How and what to teach in biomedical signal processing and analysis?

Journal : Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
Article : Jak i czego uczyć w zakresie przetwarzania i analizy sygnałów biomedycznych?

Authors :
Mrowiec, J.
Katedra i Oddział Kiniczny Chorób Wewnętrznych, Angiologii i Medycyny Fizykalnej, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Batorego 15, 41-902 Bytom, tel. +48 32 786 16 30, cieslar1@tlen.pl,
Awrejcewicz, J.
Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka, ul. B. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. +48 42 631 22 00, jan.awrejcewicz@p.lodz.pl,
Nowak, G.
Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM, ul. Roosvelta 118, 41-800 Zabrze, tel. +48 32 271 60 13, itam@itam.zabrze.pl,
Jeka, S.
Szpital Uniwersytecki nr 2 im. J. Biziela, Oddział Kliniczny Reumatologii i Układowych chorób Tkaniku Łącznej, ul. K. Ujejskiego 75, 85-168 Bydgoszcz, tel. +48 606 42 59 99, s.jeka@wp.pl,
Bolewski, A.
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, andrzej.bolewski@fis.agh.pl,
Pięciak, T.
Katedra Automatyki, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Elektroniki i Informatyki, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, tel. +48 12 617 28 42, 617 47 12, pieciak@agh.edu.pl,
Abstract : Dydaktyka w zakresie przetwarzania i analizy sygnałów biomedycznych przeważnie sprowadza się do klasycznych metod przetwarzania i analizy sygnałów. Brak spostrzeżenia tych subtelnych różnic wśród pracowników dydaktycznych uczelni wyższych wprowadza dezorientację u przyszłych inżynierów biomedycznych. Celem artykułu jest wyraźne rozgraniczenie klasycznych metod przetwarzania sygnałów (m.in. filtracja, przekształcenia częstotliwościowe) od aspektów dotyczących parametrów diagnostycznych biosygnałów oraz ich ilościowej i jakościowej interpretacji. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z opracowaniem programu wykładu, laboratoriów i zajęć projektowych z dziedziny przetwarzania i analizy sygnałów biomedycznych. Opisano szczegółowo organizację kursu i tematykę podejmowaną w czasie wykładu. Omówiono i porównano dwa warianty zajęć projektowych: w postaci wspólnego przedsięwzięcia realizowanego przez wszystkich studentów oraz autonomiczne grupy projektowe. W części laboratoryjnej podano szczegółowy plan semestru, przykładowe problemy badawcze, jakie są rozwiązywane w czasie zajęć, typowe błędy popełniane przez studentów oraz sposoby weryfikacji zdobytej wiedzy. Na zakończenie przytoczono wyniki ankiet przeprowadzonych wśród studentów, sugestie i oczekiwania ze strony słuchaczy związane z kursem przetwarzania i analizy sygnałów biomedycznych.

Teaching in biomedical signal processing and analysis field usually brings down to classical signal processing and analysis methods. Lecturers can easily mislead future biomedical engineers without paying special attention to these subtle differences. The aim of this article is to clearly distinguish classical signal processing tools (e.g., filtering, frequency transformations) from biosignals’ clinical parameters and their quantitative and qualitative interpretation. In the article, lecture, laboratory and project curriculums course in biomedical signal processing field, are presented. The course organization and themes are described in detail, as well. Two variants of project classes, are also discussed and compared. The first one, as a common project, which is realized by all students, and the other one as an independent project groups. The article includes term curriculum of laboratory classes in detail, exemplary research problems, typical students mistakes and the ways of acquired knowledge verification as well. Finally, surveys’ results which were performed among students, their suggestions and expectations for biomedical signal processing course are shown.

Keywords : sygnał biomedyczny, laboratorium, elektrokardiografia, rytm serca, biomedical signal, laboratory, electrocardiography, heart rate,
Publishing house : Indygo Zahir Media
Publication date : 2012
Number : Vol. 18, nr 2
Page : 94 – 101

