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Academic Year: 2019/20

533 - Master's Degree in Telecommunications Engineering


Teaching Plan Information

Academic Year:
2019/20
Subject:
60938 - Biomedical signal processing
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
533 - Master's Degree in Telecommunications Engineering
ECTS:
5.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject and its expected results respond to the following approaches and objectives:

In the course "Treatment of Biomedical Signals" students will have understood the electrical origins of bioelectrical signals, and the relation of the different types of signals on the surface of the body (ECG, EEG, EP, EMG). Always with the clinical objectives in mind, in this subject, signal processing techniques are presented for both detection and estimation in each application domain.

We introduce the optimal estimators, and particularization of adaptive filtering, orthogonal representations and time frequency methods in each application domain. The subject should lead the student to know a range of techniques of processing, particularly statistical, biomedical signals, and be able to use them to obtain clinical information of the signals, taking into account the particularities of each case and type of signal, as well as The possibilities and limitations of such techniques.

Consequently, the overall objective of the subject is for the student to understand and know how to use a set of signal processing tools to extract clinically useful information from the different types of biomedical signals.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The Degree in Telecommunications Engineering aims, in addition to giving the fundamentals, positioning the tools of information and communication treatment in the context of their applications. In the context of this subject the application is the biomedical field, with applications for both diagnosis, therapies, interventions, follow-ups, etc. For this, an important part of the Engineering tries to exploit to the maximum the different sources of information that emanate of the alive systems to take, based on her, to take subsequent actions and / or decisions. Biomedical signals, and more specifically bio-electric, are a rich source of information about the organs or systems that generate them (cardiac, neurological, etc.). This subject puts at the service of professionals both deterministic techniques and statistics of treatment and detection of events in discrete signals, for use on biomedical signals in biomedical contexts where these signals may have some interest

1.3. Recommendations to take this course

The teachers responsible for teaching are in the area of Signal Theory and Communications.

This elective course of the spring semester requires both basic and advanced signal processing skills that have typically been obtained in the following grade: Digital signal processing; Applications of digital signal processing, Signal and communications laboratory, or in some obligatory subject of the Master as, Signal processing for communications.

 

2. Learning goals

2.1. Competences

By passing the course, the student will be more competent to ...

CE15: Capacity for the integration of Telecommunication Engineering technologies and systems, in general, and in broader and multidisciplinary contexts such as bioengineering, photovoltaic conversion, nanotechnology, telemedicine.

CB7: Students will be able to apply acquired knowledge and problem-solving skills in new or unfamiliar environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of ​​study

CG1: Ability to project, calculate and design products, processes and facilities in all areas of telecommunication engineering.

CG4: Capacity for mathematical modeling, calculation and simulation in technological centers and engineering of company, particularly in research, development and innovation tasks in all fields related to Telecommunication Engineering and related multidisciplinary fields.

CG7: Capacity for the start-up, management and management of manufacturing processes of electronic and telecommunications equipment, with guarantee of the safety for people and goods, the final quality of the products and their homologation.

CG11: Ability to communicate (oral and written) the conclusions - and the ultimate knowledge and reasons that support them - to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous way.

CG12: Possess continuous, self-directed and autonomous learning skills.

2.2. Learning goals

The student, to overcome this subject, must demonstrate the following results ...

R1. Be able to design a biomedical signal conditioning system, taking into account the characteristics of those signals and the requirements of the subsequent processing, with the restrictions that it imposes not to deform the useful information present in the signals.

R2. To be able to solve problems of detection or estimation of clinical parameters of interest, posing them optimally within the framework of the theory of detection / estimation. Particularly in the field of Electrocardiology, Electroencephalography and Electromyography.

R3. To be able to interpret the sources of temporal and spatial information for the design of systems of information compaction, either with the aim of compression and communication, or with the aim of classification / monitoring and decision making with respect to the underlying system (diagnosis / therapy).

R4. Be able to extrapolate concepts of signal processing to the biomedical context, interpreting spatial and temporal mixtures / separations of sources, non-uniform sampling, time-varying systems, extraction and interpretation of static and dynamic information, etc.

