Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2019/2020

Měření a regulace v biomedicíně

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
17PMBMRB Z,ZK 5 2P+2C česky
Přednášející:
Cvičící:
Předmět zajišťuje:
katedra biomedicínské techniky
Anotace:

V rámci předmětu si studenti prohloubí znalosti v oblasti měření elektrických a neelektrických veličin pomocí konvenčních laboratorních přístrojů, průmyslových A/D převodníků a digitalizačních karet. Důraz bude kladen na faktory ovlivňující přesnost a stabilitu měření a to jak na úrovni samotných senzorů a převodníků, tak také na správné interpretaci těchto dat a vyjádření nejistoty měření. Další oblasti předmětu bude měření impedancí, dielektrických vlastností biologických tkání a elektrických parametrů antén, měření intenzit elektrického a magnetického pole při kontrole dodržení platných limitů pro vystavení populace neionizujícímu záření. Součástí předmětu bude také oblast strojového vidění, se zaměřením na kamerové systémy a standardy, a základy rozpoznávání obrazu. Oblast regulace bude zahrnovat základy automatizace, návrh stavových a sekvenčních automatů, řešení dopravního zpoždění a tvorbu prahového a proporčního regulátoru. Tyto úlohy budou demonstrovány na biomedicínských aplikacích. Součástí budou také pohled do nových trendů v oblasti měření, regulace a automatizace využívající technologii hradlových polí FPGA a reálného času.

Předmět vznikl za podpory projektu FRVŠ č. 1488/2013 B3/b s názvem Zavedení předmětu Měření a regulace biomedicíně

Požadavky:

A) Požadavky pro získání zápočtu:

Povinná docházka na cvičení se dvěma povolenými absencemi bez nutnosti náhrady. V případě většího počtu absencí ze závažných důvodů bude řešeno individuálně. Studenti jsou si povinni vést laboratorní deník, do kterého si budou zaznamenávat postupy a naměřené výsledky v průběhu cvičení. Tento deník je nedílnou součástí pro získání zápočtu. Studenti vždy na konci hodiny dostanou zadání na domácí přípravu látky s tématikou na navazující hodinu. Studenti budou na začátku cvičení tázání (ústně nebo písemně) na danou problematiku. V případě zásadní neznalosti nemůže student absolvovat cvičení.

B) Zakončení předmětu a hodnocení

V průběhu semestru budou realizovány 3 průběžné testy z probírané látky - zaměření jednotlivých testů 1) digitalizace a úprava signálu ze senzorů, 2) kalibrace, nejistoty, sběrnice a komunikační protokoly, 3) automatizace a regulace. Tyto testy budou obsahovat 1 komplexní početní příklad/realizační úlohu za 20 b a 2 otevřené otázky na problematiku za 10 b. Celkem tedy 40 bodů za test. Celkem je tedy možné získat 120 bodů z testů s tím, že minimum pro známku E je 50 bodů (90 bodů pro známku A). Studenti se mohou přihlásit na ústní zkoušku při které mohou získat nebo i ztratit +- 15 bodů. Ústní zkoušky se mohou studenti zúčastnit pouze při získání min. 50 bodů z testu. Nebudou realizovány opravné testy, v případě absence na testu bude vyžadováno lékařské potvrzení a náhradní termín bude řešen individuálně.

Osnova přednášek:

1. Úvod do měření, měření elektrických a neelektrických veličin, minimální znalosti základů elektrických měření.

2. Nejistoty měření, korelované veličiny a kovariance.

3. Měření neelektrických veličin, rezistivní (tenzometrické), kapacitní, indukční, optické a elektrochemické snímače.

4. Průmyslový sběr dat a akviziční jednotky, procesní a technologické snímače, inteligentní senzory a jejich infrastruktura.

5. Současné metody a měřicí přístroje pro měření impedancí pro frekvenční pásma od desítek Hz do 1 THz (RLC metry a Vektorové analyzátory obvodů).

6. Měření dielektrických vlastností biologických tkání, aplikace pro impedanční a mikrovlnnou tomografie a pro mikrovlnnou hypertermie v onkologii.

7. Měření intenzit elektrického a magnetického pole při kontrole dodržení platných limitů pro vystavení populace neionizujícímu záření. Expoziční limity a současné přístrojové vybavení pro jejich kontrolu.

8. Strojové vidění, kamerové systémy a standardy, rozpoznávání obrazu.

9. Úvod do automatizace, historie, prvky v automatizaci, úvod do zpětnovazebního řízení a regulace.

10. Zpětnovazební regulátory a jejich návrh, stavové, proporční (P, PI, PID).

11. Nové trendy v automatizaci, FPGA, reálný čas a determinismus aplikací, paralelizace.

12. Invazivní a neinvazivní metody měření teploty v termoterapii (invazivní: termočlánky, termistory, odrazné metody v optické oblasti; neinvazivní: termokamera, radiometr a MRI).

13. Hlavní elektrické parametry antén: metody a přístroje pro jejich měření (vstupní impedance, účinnost, vyzařovací charakteristika).

14. Měření parametrů mikrovlnných aplikátorů pro mikrovlnnou hypertermii (impedanční přizpůsobení, rozložení teploty ve fantomu léčené oblasti).

Osnova cvičení:

1. BOZP. Úvod do předmětu. Požadavky na cvičení. Podmínky zápočtu. Rozdělení úloh, úvod do práce v laboratořích a laboratorními přístroji.

2. Nejistoty měření - složitější příklady, práce s dodanými daty a jejich statistické vyhodnocení.

3. Digitalizace signálu pomocí průmyslových A/D převodníků, digitální zpracování a úprava dat, sběr dat ze senzoru neelektrických veličin a faktory ovlivňující přesnost a stabilitu měření.

4. Sběr dat ze senzorů neelektrických veličin pomocí průmyslových A/D, kalibrace senzorů (záměnných a standardizovaných), sběř dat z elektrochemických čidel.

5. Určení náhradního obvodu 0., 1. a 2. řádu cívky z naměřených Y-parametrů.

6. Exaktní měření RLC veličin, měření magnetických veličin.

7. Měření komplexní permitivity fantomu biologické tkáně sondou využívající otevřený konec koaxiálního vedení.

8. Strojové vidění, expoziční režimy, rozpoznávání tvarů a barev, kategorizace nalezených objektů, rozpoznávání textu.

9. Základy automatizace a zpětnovazebního řízení, návrh stavového automatu.

10. Návrh stavového sekvenčního automatu s časovou smyčkou a dopravním zpožděním.

11. Zpětnovazební regulace s prahovým (hysterezním) a proporčním regulátorem.

12. Měření vstupní impedance, koeficientu odrazu a směrové charakteristiky WiFi antény.

13. Invazivní a neinvazivní metody měření teploty v termoterapii.

14. Testování vlnovodných mikrovlnných aplikátorů využívající tzv. evanescenční mód.

Cíle studia:
Studijní materiály:

[1] HAASZ, V., SEDLÁČEK, M. Elektrická měření: Přístroje a metody. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2005. 337 s.

[2] Elektrotechnická měření. Praha: BEN, 2002. 255 s.

[3] HEJTMANOVÁ, D. et al. Elektrická měření: Návody k laboratorním cvičením. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2005. 122 s.

[4]. ĎAĎO, S., VEDRAL, J. Číslicové měření: přístroje a metody. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2002. 232 s.

[5] SEDLÁČEK, M., HAASZ, V. Uncertainties in electrical measurements. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2004. 33 s.

[6] Literatura k nejistotám:

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33626

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33705

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=33755

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=28446

Poznámka:
Další informace:
Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 19. 9. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet2208006.html