6.6. Signal processing & transmission

***Bota Iulia Anca***

***http://medinfotim-a-2015.wikia.com/wiki/User:Iul\_bota***

Bosun Adela

http://medinfotim-a-2015.wikia.com/wiki/User:Adelab

Bot Adrian

## **Ce este un semnal?**

In lumea fizică, orice cantitate măsurabilă în timp sau spațiu poate fi luată drept semnal.

Într-o societate complexă, orice set de informații umane sau date de calculator pot fi de asemenea considerate semnale.

Astfel de informații sau date, precum pixelii ecranului, cerneala de pe hârtie, sau simple cuvinte care ne trec prin cap, trebuie ca toate să facă parte dintr-un sistem fizic existent, organic sau anorganic.

În teoria informației, un *semnal* este un mesaj codificat, adică, secvența din starea comunicației care codează un mesaj.

În contextul procesării semnalelor, fluxul datelor binare arbitrare nu sunt considerate semnale, ci doar semnalele analogice sau digitale care sunt reprezentări ale cantităților fizice analoage.

Într-un *sistem de comunicație*, un *emitor* codează un *mesaj* într-un semnal care este transmis unui *receptor* prin *canalul* de comunicație. De exemplu, când vorbim la telefon, sunetele sunt convertite în semnale electrice, care sunt transmise spre receptor prin fire, iar receptorul le reconvertește în sunete.

În rețeaua de telefonie, un *semnal* se referă mai de grabă la numărul de telefon sau altă informație digitală de control decât la semnalul prin voce.

## **Semnale analogice si digitale**

In practică se întâlnesc două tipuri principale de semnale analogic și digital.Pe scurt, diferența dintre ele este că semnalele digitale sunt *discrete* și *cuantificate*, în timp ce semnaleleanaloagice nu posedă acestă proprietate.

Adesea semnalele digitale se nasc prin reducerea semnalelor continue la cele discrete. De exemplu,

semnalul audio constă dintr-o continuă fluctuație a tensiunii pe o linie care poate fi digitizat

printr-un convertor analogic-numeric, în care circuitul va citi nivelul tensiunii pe linie din timp în timp.

Rezultă un sir de numere care sunt stocate ca valori digitale de semnal discret în timp

## **Cuantificarea**

Dacă un semnal este reprezentat ca o secvență de numere, este imposibil de a menține o precizie înaltă arbitrară, deoarece fiecare număr din secvență trebuie să aibă un număr finit de cifre. Rezultă că valorile unui astfel de semnal sunt limitate la o serie finită de cifre. Cu alte cuvinte, semnalul este **cuantificat.**

## **Exemple de semnale**

***Sunetul'''***. **Deoarece un sunet este o vibrație a unui mediu (precum aerul), un semnal sonor asociază o valoare a presiunii pentru fiecare valoare a timpului și a celor trei coordonate din spațiu. Un microfon convertește presiunea dintr-un punct oarecare într-o funcție de timp folosind tensiunea voltaică ca un corespondent al semnalului sonor.**

***Compact discul*** (CD). CD-urile conțin semnale discrete reprezentând sunete, înregistrate cu 44100 de eșantioane pe secundă. Fiecare eșantion conține date pentru un canal stâng și unul drept, și care poate fi considerat un semnal bidimensional, deoarece CD-urile sunt înregistrate în stereofonie

    ***Video***. Un semnal video este o succesiune de imagini. Un punct este identificat prin poziția sa (bidimensională) și timpul la care apare, deci un semnal video aparține unui domeniu tridimensional

## **Biosemnale**

***Biosemnal***
= orice semnal provenit de la fiintele vii care poate fi masurat si monitorizat continuu

Se refera de obicei la schimbarile de curent electirc produse de orice diferenta de potential electric dintr-un anumit organ specializat cum ar fi creierul

Pentru cunoaşterea proceselor complexe ce se desfăşoară într-un organism viu estenecesar între alte investigaţii să se detecteze şi să se măsoare diferiţi parametri fizici şichimici caracteristici şi modul în care aceştia se schimbă în decursul timpului. De exemplu, este de mult cunoscut faptul că manifestările vitale din organism generează şi fenomene electrice, ce proiectează potenţiale măsurabile, variabile în timp, în diferite puncte ale corpului. Ele reprezintă semnale electrice care informează despre evenimente bioelectrice, numite şi biopotenţiale electrice. De asemenea, temperatura masurată în mai multe locuri ale corpului poate conduce la informaţii importante privind procesele metabolice, funcţionalitatea sistemului nervos termoregulator, circulaţia sanguină şi altele. Pentru măsurarea temperaturii se foloseşte un traductor constând într-un dispozitiv oarecare ce-şi modifică o anumită proprietate electrică sub influenţa mărimii de măsurat.Pe cât se poate, modificarea trebuie să fie direct proporţională – în cazul descris mai sus – cu temperatura, cel puţin în intervalul de valori cercetat în experienţă. Biosemnalul obţinut este un curent electric, dar informează despre temperatura măsurată. În prezent sunt cunoscute foarte multe efecte electrice ale diverselor fenomene din natură – mecanice, chimice, termice, optice, radiante etc. – ceea ce motivează tendinţa de a prezenta biosemnalele cele mai diferite sub formă electrică. Relativa uşurinţă a conversiei mărimilor în semnal electric cât şi faptul că acesta în continuare se amplifică, prelucrează, transmite, memorează etc. optimal, motivează tendinţa de realizare a biosemnalelor sub natură electrică.

