Jste zde

17PBBBLS - 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)
Předmět je ekvivalentem v KFS pro:
17KBBBLS
Přednášející:
Václava Piorecká, Vladimír Krajča (gar.), Hana Schaabová
Cvičící:
Vladimír Krajča (gar.), Václav Čejka, Jan Kauler, Zoltán Szabó
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:

Podmínky k udělení zápočtu

A. Účast na cvičení, max. 1 omluvena neúčast

B. Odevzdané vypracované protokoly z měření

C. Prezentace na vybrané téma (5-10min, PowerPoint)

D. Úspěšné zvládnutí testu na konci semestru obsahující otázky z praktických měření

Zkouška:

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 38 - 8x5 bodů, 30x1 bod, 60 minut, max. 70 bodů, min. 35 bodů - 50 %)

Celkové hodnocení z předmětu:

A. Viz klasifikační stupnice ECTS dle studijního řádu ČVUT. 100 bodů je rozděleno mezi jednotlivé části následovně: maximálně 30 % za získaný zápočet a maximálně 70 % za úspěšně absolvovaný test/zkoušku.

B. Minimum získaných bodů je 50. Student musí získat minimálně 15 bodů za zápočet a minimálně 35 bodů za test/zkoušku.

C. Bonus za úspěšné vyřešení nepovinných úloh - 10 bodů/úloha = max. 40 bodů.

Celkové hodnocení (zápočet + zkouškový test):

100 - 90 bodů: A, výborně

89 - 80 bodů: B, velmi dobře

79 - 70 bodů: C, dobře

69 - 60 bodů: D, uspokojivě

59 - 50 bodů: E, dostatečně

méně než 50 bodů: F, nedostatečně

Osnova přednášek:

1. Úvod do zpracování biosignálů. Motivace. Charakteristika základních biosignálů EEG, EKG, EOG, EMG. Spontánní EEG aktivita. Spánková polygrafie (polysomnografie). Artefakty. Původ, zdroje, diagnostické využití.

2. Statistické charakteristiky biosignálů. Pravděpodobnostní rozložení. Stochastické procesy, analýza časových řad. Nestacionarita EEG. Frekvenční rozsah a pásma. Uživatelský interface. Formáty dat.

3. 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.

4. EKG, způsob měření a základní charakteristiky signálu. EOG, způsob měření a základní charakteristiky signálu.

5. EMG, způsob měření a základní charakteristiky signálu. Multimodální monitoring.

6. Evokované potenciály, VEP, AEP, SEP, BAEP, MEP.

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

8. Spektrální analýza biosignálů II. - Aplikace. Metoda zhuštěných spektrálních kulis (CSA). Inter-hemisferická a lokální koherence.

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

10. Metody automatické klasifikace I. Učení bez učitele. Základní algoritmy shlukové analýzy. K-means algoritmus. Optimální počet tříd. Limity a omezení shlukové analýzy. Fuzzy shluková analýza.

11. Hustotně zaměřené metody klasifikace. Metody učení s učitelem. K-NN klasifikace. Fuzzy k-NN. Praktické ukázky klasifikačních metod u biologických signálů.

12. Případové studie při zpracování biologických signálů v klinické praxi.

13. Topografické mapování elektrofyziologické aktivity. Vizualizace. Princip brain mappingu. Amplitudové a frekvenční mapování.

14. Metriky. Normalizace dat. Statistické zpracování dat.

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

[8] MIKE X. COHEN. Analyzing neural time series data: theory and practice. 2014. ISBN 0262019876.

[9] http://mikexcohen.com/lectures.html

Poznámka:
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Materiály ke stažení:

Cvičení: 
PřílohaVelikost
PDF icon Informace ke cvičení a podmínky zápočtu57.53 KB
PDF icon Laboratorní úloha 1 - Jak zacházet s biopackem, bezpečnost, Reakční doba.pdf954.23 KB
PDF icon Laboratorní úloha 2 - Jak zacházet s biopackem, pokračování, EMG385.38 KB
PDF icon Laboratorní úloha 3 - EKG (svodové systémy, výpočet elektrické osy srdce)306.12 KB
PDF icon Laboratorní úloha 4 - EKG (části a jejich vlastnosti)644.47 KB
PDF icon Laboratorní úloha 5 - EKG (frekvenční spektrum, filtrace)272.81 KB
PDF icon Laboratorní úloha 6 - EKG (detekce QRS)1.23 MB
PDF icon Laboratorní úloha 7 - EKG (detekce maxima a minima v pulsní křivce a určení rychlostí šíření tlakového pulzu v krevním řečišti)214.34 KB
PDF icon Laboratorní úloha 8 - GSR & Polygraf & EKG-HRV396.95 KB
PDF icon Laboratorní úloha 9 - EEG (nasnímat za různých podmínek, z různých míst + alfa rytmus)751.04 KB
PDF icon Laboratorní úloha 10 - Nepřímá metoda měření krevního tlaku (komorové systoly a diastoly, Korotkov. ozvy a středního arter. tlak463.13 KB
PDF icon Laboratorní úloha 11 - Elektrookulogram517.81 KB
PDF icon Laboratorní úloha 12 - Prezentace113.53 KB
PDF icon Laboratorní úloha 13 - Test187.52 KB
Package icon QRS complex - CJ, EN, Matlab scripts1.15 MB
Package icon EKG frequency spectra - CJ, EN, Matlab scripts1003.52 KB
Package icon blood pressure - CJ, EN, operator's manual, quick quide12.85 MB
Package icon Respiro - CJ, EN4 MB
PDF icon Cvičení 01 - 2014/15411.74 KB
Soubor Protokol - cvičeni 01143.33 KB
PDF icon Cvičení 02 - 2014/15329.82 KB
Soubor Protokol - cvičeni 0225.8 KB
PDF icon Cvičení 03 - 2014/15530.26 KB
Soubor Protokol - cvičeni 03138.79 KB
PDF icon Cvičení 04 - 2014/15369.75 KB
Soubor Protokol - cvičeni 0430.74 KB
PDF icon Cvičení 07 - 2014/15378.46 KB
Soubor Protokol - cvičeni 0724.31 KB
PDF icon Cvičení 08 - 2014/15396.96 KB
Soubor Protokol - cvičeni 0829.72 KB
PDF icon Úvod - cvičeni 0890.59 KB
PDF icon Cvičení 09a - 2014/15410.67 KB
Soubor Protokol - cvičeni 09a39.26 KB
PDF icon Cvičení 09b - 2014/15481.7 KB
Soubor Protokol - cvičeni 09b64.63 KB
PDF icon Úvod - cvičeni 10459.73 KB
PDF icon Cvičení 10 - 2014/15944.44 KB
Soubor Protokol - cvičeni 1065.42 KB
PDF icon Cvičení 11 - 2014/15644.62 KB
Soubor Protokol - cvičeni 1127.86 KB

Cvičení - odkaz: 

Ostatní - odkaz: 

Materiály k přednáškám jsou na www.skolicka.fbmi.cvut.cz

Metodická příručka nebo studijní opora: 
PřílohaVelikost
PDF icon Metodická příručka BLS350.6 KB