PROGRAMA ANALITICĂ

a disciplinei

ELECTRONICĂ ŞI INFORMATICĂ MEDICALĂ

 

 

1. Titularul disciplinei: Prof. dr. Horia-Nicolai Teodorescu, m.c.A.R.

2. Tipul disciplinei: impusă

3. Structura  în planul de învăţământ:

Semestrul

Numărul de ore pe săptămână

Forma de verificare

Numărul total de ore

Total ore pe disciplină

C

S

L

P

C

S

L

P

6

3

 

2

 

Examen

42

 

28

 

70

4. Proceduri folosite la predare şi aplicaţii; cerinţe la examinarea studenţilor:

Expunere, conversaţie, exemplificare, aplicaţii demonstrative, exerciţii, probleme rezolvate, microproiecte.

 

5. Conţinutul disciplinei

(În funcţie de timpul disponibil şi de capacitatea de răspuns şi de cunoştinţele anterioare ale audienţei, titularul îşi rezervă dreptul să reducă sau să adauge unele topici predate.)

a) Curs:

§         Introducerea, aprofundarea şi sistematizarea unor cunoştinţe privind dsemnalele de imagine, procesarea de semnlae 2D şi aplicatii în electronica medicală

§         Prezentare metode de prelucrare elementara a semnalelor de imagine în medicină: filtrelor liniare (model ARMA) – în special a filtrului de mediere ponderată, respectiv a filtrelor neliniare – filtrul median. Aplicatii la semnale 1D si 2D, cudiscutarea unor elemente specifice imaginilor.

§         Prezentarea amplificatoarelor utilizate în prelucrarea semnalelor biologice (AI - amplificatorul de instrumentaţie), a metodelor de îmbunătăţire a rejecţiei de mod comun în AI, a metodelor de limitare a benzii de frecvenţă în AI, a tehnicilor de îmbunătăţire a performanţelor AI prin diminuarea zgomotelor în preamplificator.

§         Studiul zgomotelor din circuitele de amplificare a semnalelor biologice: zgomotul termic, zgomotul de exces, zgomotele din amplificatoarele operaţionale (AO), a modelului de zgomot al AO în banda de interes a semnalelor biologice, a factorului de zgomot (raportul semnal / zgomot al AO) etc.

§         Perturbaţii în prelucrarea semnalelor biologice: tensiuni termoelectromotoare, generatori biologici paraziţi, generatori artificiali paraziţi, tensiuni triboelectrice, tensiuni generate de cabluri în mişcare în câmp magnetic, tensiuni generate de drift termic, tensiuni generate de alimentarea la reţea, tensiuni electrochimice la intrarea amplificatoarelor.

§         Electrozi pentru prelevarea semnalelor biologice: electrozi de suprafaţă, electrozi de tip ac, microelectrozi, modele electrice pentru electrozi

§         Prezentare metode de prelucrare a semnalelor 1D în medicină: filtre liniare discrete (model ARMA), filtre neliniare – filtrul median, filtre statistice, filtre polinomiale (în măsura timpului disponibil şi a capacităţii de răspuns a audienţei).

§         Elemente de electrocardiografie: funcţionarea electrică a inimii, metode de culegere a semnalului ECG, schema electrică de principiu a electrocardiografului EKG, prezentarea altor echipamente medicale defibrilatorul cardiac, respectiv stimulatoarele cardiace.

§         Elemente de electroencefalografie – EEG: funcţionarea encefalului din punct de vedere electric, metode de culegere a semnalului EEG, electroencefalograful, funcţionare, caracteristici specifice, potenţiale evocate, metode specifice de filtrare a semnalelor EEG.

§         Introducere in imagistica medicala: comparatie ecografie, radiografie, termografie, tehnici tomografice etc.

§         Elemente de ecografie: comportarea organismului uman la ultrasunete, ecuaţiile de principiu ale ecografiei, alegerea parametrilor semnalului ultrasonor utilizat în ecografie, schema bloc a ecografului, baleiajul mecanic, baleiajul electronic (sectorial şi liniar) în ecografie, focalizarea electronică în ecografie.

§         Elemente de roentgenografie: principiile fizice de generare a radiaţiei X (ecuaţiile de principiu), prezentarea tubului X de putere medie şi mare, a intensificatoarelor de imagine.

§         Elemente de scintigrafie: principii de funcţionare a scintigrafului, prezentarea principiului scintilatorului

§         Elemente de tomografie cu rezonanţă magnetică nucleară computerizată - RMN: principiile fizice ale rezonanţei magnetice nucleare, prezentarea ecuaţiilor şi schemei de principiu a tomografului, parametri utilizaţi în detecţia RMN, tipuri constructive de tomografe RMN, algoritmi de reconstrucţie a imaginilor tomografice RMN.

