00-1 Программа Введение Геометрические методы (1044894), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Обратная связь в линейных системах. Общие положения. Устойчивость цепей с обратной связью. Алгебраические критерии устойчивости, геометрические критерии устойчи­вости,
критерий Найквиста.

Основные принципы аналого-цифрового преобразования. Погрешности квантования, их влияние на работу цифровых устройств. Восстановление аналогового сигнала, цифро-аналоговое преобразование.

Алгоритмы БПФ для произвольного составного сигнала. Алгоритм с множителями
поворота; с произвольным основанием.

1. Курсовая работа ... 51 час.

Из них 3 часа на консультации и защиту. Курсовая работа посвящена изучению методов спектрального анализа, дискретного преобразования Фурье (ДПФ) и цифровой фильтрации биомедицинских сигналов в задачах проектирования программно-алгоритмического обеспечения и аппаратных средств медицинской техники. Защита выполненной работы производится на 17 неделе комиссии в составе не менее 2 преподавателей по расписанию. В течение первых двух недель учебного семестра оформляется и подписывается руководителем курсовой работы лист задания, содержащий дату выдачи задания, тему и краткое содержание (по нескольким пунктам) задания.

На защиту представляются:

- 1-3 листа иллюстративно-графического материала, поясняющие принцип действия приборов или алгоритмов, параметры которых улучшаются или разрабатываются, характеристики и вид исходного и преобразованного сигналов;

- 25-35 листов расчетно-пояснительной записки, программа и алгоритм решения задачи на ЭВМ из 150-250 операторов (помимо стандартных процедур) на языке высокого уровня (предпочтительнее Pascal, Delphi, LabView) в виде приложения.

Теоретическая часть расчетно-пояснительной записки должна содержать:

- описание биомедицинского сигнала, его количественные характеристики, методики получения сигналов, области применения в практической медицине, недостатки прибора(ов), которые могут быть скорректированы, например, с помощью ДПФ или цифровых фильтров, обзор аналогов (для оригинальных приборов), обоснование необходимости пре­обра­зо­вания сигнала, описание работы прибора(ов), параметры которого(ых) улучша­ются, описание используемых алгоритмов (быстрое преобразование Фурье, двумерное дискретное ПФ, цифровая фильтрация) при решении конкретной задачи, графики исходного и преобра­зованного сигналов и список литературы из 15 - 20 источников.

При приеме зачетов оцениваются: качество оформления представляемого материала,
умение обосновать выбор методов решения, знание принципов работы анализируемого прибора, обзор существующих аналогов, знание теории спектров и свойств преобразований Фурье, Лапласа, Z-преобразования, правильность составления программ, умение анализировать полученные результаты, знание особенностей применения анализируемого сигнала в практической медицине.

Выдача заданий 1-2 неделя учебного семестра. Контроль выполнения на 9-11 неделе
учебного семестра. Зачет с оценкой на 17 неделе учебного семестра.

Раздел 3. Учебно-методические материалы по дисциплине

3.1. Основная литература

1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. -М.: Высшая школа, 1983.

2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. -3-е изд. -М.: Высшая школа, 2000. – 462 с.

3. Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров. -М.: Высшая школа, 1982.

4. Теория электрической связи: учебник для вузов/ А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский, В.И.Коржик, М.В.Назаров; Под ред. Д.Д.Кловского.- М.: Радио и связь, 1999. - 432 с.: 204 ил.

5. Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов. -Л.: Энергоатомиздат, 1990.

6. Гольденберг Л.М., Матюшин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. -М.: Радио и связь, 1985.

7. Морозов А.А. Анализ и преобразование биомедицинских сигналов. Часть I. : Учебное пособие. //М.: Изд-во МГТУ, 1999. - 16 с.

8. Квашнин С.Е. Автоматизированная обработка и распознавание зубцов и сегментов электрокардиосигналов: Методические указания. // М.: Изд-во МГТУ, 1993. - 20 с.

9. Квашнин С.Е., Фомин А.Г., Автоматизированный анализ ЭЭГ: Методические указания. // Под ред. С.Е.Квашнина. - М.: Изд-во МГТУ, 1989. - 12 с.

10. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978

3.2. Дополнительная литература

1. Введение в цифровую фильтрацию / Под ред. Р.Богнера и А.Константинидиса. М.: Мир, 1976.

2. Адаптивные фильтры: Пер.с анл./Под ред. К.Ф.Н.Коуэна и П.М.Гранта.-М.:Мир, 1988.-392 с., ил.

3. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб.пособие для вузов/ А.Л.Барановский, А.Н.Калиниченко, Л.А.Манило и др. Под ред. А.Л.Барановского и А.П.Немирко. - М., Радио и Связь,1993.- 248 с.

4. Микропроцессорные медицинские системы. /Под ред. У.Томпкинса, пер. с англ. -М.: Мир, 1983.

5. Гуревич М.И. и др. Импедансная реоплетизмография. // М.И.Гуревич, А.И.Соловьев, Л.П.Литовченко, Л.Б.Доломан. - Киев: Наукова думка, 1982. - 186 с.

6. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: в 2-х ч. /Пер. с англ. -М.: Мир, 1988.

7. Ронкин М.А., Иванов Л.Б. Реография в клинической практике. - Москва, МБН, 1997.-403с., библ.67 назв.

8. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений. /Под ред. Т.С.Хуанга, пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1984.

3.3. Перечень пособий

Для демонстрации на лекциях используются следующие наглядные пособия:

1. Отфильтрованные и исходные сигналы ЭКГ, ЭЭГ и др. МБС.

2. Передаточные характеристики цифровых фильтров для обработки медико-биологических сигналов.

3.4. Использование ЭВМ

Для выполнения аудиторной самостоятельной работы необходимо выделение 8-ми часов на IBM РС для каждого студента. Для выполнения курсовой работы - 18 часов на IBM РС. Для выполнения лабораторных работ - 10 часов на IBM РС (для каждого студента).

3.5. Примеры заданий и тем для выполнения курсовой работы

1. По известной передаточной функции (АЧХ и ФЧХ) фотоплетизмографического устройства и полученному на выходе сигналу восстановить вид исходного сигнала.

2. Исследование возможностей автоматизированного анализа реографического сигнала.

3. Исследование возможностей автоматизированного измерения амплитудно-фазочастотных
   характеристик диагностической аппаратуры на примере электрокардиографа или реографа.

4. Используя дискретное преобразование Фурье предложить математическую модель реального реоплетизмографического сигнала. Сделать выводы о необходимом (достаточном) числе гармонических составляющих для представления сигнала.

5. Составить программу, реализующую фильтр нижних частот БМС с частотой среза,
   соответствующей заданной доле полной энергии сигнала.

6. Используя обобщенное преобразование Фурье в базисе кусочно-постоянных функций Уолша синтезировать заданные сигналы с нормированными искажениями.

7. Исследование возможностей фильтров Винера в задачах сжатия цифровых данных ЭКГ.

8. Исследовать метод эффективного хранения реографических сигналов на основе оптимальных предикторов.

9. Исследование линейности амплитудной характеристики и температурной стабильности
   импедансного измерительного преобразователя.

10. Измерение калибровочных характеристик импедансного измерительного преобразователя.

11. Исследование влияния емкостных свойств кабельной системы пациента на точность реографических измерений.

12. Исследование хаотической деятельности сердца. Вариационная электрокардиография.

13. Адаптивная цифровая фильтрация в задачах подавления дыхательных волн в реографии.

14. Фильтрация сетевых помех в задачах мониторинга низкочастотных БМС.

15. Автоматизированная синхронизация биоадекватного низкочастотного электромагнитного
    воздействия по реографическим сигналам и оценка параметров гемодинамики.

16. Исследование возможностей и выбор параметров адаптивной дельта-модуляции в устройствах задержанной речи.

17. Использование возможностей ММХ-процессоров для повышения эффективности цифрового спектрального анализа БМС и вычисления взаимных ковариационных функций.

18. Автоматизированный мониторинг фотоплетизмограмм.

19. Синтез цифровых фильтров ВЧ на основе билинейного Z -преобразования для снижения
    дыхательных волн в реографии.

