Universitat Internacional de Catalunya

Teoría de Señales y Sistemas

Teoría de Señales y Sistemas
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12489
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Segundo semestre
OB
FORMACIÓN TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA
Lengua de impartición principal: castellano

Otras lenguas de impartición: catalán, inglés

Profesorado


Se podrá concertar una reunión presencial con la docente escribiendo a su correo electrónico.

Presentación

Nuestros cuerpos comunican constantemente información sobre nuestra salud. Esta información se puede capturar a través de instrumentos fisiológicos que miden la frecuencia cardíaca, la presión arterial, los niveles de saturación de oxígeno, la glucosa en sangre, la conducción nerviosa, la actividad cerebral, etc. Tradicionalmente, estas medidas se toman en momentos específicos y se anotan en la historia clínica del paciente. Los médicos en realidad ven menos del uno por ciento de estos valores a medida que hacen sus rondas, y las decisiones de tratamiento se toman en base a estas lecturas aisladas.
El procesamiento de señales biomédicas implica el análisis de estas mediciones para proporcionar información útil sobre la cual los médicos pueden tomar decisiones. Los ingenieros están descubriendo nuevas formas de procesar estas señales mediante una variedad de fórmulas y algoritmos matemáticos. Trabajando con herramientas tradicionales de bio-medición, las señales pueden ser calculadas por software para proporcionar a los médicos datos en tiempo real y mayores conocimientos para ayudar en las evaluaciones clínicas. Al utilizar medios más sofisticados para analizar lo que dicen nuestros cuerpos, podemos determinar potencialmente el estado de salud de un paciente a través de medidas más no invasivas.

Requisitos previos

Álgebra, Cálculo, Fundamentos y Sistemas electrónicos, Instrumentación Biomédica

 

Objetivos

Los objetivos específicos son que el estudiante:

  • Conocer y clasificar las señales biomédicas según su naturaleza.
  • Conocer herramientas de software que permiten procesar matemáticamente señales biomédicas. 
  • Tener la habilidad de manipular las señales mediante filtros en tiempo discreto.
  • Entender las relaciones del dominio temporal y frecuencial, y ser capaz de extraer información relevante de las señales biomédicas en ambos dominios.
  • Diseñar filtros digitales sencillos y aplicar técnicas básicas para la reducción de artefactos en señales biomédicas.
  • Conocer algoritmos de diagnóstico estándar para procesar matemáticamente. señales biomédicas de aplicación clínica.

Competencias

  • CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
  • CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
  • CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética
  • CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
  • CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía
  • CE1 - Resolver los problemas matemáticos que puedan plantearse en el ámbito de la Bioingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre geometría, cálculo integral, métodos numéricos y optimización.
  • CE12 - Realizar un proyecto en el ámbito de las tecnologías específicas de Bioingeniería de naturaleza profesional en el que se sinteticen e integren las competencias adquiridas en las enseñanzas.
  • CE13 - Identificar, entender y utilizar los principios de electrónica, sensores, acondicionadores y sistemas de adquisición de señales biomédica
  • CE15 - Tener la capacidad de realizar un proyecto mediante el uso de fuentes de datos, y la aplicación de metodologías, técnicas de investigación y herramientas propias de la Bioingeniería, y hacer una exposición y defensa pública del proyecto ante un público especializado de forma que se demuestre la adquisición de las competencias y conocimientos propios del Grado
  • CE16 - Aplicar la terminología propia de la Bioingeniería tanto oral como escrita en una tercera lengua.
  • CE17 - Ser capaz de identificar los conceptos de la ingeniería que se pueden aplicar en el campo de la biología y de la salud.
  • CE21 - Tener la capacidad para comprender y aplicar las metodologías y herramientas biotecnológicas para la investigación, desarrollo y producción de productos y servicios.
  • CE3 - Aplicar a la Bioingeniería los conocimientos fundamentales sobre el uso y programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos.
  • CE8 - Dialogar con espíritu crítico sobre ideas relacionadas con el ser humano y sus principales dimensiones.
  • CG10 - Saber trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar
  • CG2 - Promover los valores propios de una cultura pacífica, contribuyendo a la convivencia democrática, el respeto de los derechos humanos y principios fundamentales como la igualdad y la no discriminación.
  • CG3 - Tener capacidad para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías y ser versátil para la adaptación a nuevas situaciones.
  • CG4 - Resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicación y transmisión de conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Bioingeniería.
  • CG5 - Realizar cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos.
  • CG6 - Aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión
  • CG7 - Analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.
  • CG8 - Aplicar los principios y métodos de la calidad.
  • CT2 - Tener capacidad para relacionar el bienestar con la globalización y la sostenibilidad; lograr habilidades para utilizar de forma equilibrada y compatible la técnica, la tecnología, la economía y la sostenibilidad.
  • CT3 - Saber comunicarse de forma oral y escrita con otras personas sobre los resultados del aprendizaje, de la elaboración del pensamiento y de la toma de decisiones; participar en debates sobre temas de la propia especialidad
  • CT4 - Ser capaz de trabajar como miembro de un equipo interdisciplinar, ya sea como un miembro más o realizando tareas de dirección, con la finalidad de contribuir a desarrollar proyectos con pragmatismo y sentido de la responsabilidad, asumiendo compromisos teniendo en cuenta los recursos disponibles
  • CT5 - Realizar un uso solvente de los recursos de información. Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información en el ámbito de especialidad y valorar de forma crítica los resultados de dicha gestión.
  • CT6 - Detectar deficiencias en el propio conocimiento y superarlas mediante la reflexión crítica y la elección de la mejor actuación para ampliar dicho conocimiento.
  • CT7 - Dominar una tercera lengua, habitualmente el inglés, con un nivel adecuado oral y escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán los titulados y tituladas