2.3. Importance of learning goals

The ability to interpret signals of bioelectric origin, design signal quality improvement systems, model them and apply the estimation and detection techniques studied are relevant for a Telecommunications Engineer working in Biomedical applications, since it is expected With problems of acquisition, filtering, interpretation, automation in a large number of contexts in diagnostic, therapeutic, monitoring, etc. environments.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he / she has achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities

E1: Presentations and oral debates

  • Students should prepare during the course the presentation of specific topics, or the resolution of specially selected exercises, which will be presented orally to the class as a whole. The evaluation of this activity supposes 10% of the final note of asignatura.

E2: Tutored works

  • Tutored works represent 50% of the final grade. The qualification will assess the student's analytical and critical ability to study a problem or specific aspects in a biomedical signal treatment application, making use of the theoretical and practical tools learned in the subject. In addition, the originality of the solutions, the ability to work in a group, the ability to coordinate the work and to communicate relevant information in an oral and written form will be evaluated, as the work done will be presented through a common report to the group and Of an oral presentation.

E3: Final examination

  • The final exam will consist of a written test that represents 40% of the final grade. The test is divided into two parts:
    • - E3.1: Theoretical-practical issues:
    • - E3.2: Practical problems:

The student must obtain a grade of at least 4 out of 10 in the final exam grade (E3) to pass the subject.

The student will have an overall test in each of the calls established throughout the course. The dates and times of the tests will be determined by the School.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as

  • M1 Participatory Lectures (36 hours). Presentation of the main course contents combined with the active participation of students. This activity will take place in the classroom. This activity will take place in the classroom. This methodology, supported by the the student's autonomous work (M14) is designed to provide the students with the necessary theoretical aspects of the course.
  • M4 Practice sessions (10 hours). Sessions of problem-solving and practical cases proposed by the teacher, related to the lectures. It is expected that the students will present individually or in groups their results. This public presentation will take place in the classroom.
  • M9 Lab sessions (4 hours). 2 sessions of 2 hours each will be held in the Signals and Systems Laboratory Building 2.02 Ada Byron. This activity will be done in small groups, with the aim to consolidate the theoretical concepts of biomedical signal acquisition developed in the lectures.
  • M13 Guided assignment (20 hours). In groups, students will prepare a practical case, guided by the teacher and based on the course contents. 
  • M14 Autonomous work and study (52 hours). Individual study related to the lectures' contents and the course (exams, library-related work, further reading,  problem and exercise solving, etc.).
  • M10 Tutorials. Teacher's office hours aimed at answering doubts, and reviewing and discussing the materials and topics presented in both lectures and practice sessions.
  • M11 Assessment. (3 hours). The student's progress is evaluated with theoretical and practical written tests.

Students are expected to attend and participate actively in the class throughout the semester. 

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  • Lectures. Sessions introducing the concepts, the physiological basis of each signal type and the objectives of their study including the particularities, or new signal processing developments, required in these contexts.
  • Problem-solving tasks given to the student individually, which after completion, are presented by the student to the class.
  • Laboratory sessions. Sessions where students practice some of the applications presented in class. It takes place in the computer room. Students will submit a written report containing the main findings of the work done.
  • Guided assignment. Individually or preferably in groups, students prepare a case study with actual data and develop its appropriate application with a specific clinical purpose.
    • It consists on the understanding, preparation and implementation of parts of a biomedical signal processing system proposed by the teacher.
    • It will be assessed by a written report and an oral presentation.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

Topic 1. Introduction to the biological signals origin, types of signals, characteristics and objectives that ICT can afford in this context.

Topic 2. Electrocardiogram (ECG): Description, parameters of clinical interest, interpretation; Event detection (beats); interference cancellation; analysis of heart rate variability; averaged of recurrent signals; Data compression and time-variant analysis (time-frequency representations); invasive signals (electrograms), their use and singularities.

Topic 3. Electroencephalogram (EEG): Interpretation and clinical information, frequency bands; cancellation of artifacts; spectral estimation; Analysis of evoked potentials (visual, auditory, etc.).

Topic 4. Electromyogram (EMG): Origin and interpretation; parameters of interest and best estimate; applications.

Topic 5. Other biomedical signals: Photoplestimograma (PPG), blood pressure (BP); Their interactions and physiological implications; relations estimates (causality, correlations, etc) Multimodal (different types of signals) of clinical parameters.

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the EINA website.

The subject is taught in spring semester. Among the main activities planned are the presentation of theoretical contents, problem solving and problem solving, laboratory practice and practical tutorial work related to the contents of the subject.

