Anno: Periodo5:2 Lezione,Laboratorio(facoltativo) :8+4 (oresettimanali) Docent e: MarcoKnaflit z
Scopo del corso èil fornire una panoramicasu alcunedelIe tecnichepiù attua lidi elabo-razionedi dati speri me nta lie segnalidi interesse biom edi co. Generalment e lezioni ed esercitazioni non saranno separate in modo preciso, ma alI' esposizione delIa teoria se-guiranno esempiapplica tiviedeserciz i in misur ataledarend ere agevolela comprensio -ne degliargome ntipresentati.11 materia leesposto durante le lezionipuò esseresudd ivi-so in due parti:l'analisistatistica dei dati sperimentali,che copre circa un terzo delcor -so,el'esposizioneditecn iche spec ifiche dianalisi dei segna li,checoprei rima nenti due terzi.Sono previste alcune esercitazioni di laboratorio non assistite,che consisteranno nelIostudiodi problemispecificiutilizza ndo dati e segna li reali.
REQUISITI
Ènecessaria una discreta famig liaritàcon letecn ichedi analisi dei segnaliele nozioni di teoriadelIe probabilitàpresentate nel corso diTeoria dei segnali.Èconsigliatala
fre-quenzadel corsodiStrumentazionebiomedica. .
PROGRAMMA
11 piano degli argomenti proposto nel seguitoèstato preparato in modo da raggruppare temi trattati in circa6~lOore cadauno. 11 livelIo diapprofondimento con cui un argo -ment o ètrattatodipend e inparte dalI ' imp ortanza applica tiva delI ' argom ento stess oedin parte dalIa necessitàdi preparare in modo adeguato i seminari specialistici,che non è semprepossibileprogramm are in modocerto con largo anticipo.Lo spazio dedicato ad ogni argomen topotràpertantovariaredi annoinannoentroilimiti indicati.
- Presentazionedei metodi propridelIa statistica descrittivae nozioni introduttive di statis tica:differenze trastatistica descrittiva edinfe renz iale,misuredi tend enza cen-trale,definizione dei moment i statistici, misure di asim metria, istogrammi ed altre rappresentazionigrafiche
Richiam i di teoria delIe probabilità: propr ietà delIe distr ibuzioni di probab ilità e delIe funzioni densità di probabilità, estensioni al caso di più variabili casuali, de-scrizion edelIe proprietàdi alcune distribuzioni di uso comune(bin omiale,di Pois-son,espo nenziale,gaussiana,...)
- Lateoria delIastima puntuale ed intervalIare:ilconcettodi distribuzione campiona-ria, propri etàdegli stimatori puntuali,esempi di costruzio ne di stimato ri puntuali a massima verosirniglianza, concetto di intervalIo di confidenza ed esempi di stima intervalIare
- I testdiipotesi:ipotesi semp licie composte,ilteorema diNeyma n-Pea rson e la co-struzione delIa regionecritica. test unilateri e bilateri, analisi di osservazioni dico-tome, osservazioni apparte nenti aduna trakclassi, test sulvalor med io e sulIa va-rianza nel caso didue variabili casua li definite su una popolazione o una variab ile
casuale definita su duepopolazioni, ipotesi diomogeneit à edindi pende nza, letavole di contingenza '
- Applicazio ni dianalisistatistica multivariatae regressione lineare :analisidegli ou-tlier e test di ipotesi su vettori di valori medi, applicazione all'analisi del cammino edal monitoraggio in terapia intensiva, regressionelineare aiminimi quadrati e re-gressionerobusta,ilcoeffici ente di correla zione
La rivela zione di eventi: tecni che statistiche e morfolo giche, rivelazione statistica dell' attivazione muscolare, ilmatchedjì/ter,la tecnica dell'averaging applicata ai potenziali evocatisomatose nsoriali, detezionedel complesso QRS nel segnale elet-trocardiografico, rivelatorie classificatoribasati su tecn icheneurali
- Analisispettrale disegnalistazionari:imetodinonparametrici (FFT based),la fi-nestratura edaltrimetodi perlariduzionedella varianza dellastima;applicaz ionial segnaleelettroencefalograficoed elettromiog rafico
- Analisispettra ledi seg nalistazio nari:imetodiparametrici (AR, MA,ARMA), me-todiperil calcolodeicoefficient i,stimaspettrale a risolu zion einfinita,limiti teorici. Applicazioni al caso del segnale elettroe ncefa lografico ed alsegnale di variabilità delritmo cardiaco (intervalli R-R)..I1 filtro sbiancante