Resultados de aprendizaje

Una vez finalizada la asignatura, el estudiante podrá:

  • Conocer las señales básicas procedentes de los sistemas biológicos.
  • Adquirir señales biomédicas de calidad.
  • Entender los principios básicos del procesado de señales biomédicas. 
  • Procesar señales con herramientas de software. 

Contenidos

Tema 0. Introducción. Señales analógicas y digitales.

Ejemplos prácticos:Registro de señales analogicas de transductores electrónicos y visualización mediante osciloscopio.

Tema 1. La señal sinusoidal

Ejemplos prácticos: Representación gráfica de señales sinusoidales mediante ordenador. Generación de señales sinusoidales de frecuencia variable para aplicaciones de audiometría.  Modelización matemática de señales de EMG con señales sinusoidales.

Tema 2. Muestreo de señales analógicas

Ejemplos prácticos: adquisición de una señal. Utilización de sistemas educacionales de adquisición de señales (Biopac, Labtutor, etc.). Estudio del efecto del teorema de muestreo (Nyquist) en la adquisición de señales biomédicas.

Tema 3. Convolución y correlación

Ejemplos prácticos: Representación gráfica y cálculo de la correlación mediante ordenador, aplicación de la correlación cruzada normalizada para detección de la similitud entre señales, detección de señales EMG similares con la correlación en una configuración de arrays de electrodos.

Tema 4. La Transformada de Fourier

Ejemplos prácticos: Representación gráfica y cálculo de la transformada rápida de Fourier (FFT) mediante ordenador, adquisición de la señal ECG con sistemas educacionales de adquisición de señales (Biopac, Labtutor, etc.) y obtención del espectro frecuencial.

Tema 5. Filtros digitales

Ejemplos prácticos: Cálculo de la función de transferencia de filtros digitales mediante ordenador, aplicación para ordenador del teorema de convolución, aplicación para ordenador del filtrado del ruido de la red eléctrica y sus armónicos, filtrado digital de la señal ECG adquirido en el laboratorio. Adquisición y filtraje de la señal EEG con sistemas educacionales de adquisición de señales (Biopac, Labtutor, etc.) y obtención de las diferentes banda frecuenciales mediante filtrado.

Tema 6. Representación tiempo-frecuencia, espectrograma

Ejemplos prácticos: Representación gráfica y cálculo del espectrograma de sonidos cardíacos (Fonocardiograma). Representación gráfica y cálculo del espectrograma de la señal ECG adquirido el laboratorio mediante diferentes métodos paramétricos y no paramétricos.

Tema 7. La transformada Wavelet

Ejemplos prácticos: Cálculo por ordenador de la transformada Wavelet en la señal ECG adquirido el laboratorio para la detección automática de eventos QRS.


