PROCESAMIENTO DE SE

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PROCESAMIENTO DE SEÑALES

• Procesamiento de señales e imágenes biomédicas

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Ingeniería Biomédica

• ECG (electrocardiograma)
• EMG abdominal ( electromiografía abdominal)
• EEG (electroencefalograma)
• EGG (electrogastrografía)
• Imágenes Médicas
• Radiografías
• Tomografías computadas
• Ecografías
• Resonancia magnética
• Ultrasonido

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El Bioingeniero y el Procesamiento de Señales

• El Procesamiento de señales puede ser definido
  en sentido amplio como la aplicación de técnicas
  analógicas o digitales para mejorar la utilidad
  de una cadena de datos. En bioingeniería esta
  mejora usualmente significa que los datos provean
  un mejor diagnostico.
• Pero también ayudan al diseño de distintos
  elementos tales como audífonos y prótesis
  especiales

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Métodos a usar

• Aunque las aplicaciones sean muy diferentes, la
  metodología usada por los ingenieros biomédicos
  es idéntica a la de los ingenieros en
  telecomunicaciones, o de otras ramas de la
  Ingniería.
• Si bien no se le pide el desarrollo de nuevas
  teorías que normalmente son llevadas a cabo por
  matemáticos e informáticos, si se les exige que
  conozcan las técnicas disponibles y como usarlas.

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Aportes a la Ciencia Experimental

• El buen manipuleo de las señales es de
  fundamental importancia en dos acciones que están
  en la esencia de la Ciencia Experimental
• Modelado matemático y Simulación
• Reconocimiento de Patrones

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LA NECESIDAD DE CONSTRUIR MODELOS

• El método experimental sobre el sistema real no
  es siempre viable ya que en algunos casos existen
  factores que limitan o impiden su aplicación.
• Los MODELOS son básicamente una herramienta que
  permite responder interrogantes sobre el sistema
  sin tener que recurrir a la experimentación sobre
  el mismo.
• El modelo es una representación del propio
  sistema sobre el cual se puede experimentar y si
  está adecuadamente diseñado, sacar conclusiones
  que reflejan el comportamiento del sistema real
  ante determinados estímulos.

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Distintos tipos de modelo

• Tenemos distintos tipos de modelos. Los
  ingenieros en la actividad profesional estamos
  acostumbrados a trabajar con modelos técnicos
  como planos y modelos físicos que son
  representaciones a escala de los sistemas
  originales (maquetas) donde el resultado de los
  experimentos se transfiere a los mismos en base a
  la Teoría de la Semejanza.
• Los modelos matemáticos son más generales siendo
  de aplicación común en toda la Ciencia Aplicada.
• Se trata de expresiones matemáticas que describen
  las relaciones existentes entre las magnitudes
  que caracterizan al sistema y vienen en general
  dados por sistemas de ecuaciones sean
  algebraicas, ecuaciones diferenciales ordinarias
  o a derivadas parciales o ecuaciones en
  diferencias.

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Modelos matemáticos

• Cualquiera sea su forma, éstas vinculan las
  variables matemáticas representativas de las
  señales del sistema interpretando por tales a la
  representación de una información a través de un
  conjunto de valores de una magnitud física.
• Una vez que se ha construido el modelo
  matemático, éste debe ser examinado para ver cómo
  puede ser usado para responder preguntas de
  interés acerca del sistema que representa. Si el
  modelo es lo suficientemente simple, podrá ser
  posible trabajar con las ecuaciones y relaciones
  para obtener una solución analítica exacta, pero
  a menudo esta solución se presenta muy compleja o
  incluso una solución cerrada es inexistente y
  entonces el camino es analizar el modelo por
  simulación con el uso de computadoras.

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Ejemplos Sistema de Producción de Voz
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Modelo del Sistema
11
Análisis de la estabilidad de la luz reflejada
en la pupila(Lawrence Stark Manfred Clynes )
12
Modelo de variabilidad Cardiovascular(Cavalcanti
Belardinelli ) (1996)
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Reconocimiento de Patrones

• El concepto de patrón es universal y abarca
  todas las Ciencias. El reconocimiento de patrones
  se vincula con la clasificación de objetos o
  eventos e involucra el aprender de las
  similitudes y diferencias de características que
  son abstracciones de ejemplos de objetos en una
  población de elementos no idénticos.
• La asociación entre patrones y sus causas son las
  bases sobre las que se construye gran parte del
  conocimiento científico.
• En rigor la denominación reconocimiento de
  patrones se refiere a la clasificación de objetos
  en categorías fundamentalmente llevadas a cabo
  en forma automática (por máquina).

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Algunas Aplicaciones

• Análisis automatizado de imágenes médicas
  obtenidas de microscopios, resonancia magnética,
  rayos X, etc
• Reconocimiento de voz por computadora
• Clasificación de señales sísmicas tanto para
  exploración de minerales y petróleo como de
  predicción de terremotos
• Identificación de personas a partir de sus
  huellas digitales, el iris o la voz
• Análisis automático de fotos satelitales para
  determinar el tipo y condiciones para el
  desarrollo de variedades de agricultura
• Clasificación de electrocardiogramas en
  categorías de diagnóstico para enfermedades del
  corazón

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La búsqueda del patrón

• Un patrón puede ser un conjunto de observaciones
  o de mediciones a menudo representada en notación
  vectorial o matricial.
• Las mediciones pueden ser presión sanguinea,
  edad, número de ruedas o de pétalos de una flor.
  Pero también algunas mediciones presupone algún
  preprocesado y complejos sistemas de medición.
• Las características pueden ser simples ya sea
  simbólicas (ej. Color) numéricas (ej.Peso) o
  pueden provenir del resultado de aplicar un
  operador o complicados algoritmos a los datos de
  entrada .
• Los problemas relacionados con la selección y
  extracción de características puede ser
  considerada como la parte fundamental de
  cualquier sistema de reconocimiento de patrones.

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La ayuda de las Transformadas

• En los sistemas complejos la extracción de
  características dista de ser un problema trivial.
  Lleva normalmente a analizar el funcionamiento
  del sistema bajo distintos estímulos.
• El análisis de las señales e imágenes médicas a
  veces con elaboradas técnicas de procesado,
  permiten efectuar diagnósticos muy precisos
• A menudo es necesario usar distintos tipos de
  transformadas para que características muy
  importantes de las señales se hagan evidentes.

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Algunos trabajos especializados

• Señales electrofisiologicas y epilepsia
• Sonidos del corazón y musculos con técnicas
  tiempo-frecuencia
• Comparación de representaciones tiempo-frecuencia
  de señales ECG
• Mejora de la señal de voz para audífonos usando
  Onditas
• Transformada Ondita Continua y Paquetes de
  Onditas Aplicaciones para estimar la Presión
  Microvascular Pulmonar
• Representaciones tiempo-frecuencia de las señales
  cerebrales
• Adquisición y procesado de señales en
  diagnostico médico por ultrasonido

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SABI 2009

• Desarrollo de un sistema de compresion de voz
  portátil para pacientes discapacitados
• Analisis de radiografias de femur mediante
  Transformada Wavelet para la detección temprana
  de la osteoporosis
• Son algunos títulos con los que nos vamos a
  encontrar. Nos hablan de la importancia
  fundamental de las técnicas del procesamiento de
  señales para solucionar problemas médicos.
• Esta es un área de crecimiento vertiginoso del
  cual todavía no vemos el techo.
• Por esta razón invitamos a Uds. a sumarse

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Estudios avanzados

• Maestría en Análisis y Procesamiento de Señales
• Doctorado en Neuro Ciencias