Significance of metrology and measurement engineering in the modern interdisciplinary education

Pomiary są nieodłącznym elementem zawodowego i codziennego życia każdego człowieka. Umiejętność przeprowadzania pomiaru polega m.in. na dobraniu takich metod i aparatury oraz warunków, by uzyskana dokładność była wystarczająca. W niniejszym artykule, nawiązując do wyzwań współczesnej metrologii, zwrócono uwagę na zauważalne w niej tendencje do rozwoju nowych technik i narzędzi pomiarowych. Podkreślono wagę, jaką dla sprawności realizacji interdyscyplinarnych zadań dydaktycznych ma jedność nauczania i badań naukowych. Zwrócono także uwagę na znaczenie aktywizacji studentów.Measurements are the inherent elements of human professional and everyday life. In the article, linking to the challenges of the present metrology, the attention was paid to perceptible in her tendencies to the development of new techniques and measuring tools. The unity of teaching and scientific investigations is considered because of its positive influence on the efficiency of the realization of interdisciplinary didactic tasks. The attention was also turned on the great importance of students activation. One of the most important didactic tasks is to encourage the students to explore the complex interdisciplinary fields. The nature of the topics is reflected in how the lectures and laboratory experiments are accepted and understood by students. There is necessity to work well in a well-integrated interdisciplinary team. The influence of important relation between teachers and students on efficiency of education should be taken into consideration. Authoress in many places used her own experience acquired within many years of work with measuring equipment and many years of the teaching of metrological subjects

Status and perspectives of development in biomeasurements

Omówiono problemy fizjologiczne i techniczne występujące w pomiarach wykonywanych w celu identyfikacji cech organizmu człowieka. Skoncentrowano się na specyfice wykorzystywanych zjawisk, rodzaju mierzonych wielkości, stosowanych czujnikach i metodach pomiarowych oraz czynnikach warunkujących wiarygodność otrzymywanych wyników. Uwypuklono obecne znaczenie oraz perspektywy zastosowania w diagnostyce medycznej przetwarzania optoelektronicznego.In the paper, some poblems referring to biomeasurements have been presented, with focus on phenomena to be utilized, kinds of quantities to be measured, types of measuring sensors and methods performed, and factors affecting reliability of results to be obtained. Important advantages of optoelectronic processing have been emphasized

Noninvasive soectrophotometric monitoring of blood oxygenation

Wysycenie hemoglobiny tlenem (saturacja tlenowa) jest jednym z najważniejszych parametrów krwi tętniczej. Nieinwazyjne monitorowanie tej wielkości jest możliwe dzięki pulsooksymetrii - optoelektronicznej metodzie bazującej na detekcji i przetwarzaniu cyklicznych i selektywnych zmian optycznych parametrów żywych tkanek. W artykule przedstawiono ideę i właściwości pulsooksymetrii, uwypuklając jej zalety i ograniczenia. Zwrócono uwagę na złozone problemy wiarygodności pomiarów, obecne zastosowania i kierunki rozwoju. Uwzględniono stan wiedzy relacjonowany w dostępnych źródłach, dołączając do niego wyniki własnych analiz i experymentów.The hemoglobin oxygen saturation is one of most important parameters of the arterial blood. Nonivasive monitoring of this quantity is possible using pulse oximetry - an optoelectronic diagnostic method based on blood-less detection and processing of cyclical and selective changes in optical properties of living tissues. in this article, the concept and characteristics of pulse oximetry, with special focus on its advantages and limitations, are presented. Complex problems with measurement reliability current application and tendency to development are discussed. The state-in-the art as well as results from the authorás own analyses and experiments are taken into account

Application of the LabVIEW environment for modelling of optical tissues properties

