Procesado de señales biomédicas - Universidad Pública de Navarra

FICHA PARA LA DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MATERIA / ASIGNATURA
Curso académico
2010 - 2011
Denominación (nombre de la materia / asignatura):
Procesado de señales biomédicas
Descriptores (en su caso):
Filtrado, análisis frecuencial, procesado señales biomédicas
Extensión en créditos ECTS:
6
Carácter (obligatorio/optativo):
Obligatorio
Temporalidad (1er/2º semestre):
2º semestre
Competencias genéricas a adquirir por el estudiante:
G-1. Capacidad de expresión escrita para redactar trabajos o memorias técnicas.
G-2. Capacidad de interlocución y trabajo en grupo en equipos multidisciplinares.
Competencias específicas a adquirir por el estudiante:
E.1 Conocimientos sobre el origen, naturaleza y aspecto de los distintos tipos de interferencias que
pueden afectar a las señales biomédicas: ruidos de espectro ancho, fluctuación de línea de base,
interferencias de red, de estímulo y de otros potenciales
E.2 Conocimientos teóricos y prácticos sobre filtros digitales para la eliminación de ruidos e
interferencias presentes en las señales biomédicas
E.3 Conocimientos teóricos y prácticos de técnicas de procesado de señal para la detección y
caracterización de señales biomédicas.
E.4 Conocimientos teóricos y prácticos sobre técnicas de clasificación de patrones y decisión
diagnóstica.
Requisitos previos (en su caso):
El alumno que tome la asignatura de BSB debe poseer conocimientos previos correspondientes a
un curso básico de señales y sistemas lineales: propiedades y representación de sistemas lineales e
invariantes en el tiempo, la transformada de Fourier, representación frecuencial de señales,
filtrado digital, transformada Z, etc. Asimismo se supone que el alumno acaba de cursar la
asignatura de Fundamentos de Bioelectricidad y tiene conocimientos sobre el origen características
principales e información contenida en algunas señales biomédicas como el ECG, EMG o el EEG.
Metodologías docentes - Actividades formativas
El curso consta de 8 temas. Recogemos a continuación cada uno de ellos, junto con
su descripción sintética y las actividades formativas que lo integran, en un proceso
formativo situado en la línea del llamado “aprendizaje cooperativo”.
1. Introducción
Con formato: Numeración y
viñetas
Descripción: Naturaleza y ejemplos de señales biomédicas, objetivos y
contextos del procesado de señales biomédicas, evaluación de las técnicas
de procesado
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 1 hora
Carga de trabajo del alumno: 2 horas= 0.08 ECTS
Competencias implicadas: 1
2. Filtrado y eliminación de artefactos
Descripción: Construcción y uso de filtros digitales (paso bajo, paso alto,
paso banda, banda eliminada, “notch”, óptimos y adaptativos) para la
eliminación de ruidos e interferencias. Ejemplos de aplicación
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 4 horas
• Práctica de laboratorio: 6 horas
Carga de trabajo del alumno: 20 horas= 0.8 ECTS
Competencias implicadas: 1 y 2
3. Detección de eventos
Descripción: Técnicas temporales y espectrales para la detección de eventos
y ondas en señales biomédicas. Ejemplos de aplicación
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 2 horas
• Clase de ejercicios: 2 horas
• Práctica de laboratorio: 2 horas
Carga de trabajo del alumno: 14 horas= 0.56 ECTS
Competencias implicadas: 3
4. Extracción de formas de onda y complejidad de la señal
Descripción: Análisis de la forma de onda, extracción de envolventes y
análisis de actividad para la caracterización de señales biomédicas
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 2 horas
• Clase de ejercicios: 2 horas
• Práctica de laboratorio: 2 horas
Carga de trabajo del alumno: 14 horas= 0.56 ECTS
Competencias implicadas: 3
5. Caracterización frecuencial
Descripción: Métodos de estimación de la densidad espectral de potencia
basadas en la Transformada Discreta de Fourier. Conceptos de resolución
frecuencial y “leakage”. Momentos espectrales. Ejemplos de aplicación en la
caracterización de señales biomédicas.
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 6 horas
• Clase de ejercicios: 2 horas
• Práctica de laboratorio: 4 horas
Carga de trabajo del alumno: 24 horas= 0.96 ECTS
Competencias implicadas: 3
6. Modelado de señales biomédicas
Descripción: Procesos puntuales. Técnicas de modelado lineal (AR, MA y
ARMA). Ejemplos de aplicación en la caracterización de señales biomédicas.
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 4 horas
• Clase de ejercicios: 2 horas
• Práctica de laboratorio: 6 horas
Carga de trabajo del alumno: 24 horas= 0.96 ECTS
Competencias implicadas: 3
7. Análisis de señales no estacionarias
Descripción: La transformada localizada de Fourier. Otras distribuciones
tiempo-frecuencia. Segmentación adaptativa. Ejemplos de aplicación en la
caracterización de señales biomédicas.
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 6 horas
• Clase de ejercicios: 2 horas
• Práctica de laboratorio: 6 horas
Carga de trabajo del alumno: 24 horas= 0.96 ECTS
Competencias implicadas: 3
8. Clasificación de patrones y decisión diagnóstica
Descripción: Clasificación supervisada basada en métodos estadísticos.
Clasificación no supervisada basada en métodos de clustering. Ejemplos de
aplicación.