La stima del ritard o tra duesegnalideterministici e stocastici:tecnica della cro ss-correlazione,spectral matching,tecnicadellarispostaall'impulso;applicazione alla stima della velocitàdiconduzionemuscolare.Ilsegnale EMG di super ficieela fati-ca muscolare lofati-calizzata. Allineamento disegnali ad alta riso luzione: applicazi one all'analisi deipotenzialitardivi
- Riduzionedelrumore etecnichenumericheperlariduzionedell'interferen zadi rete:
filtraggio ottimo di Wiener, cennialle possibil ità offerte dagli spettri di ordine supe-riore (HOS),filtrinotchFIR,I1R edadattivi
Compressio nee riduzione dei dati ed ilproblemadella ricostruzione: tecn iche tipi-chedelle applicazioniall'elettrocardiog rafia dinamicaeall' elettroencefalografia Applicazioni di metodi temp o-frequen za a segnali a supporto limitato nel tempo, ciclostazio nari ed aprocessi casualifortemente non stazionari: la trasformazione di Wigner-Ville e le versioni modificate,trasformazio ni dellaclassediCohen, propri e-tà. Applicazio nialsegnaleelettroca rdiog rafico ed lasegnale elettromi ografico otte-nutoincondizioni isocinetiche
ESERCITAZ ION I (cfr.il programm a)
LABORA TORIO (cfr. il programm a)
Saranno proposte4-6 esercitaz ioni di laboratori otra quellepresentatenelseguito.Temi specifici potranno essereaggiunti dianno inanno.
Ogni esercitazione richiede mediamenteun impeg no di5-6ore.AIfine di poter sostitui-repartedell ' esame oralecon la valutazio ne deilaboratori , ognistude nte dovrà redigere una relazione sui risultati ottenuticd i problemi incontr atiinogniesercitazione.
l. Applicazio ne della statistica descritti va all'analisidellecaratteristiche deicampioni di duepopolazion i ottenute nel corso di uno studiosull'effica cia di unfarmaco per lariduzione dellacolesterolemia
2. Applicazione della statistica descrittiva,degl istimatori puntuali e dei testdi ipotesi ai dati relativia pazienticritici ricoveratiin terapia intensiva
3. Rivelazione di complessi QRS simulati ed originali mediante tecniche diverse.
Estraz ione e rivelazi onedi potenziali evocatisomatosensoriali
4. Analisi spettralemediante metodi paramet rici e nonparametrici di brani di segnale elettroencefalografico.Suddivisionedello spettro in bande alfa,beta,delta e teta 5. Analisi spettralemediante metodi parametrici e non parametrici di branidi segnale
elettromiograficovolontario estimo lato elettricamente.Studio delle manifestazioni
elettriche difatica muscolare localizzata .
6. Riduzione del rumore e dell'interferenzadi rete in segnalielettrocardiografici, elet-troencefalograficied elettromiografici
7. Riduzionedell'artefatto dovutoall'elettrocardiogrammamaterno nell' ECG fetale 8. Applicazione di trasformazion i tempo-frequenza e wavelets all'analisi del ciclo
cardiaco e del segnale elettromiograficoottenutodurantecontrazioni isocinetiche
BIBLIOGRAFIA
Non esiste un testo di riferimentoche contenga tutti e solo gli argomentitrattati nel cor-so. Sarà disponibile materiale didattico aggiuntivo(fotocopiedi lucidi,articoli,...). P.Galeotti;"Elementi di probabilità estatistica", Levrotto&Bella,Torino,1984 C. Marchesi, "Tecnichenumericheperl'analisideisegnali biomedici",Pitagora Editri -ce S.r.l.,Bologna,1992
Testiausiliari
A.A.Afifi, S.P. Azen, "Statistical analysis.A computerorientedapproach",Acade mic Press Inc.,SanDiego,California,9210 l,1979
S.L. Marple, "Digitai spec tral analysis with applications", Prentice Hall Inc, En -glewood Cliffs,NJ.1987
C.J. De Luca and M. Knaflitz, "Surf ace electromiography:what's new? ",CLUT,Tori -no, 1992
AA. VV. "Time-frequency analysis. Methods'and applications", Edited by B.
Bo-ashash,John Wiley and SonsInc, New York,Toronto,Chic hes ter, 199 2
ESAME
L'esame si basa su una prova orale,parte della quale può opzionalmente essere sostitui -ta dalla valutazione delle relazioni che descrivono i risultati ottenuti nel corso dell' attività di laboratorio.Taleoppo rtunitàvale unicamente per l'anno solare in cui siè ottenuta la frequenzaal corso.