W artykule zaprezentowano wykorzystanie środowiska LabVIEW do badania transmitancji obiektów biologicznych poddanych w celach pomiarowych transiluminacji promieniowaniem z zakresu VIS. Przyjęty do badań model obiektu ma strukturę warstwową. Obiekty złożone są z różnych jakościowo warstw tkanek, które mogą być zestawione w dowolnej kolejności i grubości. Każda warstwa o zadanej grubości opisana jest współczynnikami optycznymi, charakteryzującymi absorpcję, rozpraszanie i anizotropię rozpraszania. Wyniki modelowania prezentowane są w formie graficznej na oscylogramie oraz w postaci ciągu liczb w tabeli. Dane mogą być zapisane do pliku tekstowego lub konwertowane do skoroszytu Microsoft Excel. Zastosowany algorytm pozwala na prowadzenie symulacji wpływu długości drogi optycznej na natężenie promieniowania przepuszczonego przez ośrodki optyczne. Za pomocą oscylogramu można przeprowadzić analizę charakterystycznych punktów i rozdzielić czynniki transmitancji dla optycznie cienkich i optycznie grubych składowych drogi optycznej. Zastosowanie w modelowaniu wspomagania komputerowego przyspiesza proces obliczeń, jest także narzędzim wspomagającym pozyskiwanie danych, umożliwia tworzenie wirtualnych wariantów modelu i doskonalenie metod badania w warunkach rzeczywistych.In the paper the description of a program for modeling optical tissues properties is presented. this program that utilizes LabVIEW environment has been written in the language G and can be used for investigation of biological objects transilluminated with VIS radiation. The investigated object model os of layered homogenous structure. Each layer is described by its thickness and optical coefficients, which specify absorption, scattering and anisotropy of scattering. Tissue layers my be arranged into various sets, changing arrangement order and thickness of particular layers. The total optical transmittances of object are collected in tables and illustrated with respective plots. Data to be obtained allow a program user to record them as text files or convert to MS Excel file. The applied algorithm makes it possible to perform simulation how the optical pathway influences the intensity of light transmitted throught optical media. Oscillograms enable analysis of the characteristic points where a given component layer is either optically thin or thick. Modelling with computer aid increases the speed of calculations and data collection as well as makes possible creating virtual variants of a model and improving measurements of real objects

The algorithms of photoplethysmographic signal conditioning

W pracy omówiono wybrane algorytmy przeznaczone do kondycjonowania sygnału fotopletyzmograficznego (PPG). Zaprezentowano konfigurację analogowej części toru akwizycji. Zaproponowano metodę określania pasma szumów i redukcji składowej o charakterze szumowym. Dokonano wyboru optymalnej metody segmentacji przebiegu. Zaproponowano algorytm do wykrywania patologicznych zaburzeń miarowości pracy serca. Zaprezentowano model przebiegu sygnału PPG i wyniki jego parametryzacji.The selected algorithms of photoplethysmographic signal (PPG) conditioning have been described. The configuration of the analog part of an acquistion circuit was presented. The evaluation of the noise band and the method of noise component reduction have been proposed. The optimal method of PPG signal segmentation was selected. The algorithm for detectingpathological disturbances of the heart rhythm was proposed. The model of PPG waveform and results of its parameterization were presented

Implementation of Bilinear Separation algorithm as a classification method for SSVEP-based brain-computer interface

: The aim of this study was to create a two-class brain-computer interface. As in the case of research on SSVEP stimuli flashing at different frequencies were presented to four subjects. Optimal SSVEP recognition results can be obtained from electrodes: O1, O2 and Oz. In this work SVM classifier with Bilinear Separation algorithm have been compared. The best result in the offline tests using Bilinear Separation was: average accuracy of stimuli recognition 93% and ITR 33.1 bit/min, SVM: 90% and 32.8 bit/min

Stimuli design for SSVEP-based brain computer-interface

The paper presents a process of stimuli design for SSVEP-based brain computer-interface. A brain computerinterface can be used in direct communication between a brain and a computer, without using muscles. This device is useful for paralyzed people to communicate with the surrounding environment. Design process should provide high accuracy recognition of presented stimuli and high user comfort. It is widely known how to make stimuli for BCI which are using high-grade EEG. Over recent years cheaper EEGs are becoming more and more popular, for example OpenBCI, which uses ADS1299 amplifier. In this article we review past works of other authors and compare it with our results, obtained using EEG mentioned before. We try to confirm that it is possible to use successfully OpenBCI in BCI projects

