Voorblad bij Tentamen

Vergelijkbare documenten
Voorblad bij Tentamen

Voorblad bij Tentamen

Voorblad bij Tentamen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, sectie Cardiovasculaire Biomechanica

Voorblad bij Tentamen

Voorblad bij Tentamen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, sectie Cardiovasculaire Biomechanica

Voorblad bij tentamen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, sectie Cardiovasculaire Biomechanica

Voorblad bij tentamen

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

Voorblad bij tentamen

Voorblad bij Tentamen

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Biomedische Technologie, sectie Cardiovasculaire Biomechanica

Hertentamen Lineaire Schakelingen (EE1300)

Voorblad bij Tentamen (in te vullen door de examinator)

Tentamen Systeemanalyse (113117)

Tentamen Lineaire Schakelingen, 2 e deel (EE1300-B)

Voorblad bij tentamen

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 29 januari 2009 van 14:00 tot 17:00 uur

Voorblad bij tentamen - Optica 3BOX1

Schriftelijke zitting Regeltechniek (WB2207) 3 november 2011 van 9:00 tot 12:00 uur

Voorblad bij Tentamen

Trillingen en Golven

Voorblad bij tentamen

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 31 januari 2008 van 9:00 tot 12:00 uur

Bewegingen en Trillingen. Nokkenmechanisme: deel B

Voorblad bij tentamen

VOORBLAD SCHRIFTELIJKE TOETSEN

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C110 3 juli uur

Tentamen Inleiding Meten en Modelleren Vakcode 8C120 7 april 2010, uur. Het gebruik van een (grafische) rekenmachine is toegestaan.

Deeltentamen Lineaire Schakelingen (EE1300), deel B

Tentamen Lineaire Schakelingen (EE1300)

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Voorblad bij tentamen Optica 3BOX1

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Eindtoets Experimentele Fysica 1 (3A1X1) - Deel 2. 6 november 2015 van 10:00 12:00 uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 26 oktober 2010 van 14:00 tot 17:00 uur

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) 31 oktober 2006 van 14:00 tot 17:00 uur

De comfortabele auto

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C110 9 April uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Eindtoets Experimentele Fysica 1 (3A1X1) - Deel januari 2014 van 14:50 17:00 uur

Voorblad bij tentamen

Opgave 1 Golven op de bouwplaats ( 20 punten, ) Een staalkabel met lengte L hangt verticaal aan een torenkraan.

Voorblad bij tentamen

Hoe belangrijk is lineaire algebra voor akoestiek en omgekeerd?

Opdracht 3: Baanintegratie: Planeet in een dubbelstersysteem

Doelstelling: nagaan in hoeverre er verschillen optreden in de hersenactiviteit door het gebruik van de ChromaGen filters van de Xlens.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen OGO Fysisch Experimenteren voor minor AP (3MN10) en Tentamen Inleiding Experimentele Fysica (3NA10)

Verbanden en functies

Tentamen Fysica in de Fysiologie (8N070) deel AB herkansing, blad 1/5

Tentamen Mechanica ( )

Schriftelijk tentamen Digitale Telecommunicatie Technieken (5LL20) en Telecommunicatie Techniek (5LL50) op dinsdag 14 juni 2005 van

UMC i.t) St Radboud. Het is een gesloten boek tentamen, maar het gebruik van een rekenmachine van het type CASIO fx-82 MS is toegestaan.

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C Juni uur

Faculteit der Economie en Bedrijfskunde

Examen Wiskundige Analyse I 1ste bach ir wet. dinsdag 5 januari Vraag 1.1. Waar of vals (1pt) Het beginvoorwaardenprobleem

NIETJE NIET VERWIJDEREN

NABESPREKING PRACTICUMTOETS 26 APRIL 2018

Voorblad bij tentamen

Tentamen Meten van Fysische Grootheden 2016

Voorblad bij tentamen

Voorblad bij tentamen

1.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los op: 6x + 28 = 30 10x.

3.0 Voorkennis. y = -4x + 8 is de vergelijking van een lijn. Hier wordt y uitgedrukt in x.

Deze toets bestaat uit 3 opgaven (30 punten). Gebruik eigen grafische rekenmachine en BINAS toegestaan. Veel succes!