## **Cele mai cunoscute Biosemnale**

### **Electroencefalograma**

**Electroencefalograma** (EEG) reprezinta inregistrarea, in timp, a activitatii electrice cerebrale. Captarea se face prin intermediul unor electrozi asezati pe scalp, cuplati la un aparat numit *electroencefalograf*.

Activitatea cerebrala se bazeaza pe conexiunile si comunicarea dintre neuroni, ce se realizeaza prin transmiterea unor mici semnale electrice, denumite impulsuri electrice. Acestea creeaza potentiale electrice care sunt receptionate de electrozi amplasati pe scalp, iar traseele inregistrate pe electroencefalograma reprezinta variatia diferentelor de potential dintre perechile de electrozi selectate de examinator.

### **Electrocardiograma**

Este facuta cu electrocardiograful care este un aparat inregistrator legat la electrozi de detectie, dintre care 4 sunt aplicati pe incheieturile mainilor si la glezne si alti 6 in anumite puncte de pe suprafata toracelui. Diferite grupari ale acestor electrozi, corespunzand diferitelor circuite de inregistrare, sunt legate de un stilet care da un traseu corespunzand unei derivatii (reflectare localizata a activitatii electrice a cordului). Astfel sunt inregistrate douasprezece derivatii. Electrografia este un examen neinvaziv lipsit de orice inconvenient.

### **Electrooculografia**

Este o tehnica folosita pentru a masura potentialul corneo-retinal care exista intre partea anterioara si cea posterioara a ochiului.Spre deosebire de electroretinograma, EOG nu masoara raspunsul la stimuli individuali.

Pentru a masura miscarea ochilor, perechi de electrozi sunt plasate de obicei deasupra si sub ochi sau la stanga si la dreapta ochiului. Datorită densităţii nervoase mari a retinei, ochiul poate fi modelat ca un dipol electric, polul pozitiv fiind situat în zona corneei, iar polul negativ în zona retinei. Daca ochiul se misca catre unul din electrozi , acei electrozi simt acea miscare si apare o diferenta de potential intre cei doi.

Imagine obtinuta in cadrul REM sleep (Rapid eye movement)

EEG, ECG, EOG si EMG sunt masurati cu un amplificator diferential care masoara diferenta dintre 2 electrozi atasati pe piele

Activitatea electrodermala masoara rezistenta electrica iar MEG masoara campul magnetic indus de curentii electrici ai creierului.

### **Activitatea electrodermala**

Este proprietatea corpului uman care produce variatii in campul electric al pielii.Extremitatile corpului , incluzand degete, palme,picioare trimit semnale bioelectrice.Aceste semnale pot fi masurate cu ajutorul galvanometrului, un dispozitiv ce sesizeaza schimbarile de conductanta electrica intre doua puncte de pe corp , in timp.Pe acest principiu se bazeaza si testul poligraf cunoscut sub numele de “detectorul de minciuni”

Semnalele de natură electrică (ECG, EEG, EMG, etc.) reprezentând manifestări electrice ale fenomenelor studiate sunt culese cu ajutorul unor electrozi puşi în contact cu ţesutul analizat sau – cel mai adesea – pe piele în regiuni în care se proiectează aceste activităţi electrice. De obicei aceşti electrozi sunt confecţionaţi dintr-un metal impolarizabil (Ag), acoperiţi cu un tifon umezit cu soluţie salină sau gel conductor, pentru a asigura un bun contact electric. Cel mai adesea aceşti electrozi de culegere sunt menţinuţi în poziţia de contact cu ajutorul unor benzi de cauciuc.

## **Cum culegem semnalele biologice?**

După cum am menţionat mai sus, semnalele biologice pot fi culese în două

moduri: a) în cazul în care biosemnalul nu este de natură electrică se folosec traductori

care transformă semnalul original în semnal electric.

b) în cazul în care biosemnalul este electric se folosec pentru culegere nişte

electrozi de culegere care pot fi:

- electrozi superficiali (de exemplu în ECG, EEG), care se aplică la suprafaţa

tegumentelor; pentru a asigura o bună conducere electrică suprafeţele unde se aplică

electrozii (de obicei argintaţi, acoperiţi cu tifon) se umezesc cu soluţie salină sau gel salin.

