Биофизика органов и систем. Материалы для подготовки.

29.10.2015 00:00 Любицкий Олег Борисович Практикумы - Отделение медицинской биофизики
Печать
Практикум по курсу "Биофизика органов и систем". 

Цикл "Цифровая обработка и анализ биомедицинских сигналов".

Контрольная №1 (30.10.15). По вопросам №1-32.

Список вопросов для подготовки.
 

 Классификация сигналов.

  1. Сигналы. Классификация сигналов. Цифровая обработка и анализ сигналов.

  2. Область определения сигнала. Сигналы, представленные во временной, частотной и пространственной области.

  3. Одномерные и многомерные сигналы.

  4. Статистические характеристики сигналов. Статистики первого и второго порядков. Среднее значение, среднеквадратическое отклонение и значение, дисперсия.

  5. Случайные и детерминированные сигналы.

  6. Стационарность сигналов. Квазистационарные сигналы. Циклически стационарные сигналы. Эргодические сигналы.

  7. Классификация сигналов по способу передачи информации. Постоянные уровневые сигналы. Переменные сигналы во временной и частотной области. Сигналы перехода между уровнями. Сигналы в виде серии импульсов.

  8. Непрерывные (аналоговые), дискретные и цифровые сигналы.

  9. Дискретизация сигналов по независимой переменной. Выборка. Интервал и частота дискретизации. Отсчёты выборки, общее количество отсчётов в выборке. Длина сигнала.

  10. Дискретизация сигнала по зависимой переменной. Квантование. Интервал квантования. Уровни квантования, общее количество уровней в сигнале. Диапазон квантования. Разрядность сигнала.

 Биомедицинские сигналы.

  1. Физиологические системы организма человека. Физиологические процессы в норме и патологии. Сигналы от физиологических систем. Биомедицинские сигналы. Различие между вероятностными характеристиками процессов и сигналов.

  2. Этапы и порядок осуществления компьютерной диагностики. Процедура съёма сигналов с помощью датчиков. Аналоговое усиление и преобразование сигналов. Аналого-цифровое преобразование. Цифровая обработка сигналов. Анализ сигналов. Формирование диагностического решения.

  3. Типы процедур съёма биомедицинских сигналов. Инвазивные и неинвазивные процедуры. Активные и пассивные процедуры. Контактные и бесконтактные процедуры.

  4. Трудности, возникающие при снятии и анализе биомедицинских сигналов. Доступность изучаемых параметров для измерения. Непостоянство источника сигнала. Взаимодействие между физиологическими системами. Влияние оборудования и процедуры на объект исследования. Физиологические артефакты и помехи. Ограничение сигналов по энергии. Безопасность пациента.

 Сбор данных на компьютер и управление приборами.

  1. Аппаратура сбора данных. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Устройства цифрового ввода/вывода. Счётчики/таймеры.

  2. Аналоговый ввод на компьютер. Аналого-цифровые преобразователи. Параметры АЦП. Количество каналов. Тип каналов. Однополярные и дифференциальные каналы. Частота дискретизации. Разрядность АЦП. Диапазон измерямых значений. Разрешающая способность АЦП. Единицы измерения разрешающей способности.

  3. Выбор частоты дискретизации. Ложные частоты. Теорема Найквиста-Шеннона. Фильтры для подавления ложных частот в сигналах.

  4. Заземление сигналов. Истинное и опорное заземление.

  5. Типы источников сигнала. Заземлённый источник сигнала. «Плавающий» источник сигнала.

  6. Схемы измерений сигналов при сборе данных. Дифференциальная схема измерений. Схема с общим заземлённым проводом. Схема с общим незаземлённым проводом.

  7. Выбор схемы измерения сигнала. Подключение заземлённого источника сигнала. Подключение плавающего источника сигнала.

 Цифровая фильтрация.

  1. Шум в сигналах. Проблема шумов при снятии биомедицинских сигналов. Основные типы шумов в биомедицинских сигналах. Физиологическая помеха. Случайный шум. Структурированный шум.

  2. Физиологические артефакты и помехи. Эффекты связи и взаимодействия между физиологическими системами. Эффекты наложения сигналов.

  3. Случайный шум в сигналах. Типы случайных шумов. Дробовый шум, тепловой шум, фликкер-шум, импульсный шум, шум лавинного пробоя. Способы уменьшения интенсивности случайного шума в сигналах.

  4. Статистические характеристики случайного шума. Отношение сигнал/шум.

  5. Зависимость интенсивности случайного шума от частоты. Цвета шумов. Белый, розовый, красный (коричневый), синий, фиолетовый шум. Серый и чёрный шум.

  6. Структурированный шум. Сетевая наводка. Экранирование оборудования.

  7. Цифровая фильтрация сигналов. Задачи разделения и восстановления сигналов.

  8. Цифровые фильтры. Фильтры временной обработки сигналов. Фильтры частотной обработки сигналов. Специальные фильтры.

  9. Фильтрация во временной области. Синхронное усреднение. Фильтры скользящего среднего. Фильтры удаления постоянной составляющей. Формирование огибающей. Прореживание сигнала.

  10. Фильтры частотной обработки сигналов. Частотные характеристики цифровых фильтров. Зона пропускания, зона подавления. Переходная зона. Частота среза.

  11. Типы цифровых частотных фильтров. Низкочастотный фильтр. Высокочастотный фильтр. Полосовой фильтр. Режекторный фильтр.