Tentamen Simulaties van Biochemische Systemen - 8C110 en 8CB19 4 Juli uur

Schriftelijke zitting Systeem- en regeltechniek 2 (WB2207) Oefententamen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Voorblad bij tentamen

Figuur 1: Blok-schema van een DC motor, a) Geef de overdrachtsfuntie G(s) = T(s)/V(s). Schrijf G(s) in de vorm K B(s) A( s

Technology, Innovation & Society Delft

Technische Universiteit Eindhoven Bachelor College

Benodigdheden Gloeilampje, spoel, condensator, signaalgenerator die een sinusvormige wisselspanning levert, aansluitdraden, LCR-meter

Hertentamen Lineaire Schakelingen (EE1C11)

REGLEMENTEN INZAKE ORDE, CALAMITEITEN EN ACADEMISCH WANGEDRAG (FRAUDE) BMS

Voorblad bij tentamen

TENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Elk vermoeden van fraude wordt gemeld bij de examencommissie.

== Tentamen Analyse 1 == Maandag 12 januari 2009, u

Voorblad bij tentamen

Elk vermoeden van fraude wordt gemeld bij de examencommissie.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT DER TECHNISCHE NATUURKUNDE

Tentamen - uitwerkingen

1. Een magnetische levitatie systeem is schematisch weergegeven in figuur 1. r-- ~ rail

Deeltentamen A+B Netwerkanalyse

t in uren H in mg ,2 31,4 Hoeveel procent breekt het lichaam ieder uur af? voelen. Geef je antwoord in minuten nauwkeurig.

Tussentijdse Toets Wiskunde 2 1ste bachelor Biochemie & Biotechnologie, Chemie, Geografie, Geologie en Informatica april 2011

HERTENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

Statistiek voor Natuurkunde Opgavenserie 1: Kansrekening

1.1 Lineaire vergelijkingen [1]

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Aanwijzingen. Figuur 1 LDR (NORP12) Weerstand - lichtsterkte grafiek (Let op: Logaritmische schaal) Nakijkmodel

Faculteit der Geneeskunde

Tweede Programmeeropgave Numerieke Wiskunde 1 De golfplaat Uiterste inleverdatum : vrijdag 16 mei 2003

Tussentoets Analyse 1

Uitwerkingen van het Tentamen Moleculaire Simulaties - 8C Januari uur

Transcriptie:

Studentnaam: Studentnummer: Voorblad bij Tentamen 8VB1-Metingen&ModellenindeKliniek Vaknaam: Metingen en Modellen in de Kliniek Vakcode: 8VB1 Datum: 2-6-216 Begintijd: 18: Eindtijd: 21: Aantal pagina s: 6 Aantal vragen: 3 Aantal tebehalenpunten/normeringpervraag: 47(=19+13+15),voornormeringzievragen Wijze van vaststellen eindcijfer: EC = SCORE/4.7 Wijze van beantwoording vragen: open vragen Inzage: dr.ir. R.G.P. Lopata Overige opmerkingen: Tentamenopgavenblad mag meegenomen worden Noteer deelstappen en argumentatie! Alleen een antwoord(zonder argumentatie) levert geen punten op. Het formuleblad bevindt zich op pagina 2. Instructies voor studenten en surveillanten Toegestane hulpmiddelen(mee te nemen door student): Notebook Rekenmachine Grafische rekenmachine Dictaat/boek 1 A4-tje met aantekeningen Woordenboek(en). Zo ja, welke: Anders, namelijk: Notebook enkel voor het gebruik van Matlab. Matlab en grafische rekenmachine enkel voor het maken van berekeningen toegestaan. Let op: toiletbezoek is alleen onder begeleiding toegestaan binnen 15 minuten na aanvang en 15 minuten voor het einde mag de tentamenruimte niet worden verlaten, tenzij anders aangegeven er dient altijd tentamenwerk (volledig ingevuld tentamenpapier: naam, studentnummer e.d.) te worden ingeleverd tijdens het tentamen dienen de huisregels in acht te worden genomen aanwijzingen van examinatoren en surveillanten dienen opgevolgd te worden etuiligtnietoptafel onderling worden geen hulpmiddelen geleend/ uitgewisseld Tijdens het maken van schriftelijke tentamens wordt onder(poging tot) fraude in ieder geval verstaan: gebruik van andermans ID-bewijs/campuskaart mobiele telefoon of enige andere media dragende devices liggen op tafel of zijn opgeborgen in de kleding (poging tot) gebruik van ongeoorloofde bronnen en hulpmiddelen, zoals internet, mobiele telefoon e.d. hetgebruikvaneenclickerdienietjeeigenclickeris ander papier voor handen hebben dan door de TU/e is verstrekt, tenzij anders aangegeven toiletbezoek(of naar buiten lopen) zonder toestemming of begeleiding Behorende bij regeling centrale tentamenafname TU/e