                                                                                    Total ore curs......................... 42 ore

b) Aplicaţii:

Laborator

Laborator   #1   Norme (standarde) internaţioanale, EU şi naţionale de protecţia pacientului şi norme privind proiectarea şi utilizarea aparaturii electronice medicale. Măsurile de prevenire a incendiilor în laboratoare. Norme generale de protecţia muncii şi norme specifice laboratorului.

Laborator   #2   Implementarea în EXCEL a unor filtre de mediere şi filtre mediane de diverse ordine pentru eliminarea zgomotelor din semnalele biologice. Realizarea unor FTJ, FTS etc. (Funcţie de cunoştinţele studenţilor, se pot realiza filtrele în C sau într-un alt limbaj)

Laborator   #3   Formate de imagine. Transformarea unei imagini din TrueColor în imagine cu 256 nuanţe de gri. Procesări de contrast. Determinare histogramă. Aplatizarea (egalizarea) histogramei.

Laborator   #4   Procesări elementare de imagini medicale: filtrări de mediere şi mediane pentru eliminarea zgomotului. Prezentare tipuri de zgomote în imagini. Identificarea unei metode de filtrare adecvată tipului de zgomot.

Laborator   #5 Metode detecţie / extragere de muchii folosind operatori clasici gaussian, laplacean, Sobel, Prewitt, Kirsh etc. Metode de îmbunătăţire a contururilor (accentuare de muchii).

Laborator   #6 Metode de segmentare. Binarizare. Procesări de imagini pe baza informaţiilor din histogramă (segmentare multiprag). Erodarea, dilatarea şi scheletizarea imaginilor.

Laborator   #7   Culegerea şi vizualizarea semnalului electric cardic ECG, respectiv a semnalului pulmonar folosind echipamentul medical BIOPAC System MP150. Familiarizarea cu tipurile de culegere a semnalului ECG. Elemente generale de interpretare a semnalelor din electrocardiografie.

Laborator   #8    Detecţia aritmiilor ventriculare pe baza analizei digitale a semnalelor ECG: detecţia şi rejecţia zgomotului, detecţia complexului QRS, clasificare după complexul QRS, analiza ritmului cardiac (ventricular).

Laborator   #9   Prezentarea AI – amplificatorului de instrumentaţie, folosind schema şi cerinţele necesare culegerii, prelucrării şi măsurării semnalelor biologice (banda frecvenţe, rejecţie), măsurarea tensiunii de offset, tensiunii de drift şi a tensiunii de ieşire, calculul rejecţiei de mod comun.

Laborator   #10 Realizarea calculelor complete de zgomot (determinarea tensiunii şi curentului echivalent de zgomot prin calculul zgomotului termic şi a zgomotului de exces, calculul factorului de zgomot, a rezistenţei optime de generator). Verificarea rezultatelor folosind un program realizat în EXCEL.

Laborator   #11 Introducerea în schema AI a unui FTS, respectiv a unui FTJ pentru funcţionarea într-o bandă de frecvenţe specificată. Introducerea unui filtru Notch pentru eliminarea frecvenţei reţelei de 50Hz. Calculul estimativ a perturbaţiilor din preamplificator.

Laborator   #12  Investigarea vasculară cu ultrasunete pe baza efectului Doppler, utilizând aparatul Doppler Small DOP-PROGETTI, prezentare schema bloc sistem Doppler (principal scop: familiarizarea studenţilor cu aparatura medicală de specialitate. Stimularea electronică a ţesuturilor, comportarea ţesuturilor la stimulare. Utilizarea electromiografului multifuncţional cu 4 canale Myto II.

Laborator   #13  Predarea micro-proiectelor, efectuarea de măsurători pe AI realizate de studenţi şi determinarea caracteristicilor AI realizat (tensiunii de offset, tensiunii de drift, tensiunii de ieşire, rejecţie de mod comun)

Laborator #14 Prezentarea micro-proiectelor, evaluarea activităţii la laborator pe parcursul semestrului, recuperare şedinţe de laborator

                                                                                    Total ore aplicaţii.....................   28 ore

 

Micro-proiecte (tema practică)

1. Proiectarea, realizarea şi testarea unui amplificator de instrumentaţie pentru electrocardiografie. Calcul complet de zgomot. Calcul tensiune de offset şi de drift. Estimarea realistă a perturbaţiilor. (Testarea se va realiza in laborator).