Laboratory stand for acquisition and analysis of evoked potentials

Elektryczna aktywność mózgu to między innymi potencjały wywołane, które są mierzalne na powierzchni głowy w wyniku zarejestrowania przez człowieka zewnętrznego bodźca (np. obrazu, dźwięku). Są one wykorzystywane zwykle w diagnostyce medycznej, ale trwają także intensywne prace nad wykorzystaniem ich w tak zwanych interfejsach mózg-komputer. W artykule opisano stanowisko laboratoryjne do pomiaru i analizy potencjałów wywołanych, utworzone na bazie oprogramowania MATLAB. Do akwizycji sygnału z powierzchni czaszki wykorzystano elektroencefalograf (EEG). Ponadto stanowisko jest wyposażone w fotostymulator, zbudowany z szesnastu diod LED i mikrokontrolera ATmega 328. Przygotowane oprogramowanie pozwala na: ustanowienie połączenia pomiędzy EEG, fotostymulatorem oraz komputerem, sterowanie bodźcami (w zależności od oczekiwanego potencjału wywołanego), filtrację zebranego sygnału i jego klasyfikację za pomocą algorytmów statystycznego uczenia maszynowego. Stanowisko wspomaga projektowanie prostych interfejsów-mózg komputer.One type of brain's electrical activity are evoked potentials. They appear on the scalp as a result of a registration of an external stimulus (e.g. an appearance or a change of a sound, a flashing light or an image). Generally they are used in medical diagnosis, but they are also used in brain computer-interfaces. In this article laboratory stand for acquisition and analysis of evoked potentials is described. One of the main part of this stand is a stimulator (consisting of sixteen LEDs and a microcontroller ATmega 328). The software created by the authors allows: connection between EEG device, stimulator and computer, stimulus control, signal filtering and its classification. The presented laboratory stand may support brain-computer interface design process

Low-cost evoked potentials detection for brain computer-interfaces

Evoked potentials are one of the brain's electrical activity types. They appear on the human scalp as a result of a registration of an external stimulus (e.g. an appearance or a change of a sound, a flash of light or an image). Generally, they are used in medical diagnosis, but they also may be used in brain-computer interfaces. In this chapter a laboratory set for the acquisition and analysis of evoked potentials is described. The main part of this set is a photostimulator consisting of sixteen LEDs and the ATmega 328 microcontroller. The software created by the authors allows for: connection between EEG device, stimulator and computer, input stimulus control, output signal filtering and its classification. The presented set may support a process of brain-computer interface design

Application of ultrasounds in biomedical engineering

W artykule omówiono wybrane zagadnienia dotyczące wykorzystania fal ultradźwiękowych w inżynierii biomedycznej. W wielu przypadkach ultrasonografia jest jedyną możliwą do zastosowania metodą obrazowania, a nowoczesne ultrasonografy są złożonymi urządzeniami sterowanymi komputerowo. W pierwszej części pracy opisano wybrane zastosowania ultrasonografii w położnictwie. Wykorzystanie efektu przesunięcia dopplerowskiego umożliwia wykrycie ruchu narządu odbijającego wiązkę ultradźwięków i może zostać użyte do nieinwazyjnego wykrywania uderzeń serca płodu. Przedstawiono różne rodzaje prezentacji pozyskiwanych danych. W drugiej części pracy skupiono się na dezintegracji kamieni nerkowych za pomocą ultradźwiękowych fal uderzeniowych. Omówiono problematykę jednoczesnego generowania i ogniskowania fal ultradźwiękowych oraz precyzyjnej lokalizacji kamieni nerkowych. Poruszono również kwestię bezpiecznego stosowania ultradźwięków na potrzeby diagnostyki medycznej, skupiając się na środkach ochrony przed szkodliwym wpływem „hałasu” ultradźwiękowego i na bezpieczeństwie badań ultradźwiękowych.This paper describes the selected problems concerned with the common use of ultrasounds in biomedical engineering. The modern USG units are the complex computer-controlled devices. In a lot of cases ultrasonography is only one method which may be safely used in medical imaging. Firstly, some selected applications of ultrasonography in obstetrics are presented. Different kinds of the acquired data presentation are described. Secondly, specific questions concerning disintegration of the kidney stones by the use of the ultrasonic shock waves are mentioned. Safe applying the ultrasounds has been also raised, focusing on the means of the protection from the harmful influence „noise” of ultrasounds and on the safety of ultrasonic investigations