Biologické signály
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
17PBBBLS | Z,ZK | 4 | 2+2 | česky |
- Předmět lze klasifikovat až po klasifikaci předmětů:
- Úvod do signálů a systémů (17PBBUSS)
- Přednášející:
- Cvičící:
- 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:
-
Zápočet:
A. Povinná účast na cvičení. Max. 1 neúčast omluvena (neúčast bez důvodu).
B. V daných termínech odevzdané zpracované zadané úlohy a zaslané emailem cvičicímu.
Zkouška:
Na předtermín se hlásí studenti, kteří odevzdali více než dvě domácí úlohy
A.Bez získání zápočtu a zápisu zápočtu do KOSu není možné realizovat zkoušku.
B.Zkouška je tvořena 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 písemného testu (počet otázek 40 - 9x5 bodů, 31x1 bod, 60 minut, max. 76 bodů, min. 57 bodů - 75%)
- 72 < PB <= 76, tj. 70 bodů na celkovém hodnocení předmětu
- 68 < PB <= 72, tj. 57 - " -
- 64 < PB <= 68, tj. 44 - " -
- 60 < PB <= 64, tj. 31 - " -
- 57 < PB <= 60, tj. 20 - " -
- PB < 57, tj. 0 bodů na celkovém hodnocení předmětu
Celkové hodnocení z předmětu:
A.Viz klasifikační stupnice ECTS. 100 bodů je rozděleno mezi jednotlivé části následovně: 30% za získaný zápočet a max. 70% za úspěšně absolvovaný test/zkoušku.
B.Minimum získaných bodů je 50, tzn., že: 30 za zápočet a 20 za test.
C.Bonus za úspěšné vyřešení nepovinných úloh - 10 bodů/úloha = max. 40 bodů. Nutné předložit otisk obrazovky řešení a zdrojový kód v MATLABu
Celkové hodnocení (zápočet + zkouškový test):
- 90 <= PB <= 100, tj. 30+70 A 1 výborně
- 80 <= PB <= 89, tj. 30+57 B 1,5 velmi dobře
- 70 <= PB <= 79, tj. 30+44 C 2 dobře
- 60 <= PB <= 69, tj. 30+31 D 2,5 uspokojivě
- 50 <= PB <= 59, tj. 30+20 E 3 dostatečně
- PB < 50,tj. 0+0 F 4 nedostatečně (nezapisuje se do indexu, ale do KOSu ANO)
- 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:
-
1.Artefakty při snímání biosignálů. Měření elektrických vlastností snímacích elektrod.
2.Měření na EKG přístroji.
3.Měření na EMG přístroji.
4.Měření na EEG přístroji.
5.Měření RAŠ.
6.Snímání evokovaných EEG potenciálů.
7.Audiometrická měření.
- Cíle studia:
-
Cílem předmětu je seznámit studenty se základními pojmy z oboru zpracování biomedicínských dat, s pokročilými moderními metodami analýzy biologických signálů v časové i kmitočtové oblasti, se zásadami snímání biosignálů pro zachování jejich diagnostických vlastností a s jejich zobrazením pro lékařské účely. Student bude schopen využít těchto znalostí pro řešení inženýrských problémů v oblasti zpracování biologických signálů.
- 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:
- Další informace:
- Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
- Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik - prezenční (povinný předmět)