CEBE Seminar Jäneda mõis, Juuni 17, 2013

Tallinn University of TechnologyDepartment of Computer Engineering

Estonia

Department of computer Engineeringati.ttu.ee

CEBE Seminar

Jäneda mõis, Juuni 17, 2013

Raimund Ubar

CEBE Workshop, Jäneda, Juuni 17, 2013 © R.Ubar

10:00 R.Ubar Ülevaade CEBEst

10:30 J.Lass EEG signaalide interpreteerimine (P4) Biomeditsiinitehnika signaalid

Gert Jervan

11:00 K.PiltOptilised diagnostikameetodid kardioloogias (P3)

11:30 I.Fridolin Biovedelike optika (P5)

12:30 -14:00 Lõunasöök

14:00 M.MinSensorsignaalitöötlus, impedantsspektroskoopia (P1, P6) Signaalitöötlus

Peeter Ellervee14:30 P.EllerveeRakendusspetsiifilised protsessorid signaalitöötluses (P1, P2)

15:30 -16:00 Kohvipaus

16:20 J.Raik Digitaalsüsteemide verifitseerimine (P2)Süsteemide usaldatavus

Jaan Raik16:40 A.Jutman Elektroonikaproduktide testimine (P6)

17:00 R.Ubar Digitaalsüsteemide diagnostika (P2)

18:00 -18:45 Õhtusöök

Programm

18:45 Diskussioonid paneelides


Seminari eesmärkOn kaks põhieesmärki: (1) anda ülevaade CEBE-s toimunust ja tulemustest, ning (2) sondeerida võimalusi koostöö intensiivistamiseks viimasel kahel

aastal (2013-2015)

Ettekandjatelt ootaks: (1) uurimistulemuste võimalikult populaarset esitust ja (2) probleemide formuleerimist, kus partnerid saaksid kaasa lüüa ja

aidata oma oskustega või pakkuda ise välja oma kompetentsi CEBE eesmärkide täitmisel s.h. rakendusteni jõudmiseks kiiremini ja lisaväärtust luues

Diskussioonide eesmärgiks oleks : ideede genereerimine ühistulemuste saamiseks kas teoreetilises

uurimistöös, eksperimentaaluuringutes või oskuste kokkupanemise abil rakendusteni jõudmiseks.

Demonstraatorite ühine loomine oleks parimaks tõestuseks, et CEBE on oma missiooni täitnud


Seminari eesmärk

Ürituse (ettekannete) eesmärk on avardada silmaringi teistel TK-s tegutsevatel inimestel.

Oluline on anda edasi, mida te teete peamiselt ja kus te olete parimad. Samuti väike ülevaade tehtud tööst.

Tulemuseks oleks see, et teised ei hakkaks tulevikus jalgratast leiutama seal, kus see on juba leiutatud ja samas teaksid asju planeerides teiega arvestada ja vastupidi.

Luua sünergiat erinevate uurmisrühmade vahel. Probleemiks on see, et inimesed on liigselt koormatud seetõttu, et kõik

leiutavad lisaks oma põhiteadusele kusagil oma täiendavaid jalgrattaid, kuigi võiks minna mõni laud või mõni ruum (hoone) kõrvale. Selleks kõrvale põikamiseks on vaja leida aega, aga kahjuks seda juhtub üliharva.

Alvar Kurrel


Kes me oleme Uurimisrühmad:

Töökindlate sardsüsteemide disain (R.Ubar)TTÜ Arvutitehnika instituut

Missioonikriitiliste sardsüsteemide elektroonsed komponendid ja alamsüsteemid (M.Min)TTÜ Elektroonika instituut

Biosignaalide interpreteerimine meditsiinitehnikas (I.Fridolin) TTÜ Tehnomeedikum

Inimkoosseis: Teadurid/õppejõud - 44/22 Doktorandid - 56 (CEBE alustas 40) Kaitstud doktoritöid (2008-2013) - 25

5


Meie missioon

Elukvaliteedi parandamine innovatsiooni abil Interdistsiplinaarsete teadusuuringute läbiviimine

elektroonika, analoog- ja digitaaldisaini, diagnostika ning biomeditsiinitehnika alal

rakendustega missioonikriitiliste sardsüsteemide valdkonnas

6


Ülesanded

Disain

Meetodid

Verifitseerimine

Diagnostika

Kriteeriumid Algoritmid

Signaalitöötlus

Probleemid

Pooljuhttehnoloogia

Vahendid

Riistvara Tarkvara

Test

Disainivoog

Aplikatsioonid

Kiirusenergiatarveveakindlus

Spetsiaalriistvaraprotsessoridarhitektuurid

Objektide valdkondmudelid

Tööriistad

Koostöö sõlmpunktid

Tagasivaade: Pedase, okt 2008


Diagnostika töögrupid

Signaalitöötluse töögrupid

Pooljuhttehnoloogia töögrupp

Diskussioon

Gert: häired, on-line test, juhuslikud signaalid (LFSR),algoritmide verifitseerimine, jõuelektroonika + defektidMart: signaaliprotsessoridKristian: ERP kiipKalju: spetsiaalprotsessorAleksei: signaalitöötlus reaalajas, dialüüsi ühtne andmebaas (EXCS, Vilo)Jüri: QT-intervall, neurovõrgudIvo: ε avastamineToomas/Raimund: layout defektide simuleerimine, hierarhiline rikete diagnostika