Bibliography
: 1. O. Majdalawieh, J. Gu, T. Bai, G. Cheng: Biomedical signal processing and rehabilitation engineering: A review, IEEE Pacific Rim Conference on: Communications, Computers and signal Processing, vol. 2, 2003, s. 1004-1007.
2. J. Moczko, L. Kramer: Cyfrowe metody przetwarzania sygnałów biomedycznych, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2001.
3. J. Moczko, L. Kramer: Cyfrowe metody przetwarzania sygnałów biomedycznych – zadania, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2001.
4. W. Kuniszyk-Jóźkowiak: Przetwarzanie sygnałów biomedycz¬nych, UMCS, Lublin 2011.
5. K. Duda: Anaiiza sygnałów biomedycznych, Wydawnictwa AGH, Kraków 2010.
6. B. Wilk: Wirtualne przyrządy w Laboratorium Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych, Inżynieria Biomedyczna -Acta Bio-Optica et informatica Medica, vol. 14(3'), 2008, s. 112-115.
7. A. Hrynkiewicz, E. Rokita: Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2000.
8. J. Malmivuo, R. Plonsey: Bioelectromagnetism – principles and applications ofbioelectric and biomagneticfields, Oxford Uni-versity Press, New York, 1995.
9. P. Augustyniak: Transformacje falkowe го zastosowaniach elektrodiagnostycznych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo–Dydaktyczne, Kraków 2003.
10. E.S. Oczeretko: Wymiar fraktalny w analizie sygnałów i obrazów biomedycznych, Wydawnictwo Uniwersytetu w Białymsto-ku, Białystok 2006.
11. A.P Dobrowolski: Obiektywna metoda diagnozowania schorzeń nerwowo-mięśniowych oparta na analizie folkowej po-tencjałów czynnościowych jednostek ruchowych, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2009.
12. PJ. Durka: Matching pursuit and unification in EEG analysis, Artech House, 2007.
13. T. Pięciak: Wprowadzenie do elektrodiagnostyki pracy serca, w: R. Tadeusiewicz, P. Augustyniak (red.): Podstawy inżynierii biomedycznej, Wydawnictwa AGH, Kraków 2009, s. 101-110.
14. P. Augustyniak: Podstawy elektrokardiografii cyfrowej, w: R. Tadeusiewicz, P. Augustyniak (red.): Podstawy inżynierii biomedycznej, Wydawnictwa AGH, Kraków 2009, s. 111-127.
15. P. Augustyniak: Przetwarzanie sygnałów elektrodiagnostycznych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2001.
16. R.R. Rangayyan: Biomedical signal analysis. A case-study ap-proach, Wiley-Interscience, IEEE Press Series on Biomedical En¬gineering, Calgary 2002.
17. L. Sőrnmo, P. Laguna: Bioelectrical signal processing in cardiac and neurological applications, Elsevier, San Diego 2005.
18. K.J. Blinowska, J. Zygierewicz: Practical biomedical signal analysis using MATLAB, CRC Press, 2012.
19. S. Sanei, J.A. Chambers: EEG signal processing, Wiley-Interscience, 2007.
20. R.U. Acharya, et al.: Advances in cardiac signal processing, Springer-Verlag, Berlin 2007.
21. IEC 60601-2-51: Medical electrical eąuipment: Particular requirements for the safety, including essential performance, ofam-bulatory electrocardiographic systems, 1st edition, International Electrotechnical Commission, Geneva, 2003.
22. G.B. Moody: The MLT-BIH arrhythmia database CD-ROM, 3rd edition, Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology, 1997.
23. J.L. Willems, P. Arnaud, J.H. van Bemmel, et al.: A reference database for multilead electrocardiographic computer measure-ment programs, Journal of the American College of Cardiology, vol. 6,1987, s. 1313-1321.
24. A. Moss, A. Stern (eds.): Noninvasive electrocardiology – clinical aspects ofholter monitoring, London Saunders Co, 1986.
25. W. Zaręba, P. Maison-Blanche, E.F. Locati (eds.): Noninvasive electrocardiology in clinical practice, Wiley-Blackwell, 2001.
26. P.W. Macfarlane, B. Devine, E. Clark: The University of Glas¬gow (Uni-G) ECG Analysis Program Computers in Cardiology, Computers in Cardiology, 2005, s. 451-454.
27. S.-C. Man, A.C. Maan, E.E. van der Wall, M.J. Schalij, CA. Swen-ne, Beats: An interactive research oriented ECG analysis system, Computing in Cardiology, 2010, s. 1007-1010.
28. A.R. Rodríguez, G.M. Rodriguez, R. Almeida, N. Pina, G. Montes de Оса: Design and evaluation of an ECG holter analysis system, Computing in Cardiology, vol. 37, 2010, s. 521-523.
29. P. Augustyniak: Elektrokardiografia dla informatyka -praktyka, Wydawnictwo Studenckiego Towarzystwa Naukowego AGH, Kraków 2011.
DOI :
Qute : Mrowiec, J. ,Awrejcewicz, J. ,Nowak, G. ,Jeka, S. ,Bolewski, A. ,Pięciak, T. ,Pięciak, T. , Jak i czego uczyć w zakresie przetwarzania i analizy sygnałów biomedycznych?. Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna Vol. 18, nr 2/2012
facebook