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Academic Year/course: 2023/24

623 - Master's Degree in Telecommunications Engineering

60969 - Biomedical signal processing


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
60969 - Biomedical signal processing
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
623 - Master's Degree in Telecommunications Engineering
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

In the subject Biomedical Signal Processing, students will understand the electrical origins of bioelectrical signals and the relationship of the different types of signals on the surface of the body (ECG, EEG, EP, EMG). This subject presents signal processing techniques for both detection and estimation in each application domain, always with clinical objectives in mind. IT should lead the student to know a range of biomedical signal processing techniques, and be able to use them to obtain clinical information from the signals, taking into account the particularities of each case and type of signal, as well as the possibilities and limitations of these techniques. Consequently, the overall objective of the subject is that the student understands and knows how to use a set of signal processing tools to extract clinically useful information from different types of biomedical signals.  

These approaches and goals are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDGs, of the 2030 Agenda(https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific objectives: 3.d, 9.5, and 9.c.

2. Learning results

The student, in order to pass this subject, must demonstrate the following results:

1. To be able to design a biomedical signal conditioning system, taking into account the characteristics of these signals and the post-processing requirements, with the restrictions imposed by not deforming the useful information present in the signals.

 

2. To be able to solve problems of detection or estimation of clinical parameters of interest by optimally approaching them within the framework of the detection/estimation theory. Particularly in the area of electrocardiology, electroencephalography and electromyography.

 

3. To be able to interpret temporal and spatial information sources for the design of information compaction systems, either for the purpose of understanding and communication, or for the purpose of classification/monitoring and decision making regarding the underlying system (diagnosis/therapy).   

 

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

3. Syllabus

The distribution in thematic units of the theory of the subject will be as follows:

TOPIC 1. Introduction to the origin of biological signals, types and characteristics, as well as the objectives that ICTs make it possible to consider in this context.  

TOPIC 2. Electrocardiogram (ECG): Description, parameters of clinical interest, interpretation; detection of events (beats); interference cancellation; analysis of heart rate variability;  repeated signal averaging, information compression and time-varying analysis (time-frequency representations); invasive signals (electrograms), their use and singularities.

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

TOPIC 4. Electromyogram (EMG): origin and interpretation; parameters of interest and optimal estimation; applications. 

TOPIC 5. Other biomedical signals: photoplethysmogram (PPG), blood pressure (BP); their interactions and physiological implications; estimates of multimodal relationships (causality, correlations, etc.) (different types of of signals) of clinical parameters.

4. Academic activities

  • Lectures (40 hours), introducing the concepts, the physiological bases of each type of signal and the objectives of their study as well as the particularities or new developments of signal processing in these contexts.
  • Problem solving (12 hours), which are given individually to the student, and are subsequently presented by the them in one of the regular classes. 
  • Laboratory Practices(4 hours), where some of the applications presented in class will be seen in a practical way.
  • Tutored work (20 hours), in which a case study will be presented, individually or preferably in a group, with real data. The student will then develop the corresponding application with a specific clinical objective.
  • Assessment tests (4 hours)
  • Personal study (72 hours)

5. Assessment system

The student must demonstrate achievement of the intended learning results through the following assessment activities:

  • Oral presentations and discussions: During the academic year, students will prepare the presentation of specific topics or the resolution of specially selected exercises, which will later be presented orally to the whole class. The assessment of this activity represents 10% of the final grade of the subject.
  • The tutored assignments represent 50% of the final grade. The grade will assess the student's analytical and critical capacity to study a problem or specific aspects of a biomedical signal processing 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 transmit the relevant information orally and in writing will be evaluated, since the work done will be presented through a common report to the group and an oral presentation.
  • Final exam: the final exam will consist of a written test that represents 40% of the final grade. The test is divided into two parts:
    theoretical-practical questions:
    Practical problems:

The student must obtain a grade of at least 4 out of 10 in the final exam to pass the subject. The student will have a global test in each one of the calls established throughout the academic year. The dates and times of the tests will be determined by the School.


Curso Académico: 2023/24

623 - Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación

60969 - Tratamiento de señales biomédicas


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
60969 - Tratamiento de señales biomédicas
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
623 - Máster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

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. La asignatura debe llevar al estudiante a conocer un abanico de técnicas de procesado 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.  

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de
la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas: Meta 3.d, 9.5, y 9.c

2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes
resultados:
 
1. 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.
 
2. 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.
 
3. 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).   
 
4. 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. 

3. Programa de la asignatura

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.

4. Actividades académicas

  • Clases magistrales (40 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.
 
  • Resolución de problemas (12 horas), que se dan de forma individual al alumno, y posteriormente son presentados por este en alguna de las clases regladas 
 
  • Prácticas de Laboratorio (4 horas), donde se vera de forma práctica alguna de las aplicaciones presentadas en clase.
 
  • 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.
 
  • Pruebas de evaluación (4 horas)
 
  • Estudio personal (72 horas)

5. Sistema de evaluación

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

  • 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.
  • 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.
  • 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:
    Cuestiones teórico-prácticas:
    Problemas prácticos:

El alumno ha de obtener una nota de al menos un 4 sobre 10 en la nota del examen final 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.