Biologické signály

Přednášející:

Vladimír Krajča (gar.)

Cvičící:

Vladimír Krajča (gar.)

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Vlastnosti biologických signálů. Způsoby vzniku, snímání a základní parametry biosignálů nutné pro diagnostiku. Signály srdce, mozku, svalů, nervového systému. Metody a algoritmy zpracování a vyhodnocování nejdůležitějších biologických (zejména elekrofyziologických) signálů, předzpracování, filtrace, analýza v časové i frekvenční oblasti. Využití moderních metod spektrální analýzy. Zobrazení výsledků, topografické mapování, metoda zhuštěných spektrálních kulis. Adaptivní segmentace nestacionárních signálů. Aplikace metod umělé inteligence. Metody automatické klasifikace signálů - učení bez učitele, shluková analýza. Neuronové sítě. Praktické aplikace zpracování biosignálů.

Požadavky:

Klasifikovaný zápočet:

A.Klasifikovaný zápočet je tvořen písemným testem, kde je kombinována varianta odpovědí typu ABC (vždy jedna správná) - 1 bod a varianta, kdy je třeba odpovídat písemně - 5 bodů (velmi důležité otázky). Hodnocení podle ECTS klasifikační stupnice.

Osnova přednášek:

1. Úvod do zpracování biosignálů. Motivace. Charakteristika základních biosignálů EEG, ECG, EOG, EP, EMG. Spontánní EEG aktivita. Epileptické paroxysmy, spánková polygrafie (polysomnografie). Artefakty. Původ, zdroje, diagnostické využití. Video - záznam elektrofyziologických biosignálů v neurofyziologické laboratoři. Statistické charakteristiky biosignálů. Pravděpodobnostní rozložení. Stochastické procesy, analýza časových řad. Nestacionarita EEG. Frekvenční rozsah a pásma. Uživatelský interface. Formáty dat.

2. Sběr a předzpracování biologických dat. Základní řetězec převodu do počítače. A/D převodníky, problémy vzorkování a kvantizace signálu. Nyquistův teorém. Chyby při převodu. Úprava signálu. Aliasing. Filtrace. Trendy. Svodové systémy EEG a EKG.

3. Spektrální analýza biosignálů I. - Základní metody. Parametrické a neparametrické metody. Periodogram, AR model. LDR algoritmus. Praktické problémy odhadu spektra. Křížové spektrum, koherence a fáze. Spektrální analýza a syntéza signálů pomocí FFT. Filtrace, odstraňování šumu. Nevýhody periodogramu. Windowing.

4. Spektrální analýza biosignálů II. - Aplikace. Metoda zhuštěných spektrálních kulis (CSA). Inter-hemisferická a lokální koherence. Mapování frekvenčních pásem.Mediální synchronie a symetrie. Měření fáze.

5. Topografické mapování elektrofyziologické aktivity. Vizualizace. Princip brain mappingu. Amplitudové a frekvenční mapování. Interpolace. Iterativní vytváření mapy. Animace. 3D-splinová interpolace. Izopotenciálové mapování. Použití v klinické diagnostice. Dynamické mapování. LORETA.

6. Adaptivní segmentace. Motivace. Nestacionarita biosignálů. Základní metody. Multikanálová on-line adaptivní segmentace. Extrakce příznaků. Nastavení parametrů. Přednosti a omezení metod. Další segmentační algoritmy.

7. Metody automatické klasifikace I. Učení bez učitele. Metriky. Normalizace dat. Základní algoritmy shlukové analýzy. K-means algoritmus. Hierarchické shlukování Ukázky klasifikace na simulovaných datech, klasifikace EEG dat. Použití fuzzy množin pro zvýšení homogenity tříd. Optimální počet tříd. Limity a omezení shlukové analýzy

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] Krajča V., Mohylová J. Číslicové zpracování neurofyziologických signálů, ČVUT Praha, 2011

[2] Biologicke Signaly: e-learning na www.skolicka.fbmi.cvut.cz, heslo signaly

[3] Krajča V., Petránek S., Počítačová elektroencefalografie. Úvod do problematiky. Česká a Slovenská Neurologie a Neurochirurgie. Supplementum, 1995, pp. 1-38

[4] Mohylová,J., Krajča, V.: Zpracování biosignálů. Skriptum VŠB TUO, 2007.

[5] Mohylová J., Krajča V. Zpracování signálů v lékařství. Žilinská universita 2005. ISBN 80-8070-341-8. Skriptum na CD.

[6] Rozman J. a kol. Elektronické přístroje v lékařství, (kapitola v knize: Petránek S., Krajča V., Diagnostika mozku ). Academia Praha 2006, pp. 53-67

[7] Svatoš J., Biologické signály I. Geneze, zpracování a analýza. Skriptum ČVUT FEL,1995

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St	místnost KL:C-1 Krajča V. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Velký sál
Čt
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní obor Optika a optometrie - prezenční (povinně volitelný předmět)