Eindtoets Metingen en Modellen in de Kliniek (8VB1) pagina 2/6 Algebraische elementen F K (t) = Kx K (t) T K (t) = Kθ K (t) V R (t) = RI R (t) p R (t) = Rq R (t) F B (t) = Bv B (t) T B (t) = Bω B (t) C V C (t) = I C (t) Cṗ C (t) = q C (t) = L I L (t) p L = L q L (t) V L Toestandsbeschrijving & uitgangsvergelijking: ẋ (t) = Ax (t)+bũ(t) y(t) = Cx (t)+dũ(t) S(ω) = ŷ ˆx = C ( iωi A) 1B+D Vergelijking van Euler re iθ = rcos(θ)+irsin(θ) Homogene oplossing voor 2 e orde systemen: { } x hom (t) = Re K 1 e λ1t +K 2 e λ 2t { [ ]} = Re e γ 1t d 1 cosγ 2 t+d 2 sinγ 2 t { } x hom (t) = Re K 1 te λ1t +K 2 e λ 1t voor twee verschillende roots voor twee verschillende complexe roots voor twee dezelfde roots Doppler & Transit Time Flow measurements: f = 2vcos(θ) f c c v = c2 t 2d cos(θ) SNR & Aliasing: SNR db = 1 1 log P signal P ruis f alias = f max Nf s Fourier series: x(t) = + k= [a kcos(kωt)+b k sin(kωt)] ˆx(t) N = N k= [a kcos(kωt)+b k sin(kωt)] a a k A k = = 1 t=t+t T = 2 t=t+t T t=t x(t)dt c ±k = 1 2 (a k ib k ) t=t x(t)cos(kωt)dt b k = 2 t=t+t T t=t x(t) sin(kωt)dt a 2 k +b2 k = 2 c k ψ k = arctan( b k a k ) Foutpropagatie 1% & 68% intervallen: y = N j=1 xj f(x 1,...,x N ) x j S m,ȳ = N ( f(x 1,t,...,x N,t ) ) x 2 Sm, x 2 i. i i=1

Eindtoets Metingen en Modellen in de Kliniek (8VB1) pagina 3/6 x F klap M hoofd K B 1. De valhelm Tijdens de verbouwing van het hoofdgebouw worden twee bouwvakkers geraakt door een draaiende hoogwerker, die hen tegen de linkerzijkant van het hoofd raakt. Eén bouwvakker droeg een helm. Het dragen van een bouwhelm kan gemodelleerd worden als een massaveer-demper systeem, waarbij het gehele hoofd als massa M hoofd gemodelleerd wordt. De helm heeft een verwaarloosbare massa (M helm = kg). De veer en demper simuleren de elastische en dempende werking van de bouwhelm. 3 pnt a. Leid de systeem frequentie response functie S(ω) symbolisch af (+ tussenstappen!). Geef de bijbehorende amplitude en fase response functies A(ω) en ϕ(ω), af. De helm wordt in de fabriek getest op een dummy hoofd door een cyclische belasting op te leggen volgens: F(t) = F sin(ωt) met F = 3 N en ω = 2 rad/s. Gegeven is M hoofd = 1 1 4 kg, B helm = 25 N s/m, en K helm = 5 N/m. b. Geef uitdrukkingen voor de dempingsratio, de natuurlijke en gedempte resonantiefrequentie en bereken de numerieke waarden. c. Is dit systeem ongedempt, ondergedempt, kritisch gedempt of overgedempt? Leg uit! Geef een uitdrukking voor het inschakeleffect x trans (t). d. Schets de globale vorm voor x() = x [rad] en ẋ() = [rad/s]. e. Geef de steady state response x(t) tijdens het testen. f. De ontwerpers gebruiken een nieuw materiaal met dempingsconstante 15 N s/m. Wat betekent dit uiteindelijk voor de verplaatsing van het dummy hoofd? Betrek in je antwoord zowel de amplitude response als de dempingsratio. Z.O.Z.