Objektide valdkond,mudelid

CEBE kompetentside diagnoos

Ettekanded

Probleemid

Arhitektuurid

Usaldatavus

Diskussioon

Disain Debugging

Riistvara

Meetodid

Võimalikud töögrupid, probleemide formuleering

CEBE:Inimene, sensor, signaal,

DSP, HW

Kalju

Mart, OlevPeeter

Tagasivaade: Pedase, okt 2008


9

Signaalitöötluse algoritmid

Dialüüsi monitooring

EEG Signaalitöötlus-

protsessor

Signaali-protsessoritearhitektuurid

Veakindlate sardsüsteemide

disain ja test

Veresoonteresistentsusemonitooring

Elektroonika- aparatuuri testimine

Sünergia otsimine CEBEs

Kolm piiririiki, suhtlusmeediumiks

elekter


Koostöö projektid

P1. Rakendusspetsiifilised protsessorid (P.Ellervee. ATI/ELIN) P2. Verifitseerimine ja diagnostika(R.Ubar/J.Raik. ATI: D/V) P3. Optilised ja bioimpedantsmeetodid kardiovaskulaarses

diagnostikas (K.Meigas. ELIN/TM) P4. Aju seisundi diagnostika EEG signaalide analüüsi abil

(M.Jenihhin. ATI/TM) P5. Neeruasendusravi häiretevaba monitooring

(I.FritolinATI/TM) P6. Elektroonikasüsteemide testimine (A.Jutman. ATI/ELIN) P7. Pooljuhtseadiste uurimine(T.Rang. ELIN)

10


11

Kaks tüüpi sünergiat

Välja-poole

suunatud

Arvuti-tehnika

Elektroonika

Tehnomeedikum

Sisse-poole

suunatud

Rakendused

Meetodite ja algoritmide

konversioon


CEBE teadustöö temaatikad

Süsteemide verifitseerimine test ja diagnostika (R.Ubar, J.Raik, A.Jutman)

Töökindlad sardsüsteemid (P.Ellervee)

Sensorsignaalitöötlus ja impedantsspektroskoopia (M.Min)

Pooljuhttehnoloogia (T.Rang)

Optilised diagnostikameetodid kardioloogias (K.Meigas)

Biovedelike optika (I.Fridolin)

Ajusignaalide interpreteerimine (H.Hinrikus)

CEBE koostöö

Sünergiaotsingud >koostööprojektid

P1

P2

P5

P4

P6

P3

Koostöö otsingud

P7

P8 Rakendusspetsiifiline signaalitöötlusplatform


ELINSignaalitöötlus

Signaalitöötlusealgoritmid

TM Aju uuringute

grupp

Projekt P4

Biosignaalide interpretats.

TM Kardioloogia

grupp

Projekt P3

Impedants-spektroskoopia

Elektr. tootedSüsteemide

proto- tüübid

Testimisemeetodid

ATITestigrupp

Projekt P6

TestidTM

Biovedelike optika grupp

Projekt P5

Dialüüs

Signaalide analüüsi

algoritmid

Testide sünteesi meetodid

Diagnostika meetodid

ATIDiagnostika

grupp

Süsteemide verifitseerimis

e ja diagnostika

teooria

Projekt P2

Disainilahen-dused

ATIDisaini-grupp

Disaini

teooria ja algoritmid

Projekt P1

ELINPooljuht-seadised

Projekt P7

Koostöö stsenaariumid


14

Tehno-meedikum

Elektroonikainstituut

Arvutitehnikainstituut

Diagnostikameetodid

Bioloogilisedsüsteemid

Tehnilisedsüsteemid

Koostöö üldstsenaarium

Biosignaalid


15

CEBE: Selected Research Results

Original methods of signal generation and processing for broad- band impedance spectroscopy with implementations in medicine and engineering (M.Min & Co)

Method and mobile device for determining depressive dis-orders by analyzing EEG signals (SASI algorithm) (H.Hinrikus & Co)

Optical method and device for monitoring dialysis (I.Fridolin & Co) A conception of the platform for automated design of signal

processors (P.Ellervee & Co) Methods for verification and automated debug of digital

systems, fast fault simulator with a speed-up about 5-10 times compared to existing professional tools, and testability marker (J.Raik, R.Ubar & Co)

