Jste zde

F7PBKBS-I - Biologické signály

Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
F7PBKBS-I Z,ZK 5 2P+2C česky
Přednášející:
Václava Piorecká (gar.)
Cvičící:
Zoltán Szabó
Předmět zajišťuje:
katedra biomedicínské techniky
Anotace:

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. Studenti se v rámci předmětu seznámí s vlastnosti biologických signálů. Způsoby vzniku, snímání a základní parametry biosignálů nutné pro specializace u. 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:

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.

Osnova cvičení:

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.

8. Snímání optoelektrických signálů

9. Zpracování signálů, filtrace FFT

10. Test

Cíle studia:
Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] KRAJČA, Vladimír. Číslicové zpracování neurofyziologických signálů. V Praze: ČVUT, 2011. ISBN 978-80-01-04721-7.

[2] KRAJČA, Vladimír, MOHYLOVÁ Jitka. Zpracování signálů v lékařství. Žilinská universita 2005. ISBN 80-8070-341-8.

Doporučená literatura:

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

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

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

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