The dates of beginning and end of the theoretical classes and problems, as well as the dates of accomplishment of laboratory practices and the tests of global evaluation will be those fixed by the School of Engineering and Architecture and published in the web page of the school Https://eina.unizar.es/. The dates of delivery and follow-up of the practical tutored works will be made known in advance in class and in the web page of the subject in the digital ring teacher, https://moodle.unizar.es/.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar7.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=60938&Identificador=C70298


Curso Académico: 2019/20

533 - Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación


Información del Plan Docente

Año académico:
2019/20
Asignatura:
60938 - Tratamiento de señales biomédicas
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
533 - Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación
Créditos:
5.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

En la asignatura   “Tratamiento de Señales   Biomédicas” los alumnos habrán comprendido los orígenes eléctricos de las señales bioeléctricas, y la relación de los distintos tipos de señales en la superficie del cuerpo (ECG, EEG, EP, EMG). Siempre con los objetivos clínicos en mente, se presentan en esta asignatura técnicas de tratamiento  de señal tanto para detección como para estimación en cada dominio de aplicación. 

Se introducen los estimadores óptimos, y particularización de filtrado adaptativo, representaciones ortogonales y métodos tiempo frecuencia en cada dominio de aplicación. La asignatura debe llevar al estudiante a conocer un abanico de técnicas de procesado, particularmente  estadístico, de señales biomédicas, y ser capaz de utilizarlas para obtener información clínica de las señales, teniendo en cuenta las particularidades de cada caso y tipo de señal, así como las posibilidades y limitaciones de dichas técnicas.

En consecuencia, el objetivo global de la asignatura es que el estudiante comprenda y sepa utilizar un conjunto de herramientas de tratamiento   de señales para extraer información clínicamente útil de los distintos tipos de señales biomédicas.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La titulación de Ingeniería Telecomunicación pretende, además de dar los fundamentos,  posicionar las herramientas de tratamiento de información y comunicaciones  en el contexto de sus aplicaciones. En el contexto de esta asignatura la aplicación es el campo biomédico, con aplicaciones  tanto para diagnóstico, terapias, intervenciones, seguimientos, etc. Para ello, una parte importante de la Ingeniería trata de explotar al máximo las distintas fuentes de información que emanan de los sistemas vivos para, basándose en ella, tomar subsecuentes acciones y/o decisiones. Las señales biomédicas, y más en concreto bio-eléctricas, son una fuente rica en información sobre de los órganos o sistemas que las generan (cardiaco, neurológico, etc.). Esta asignatura pone al servicio de los profesionales las técnicas tanto deterministas como estadísticas de tratamiento y detección de eventos en señales discretas, para su uso sobre señales biomédicas en los contextos biomédicos donde estas señales puedan tener algún interés

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Los profesores encargados de impartir la docencia pertenecen al área de Teoría de la Señal y Comunicaciones.

Esta asignatura optativa del cuatrimestre de primavera requiere de conocimientos de tratamiento de señal, tanto básico como avanzado, que típicamente se han obtenido en el grado: Procesado digital de señales; Aplicaciones de procesado digital de señal, Laboratorio de señal y comunicaciones, o en alguna asignatura obligatoria del Master como, Tratamiento de señal para comunicaciones.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

CE15: Capacidad para la integración de tecnologías y sistemas propios de la Ingeniería de Telecomunicación, con carácter generalista, y en contextos más amplios y multidisciplinares como por ejemplo en bioingeniería, conversión fotovoltaica, nanotecnología, telemedicina. 

CB7:  Los estudiantes sabrán aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio

CG1: Capacidad para proyectar, calcular y diseñar productos, procesos e instalaciones en todos los ámbitos de la ingeniería de telecomunicación.

CG4: Capacidad para el modelado matemático, cálculo y simulación en centros tecnológicos y de ingeniería de empresa, particularmente en tareas de investigación, desarrollo e innovación en todos los ámbitos relacionados con la Ingeniería de Telecomunicación y campos multidisciplinares afines.

CG7: Capacidad para la puesta en marcha, dirección y gestión de procesos de fabricación de equipos electrónicos y de telecomunicaciones, con garantía de la seguridad para las personas y bienes, la calidad final de los productos y su homologación.

CG11: Capacidad para saber comunicar (de forma oral y escrita) las conclusiones- y los conocimientos y razones últimas que las sustentan- a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CG12: Poseer habilidades para el aprendizaje continuado, autodirigido y autónomo.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

R1. Ser capaz de diseñar un sistema de acondicionamiento de señales biomédicas, teniendo en cuenta las características de esas señales y los requisitos del procesado posterior, con las restricciones que impone no deformar la información útil presente en las señales.

