ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TẠI TRƯỜNG KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y TẾ

ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC GIẢNG DẠY VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TẠI TRƯỜNG KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y TẾ Hoàng Mạnh Hà Trần Thị Phượng Trường Kỹ thuật thiết bị y tế Tóm tắt: Việc tích hợp ngày tăng thành tựu tốt Toán học, Công nghệ thông tin cải thiện chất lượng, tính thiết bị y tế Song song với lợi ích yêu cầu người quản lý, hiệu chỉnh, kiểm chuẩn thiết bị y tế phải có kiến thức số phương pháp toán học biến đổi Fourier/ Wavelet, cách tính tích chập (Convolution), tương quan (Correlation), thuật toán thích nghi LMS/RLS, ước lượng gradient phương pháp Canny Chúng nhận thấy qua thực tế Trường Kỹ thuật thiết bị y tế số trường Kỹ thuật khác, học sinh tỏ vất vả tiếp thu phương pháp Để hỗ trợ giải vấn đề định dùng Signal Processing Toolbox Matlab Với đặc điểm: Các hàm xử lý tín hiệu xây dựng sẵn dễ sử dụng, mang tính trực quan cao, có nguồn liệu hướng dẫn đáng tin cậy Matlab trở thành công cụ giảng dạy nghiên cứu khoa học thiếu Trường Kỹ thuật thiết bị y tế, giới thiệu điều nội dung viết I Ứng dụng Matlab giảng dạy Trong thiết bị y tế, chức thu nhận xử lý tín hiệu giữ vai trò đặc biệt quan trọng, kết sử dụng làm cho chẩn đoán bác sỹ Do mục tiêu giảng dạy đặt là: - Học sinh nắm sở y nghĩa toán học phương pháp xử lý tín hiệu - Có khả mô phương pháp xử lý tín hiệu y tế Matlab Để thực hai mục tiêu trên, sau giới thiệu sở ý nghĩa toán học phương pháp tiến hành giới thiệu hàm tương ứng Matlab Ví dụ: Bài I Các tín hiệu hệ thống rời rạc 1.1 Tín hiệu rời rạc theo thời gian Các tín hiệu rời rạc sở hàm mô tương ứng - Xung đơn vị: n = n0 1 0 Mô tả: δ (n − n0 ) =  n ≠ n0 Mô Matlab function [x,n] = impseq(n0,n1,n2) n = [n1:n2]; x = [(n-n0) ==0]; Khi hàm gọi ta có xung đơn vị sau X u n gd o nv iv o i tre=2 -1 Hình 1.1: Xung đơn vị với n0=2; n1=-1; n2=5 - Dãy nhảy đơn vị n ≥ n0 1 0 Mô tả: U (n − n0 ) =  n < n0 Mô Matlab function [x,n] = stepseq(n0,n1,n2) n = [n1:n2]; x = [(n-n0) >= 0]; Khi hàm gọi có dãy nhảy đơn vị sau D a yn h a yd o nv iv o i tre=2 -1 Hình 1.2: Dãy nhảy đơn vị với n0=2; n1=-1; n2=5 - Biểu diễn tín hiệu hàm số mũ Mô tả: x(n) = a n , ∀n ; a ∈R Mô matlab n=[0:10]; x(n) = (0.9).^n T inh ie ud a n gh a m m u 0 Hình 1.3: Tín hiệu hàm số 0.9n với n=0 ÷ 10 - Biểu diễn tín hiệu dạng sin(x) Mô tả: x(n) = sin(ω n + θ ) , ∀n Mô tả Matlab trường hợp: π x(n) = 3cos(0.1π n + ) + 2sin(0.5π n) với ≤ n ≤10 : n= [0:10]; x = 3*cos(0.1*pi*n + pi/3) + 2*sin(0.5*pi*n) Kết -1 -2 -3 -4 -5 π 10 Hình 1.4: Tín hiệu hàm x(n) = 3cos(0.1π n + ) + 2sin(0.5π n) - Biểu diễn tín hiệu hàm mũ phức Mô tả: x(n) = e(σ + jω ) n , ∀n Mô Matlab trường hợp: x(n) = e(2 + j 3) n n = [0:10]; x = exp((2+3j)*n); Hàm ABS(x): Cho ta giá trị x = σ + ω 02 ω Hàm ϕ = angle(x): Cho ta giá trị góc ϕ = arctg Hàm real(x) trả lại phần thực x Hàm Imag(x) trả lại phần ảo x Kết quả: σ Magnitude part Angle part -0.2 1.5 Angle Magnitude 0.5 -0.6 0.5 Frequency pi unit Imagineinpart -0.8 0.5 Angle in part pi unit Real 0.5 Real in pi unit 1.5 Real Imagine -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -0.4 0.5 Imagine in pi unit 1 0.5 Hình 1.5: Biểu diễn thông tin hàm x(n) = e(2 + j 3) n - Biểu diễn tín hiệu ngẫu nhiên Matlab dùng hàm rand(1,N) để tạo dãy tín hiệu ngẫu nhiên có độ dài = N, có độ lớn khoảng từ ÷ theo phân phối Gaussian Mô Matlab trường hợp N=100 N=100; x = rand(1,N); 0 0 Hình 1.6: Biểu diễn hàm ngẫu nhiên phân phối Gaussian 1.2 Hệ thống rời rạc - Hệ thống cộng dãy tín hiệu rời rạc { x1 (n)} + { x2 (n)} = { x1 (n) + x2 (n)} Thực Matlab function [y,n] = sigadd(x1,n1,x2,n2) n= min(min(n1), min(n2)):max(max(n1),max(n2)); y1=zeros(1,length(n)); y2=y1; y1(find((n>=min(n1))&(n=min(n2))&(n=min(n1))&(n=min(n2))&(n