De collega zonder helm liep als gevolg van het ongeluk een zware hersenschudding op. Het brein kan gemodelleerd worden als twee hersenhelften, zie figuur. De elasticiteit van het brein wordt gemodelleerd als twee veren tussen de massa s en de schedel (K s ), en één veer tussen beide massa s (K e ). Dit leidt tot de volgende toestandsvergelijkingen: M 1 ẍ 1 = K s x 1 K e (x 1 x 2 ) M 2 ẍ 2 = K s x 2 K e (x 2 x 1 ) K s K e K s M 1 M 2 x 1 x 2 g. Vul de oplossing x 1 = x 1 ()e iωt en x 2 = x 2 ()e iωt in, en schrijf de resulterende vergelijking in de volgende matrixvorm: [ ] x1 () P = x 2 () h. Geef een symbolische uitdrukking voor de resonantiefrequentie(s) door det(p) = op te lossen. TIP: gebruik M 1 = M 2 = M en MATLAB. De klap wordt gemodelleerd als een extra kracht F klap (t) die op M 1 werkt in de richting van x 1. Bij een maximale uitwijking van.8 mm ontstaat een zware hersenschudding. Nu voegen we aan het systeem nog twee dempers toe (B s ), leidend tot deze toestandsvergelijkingen: ẋ 1 1 x 1 v 1 ẋ 2 = a c b v 1 1 x 2 + v 2 b a c v 2 1 M F klap, met v 1 en v 2 de snelheden van respectievelijk de massa s M 1 en M 2 en: a = (K s +K e ) M, b = K e M, c = B s M voor M 1 = M 2 = M. De parameters zijn: K s =.5 N/m, K e = 5 N/m, B s = N s/m en M =.5 kg. i. Implementeer het stelsel in MATLAB door gebruik te maken van de de m-files die uitgereikt zijn en bovenstaande gegevens. Simuleer de output voor x () = [ 1 3 ] T en F klap = N. Gebruik hiervoor de runge_solver, tstep = 1e-4, tend = 15. Wat heb je in main en odefuncs veranderd? j. Geef een afschatting van de frequenties in het gesimuleerde signaal van (i) in rad/s voor F klap = N. Klopt dit met het antwoord gevonden bij (h)? k. Herhaal opgave (i), maar nu voor B s = 1. N s/m en een opgelegde kracht F klap : if t<=tf; Fklap = 2.5; else; Fklap = ; end waarin T_f = 1e-3. Neem verder x () =. Was dit een zware hersenschudding? l. Herhaal de simulatie van opgave (k) maar nu met tstep=1e-3. Is er een verschil tussen beide simulaties? Zo ja, kun je dit verschil verklaren? Z.O.Z.

