Tenir capacitat per relacionar el benestar amb la globalització i la sostenibilitat; aconseguir habilitats per utilitzar de forma equilibrada i compatible la tècnica, la tecnologia, l'economia i la sostenibilitat
- CT3 - Saber comunicar-se de forma oral i escrita amb altres persones sobre els resultats de l'aprenentatge, de l'elaboració del pensament i de la presa de decisions; participar en debats sobre temes de la pròpia especialitat
- CT4 - Ser capaç de treballar com a membre d'un equip interdisciplinari, ja sigui com un membre més o realitzant tasques de direcció, amb la finalitat de contribuir a desenvolupar projectes amb pragmatisme i sentit de la responsabilitat, assumint compromisos tenint en compte els recursos disponibles
- CT5 - Realitzar un ús solvent dels recursos d'informació. Gestionar l'adquisició, l'estructuració, l'anàlisi i la visualització de dades i informació en l'àmbit d'especialitat i valorar de forma crítica els resultats d'aquesta gestió.
- CT6 - Detectar deficiències en el propi coneixement i superar-les mitjançant la reflexió crítica i l'elecció de la millor actuació per ampliar aquest coneixement.
- CT7 - Dominar una tercera llengua, habitualment l'anglès, amb un nivell adequat oral i escrit i d'acord amb les necessitats que tindran els titulats i titulades
Resultats d’aprenentatge de l’assignatura
Una vegada finalitzada l'assignatura, l'estudiant podrà:
- Conèixer els senyals bàsics procedents dels sistemes biològics.
- Adquirir senyals biomèdics de qualitat.
- Entendre els principis bàsics del processament de senyals biomèdics.
- Processar senyals amb eines de programari.
Continguts
Tema 0. Introducció. Senyals analògics i digitals.
Exemples pràctics: Registre de senyals analògiques de transductors electrònics i visualització mitjançant l'oscil·loscopi.
Tema 1. El senyal sinusoidal
Exemples pràctics: Representació gràfica de senyals sinusoidals mitjançant ordinador. Generació de senyals sinusoidals de freqüència variable per a aplicacions d'audiometria. Modelització matemàtica de senyals de EMG amb senyals sinusoidals.
Tema 2. Mostreig de senyals analògics
Exemples pràctics: adquisició d'un senyal. Utilització de sistemes educacionals d'adquisició de senyals (Biopac, Labtutor, etc.). Estudi de l'efecte del teorema de mostreig (Nyquist) en l'adquisició de senyals biomèdics.
Tema 3. Convolució i correlació
Exemples pràctics: Representació gràfica i càlcul de la correlació mitjançant ordinador, aplicació de la correlació creuada normalitzada per a detecció de la similitud entre senyals, detecció de senyals EMG similars amb la correlació en una configuració de arrays d'elèctrodes.
Tema 4. La Transformada de Fourier
Exemples pràctics: Representació gràfica i càlcul de la transformada ràpida de Fourier (FFT) mitjançant ordinador, adquisició del senyal ECG amb sistemes educacionals d'adquisició de senyals (Biopac, Labtutor, etc.) i obtenció de l'espectre freqüencial.
Tema 5. Filtres digitals
Exemples pràctics: Càlcul de la funció de transferència de filtres digitals mitjançant ordinador, aplicació per a ordinador del teorema de convolució, aplicació per a ordinador del filtrat del soroll de la xarxa elèctrica i els seus harmònics, filtrat digital del senyal ECG adquirit en el laboratori. Adquisició i filtratge del senyal EEG amb sistemes educacionals d'adquisició de senyals (Biopac, Labtutor, etc.) i obtenció de les diferents banda freqüencials mitjançant filtrat.
Tema 6. Representació temps-freqüència, espectrograma
Exemples pràctics: Representació gràfica i càlcul de l'espectrograma de sons cardíacs (Fonocardiograma). Representació gràfica i càlcul de l'espectrograma del senyal ECG adquirit el laboratori mitjançant diferents mètodes paramètrics i no paramètrics.
Tema 7. La transformada Wavelet
Exemples pràctics: Càlcul per ordinador de la transformada Wavelet en el senyal ECG adquirit el laboratori per a la detecció automàtica d'esdeveniments QRS.
