Nummer: 202620 | |
Lehrform: Praktikum | |
Verantwortlicher: Priv.-Doz. Dr. Martin Hexamer | |
Dozentin: Priv.-Doz. Dr. Martin Hexamer (ETIT) | |
Sprache: Deutsch | |
SWS: 3 | |
LP: 3 | |
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TERMINE IM SOMMERSEMESTER | |
Vorbesprechung: Donnerstag den 07.04.2022 ab 12 Uhr in ID 04/413 | |
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PRÜFUNG | |
Prüfungsform: | Praktikum |
Prüfungsanmeldung: | Direkt bei der Dozentin bzw. dem Dozenten |
studienbegleitend | |
ZIELE
Das Praktikum deckt ein weites Methodenspektrum ab, auf dessen Basis die Studierenden viele Kompetenzen entwickeln können, die in der beruflichen Praxis, branchenübergreifend, nützlich sind. Die Lösungen werden in kleinen Teams (2-3) erarbeitet. Die Studierenden haben ihre Kenntnisse und praktischen Erfahrungen vertieft bzgl.:
- Schaltungstechnik von Biopotenzialverstärkern.
- Sensortechnik (Druck, Volumenstrom).
- Aktoren (Pumpen, Magnetventile, Staumanschette).
- Umgang mit Matlab/Simulink auch in der Real-Time Version.
- Signalverarbeitung an Hand linearer und adaptiver Filterung.
INHALT
Das Praktikum vertieft in 3 Versuchen, die jeweils an 4 aufeinander folgenden Terminen durchgeführt und ausgewertet werden, die Vorlesung Biomedizinische Funktionssysteme I + II:
- Biopotenzialverstärker: Die Studierenden dimensionieren einen EKG-Verstärker und bauen ihn auf einer vorgefertigten Platine auf. Wesentliche Schaltungsbestandteile sind der Differenzverstärker, der Instrumentenverstärker und Standardschaltungen mit Operationsverstärkern. Des Weiteren werden eine Spannungsreferenz und verschiedene analoge Filterschaltungen realisiert. Weiterhin werden eine aktive Abschirmung und ein Active-Leg-Schaltung verwirklicht – also Maßnahmen zur Störungsunterdrückung. Alle Schaltungsbestandteile werden messtechnisch charakterisiert. Schließlich wird mit dieser Schaltung ein reales EKG aufgezeichnet.
- Signalverarbeitung mit Matlab/Simulink am Beispiel des EKG: Im ersten Teil dieses Blockes entwickeln die Studierenden auf der Basis einer vorliegenden, ungestörten EKG-Aufzeichnung einen Algorithmus zur Bestimmung der Herzfrequenz und charakteristischer Zeitintervalle, die von diagnostischer Relevanz sind. Sie untersuchen die Herzfrequenzvariabilität im Zeit- und Frequenzbereich. Im zweiten Teil wird das EKG-Signal mit verschiedenen Signalen gestört: Netzbrumm, Rauschen, oder rhythmische Bewegungsartefakte. Diese Störsignale sollen durch Filterung eliminiert werden. Dazu wird exemplarisch eine klassische lineare Filterroutine händisch entworfen um die einzelnen Entwurfsschritte bis zum rekursiven Filteralgorithmus zu verdeutlichen. Weitere lineare Filterroutinen werden dann auf Basis der Matlab Toolbox realisiert. Des Weiteren lernen die Teilnehmer den Entwurf und die Implementierung von adaptiven Filtern (LMS-Filter). Sie erkennen Probleme, aber auch die Leistungsfähigkeit dieser Strukturen.
- Automatische Blutdruckmessung: Mit einer elektrischen Luftpumpe, einer Blutdruckmanschette mit integriertem Mikrophon, einem Drucksensor, elektromagnetischen Pneumatikventilen sowie der notwendigen Mess- und Steuerelektronik soll eine Matlab/Simulink basierte automatische Blutdruckmessung nach Riva-Rocci-Korotkoff entwickelt werden. Die Studierenden erhalten keine weiteren Vorgaben. Die Leistungsfähigkeit ihrer Entwicklung soll mit einem kommerziellen Gerät verglichen werden.
VORAUSSETZUNGEN
keine
EMPFOHLENE VORKENNTNISSE
Grundlagenvorlesungen der ETIT, Inhalte der Vorlesung Biomedizinische Funktionssysteme I + II
LITERATUR
- Gamm, Eberhard, Schenk, Christoph, Tietze, Ulrich "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer Verlag, 2016
- Webster, John G. "Medical Instrumentation Application and Design", Wiley & Sons, 2009
SONSTIGES
Die Vorlesung wird über Moodle organisiert. Das Passwort zur Selbsteinschreibung lautet "EKG". Für die Teilnahme am Praktikum ist die Teilnahme an der Einführungsveranstaltung am Donnerstag, 07.04.2022 ab 12 Uhr in ID 04/413 Voraussetzung. In der Einführungsveranstaltung erhalten Sie alle weiteren Informationen.