Eindtoets Metingen en Modellen in de Kliniek (8VB1) pagina 5/6 15 1 Power density (db/hz) 5 5 1 2. Intensive Care Unit - EEG 15 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Frequentie (Hz) De bouwvakker belandt op de intensive care unit (ICU) van het Catharina Ziekenhuis Eindhoven. Hier worden zowel zijn zuurstofsaturatie als zijn hersenactiviteit gevolgd. Voor het laatste wordt het elektroencephalogram (EEG) gemeten. Voorbeeldsignalen en het bijbehorende frequentiespectrum is gegeven in bovenstaande figuur. Alle relevante frequentie inhoud ligt voor EEG signalen in de range tot 5 Hz. a. Wat is de benodigde bemonsteringsfrequentie voor de gemeten data? Voor een analyse van de hersenactiviteit wordt het elektrische signaal opgesplitst in zogenaamde alfagolven, f alfa [8 12] Hz, en bètagolven, f beta [12 25] Hz. b. Wat is de meest dominante frequentiecomponent binnen de bètagolven? c. Een ingenieur meent dat voor alfa- en bètagolven een bemonsteringsfrequentie van 5 Hz voldoende is. Heeft hij gelijk? Leg uit en onderbouw met een berekening (mede op basis van bovenstaande figuur). De data wordt uiteindelijk toch met 1 Hz bemonsterd. De alfa- en bètagolven worden uit het signaal gehaald, alle andere data wordt weggefilterd. d. Wat voor type filter is gebruikt om de alfagolven uit de originele signalen te halen? Wat zou je als kantelfrequenties kiezen? e. Schets de amplitude response (A(ω)) voor het filter nodig om de alfagolven uit de data te extraheren. Geef op de assen de juiste grootheden, eenheden en kantelfrequenties aan. f. Geef een formule voor S alfa (ω) voor het filter van (e) en vul waar mogelijk getallen in. g. Moeten de twee filters voor de analyse van alfa- en bètagolven in serie gezet worden, ofwel S(ω) tot = S(ω) alfa S(ω) beta? h. Bereken het procentuele verschil in signaal amplitude voor de component bij f = 2.5 Hz t.o.v. de component bij f = 2 Hz. Let op: power density is gegeven in db/hz, gebruik df = 2 Hz. Z.O.Z.

Eindtoets Metingen en Modellen in de Kliniek (8VB1) pagina 6/6 lichtbron 1 in (%) Bloedvaten Pulse Oximeter Detector bloedmonsters (%) 1 3. Intensive Care Unit - S O2 De bouwvakker komt op de ICU maar niet bij bewustzijn. De zuurstofsaturatie wordt gemeten met een pulse oximeter, zie bovenstaande figuur (links). De saturatie wordt berekend volgens: S O2 = C HbO2 = C HbO2 = b A(λ 1) C HbO2 +C Hb A(λ 2 ) +c met constanten b =.27 en c =.12 (dimensieloos). De absorpties worden gemeten. De gemiddele waarden zijn: A(λ 1 ) = 153 en A(λ 2 ) = 42 (arbitraire eenheden). De 1% onzekerheidsintervallen A(λi ) zijn hier ±1% van de absolute waarden voor A(λ i ). a. Bereken de saturatie S O2 en het bijbehorende betrouwbaarheidsinterval SO2. Neem 1% intervallen aan voor de gemeten grootheden. b. Hoe groot mag de procentuele foutenmarge ina(λ 1 ) ena(λ 2 ) zijn om tot een onzekerheid SO2 van minder dan ±5% te komen? Om de validiteit van de pulse oximeter te testen worden de zuurstofwaarden ook via bloedmonsters bepaald. Deze techniek wordt als gouden standaard gezien. Een scatter plot is gegeven in bovenstaande figuur (rechts), met daarin y = x aangegeven ter referentie. c. Bespreek de trueness, precisie en accuraatheid van de pulse oximeter. d. Wat is de verwachte waarde van de Spearman correlatiecoëfficiënt op basis van deze data? Zal de Pearson correlatiecoëfficiënt hoger of lager liggen? e. Bespreek de praktische verschillen rondom pulse oximetrie en zuurstofmeting via bloedmonsters. Benoem hierbij tenminste twee ethische aspecten. De saturatiedata wordt gedigitaliseerd met een N-bits unipolaire AD converter. De converter was ingesteld op een range van tot 1%. f. Wat is het aantal benodigde bits N als de saturatie (tenminste) in hele procenten opgeslagen moet worden? g. Wat is de de waarde van de meest significante bit (MSB) en de afrondfout? h. Geef de binaire waarde die hoort bij 8% zuurstof.