2. Proiectarea unor algoritmi de procesare a semnalelor 2D (imaginilor biomedicale), realizarea studiu teoretic, implementare algoritm, testare pe diverse seturi de date de intrare, prezentare concluzii referitoare la metodele implementate şi inluenţa acestora asupra semnalelor procesate.

 

6. Bibliografie recomandată:

[1].  H.N. Teodorescu - “Electronică Medicală”, Note de curs, UT Iaşi, 2001

[2].  R.Strungaru - “Electronică Medicală”, Editura Didactica si pedagogica, Bucureşti, 1982

[3].  T.D.Gligor, A.Policec, O.Bartos, V.Goian - Aparate electronice medicale”, Editura Facla, Cluj-Napoca, 1988

[4].  A.Policec, T.D.Gligor, Gh. Ciocloda – “Electronică medicală”, Editura Dacia, 1983.

 

7. Baza materială:

§         Reţea de 8 calculatoare pentru dezvoltarea programelor în EXCEL, C++.

§         5 Osciloscoape, 4 generatoare de semnal, 5 surse de alimentare pentru verificarea şi măsurarea caracteristicilor amplificatorului de instrumentaţie – AI.

§         SMALL-DOP PROGETTI - Echipament de laborator portabil pentru culegerea semnalului electric cardiac ECG, semnalului pulmonar EPG – Spirometru, pentru investigarea vasculară prin efectul Doppler.

§         Microscop, lame cu diverse tipuri de celule.

§         Electro-stimulator miografic. Ieşire în semnal sinusoidal, dreptunghiular şi triunghiular (în mono-impuls sau în tren de impulsuri) cu frecvenţă şi amplitudine reglabile (în gamele 1Hz....10KHz, respectiv 0.01V....1V) în vederea stimulării electrice a ţesuturilor.

§         BIOPAC - System MP150WSW  + Software de utilizare PM150System for Windows (www.biopac.com)

-        EBI100C  - Electrical Bioimpedance Amplifier

-        EGG100C - Electrograstrogram Amplifier

-        EEG100C - Sistem achiziţie electroencefalografic BE Light 28

§ Electromiograf multifuncţional cu 4 canale Myto II

8. Titular curs

Numele şi prenumele

Vechime în învăţământ

Gradul didactic

Titlul ştiinţific

Teodorescu Horia-Nicolai

32 ani

profesor universitar

Dr. dr. h.c. m.c. A.R.

 

5 Lucrări semnificative, publicate pe tematica disciplinei predate:

[1].  H.N. Teodorescu, and L.C. Jain (Eds.): „Intelligent Technologies in Rehabilitation”, CRC Press, Florida, USA, 520 pp. +  xvi, December 2000  ISBN: 0849301408

[2].  H.N. Teodorescu, D. Mlynek, A. Kandel, H.J. Zimmermann (Eds.): IIntelligent Systems and Interfaces”, 480pp., ISBN: 079237763X, Kluwer Academic Press, Boston. 2000

[3].  H.N. Teodorescu, A. Kandel, and L.C. Jain (Eds.): „Soft-Computing in Human-Related Sciences”, CRC Press, Florida, USA, 381 pp. + 28 xxvii (ISBN 0-8493-1635-9), May 1999

[4].  H.N. Teodorescu, A. Kandel, and L.C. Jain (Eds.): Fuzzy and Neuro-fuzzy Systems in Medicine. CRC Press, Florida, USA, 394 pp.+ xxviii,  (ISBN0-8493-9806-1), 1998

[5].  Schmitt, M., Teodorescu, H.-N.,  Jain, A., Jain, A., Jain, S., Jain, L.C. (Eds.): „Computational Intelligence Processing in Medical Diagnosis”, Springer-Verlag, XX, 496 pp. 103 figs., 49 tabs. ISBN 3-7908-1463-6. Series: Studies in Fuzziness and Soft Computing. Vol. 96. Springer-Verlag Heidelberg. 2002.

Observaţii: Toate referinţele, inclusiv cursurile curente sunt protejate copyright – drepturile autorului sau ale editurii respective sunt protejate prin lege. Materialele nu pot fi copiate sau multiplicate sau stocate în vreun fel.

 

9. Titular aplicaţii

Numele şi prenumele

Vechime în învăţământ

Gradul didactic

Titlul ştiinţific

Zbancioc Marius-Dan

8 ani

asistent univ.

ing. drd.

 

 

©copyright H.N. Teodorescu. Copierea acestor materiale fără acceptul scris al autorului poate atrage răspundere civilă şi penală, inclusiv plata de daune.