Methods and a system for automated test program synthesis for electronic boards, methods and instruments for self-test in electronic boards (A.Jutman&Co)


CEBE aruandlus Kolm korda aastas lühiaruanded Archimedesele

(kokku 14 aruannet) Kord aastas ilmub “Uudisleht” (kokku 5 numbrit) Kaks IAB aruandekoosolekut (apr. 2009, okt. 2010) 2010. sügis. Aruanne IAB-le (2008 – 2010, 37 lk.) IAB kokkuvõttev hinnang – positiivne, rida soovitusi 2011. sügis. CEBE vahearuanne ja selle hindamine

välisekspertide poolt 9. jaan. 2012 – hinne “väljapaistev”

2012. dets. – CEBE audit (Alvar Kurrel) 2013. sept. – IAB aruandekoosolek


Kokkuvõte CEBE vahehindamisest Tubli koostöö ja saavutatud sünergia - CEBE’s on alustatud 6

koostööprojekti; seda tuleks küll võtta kiituse asemel vekslina Teadusuuringute tulemuste rakendamine on võimaldanud

ületada mitmel juhul praegust maailmataset (St. Jude Medical Estonia, Smartimplant OÜ)

Suurenenud on publikatsioonide ja patentide/taotluste (24) arv Puudus: Suuremat tähelepanu tuleks pöörata publitseerimisele

tippajakirjades (suurema mõjuindeksiga)

Suur rahvusvaheliste projektide ja grantide arv, suurenenud on keskuse eelarve ja tõusnud keskuse jätkusuutlikkus (!)

Puudus: Ei ole õnnestunud liituda initsiatiividega ARTEMIS, FET

NB! Jätkuvalt pöörata tähelepanu noorteadlaste kaasamisele ja koolitamisele

NB! TK sotsiaalmajanduslik mõju – Hinne: “Piisav või kõrgem”


IAB: Suggestions

Suggestions for synergy creation Cross disciplinary group projects. At least two initial research

groups should participate Seven cross disciplinary group projects were launched Projects should be led by young promising researchers

P2 – J.Raik, P4 – M.Jenihhin, P6 – A.Jutman Involvement of the potential users Including research groups led by Medical Doctors P3

- Clinic of Cardiology of North Estonian Regional Hospital Dissemination

18


IAB: Measures of Success

Suggestions of IAB More demonstrated interactions between members of the Centre

would be advantageous. An immediate solution could be e.g. a joint International Master of

Science program with the participation of the cooperating departments.

Jointly developed new Master of Science programs Computer & System Engineering Electronics and Bionics Communicative Electronics Biomedical Engineering (modified through collaboration with University of

Tartu) DAAD Network “Dependable Cyber Phusical Systems - DCPS”, ZUSYS (PhD)

(Estonia, Germany, Austria, Poland, Czech Republic )

19



Suggestions of IAB Definition of some project demonstrators would make the

evaluation of the progress easier and would provide good marketing opportunities for the Centre itself.

Going towards demonstrators Project P1: Signal processor designs Project P4: Electronic implementation of the algorithms for

detection of mental disorders as a specific signal processor ... ??????

20



Suggestions of IAB Cooperation with the industry should be better demonstrated

Testonica Lab, Göpel Electronics AB, CERN Public awareness of the operation should be more directly

targeted. This latter two could be combined e.g. with the organization of a student Competition, supported by the industry.

Student competition: MEMOCODE'08 (USA), SW/HW Codesign – The student team of DCE won 4. place

DATE, ETS (2009-2013, Several Design & Test Contests, University Booth’s, User Forums – Tchepurov, Tihhomirov, Tchertov, Aleksejev, Tagel

21



Suggestions of IAB All subprojects should more clearly join together to support

each other for maximum synergy New spin-off companies need to be created

CEBE: Impact on applications: P1, P3, P4 Impact on research quality: P2, P5 Spin-off company Testonica (Partner of FP7 Strep Diamond,

EUREKA-EUROSTAR project COMBOARD, joint project with Goepel, Germany)

22



Suggestions of IAB CEBE should have the target of the research clearly written in one overall sentence.

Mission: To carry out interdisciplinary R&D in the fields of

• electronics design,

• digital design and

• biomedical engineering

by a collaborating consortium with applications in medicine, semiconductor and information technologies

23


Enesehinnangust Interdistsipinaarne koostöö on CEBEs olnud vähene

Selle tekkimise aluseks peaks olema üksteise tegevuste ja probleemide monitooring

Aga ühisseminarid pole käima läinud, tornid on läbipaistmatud Koos tegutsevad vaid mõned üksikud grupid 4 koostööprojekti

raames Miks ainult mõned: ajapuudus ja motivatsiooni (!) puudus Koostöö mootoriks on olnud vabatahtlikkus, mitte administratiivne

ja projektipõhine sund

CEBE põhimõte on olnud – akadeemiline vabadus Kas oleme seda kurjasti kasutanud?

