Vorlesung 2 Medizininformatik. Sommersemester 2017

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1 Vorlesung 2 Medizininformatik

2 Zeitplan Medizininformatik () Vorlesung (2 SWS) Montags 8:30-10:00 Übung (1 SWS) 10:15-11: Computer Architecture Begrüssung, Review: Daten und Codes Neumann Architectur/ Befehlsverarbeitung Rechnerarchitektur Computerorganisation, Analoge Welt - Digitale Welt. AD/DA Wandler Computer Netzwerke ISO/OSI Modell Information Coding Computer Netzwerke Protokolle und Netzwerke Body Area Netze/ Vernetzte Medizingeräte keine Übung Übung : Rechnerarchitektur Übung : Rechnerarchitektur Übung: Computer Netzwerke Computer Netzwerke Netzwerk Topologien Betriebssysteme/ Prozesse / Scheduler /Dispatcher Betriebssysteme/ Prozesse / Scheduler /Dispatcher Übung: Computer Netzwerke Übung: Computer Netzwerke Übung: Betriebssysteme Software Engineering Einführung, Vorgehensmodelle Software Engineering Echtzeitentwurf/ Ward & Mellor Datenbankentwurf Grundlagen/ ERM / RDM Datenbankentwurf Krankenhausinformationssysteme Klausurübung Übung: Betriebssysteme Übung Software Engineering Übung Software Engineering Übung Datenbankentwurf Folie 2

3 Reale vs Digitale Welt Die reale Welt um uns herum ist nicht digital. Wir lieben eine digitale Welt, weil wir diese und ihre Daten mit einem Computer verarbeiten können. Die wirkliche Welt bemisst sich fast ausschließlich durch kontinuierliche (analoge) physikalische Größen Die digitale Welt ist nur eine Repräsentation analoger Größen durch diskontinuierlicher Größen Folie 3

4 Digitale vs analoge Signale Begrenzte vs unbegrenzte Auflösung Zwischen beliebigen zwei Zeiten nimmt ein nichtkonstantes analoges Signal eine beliebig grosse Zahl von Zwischenwerten an Folie 4

5 Vorteile einer digitalen Darstellung Bei begrenzten, endlichen, Stufen der Auflösung muss nur eine ganz bestimmte Größe (meistens dargestellt als Zahl) übertragen oder gespeichert werden. Nach Übertragung oder Speicherung muss nur noch festgestellt werden, ob es sich um die eine oder die andere Größe handelt. Bei digitalen Werten gibt es diskrete Stufen, zwischen denen es keine anderen Werte gibt. Es ist dann entweder die eine oder die andere vordefinierte Größe, so dass minimale Veränderungen keinen Einfluss mehr haben Folie 5

6 Konvertierung Analoge Signale der realen Welt müssen in digitale Signale umgewandelt werden Analog-Digital-Umsetzer: ADU ADC A/D-Konverter Digitale Signale des Computers (bits Bytes Worte) müssen in analoge Signale umgesetzt werden Digital-Analog-Umsetzer: DAU DAC D/A-Konverter Wenn man beliebig häufig den Wert des Signales konvertiert, gibt es beliebig viele ('unendlich') Daten Man muss amplituden- und zeitdiskret arbeiten (sampeln, von 'to sample') Folie 6

7 Kontinuität - Diskontinuität Folie 7

8 Praktisches Abtastverhalten Sample and Hold: Abtasten und Halten Folie 8

9 ADC: Analog to Digital Converter Flash-Konverter Folie 9

10 DAC: Digital to Analog Konverter Für den Operationsverstärker gilt: U A = -U REF R N /R In Folie 10

11 Konvertierungsfehler Nichtlinearitätsfehler (Toleranzen der Widerstände) Offset-Fehler (Operationsverstärker) Folie 11

12 ADC und DAC: Berechnungen Amplitudendiskret: Wie viele verschiedenen Amplituden (NA) muss man für ein bestimmtes Signal unterscheiden können? Frequenzdiskret: Wie häufig muss man Samples nehmen? Folie 12

13 Verschiedene Abtastfrequenzen 2 pro Periode 1 pro Periode 1,5 pro Periode Folie 13

14 Nyquist-Frequenz f Nyquist = 2 f Max Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste zu übertragende Frequenz Folie 14

15 Konversion positiver und negativer Werte Bias- oder Offset-Kode Folie 15

16 Praktisches Beispiel Für ein übliches Elektrokardiogramm (ECG) wird eine Amplitudenauflösung von 1200 oder mehr verwendet. Die American Heart Association empfiehlt eine Samplefrequenz von 150 Hz für eine Analyse bei einer eventuellen Heart Rate Variation (Circulation 2001; 104: ). Welche Datenmenge (Rohdaten, ohne Kompression) ergibt sich bei einer 24-stündigen Beobachtung eines Patienten mit 12 Elektroden? Folie 16

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