R2. Ser capaz de resolver problemas de detección o de estimación de parámetros clínicos de interés, planteándolos de forma óptima en el marco de la teoría de detección/estimación. En particular en el ámbito de la Electrocardiologia, Electroenceflaografia y Electromiografia.

R3. Ser capaz de interpretar las fuentes de información temporal y espacial para el diseño de sistemas de compactación de información, bien sea con el ánimo de compresión y comunicación, bien con el ánimo de clasificación/monitorización y toma de decisiones respecto al sistema subyacente (diagnostico/terapia).   

R4. Ser capaz de extrapolar conceptos del tratamiento de señal al contexto biomédico, interpretando mezclas/separaciones espaciales y temporales  de fuentes, muestreos no uniformes, sistemas variantes en el tiempo,  extracción e interpretación de información estática y dinámica, etc. 

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

La capacidad para interpretar señales de origen bioeléctrico, diseñar sistemas de mejora de la calidad de las señales, para modelar las mismas y aplicar las técnicas de estimación y detección estudiadas son relevantes para un Ingeniero de Telecomunicaciones trabajando en aplicaciones Biomédicas, ya que se encontrara previsiblemente con problemas de adquisición, filtrado, interpretación, automatización en un amplio número de contextos en entornos diagnósticos, terapéuticos, de seguimiento, etc.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

E1: Presentaciones y debates de forma oral

 Los alumnos habrán de preparar durante el curso la presentación de temas concretos, o la resolución de ejercicios especialmente seleccionados, que posteriormente serán presentados oralmente al conjunto de la clase. La evaluación de esta actividad supone el 10% de la nota final de asignatura.

E2: Trabajos tutorizados

Los trabajos tutorizados representan el 50% de la calificación final. En la calificación se valorará la capacidad analítica y crítica del alumno para estudiar un problema o aspectos concretos en una aplicación de tratamiento de señal biomédica, haciendo uso de las herramientas teóricas y prácticas aprendidas en la asignatura. Además se evaluará la originalidad de las soluciones, la capacidad para trabajar en grupo, la habilidad para coordinar el trabajo y de transmitir la información relevante de forma oral y escrita, ya que el trabajo realizado se presentará a través de un informe común al grupo y de una presentación oral. 

E3: Examen final

El examen final consistirá en una prueba escrita que representa el 40% de la calificación final. La prueba se divide en dos partes:

-   E3.1: Cuestiones teórico-prácticas:  

-   E3.2: Problemas prácticos:  

El alumno ha de obtener una nota de al menos un 4 sobre 10 en la nota del examen final (E3) para superar la asignatura.

El alumno dispondrá de una prueba global en cada una de las convocatorias establecidas a lo largo del curso. Las fechas y horarios de las pruebas vendrán determinadas por la Escuela.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

M1. Clases magistrales participativas. Exposición por parte del profesor de los principales contenidos de la asignatura, combinada con la participación activa del alumnado. Esta actividad se realizará en el aula de forma presencial. Esta metodología, apoyada con el estudio individual del alumno (M14) está diseñada para proporcionar a los alumnos los fundamentos teóricos del contenido de la asignatura.

M4: Aprendizaje basado en problemas. en las que se realizan resolución de problemas y casos prácticos propuestos por el profesor de los fundamentos presentados en las clases magistrales, con posibilidad de exposición de los mismos por parte de los alumnos de forma individual o en grupos autorizada por el profesor. Esta actividad se realizará en el aula de forma presencial.

M9: Prácticas de laboratorio.  En las que los alumnos realizarán 2 sesiones de prácticas de 2 horas de duración en los Laboratorio de Señales y Sistemas 2.02 del Edificio Ada Byron. En grupos pequeños, se realizan una serie prácticas en las cuales se conocerán los bloques principales del sistema de adquisición de señales biomédicas que permitan consolidar el conjunto de conceptos teóricos desarrollados a lo largo de las clases magistrales. Esta actividad se realizará en el Laboratorio de forma presencial.

M13: Trabajos prácticos tutorados. Realización de un trabajo práctico en grupo y tutorizado por el profesor, basado en los contenidos de la asignatura.