Tippteadus vs. rakendused (sünergia objektid) – CEBE spetsiifika teiste TK-dega võrreldes Tradeoff Tippkeskuste hindamiskriteeriumite ebamäärasus - ekstsellents


CEBE tulevik

CEBE rahastamisperiood lõpeb 2015 suvel – tulevikku silmas pidades on vaja parima tulemuste paketiga (teadustulemused, rakendused, demonstraatorid) välja minna

Kas peaks tugevdama paremate tulemuste saamiseks administreerimist?

Koostöö parandamine teadus-arenduskeskustega (ELIKO)? Millised on võimalused?

Uueks tippkeskuste programmiks ettevalmistumine (põhimõtteid ja kriteeriume aga alles töötatakse välja; ilmselt on oluliseks muutumas nõuded rakenduslikule väljundile)

Milline oleks uus CEBE kontseptsioon (lõpp on algus)???


Tervishoid ruudus - Health2

26

Meditsiini-tehnilised seadmed

Doktor

Tehnoloogia

Testide süntees,

verifitseerimine

Diagnoos, rikete

parandamine

Süsteemi tervis

Patsiendi tervis

Meditsiini alane teave


27

Evolutionary Health Risk Prevention Tool

Sensors, equipments

Health diagnosis

toolDoctors

Synergy: Evolutionary Risk Prevention Tool

Risk factors

Risks

Biosignals Healthcare plan


Health2: Development Objectives

28

Health diagnosis

tool

Data, risk factor

values

Network ofsensors,

equipments

Patients

Doctor

Risks, risk factors

Research

Risk parameter selection

Medical knowledge

Medical part

Self repair

System and network design

Design and test platform

andtools

Engineering knowledge

Methods, models, and algorithms

Engineering part


29

Health DiagnosisTool

Health Diagosis Tool

Rj = Dj (F11,..., Fhm)

F11 ... F1m Risk factors(parameters)

RisksR1

R2

Rn

Diagnosed risk pattern

Medical knowledge

development subtasks

F21 ... F2m Fh1 ... Fhm

Ri

Rj

Rk

Biofactors Genetic factors Life style factors

Sensor network

Otherfactors


30

Bioengineering applications health monitoring systems, body area sensor networks, implantable cardiac

pacemakers

Mission critical embedded systems

Data acquisitionbioimpedance,

biosignals,biooptical methods

Signal processing

theory, methods, algorithms,

non-classical DASP techniques

Technologymicro, nano,

MEMSSemiconductor

research

Digital design

verification, simulation

Defect analysis

Human being

Biosignal interpretation

Bioengineering research

brain processes,atherosclerosis,

predicting sudden cardiac death,

monitoring clinical treatments

Laboratories-on-chipimpedance spectroscopy in scientific

experiments, bio-MEMS products, bioprocessors-on-chip

Industrial applicationsfood processing, medical instrumentation, energy

conversion

Dedicated processor

architectures, SOC, NOC

Analog, mixed signal

designApplications:

CAD tools

Test research,

fault diagnosis,

dependability

Sensorics, sensor networks

Cooperation in CEBE

BME

EMBEL

RES


Bioimpedancespectrography& tomography

Brain research, EEG spectral

analysis, SASI marker

Optical dialysis monitoring

Optical pulse wave measurement

in arteries

Research in biomedical engineering

Signal processing algorithms

Design for low power, speed, cost, reliability

System design

Design of dedicated processors

Verification, design error automated

diagnosis and repair

Design for dependability

Automated testing and fault diagnosis

CEBE R&D Fields for Health2

Pacemakers

Mobile SASI analyser

Equipments foroptical signal measurement

Medical equipment

Applications

Information for doctors


32

RM4Health2: Tasks and Subtasks

Health Diagosis Tool

P1 P2 P3 P4 ... Risk factors

(Parameters)

P1 – Blood pressure (Kalju, Mart)P2 – Nefrology (Ivo)P3 – Neurology (SASI – Hiie)P4 – Bioimpedance (Mart)

Risks

R1

R2

R3

Diagnosed risk

Engineering development subtasksMedical

knowledge development

subtasks

T1 – HL Synthesis (Peeter)T2 – Design (ZamiaCAD/Maksim)T3 – Verification (Jaan)T4 – Debug (Jaan)T5 – Test gener (DECIDER/Jaan)T6 – Fault simulation (Raimund)T7 – Fault diagnosis (Raimund)T8 – BIST/BISD (Raimund)T9 – Test instruments (Artur)

Tools and platform development subtasks

Theory, models, algorithms, methods, tools > Novelty

Documents

CEBE Seminar Jäneda mõis, Juuni 17, 2013