PROGRAMA ANALITICĂ

a disciplinei

ELECTRONICĂ MEDICALĂ

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

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

2. Tipul disciplinei: impusă

3. Structura  în planul de învăţământ:

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:

§ 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.

§   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.

§    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.

                                                                                    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 de protecţia muncii specifice laboratorului.

Laborator   #2   Structura celulelor şi a ţesuturilor, modelul electric al celulei, stimularea electronică a ţesuturilor, comportarea ţesuturilor la stimulare.

Laborator   #3-4 Implementarea 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. Cerinţă opţională ataşarea unui filtru Notch pentru eliminarea frecvenţei reţelei de 50Hz. Calculul estimativ a perturbaţiilor din preamplificator.

Laborator   #5   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   #6-7 Culegerea şi vizualizarea semnalului electric cardic ECG, respectiv a semnalului pulmonar folosind echipamentul medical SMALL-DOP PROGETTI. Familiarizarea cu tipurile de culegere a semnalului ECG. Interpretarea semnalelor din electrocardiografie şi pneumografie EPG.

Laborator   #8   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   #9   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   #10  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.

Laborator   #11  Modelarea neuronului şi a reţelelor neuronale autooscilante: familiarizarea cu structura neuronului natural şi pornind de la aceasta la diverse modele pentru neuronul artificial, modelarea neuronului sigmoidal, familiarizarea cu structura şi proprietăţile circuitelor neuronale de tip Hopfield, modelarea unei reţele simple de tipul focare ectopice sau reţele ganglionare.

Laborator   #12-13  Procesări elementare de imagini medicale: filtrări de mediere şi mediane pentru eliminarea zgomotului, extragere de muchii, accentuare de muchii folosind operatori clasici gaussian, laplacean, Sobel, Prewitt, Kirsh etc.

                                                                                    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).

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.

8. Titular curs

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].  M. Schmitt, H.N. Teodorescu, A. Jain, S. Jain, L.C. Jain (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

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