Metodologia i activitats formatives
Modalitat totalment presencial a l'aula
| ACTIVITAT FORMATIVA | METODOLOGIA | COMPETÈNCIES |
| Aprenentatge cooperatiu tindrà una gran importància en el grau en Bioenginyeria, el seu enfocament es basa en organitzar les activitats dins de l'aula per a convertir-les en una experiència social i acadèmica d'aprenentatge. L'aprenentatge depèn de l'intercanvi d'informació entre els estudiants, els quals estan motivats tant per logar seu propi aprenentatge com per a acréixer els èxits dels altres. Aquesta activitat contempla les pràctiques realitzades a l'entorn del laboratori. La classe magistral, serà l'escenari per: Aprendre i utilitzar la terminologia i estructures lingüístiques relacionades amb l'àmbit científic. Practicar i desenvolupar destreses de comunicació oral i escrita. I per aprendre com analitzar bibliografia i literatura sobre temes de Bioenginyeria. Practicar pautes per identificar i entendre les idees principals a durant la classe magistral. Aquesta activitat formativa és una eina essencial en la formació des del seu origen i ha de tenir una presència molt important en aquesta estructura de grau. L'estudi de cas és una tècnica d'aprenentatge en la qual el subjecte s'enfronta a la descripció d'una situació específica que planteja un problema, que ha de ser comprès, valorat i resolt per un grup de persones a través d'un procés de discussió. L'estudi de casos, es realitza generalment a través de treball en grup, que fomenta la participació de l'alumne, desenvolupant el seu esperit crític. Addicionalment prepara l'alumne per a la presa de decisions, ensenyant-li defensar els seus arguments i a contrastar-los amb les opinions de la resta del grup. Activitat no presencial, en aquesta activitat l'estudiant realitza una tasca de sedimentació i repòs del coneixement, necessari sempre abans de fer una tasca nova. El plantejament d'exercicis i problemes per part del professor, ajuda l'alumne a avançar en el procés enginyeril del disseny, guiat pel professor es van aconseguint fites parcials que faciliten la integració del coneixement teòric adquirit. Activitat no presencial, en aquesta activitat l'estudiant realitza exercicis de forma autònoma, sense la presència del professor. En aquesta fase apareixen sempre més dubtes, però al no tenir l'opció de preguntar immediatament es produeix un esforç addicional per part de l'alumne. | Activitats de l'alumne dirigides pel professor es realitzen en forma presencial i es monitoritza constantment l'evolució de l'alumne. Les classes pràctiques permeten a l'alumne interactuar en primera persona amb les eines de treball, en petits grups o de forma individual es realitzen petites demostracions pràctiques dels coneixements teòrics adquirits durant les classes teòriques A les classes teòriques s'ha d'establir el saber fonamental i científic que s'assenten les bases del coneixement i rigor que exigeix l'estudi de l'enginyeria El treball individual, a través de l'estudi, la recerca d'informació, el processament de dades i la interiorització dels coneixements permeten a l'alumne consolidar el seu aprenentatge. | CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CE1 CE13 CE15 CE16 CE17 CE3 CG10 CG2 CG3 CG4 CG5 CG6 CG7 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 |
Sistemes i criteris d'avaluació
Modalitat totalment presencial a l'aula
Modalitat totalment presencial a l'aula
La qualificació final de l'assignatura s'obtindrà com;
Nota=0,3·Nef +0,3·Nlab+0,2·Ntreb+0,2·Nparc
on
Nparc: Nota examen parcial Nef : Nota examen final
Nlab : Nota pràctiques laboratori
Ntreb : Nota treballs de l'assignatura
Per a optar a l'apte és imprescindible realitzar les pràctiques de laboratori de l'assignatura.
Consideracions importants:
Plagi, copiar o qualsevol altra acció que es pugui considerar parany suposarà un zero en aquest apartat d'avaluació. Realitzar-ho en els exàmens suposarà el suspens immediat de l'assignatura.
En segona convocatòria no es podrà obtenir la qualificació de "Matrícula d'Honor", per la qual cosa la qualificació màxima serà de "Excel·lent".
No s'acceptaran canvis en el calendari, dates d'exàmens o en el sistema d'avaluació.
Els estudiants d'intercanvi (Erasmus i altres) o repetidors estaran sotmesos a les mateixes condicions que la resta de l'alumnat.
Bibliografia i recursos
[1] Proakis, John G ; Manolakis, Dimitris G. Digital Signal Processing. 4th ed. Madrid: Prentice-Hall, 2006. ISBN-10 : 0131873741.
[2] John Enderle, Joseph Bronzino. 2011. Introduction to Biomedical Engineering, 3 ed. ISBN : 978-0123749796.
[3] Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky. Signals And Systems. Pearson. 2nd Edition. 2017. ISBN-10 : 9332550239.
Període d'avaluació
- E1 31/05/2021 P2A02 12:00h
- E2 30/06/2021 P2A03 12:00h