Actividades formativas:
• Clase de teoría: 6 horas
• Práctica de laboratorio: 6 horas
Carga de trabajo del alumno: 24 horas= 0.96 ECTS
Competencias implicadas: 4
A estas actividades, hay que sumar las tutorías y la realización del examen , lo que
completaría los 0.167 créditos ECTS (4 h) que faltan por asignar en el conjunto de
actividades anteriores para llegar a los 6 créditos ECTS (150 h) de la asignatura.
En las tablas siguientes se resumen numéricamente el cómputo de horas asignadas
a los distintos tipos de actividad y sus relaciones con las competencias marcadas.
Horas
Presenciales
27
7
22
Metodología - Actividad
A-1 Clases teóricas
A-2 Clase de ejercicios
A-3 Prácticas de laboratorio
A-4 Estudio individual
A-5 Redacción de soluciones de prácticas
A-6 Exámenes, pruebas de evaluación
A-7 Tutorías individuales
…
Total
76
14
2
2
60
Relación de las actividades formativas con las competencias:
Competencia
Actividad formativa
G-1
A-5, A-6
G-2
A-2
E-1,E-2, E-3,E-4
Todas
Idioma/s de impartición:
Español
Horas no
presenciales
90
Acciones de coordinación (en su caso):
La asignatura está, coordinada y desarrollada por un mismo profesor.
Metodologías de evaluación y calificación
La parte de teoría de la asignatura se evaluará con un examen en el que se
contemplará toda la temática estudiada en el curso. Se considerarán aspectos
conceptuales y cuestiones que relacionen distintos temas o apartados del curso,
inclusive extrapolaciones de la temática vista a nuevos campos no tratados.
También se plantearán cuestiones teórico-prácticas que impliquen la resolución de
algún tipo de problema sobre señales reales concretas. En la parte práctica de la
asignatura se pedirá la entrega de una memoria de cada una de las prácticas
elaboradas. Ésta debe contener la respuesta a los guiones de prácticas y debe
incluir tablas y gráficas de resultados y un apartado de conclusiones.
Cada práctica contribuirá con un peso proporcional al número de horas de
laboratorio asignadas. Para aprobar la asignatura, será preciso alcanzar un 4 sobre
10 en la nota de teoría y en la de prácticas, y un 5 sobre 10 en la nota final,
computada como el promedio de las dos anteriores.
Aspecto
Teoría y
aplicación la
materia
Criterios
Comprensión de
conocimientos teóricos
de la materia.
Evaluación
competencias:
E-1, E-2, E-3
y E-4
Aplicación de
la teoría en el
entorno del
laboratorio de
simulación
Capacidad para resolver
ejercicios relacionados
con la materia
Utilización correcta de la
herramienta informática
para la visualización y
análisis de señales
Instrumento
Peso
Examen
40%
Memorias de prácticas
60%
Utilización correcta del
Evaluación
sistema de adquisición
competencias: de señales
E-1, E-2, E-3
y E-4
Obtención de resultados
correctos y reflexión
sobre los mismos
Redacción correcta y
ordenada de memorias
de prácticas
Breve descripción de los contenidos (Programa):
La asignatura de Procesado de señales biomédicas (PSB) recoge las problemáticas más frecuentes
que aparecen en las señales de origen bioeléctrico a la hora de presentarlas o analizarlas en el
contexto fisiológico o clínico. En PSB se explican diversas técnicas de procesado de señal que dan
solución a las aludidas problemáticas, que son: la aparición de ruido y artefactos de diverso tipo
sobre las señales de estudio, la detección de eventos específicos y formas de oda características de
estas señales, su caracterización frecuencial, su caracterización mediante modelos, las técnicas
tiempo-frecuencia y otras para el análisis de señales no estacionarias y los fundamentos de su
clasificación con fines diagnósticos.
Bibliografía recomendada:
Textos básicos:
- L. Sorno, P. Laguna, “Bioelectrical signal processing in cardiac and neurologic
applications”. Elsevier. Amsterdam, 2005.
- R. M. Rangayyan, “Biomedical Signal Processing. A case study approach”.
IEEE Press. Wiley Interscience. New Cork, 2002.
Otros textos complementarios:
-
A. V. Oppenheim, R. W. Schaffer, J. R. Buck, ”Discrete-time signal
processing” (2nd Ed.). Prentice-Hall, New Yersey, 1999.
S. V. Vaseghi, “Advanced signal processing and digital noise reduction”.
Wiley-Teubner, Chichester, 1996.
R. B. Northtrop, “Signals and systems analysis in biomedical engineering”.
CRC Press, Boca Raton, 2003.
A. Papandreou-Suppappola, “Applications in time-frequency signal
processing”. CRC Press, Boca Raton, 2003.
G. Clifford, “Advanced methods and tools for ECG data analysis”. Artech
House, 2006.
J. M. Semlow, “Biosignal and biomedical signal processing”. Marcel-Dekker
Inc., 2004.
E. Bruce, “Biomedical signal processing and signal modelling”. John Wiley and
sons, 2001.
Relación del Profesorado de la UPNa que imparte la asignatura:
(Incluye el reparto porcentual del encargo docente que se derive de su impartición)
Apellidos,
Categoría
Departamento
%
Nombre
Malanda Trigueros, Titular
de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
100%
Armando
Universidad
Horarios de clase:
Martes 17:30-19:30
Viernes 17:30-19:30