- electrozi-ac, de exemplu în EMG, în cadrul metodelo

## **Traducerea si amplificarea**

În cazul semnalelor care nu sunt de natură electrică ci de altă natură (mecanică:contracţii, chimică: concentraţii etc.), se folosesc dispozitive numite traductori care transformă semnalul original în semnal electric.

Semnalele bioelectrice au în general valori foarte mici (milivolţi, chiar microvolţi) şi de aceea trebuiesc **amplificate** înainte de începerea prelucrării.

Semnalul cules şi amplificat se prezintă uzual ca o succesiune continuă în timp a unor diferenţe de poteniţal, fiind deci un semnal analogic. Pentru a putea prelucra un semnal cu ajutorul unui calculator numeric este necesar a transforma semnalul analogic (continuu), într-o succesiune de valori numerice, care reprezintă un semnal numeric (sau digital). Transformarea se face prin "citirea" valorilor semnalului real (continuu) la anumite intervale de timp

Transformarea unui semnal analogic (continuu) în semnal numeric discret (digital) se numeşte conversie analog-numerică (digitală).

## **Telemonitorizare**

Datorita avansarii tehnologiei si dorintei de imbunatatire a serviciilor medicale , s-a implementat un sistemul de telemonitorizare  ce consta constă într-o reţea de senzori, un smartphone şi un server aflat la distanţă. Scopul este acela de a monitoriza parametri vitali ai unui pacient şi de a transmite datele către serverul centrului de telemonitorizare .În acelaşi timp datele recepţionate de la reţeaua de senzori  a pacientului sunt analizate pentru a determina dacă valorile parametrilor vitali corespund unei stări critice a pacientului. În această stare se transmite o alarmă la un server specializat cu un mesaj corespunzător.

### **Telemonitorizare fetala**

Sistem de inregistrare la distanta a zgomotelor cardiace ale fatului. Telemonitorizarea fetala este indicata in timpul sarcinilor cu risc care nu necesita o spitalizare a femeii (intarziere moderata a cresterii intrauterine, hipertensiune arteriala moderata, amenintare de nastere prematura, sarcina multipla pornind din cea de a 2-a saptamana de amenoree). Pacienta aplica pe abdomenul sau un captor legat la o cutiuta ce contine un aparat care inregistreaza zgomotele inimii fatului. Pe cutiuta pune apoi un receptor telefonic care transmite direct, pe cale electronica, informatiile la imprimanta calculatorului central al serviciului de obstetrica sau a calculatorului de la domiciliu in cazul internarii la domiciliu, ceea ce asigura supravegherea sarcinii. Telemonitorizarea dureaza o jumatate de ora pe zi. In caz de anomalie sau de tulburare a ritmului, femeia este spitalizata pentru control.

### **Monitor Holter**

Este un dispozitiv portabil pentru monitorizarea continua a activitatii electrice a sistemului vascular timp de 24h.Mai poate fi folosit si pentru a masura activitatea cerebrala sau presiunea arteriala.Sistemul este util pentru observarea aritmiilor cardiace aparute din timp in timp sau monitorizarea crizelor epileptice .

Fiecare sistem Holter format din două părți de bază - hardware ( numit monitor sau recorder) pentru înregistrarea semnalului , și software-ul de revizuire și analiză a înregistrării . Aparatele  de înregistrare avansata Holter sunt capabile să afișeze semnalul , care este foarte util pentru verificarea calitatii semnalului . De foarte multe ori există , de asemenea, un " buton pacient ", situat pe partea frontala ce permite pacientului să apăse în cazuri specifice , cum ar fi boala , mersul la culcare , luatul pastilelor ... . O marcă specială va fi apoi plasata în registrul , astfel încât medicii sau tehnicienii pot spune rapid care sunt  aceste momente atunci când se analizează semnalul .

## **Curiozitati despre oameni si semnale**

Creierul continua sa transmita semnale sub forma de impulsuri electrice timp de aproximativ 37 de ore dupa moarte.

 Din cantitatea imensa de informatie, primita de creier, doar 126 biti/secunda sunt receptionati in mod constient, restul fiind apanajul subconstientului.

Matematicianul John von Neumann a calculat ca mintea umana poate inmagazina 280 de catralioane de biti de memorie.

Un creier uman genereaza mai multe impulsuri electrice intr-o zi decat toate telefoanele din lume.

## **Linkuri utile**

Un scurt rezumat si niste informatii suplimentare :

## **Bibliografie**

http://en.wikipedia.org/wiki/Biosignal

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrooculography

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrodermal\_activity

http://ro.scribd.com/doc/143638814/Bio-Semnal-e#scribd

http://en.wikipedia.org/wiki/Holter\_monitor

Informatica Medicala si Biostatistica – Gheorge Ioan Mihalas, Diana Lungeanu