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Vorlesung 2Medizininformatik
Sommersemester 2017
Fachgebiet Technische InformatikProf. Dr.‐Ing. Axel Hunger
Vorlesung MedizininformatikSommersemester 2017
Dozent: Uwe DippelFolie 2
Zeitplan
Medizininformatik(Sommersemester 2017)
Vorlesung (2 SWS)Montags 8:30-10:00
Übung (1 SWS)10:15-11:00
1. 24.4Computer Architecture
Begrüssung, Review: Daten und Codes Neumann Architectur/ Befehlsverarbeitung
keine Übung
1.5
2. 8.5Rechnerarchitektur
Computerorganisation, Analoge Welt - Digitale Welt. AD/DA Wandler
Übung : Rechnerarchitektur
3. 15.5Computer Netzwerke
ISO/OSI ModellInformation Coding
Übung : Rechnerarchitektur
4. 22.5Computer Netzwerke
Protokolle und NetzwerkeBody Area Netze/ Vernetzte Medizingeräte
Übung:Computer Netzwerke
5. 29.5 Computer NetzwerkeNetzwerk Topologien
Übung:Computer Netzwerke
5.6
6. 12.6 Betriebssysteme/ Prozesse / Scheduler /Dispatcher Übung:Computer Netzwerke
7. 19.6 Betriebssysteme/ Prozesse / Scheduler /Dispatcher Übung:Betriebssysteme
8. 26.6 Software EngineeringEinführung, Vorgehensmodelle
Übung:Betriebssysteme
9. 3.7 Software EngineeringEchtzeitentwurf/ Ward & Mellor
ÜbungSoftware Engineering
10. 10.7 DatenbankentwurfGrundlagen/ ERM / RDM
ÜbungSoftware Engineering
11. 17.7 DatenbankentwurfKrankenhausinformationssysteme
ÜbungDatenbankentwurf
12. 24.7Klausurübung
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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
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Digitale vs analoge Signale
• Begrenzte vs unbegrenzte Auflösung– Zwischen beliebigen zwei Zeiten nimmt ein nicht-
konstantes analoges Signal eine beliebig grosse Zahl von Zwischenwerten an
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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
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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')
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Kontinuität - Diskontinuität
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Praktisches Abtastverhalten
• Sample and Hold: Abtasten und Halten
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ADC: Analog to Digital Converter
• Flash-Konverter
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DAC: Digital to Analog Konverter
• Für den Operationsverstärker gilt: UA = -UREF · RN/RIn
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Konvertierungsfehler
• Nichtlinearitätsfehler (Toleranzen der Widerstände)• Offset-Fehler (Operationsverstärker)
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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?
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Verschiedene Abtastfrequenzen
2 pro Periode 1 pro Periode
1,5 pro Periode
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Nyquist-Frequenz
• fNyquist = 2·fMax
→Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste zu übertragende Frequenz
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Konversion positiver und negativer Werte
• Bias- oder Offset-Kode15 1111 714 1110 613 1101 512 1100 411 1011 310 1010 29 1001 18 1000 07 0111 ‐16 0110 ‐25 0101 ‐34 0100 ‐43 0011 ‐52 0010 ‐61 0001 ‐70 0000 ‐8
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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: 3087-3090).– Welche Datenmenge (Rohdaten, ohne Kompression)
ergibt sich bei einer 24-stündigen Beobachtung eines Patienten mit 12 Elektroden?