 


Metodología y actividades formativas

Modalidad totalmente presencial en el aula



ACTIVIDAD FORMATIVA METODOLOGÍA COMPETENCIAS
Aprendizaje cooperativo tendrá una gran importancia en el grado en Bioingeniería, su enfoque se basa en organizar las actividades dentro del aula para convertirlas en una experiencia social y académica de aprendizaje. El aprendizaje depende del intercambio de información entre los estudiantes, los cuales están motivados tanto para logar su propio aprendizaje como para acrecentar los logros de los demás. Esta actividad contempla las prácticas realizadas en el entorno del laboratorio. La clase magistral, será el escenario para: Aprender y utilizar la terminología y estructuras lingüísticas relacionadas con el ámbito científico. Practicar y desarrollar destrezas de comunicación oral y escrita. Y para aprender como analizar bibliografía y literatura sobre temas de Bioingeniería. Practicar pautas para identificar y entender las ideas principales en durante la clase magistral. Esta actividad formativa es una herramienta esencial en la formación desde su origen y debe tener una presencia muy importante en esta estructura de grado. El estudio de caso es una técnica de aprendizaje en la que el sujeto se enfrenta a la descripción de una situación específica que plantea un problema, que debe ser comprendido, valorado y resuelto por un grupo de personas a través de un proceso de discusión. El estudio de casos, se realiza generalmente a través de trabajo en grupo, que fomenta la participación del alumno, desarrollando su espíritu crítico. Adicionalmente prepara al alumno para la toma de decisiones, enseñándole defender sus argumentos y a contrastarlos con las opiniones del resto del grupo. Actividad no presencial, en esta actividad el estudiante realiza una labor de sedimentación y reposo del conocimiento, necesario siempre antes realizar una tarea nueva. El planteamiento de ejercicios y problemas por parte del profesor, ayuda al alumno a avanzar en el proceso ingenieril del diseño, guiado por el profesor se van consiguiendo metas parciales que facilitan la integración del conocimiento teórico adquirido. Actividad no presencial, en esta actividad el estudiante realiza ejercicios de forma autónoma, sin la presencia del profesor. En esta fase aparecen siempre más dudas, pero al no tener la opción de preguntar inmediatamente se produce un esfuerzo adicional por parte del alumno. Actividades del alumno dirigidas por el profesor se realizan en forma presencial y se monitoriza constantemente la evolución del alumno. Las clases prácticas permiten al alumno interactuar en primera persona con las herramientas de trabajo, en pequeños grupos o de forma individual se realizan pequeñas demostraciones prácticas de los conocimientos teóricos adquiridos durante las clases teóricas. En las clases teóricas se debe establecer el saber fundamental y científico que asientan las bases del conocimiento y rigor que exige el estudio de la ingeniería El trabajo individual, a través del estudio, la búsqueda de información, el procesamiento de datos y la interiorización de los conocimientos permiten al alumno consolidar su aprendizaje. CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CE1 CE13 CE15 CE16 CE17 CE3 CG10 CG2 CG3 CG4 CG5 CG6 CG7 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7

Sistemas y criterios de evaluación

Modalidad totalmente presencial en el aula



Modalidad totalmente presencial en el aula   La calificación final de la asignatura se obtendrá como;

Nota=0,3·Nef +0,3·Nlab+0,2·Ntreb +0,2·Nparc

 

donde

Nparc : Nota examen parcial

Nef : Nota examen final

Nlab : Nota prácticas laboratorio

Ntreb : Nota trabajos de la asignatura

 

Para optar al apto es imprescindible realizar las prácticas de laboratorio de la asignatura.

 

Consideraciones importantes:

  1. Plagio, copiar o cualquier otra acción que se pueda considerar trampa supondrá un cero en ese apartado de evaluación. Realizarlo en los exámenes supondrá el suspenso inmediato de la asignatura.
  2. En segunda convocatoria no se podrá obtener la calificación de "Matrícula de Honor", por lo que la calificación máxima será de "Excelente". 
  3. No se aceptarán cambios en el calendario, fechas de exámenes o en el sistema de evaluación.
  4. Los estudiantes de intercambio (Erasmus y otros) o repetidores estarán sometidos a las mismas condiciones que el resto del alumnado.

Bibliografía y 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.