M14: Estudio teórico. Estudio de contenidos relacionados con las “clases teóricas”: incluye cualquier actividad de estudio personal (estudiar exámenes, trabajo en biblioteca, lecturas complementarias, hacer problemas y ejercicios, etc.).

M10: Tutoría. Horario de atención personalizada al alumno con el objetivo de revisar y discutir los materiales y temas presentados en las clases tanto teóricas como prácticas.

M11: Evaluación. Conjunto de pruebas escritas teórico-prácticas y presentación de informes o trabajos utilizados en la evaluación del progreso del estudiante.  

 

Se espera de los estudiantes su asistencia y participación activa en las distintas actividades formativas de la asignatura

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades

A01: Clases magistrales (36 horas), introduciendo los conceptos, las bases fisiológicas de cada tipo de señal y los objetivos de su estudio así como las particularidades  o nuevos desarrollos de tratamiento de señal en estos contextos.
A02: Resolución de problemas (10 horas), que se dan de forma individual al alumno, y posteriormente son presentados por este en alguna de las clases regladas 
A03: Prácticas de Laboratorio (4 horas), donde se vera de forma práctica alguna de las aplicaciones presentadas en clase. 
A05: Trabajos tutorizados (20 horas), en los cuales se planteara un caso de estudio, individual o preferiblemente en grupo, con unos datos reales, y el alumno desarrollara la aplicación correspondiente con un objetivo clínico concreto.  

4.3. Programa

La distribución en unidades temáticas de la teoría de la asignatura será la siguiente:

TEMA 1. Introducción sobre el origen de las señales biológicas, sus tipos y características, así como los objetivos que las TIC permiten plantearse en este contexto.  

TEMA 2. Electrocardiograma (ECG): Descripción, parámetros de interés clínico, interpretación; Detección de eventos (latidos); cancelación de interferencias; análisis s dela variabilidad de ritmo cardiaco; promediado de señal recurrente;  Compresión de información y análisis tiempo-variante (representaciones tiempo-frecuencia); señales invasivas (Electrogramas) su uso y singularidades.

TEMA 3. Electroencefalograma (EEG): interpretación e información clínica, bandas frecuenciales; cancelación de artefactos; estimación espectral; Análisis de potenciales evocados (visuales, auditivos, etc).

TEMA 4. Electromiograma (EMG): origen e interpretación; parámetros de interés y estimación óptima; aplicaciones. 

TEMA 5. Otras señales biomédicas: Photoplestimograma (PPG), presión sanguínea (BP); Sus interacciones e implicaciones fisiológicas; Estimaciones de relaciones (causalidad, correlaciones, etc) multimodales (distintos tipos de señales) de parámetros clínicos.  

Resolución de problemas:

Esta actividad consiste en la resolución por parte del alumno de problemas, guiado por el profesor, y su posterior presentación en alguna de las clases regladas.

Prácticas de Laboratorio:

Esta actividad se realizará de forma presencial en un aula informática. Comprenderá 2 sesiones de 2 horas de duración cada una de ellas. Los alumnos presentarán posteriormente un informe escrito que recogerá las principales conclusiones del trabajo realizado. 

Trabajos tutorizados

Los trabajos tutorizados se basarán en la comprensión, desarrollo e implementación  de partes de un sistema de tratamiento de señales biomédicas   propuestas por el profesor. Será realizado mediante un trabajo en grupo que incluirá la necesidad de coordinación y será evaluado mediante un informe escrito y una presentación oral.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

El calendario de la asignatura, tanto de las horas presenciales, como las sesiones de laboratorio estará definido por el centro en el calendario académico del curso correspondiente.

La asignatura se imparte en cuatrimestre de primavera. Entre las principales actividades previstas se encuentran la exposición de los contenidos teóricos, el planteamiento y resolución de problemas, la realización de prácticas de laboratorio y la realización de trabajos prácticos tutorizados relacionados con los contenidos de la asignatura.

Las fechas de inicio y fin de las clases teóricas y de problemas, así como las fechas de realización de las prácticas de laboratorio y las pruebas de evaluación global serán las fijadas por la Escuela de Ingeniería y Arquitectura y publicadas en la página web de la escuela  https://eina.unizar.es/.  Las fechas de entrega y seguimiento de los trabajos prácticos tutorizados se darán a conocer con suficiente antelación en clase y en la página web de la asignatura en el anillo digital docente, https://moodle.unizar.es/.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar7.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=60938&Identificador=C70298