20. Оценка энергетических спектров БМС на основе авторегрессионной модели сигнала.

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

Индекс: 19.05:36

А.А.Морозов

МЕТОДЫ АНАЛИЗА БИОСИГНАЛОВ

КУРС ЛЕКЦИЙ

для студентов факультета: БМТ, специальностей: 19.05 , 19.06 (БМТ-1 , БМТ-2)

Факультет

БИОМЕДИЦИНСКАЯ ТЕХНИКА

Кафедра

МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

МОСКВА, 2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИГНАЛАХ 5

1.1. Введение. Предмет и содержание курса 5

1.2. Информация и сигналы 7

1.3. Общая классификация сигналов 7

1.4. Электрокардиография 10

1.5. Электроэнцефалография 11

1.6. Реоплетизмография 12

ГЛАВА 2. Изменения и искажения сигналов. Ортогональные сигналы 14

2.1. Изменения сигналов в системах передачи 14

2.2. Гармоническая амплитудная модуляция 16

2.3. Искажения сигналов в линейных системах 17

2.4. Геометрические методы в теории сигналов 18

2.5. Теория ортогональных сигналов 20

ГЛАВА 3. Методы анализа детерминированных сигналов 22

3.1. Исторический обзор 22

3.2. Представление произвольного сигнала в виде суммы элементарных колебаний.

Обобщенный ряд Фурье 24

3.3. Гармонический анализ периодических сигналов 26

3.4. Спектры простейших периодических сигналов 28

3.4.1. Прямоугольное колебание - меандр 28

3.4.2. Периодическое колебание пилообразной формы 29

3.4.3. Последовательность униполярных треугольных импульсов 30

3.4.4. Последовательность униполярных прямоугольных импульсов 30

3.4.5. Трехуровневый симметричный периодический импульс 31

3.5. Распределение мощности в спектре периодического сигнала 32

3.6. Аппаратная реализация ортогонального разложения сигналов 32

3.7. Гармонический анализ непериодических сигналов 33

3.8. Соотношение между спектрами одиночного импульса и периодической последовательности импульсов 34

3.9. Основные положения теории спектров, операции над спектрами 35

3.9.1. Линейность преобразования Фурье. Сложение сигналов 35

3.9.2. Свойства действительной и мнимой части спектральной плотности вещественных сигналов 35

3.9.3. Сдвиг сигналов во времени. Теорема запаздывания 36

3.9.4. Изменение масштаба времени (аргумента функции) 36

3.9.5. Смещение спектра сигнала 37

3.9.6. Дифференцирование и интегрирование сигнала 37

3.9.7. Произведение двух сигналов 38

3.9.8. Спектральная плотность сигнала на выходе интегратора 39

3.9.9. Взаимная заменяемость частоты и времени в преобразованиях Фурье 39

3.10. Распределение энергии в спектре непериодического сигнала 40

3.11. Примеры определения спектров простейших непериодических сигналов 41

3.11.1. Прямоугольный импульс 41

3.11.2. Треугольный импульс 42

3.11.3. Колоколообразный - гауссовский импульс 43

3.11.4. Импульс вида sinc(_m t) 44

3.11.5. Группа одинаковых и равноотстоящих импульсов 45

3.11. Бесконечно короткий импульс с единичной площадью (дельта - функция) 46

3.12. Спектры некоторых неинтегрируемых функций 48

3.13. Текущий спектр 48

3.14. Требования к длительности сигнала 49

3.15. Текущий спектр мощности 49

3.16. Соотношение между длительностью сигнала и шириной его спектра. Скорость убывания спектра 50

3.16.1. Определение произведения Полоса x Длительность 50

3.16.2. Концентрация энергии в полосе частот 51

3.16.3. Скорость убывания спектра вне основной полосы 52

3.17. Представление сигналов на плоскости комплексной частоты. Преобразование Лапласа 53

3.18. Представление сигналов с ограниченной полосой частот в виде ряда Котельникова 57

3.19. Теорема отсчетов в частотной области 61

3.20. Дискретизированные сигналы и их спектры 62

3.21. Корреляционный анализ детерминированных сигналов 64

Характеристики

Список файлов лекций