Скачиваний:
305
Добавлен:
23.01.2020
Размер:
10.1 Mб
Скачать

Вопросы к экзамену по курсу «МОиАБМСиД» А. Н. Калиниченко

1) Задачи цифровой обработки биомедицинских сигналов.

Содержание: Примеры биомедицинских сигналов (ЭКГ, ЭЭГ и др.). Их происхождение и свойства.

Примеры биомедицинских сигналов

1. Потенциал действия (ПД) – это электрический сигнал, который сопровождает механическое сокращение единичной клетки, стимулируемой электрическим током. ПД вызывается потоком ионов (Na, K, Cl) через мембрану клетки. ПД является базовой компонентой всех биоэлектрических сигналов (нервного импульса). Запись ПД требует изоляции единичной клетки и использования микроэлектродов толщиной порядка нескольких микрон.

2. Электронейрограмма (ЭНГ) – электрический сигнал, наблюдаемый в тот момент, когда стимул и связанный с ним потенциал действия

распространяется вдоль нерва. ЭНГ может быть использована для измерения скорости распространения стимула или ПД в нерве.

3. Электромиограмма (ЭМГ) - биоэлектрические потенциалы, возникающие в скелетных мышцах человека при возбуждении мышечных волокон. ЭМГ является суммой потенциалов действия всех вовлеченных в процесс клеток исследуемого участка мышечной ткани.

4. Электрокардиограмма (ЭКГ) – электрическое проявление сократительной активности сердца.

Подробнее в вопросе 23

5. Электроэнцефалограмма ЭЭГ – изменение во времени биоэлектрических потенциалов кожи головы

Подробнее в вопросе 36

Задачи обработки и анализа биомедицинских сигналов

Сбор информации – количественная оценка явлений для интерпретации исследуемой системы.

Диагностика – выявление нарушений, патологий и анормальностей.

Мониторинг – получение непрерывной информации о системе.

Терапия и управление – модификация поведения системы, основанная на данных, полученных при выполнении перечисленных выше этапов, для обеспечения определенных результатов.

Оценка – объективный анализ для определения возможности удовлетворения функциональных требований, для получения подтверждения правильности работы, для контроля качества, для количественной оценки эффекта лечения.

2) Дискретизация сигналов и теорема отсчётов.

Содержание: Аналоговые (непрерывные) и дискретные (цифровые) сигналы.

Достоинства и недостатки аналоговой и цифровой обработки сигналов.

Понятия аналого-цифрового преобразования. Дискретизация и квантование.

Дискретизация: интервал дискретизации, частота дискретизации. Теорема

отсчётов, формулировка и физический смысл. Наложение, маскирование спектров. Демонстрация эффекта наложения с помощью тригонометрических выкладок. Практические выводы из теоремы отсчётов.

Физиологические сигналы – аналоговые и непрерывные. Такой формат не подходит для цифровой обработки.

Цифровые сигналы – дискретные по времени и квантованные по уровню.

Дискретизация

Где = 1 – период дескритизации, с ( – частота дескритизации, Гц)

( ) = ( )

( ), = 0,1, … , − 1 (Всего отсчётов)

Теорема отсчётов (Теорема Котельникова)

Если функция, зависящая от времени имеет ограниченный частотой F спектр,

то она полностью определяется дискретными отсчётами ее значений,

следующих с частотой дескритизации = 2 и может быть точно реконструировано с помощью выражения:

 

+∞

[ ( − )/]

( ) =

∑ ( )

 

( − )/

 

=−∞

 

Эффект наложения

 

 

При нарушении теоремы отсчётов некоторые частоты могут оказаться неотличимы друг от друга.

Пусть даны три сигнала ( < 2):

( ) = (2)

1( ) = (2( + ) )2( ) = (2( − ) )= 1/

1( ) = (2( + 1/) ) = (2 + 2) = cos(2) = ( )

3) Квантование сигналов.

Содержание: Аналоговые (непрерывные) и дискретные (цифровые) сигналы.

Достоинства и недостатки аналоговой и цифровой обработки сигналов Понятия аналого-цифрового преобразования. Дискретизация и квантование.

Квантование: Конечность цифрового представления, уровни квантования,

ошибка квантования, динамический диапазон АЦП, число уровней квантования, разрядность АЦП.

Предыдущий вопрос + это:

4) Выбор параметров аналого-цифрового преобразования для диагностической ЭКГ.

Содержание: Понятия аналого-цифрового преобразования. Побочные эффекты дискретизации и квантования.

Обоснование выбора параметров АЦП для диагностической ЭКГ

(динамический диапазон, частота, разрядность)

5) Линейные цифровые фильтры. Основные понятия и определения.

Содержание: Критерии линейности систем (аддитивность и однородность).

Обобщённое разностное уравнение цифрового фильтра.

Порядок фильтра.

ЦФ с постоянными коэффициентами и адаптивные ЦФ.

Нерекурсивные (КИХ) и рекурсивные (БИХ) ЦФ.

Физически реализуемые и нереализуемые ЦФ.

Устойчивые и неустойчивые ЦФ.

Примеры КИХ и БИХ ЦФ.

6) Способы описания цифровых фильтров и их основные

характеристики.

Содержание: Разностное уравнение. Набор коэффициентов.

Структурная схема (базовые элементы, примеры КИХ и БИХ фильтров).

Импульсная и переходная характеристики. Связь импульсной характеристики КИХ-фильтра с набором его коэффициентов.

Частотные характеристики ЦФ: АЧХ и ФЧХ, их физический смысл.

Разностное уравнение в предыдущем вопросе + это:

7) Классификация цифровых фильтров по виду амплитудно-частотных

характеристик.

Содержание: Физический смысл АЧХ ЦФ.

Полоса пропускания, полоса задержки, переходная полоса, частота среза.

Классификация ЦФ по виду АЧХ: ФНЧ, ФВЧ, полосовые (пропускающий и заграждающий), резонатор, режекторный, дифференциатор, интегратор.

8) Цифровая фильтрация как преобразование сигнала в частотной

области.

Содержание: Разностное уравнение ЦФ.

Пример простого КИХ-фильтра.

Получение передаточной функции ЦФ путём подстановки в качестве входного сигнала комплексной экспоненты.

АЧХ и выводы о частотных свойствах ЦФ.

Разностное уравнение в вопросе 5, АЧХ и тп. из вопроса 7 + вот это:

9) Z-преобразование. Основные определения.

Содержание: Формальное определение Z-преобразования.

Примеры Z-преобразования некоторых последовательностей (единичный импульс, единичная ступенчатая последовательность).

Использование Z-преобразования для определения передаточной функции ЦФ.

10) Z-плоскость в полярных координатах. Условия устойчивости ЦФ.

Содержание: Z-плоскость в полярных координатах.

Нули и полюса передаточной функции на комплексной плоскости.

Единичная окружность. Условия устойчивости ЦФ.

Примеры устойчивого и неустойчивого рекурсивных ЦФ (и положения их полюсов).