PROGRAMA ANALITICĂ

a disciplinei

SISTEME INTELIGENTE CU APLICAŢII ÎN SISTEME ŞI

ECHIPAMENTE MEDICALE

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

(Notă: Acest masterat este un masterat interdisciplinar, la care au participat absolvenţi de electronică (toate specializările), automatică, bio-inginerie, informatică, calculatoare, economie, matematică, fizică etc. Componenţa anului se modifică de la an la an. Ca urmare, la cursurile de la acest masterat, se impune şi există natural o mai mare flexibilitate în programă şi în modul de desfăşurare a orelor, funcţie de audienţa. În funcţie de specializările masteranzilor, de timpul disponibil şi de capacitatea de răspuns şi de cunoştinţele anterioare ale audienţei, titularul îşi rezervă dreptul să reducă, extindă, sau să adauge unele topici predate.)

a) Curs:

§    Capitole speciale privind proiectarea la nivel de circuit a echipamentelor medicale

-      Perturbaţii în prelucrarea semnalelor biologice;

-      Studiul zgomotelor din circuitele de amplificare a semnalelor biologice;

-      Tehnici de îmbunătăţire a performanţelor pre-amplificatoarelor.

§    Elemente avansate privind procesarea semnalelor biomedicale

-      Procesări statistice de semnal.

-      Procesări neuronale de semnal – elemente comparative fata de procesări liniare si statistice.

-      Aplicaţii ale procesărilor neliniare.

§    Sisteme bazate pe microcontrolere pentru echipamente medicale

-      Noţiuni de sisteme înglobate.

-      Elemente privind achiziţia de date (elemente avansate: conexiuni între performanţele microcontrolerului, arhitectura, precizia cerută şi viteza de lucru).

-      Sisteme pentru timp real în raport cu sisteme fără constrângeri de timp.

-      Discutarea unor aplicaţii specifice.

§    Elemente de echipamente pentru protezare şi asistenţă (assisting devices)

-      Stimulatoare cardiace.

-      Dispozitive şi echipamente pentru protetica membrelor.

-      Dispozitive şi echipamente pentru protetica organelor de simţ

§    Elemente de imagistică medicală

-      Zgomote în imagini. Filtrare medie. Filtrare prin acumulare. Filtrare trece jos tip medie ponderată. Filtrare mediană. Filtrare pseudo-mediană. Filtrare medie cu prag. Calculul filtrelor în domeniul frecvenţă

-      Procesări elementare de imagine: procesări de contrast. Histograma. Aplatizarea histogramei.

-      Detecţie de muchii. Accentuări de muchii. Metode de îmbunătăţire a contururilor prin tehnici de sharpenning şi statistice.

-      Metode de segmentare. Segmentare cu prag fix. Segmentare cu prag pentru histograme bimodale şi multimodale

§    Elemente de teoria clasificării. Clasificare liniară şi neliniară

-      Elemente de teoria clasificării.

-      Elemente de teoria recunoaşterea formelor.

-      Clasificatorii liniari. Metode de clasificare liniară.

-      Caracteristici statistice ale formelor. Clasificatori statistici.

-      Elemente de utilizare a sistemelor neliniare în procesarea, clasificarea şi recunoaşterea semnalelor biomedicale

                                                                                    Total ore curs......................... 24 ore

b) Aplicaţii:

Laborator:

Laborator #1   Instrucţiuni de protecţia muncii pentru studenţi. Măsurile de prevenire a incendiilor în laboratoare. Norme de protecţia muncii specifice laboratorului.

Laborator #2-4  Proiectarea, realizarea, testarea şi analiza schemelor uzuale de pre-amplificatoare

-     Proiectarea circuitului pentru asigurarea funcţionării acestuia într-o anumită bandă de frecvenţe (impusă de semnalul biomedical pentru care a fost proiectat AI)

-     Proiectarea circuitului pentru realizarea unei rejecţii de mod comun cât mai bune etc.

Laborator #5-8 Proiectarea şi dezvoltarea de aplicaţii software pentru microsisteme înglobate

            (embedded system)

-     Utilizare flexibilă a porturilor şi a memoriei;

-     Elemente speciale de utilizare a memoriei;

-     Elemente de proiectare filtre digitale utilizând microcontrolere.

Laborator #9,10 Dezvoltarea de aplicaţii software pentru prelucrări neliniare de semnale bio-electrice

             (filtre mediane, filtre statistice)

-     Extragere caracteristici semnale bio-medicale în domeniul timp, respectiv în domeniul frecvenţă

-     Probleme de optimizare (algoritmi de sortare, calcul mediană pe baza histogramei etc.)

Laborator #11-13 Dezvoltarea de aplicaţii software pentru prelucrarea şi procesarea semnalelor 2D

            (a imaginilor medicale)

-     Modificarea liniară a contrastului (scalarea contrastului) cu / fără compresie la capetele intervalului de străluciri. Modificarea ne-liniara a contrastului

-     Eliminarea zgomotelor din imagini prin filtrări liniare şi neliniare

-     Extragerea zonelor de interes prin segmentarea imaginii, extragerea de contururi etc.

Proiecte (teme practică):

§    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. Simulare în Orcad. (Testarea circuitului se va realiza în laborator).

§    Implementarea unor aplicaţii software pentru microsisteme înglobate (embedded system), încărcarea codului maşină pe microcontrolere şi testarea corectitudinii funcţionării programelor prin intermediul plăcilor de dezvoltare

§    Implementarea unor programe pentru prelucrarea şi procesarea imaginilor medicale (Procesări elementare liniare şi neliniare)

                                                                                    Total ore aplicaţii.....................   24 ore

6. Bibliografie recomandată:

[1].  H.N. Teodorescu, L. Jain, A. Kandel (Eds.): „Hardware Implementation of Intelligent Systems”, Physica Verlag / Springer Verlag, 2001, ISBN 3-7908-1399-0

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

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

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

[5].  H.N. Teodorescu - “Elemente de utilizare a Micro-controlerelor”, Partea I Procesarea datelor şi aplicaţii cu Sisteme bazate pe micro-controlere, Tipografia Universităţii Tehnice „Gh. Asachi” Iaşi, 2005

[6].  M. Bulea – “Prelucrarea imaginilor si recunoasterea formelor”, Ed. Academiei Romane, 2003.

7. Baza materială:

§         Reţea de 8 calculatoare pentru dezvoltarea programelor în EXCEL, C++, respectiv pentru scrierea programelor în limbaj de asamblare în mediul de dezvoltare MPLAB^TM.

§        5 Osciloscoape, 4 generatoare de semnal, 5 surse de alimentare pentru verificarea şi măsurarea caracteristicilor pre-amplificatoarelor, verificarea şi măsurarea tensiunilor de alimentare a PIC-urilor, respectiv a semnalelor generate pe pinii de ieşire a porturilor.

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

§         3 Plăci de dezvoltare ATMEL pentru microcontrolere de tip 8051

§         4 Placi dezvoltare PicKit2 Starter Kit Microchip Inc. (pentru seria PIC 16XXX)

§         1 sistem dezvoltare MPLAB ICD2 In-Circuit Debugger (pentru seria PIC 18XXX)

§         Inscriptor memorie PIC-START_PLUS

8. Titular curs

5 lucrări semnificative, publicate pe tematica disciplinei predate:

[1].     H.N. Teodorescu, L. Jain, A. Kandel (Eds.): „Hardware Implementation of Intelligent Systems”, Physica Verlag / Springer Verlag, 2001, ISBN 3-7908-1399-0

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

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

[4].     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

[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

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