Jerzy A. Moczko Katedra i Zakład Informatyki i Statystyki UM - Poznań INSTRUMENTACJA WIRTUALNA W BADANIACH MEDYCZNYCH

Transkrypt

1 Jerzy A. Moczko Katedra i Zakład Informatyki i Statystyki UM - Poznań INSTRUMENTACJA WIRTUALNA W BADANIACH MEDYCZNYCH

2

3

4

5 PODSTAWOWE TYPY INFORMACJI MEDYCZNEJ ALFANUMERYCZNA SYGNAŁY OBRAZY

6 INFORMACJA ALFANUMERYCZNA DANE REJESTRACYJNE HISTORIA CHOROBY WYNIKI LABORATORYJNE EPIKRYZA RECEPTY

7 INFORMACJA SYGNAŁOWA ELEKTROKARDIOGRAFIA ELEKTROENCEFALOGRAFIA ELEKTROMIOGRAFIA ELEKTRONYSTAGMOGRAFIA ELEKTROGASTROGRAFIA ELEKTROINTESTINOGRAFIA ELEKTROOKULOGRAFIA KARDIOTOKOGRAFIA

8 INFORMACJA OBRAZOWA KLASYCZNA TECHNIKA RENTGENOWSKA JĄDROWY REZONANS MAGNETYCZNY ULTRASONOGRAFIA MIKROSKOPIA OPTYCZNA I ELEKTRONOWA BADANIE DNA OKA TERMOGRAFIA

9 CELE ANALIZY SYGNAŁU (OBRAZU) BIOLOGICZNEGO WNIKNIĘCIE W NATURĘ SYSTEMU GENERUJĄCEGO SYGNAŁ (OBRAZ) - (CEL NAUKOWY, POZNAWCZY) USTALENIE AKTUALNEGO STANU SYSTEMU (CEL PRAKTYCZNY - POSTAWIENIE DIAGNOZY)

10 WADY ANALIZY WZROKOWEJ SYGNAŁÓW (OBRAZÓW) BIOLOGICZNYCH WYDOBYCIE MAŁEGO PROCENTU ZAWARTEJ W SYGNALE (OBRAZIE) INFORMACJI ZALEŻNOŚĆ INTERPRETACJI ZAPISU OD STOPNIA DOŚWIADCZENIA I ZMĘCZENIA OSOBY ANALIZUJĄCEJ WPŁYW EFEKTÓW PSYCHOLOGICZNYCH ( STAN EMOCJONALNY OSOBY ANALIZOWANEJ I ANALIZUJĄCEJ)

11 PROBLEM MEDYCZNY NIEDOTLENIENIE MÓZGU I JEGO SKUTKI W DALSZYM ROZWOJU DZIECKA: NADPOBUDLIWOŚĆ TRUDNOŚCI Z NAUKĄ OPÓŹNIENIE W ROZWOJU UMYSŁOWYM PADACZKA PORAŻENIE MÓZGOWE ŚMIERĆ

12 METODY DIAGNOSTYKI NIEDOTLENIENIA PŁODU NIEINWAZYJNE: KARDIOTOKOGRAFIA + TEST NIESTRESOWY NIEINWAZYJNE: ULTRASONOGRAFIA SEMIINWAZYJNE: KARDIOTOKOGRAFIA + TEST OKSYTOCYNOWY; KARDIOTOKOGRAFIA + TEST AKUSTYCZNY INWAZYJNE: BIOCHEMIA KRWI PĘPOWINOWEJ LUB WŁOŚNICZKOWEJ

13 DECYZJA KLINICYSTY PORÓD NATURALNY PORÓD WSPOMAGANY (NP. OKSYTOCYNĄ) CESARSKIE CIĘCIE

14 PROBLEM TECHNICZNY PROJEKT I KONSTRUKCJA ZŁOŻONEGO SYSTEMU DECYZYJNEGO ZAWIERAJĄCEGO MODUŁY: AKWIZYCJI TRZECH TYPÓW DANYCH BIOMEDYCZNYCH HOLISTYCZNEJ ANALIZY ZEBRANYCH DANYCH EFEKTYWNEJ PREZENTACJI WYNIKÓW

15 NATURA SYGNAŁÓW BIOLOGICZNYCH ELEKTRYCZNE MAGNETYCZNE MECHANICZNE AKUSTYCZNE CHEMICZNE CIEPLNE elektrokardiografia, elektroencefalografia, elektromiografia, elektroretinografia, elektrointestinografia, magnetokardiografia ciśnienie krwi, ruchy oddechowe, skurcze mięśnia macicy fonokardiografia fluktuacje stężenia gazów we krwi, gospodarka wodno-elektrolitowa temperatura

16 ETAPY PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW ZBIERANIE SYGNAŁU PRZY UŻYCIU ROZMAITYCH SENSORÓW PRZETWARZANIE WSTĘPNE PRÓBKOWANIE SYGNAŁU ANALIZA W DZIEDZINIE CZASU ANALIZA W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI ANALIZA W POŁĄCZONEJ DZIEDZINIE CZASUCZĘSTOTLIWOŚCI KLASYFIKACJA I DIAGNOZA

17 STANDARDY PODŁĄCZENIA APARATURY MEDYCZNEJ ŁĄCZA SZEREGOWE RS 232C ŁĄCZA USB ŁĄCZA RÓWNOLEGŁE ŁĄCZA VXI ORAZ PXI KARTY ANALOGOWO - CYFROWE

18 AKWIZYCJA SYGNAŁU ZBIERANIE SYGNAŁÓW PRZY UŻYCIU ROZMAITYCH SENSORÓW PRAWIDŁOWE PRZETWARZANIE WSTĘPNE (LINEARYZACJA, WZMOCNIENIE, FILTRACJA, KOMPENSACJA UPŁYWNOŚCI)

19

20 AKWIZYCJA SYGNAŁU ZBIERANIE SYGNAŁU PRZY UŻYCIU ROZMAITYCH SENSORÓW PRAWIDŁOWE PRZETWARZANIE WSTĘPNE (LINEARYZACJA, WZMOCNIENIE, FILTRACJA, KOMPENSACJA UPŁYWNOŚCI)

21 ETAPY AKWIZYCJI SYGNAŁU

22

23 ANALIZA W DZIEDZINIE CZASU

24 ANALIZA W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI

25 ANALIZA W POŁĄCZONEJ DZIEDZINIE CZASU I CZĘSTOTLIWOŚCI

26 INSTRUMENTACJA WIRTUALNA

27 KLASYFIKACJA STANU KLINICZNEGO BADANYCH PACJENTÓW METODY OPARTE NA TECHNIKACH STATYSTYCZNYCH METODY OPARTE NA TECHNIKACH SZTUCZNEJ INTELIGENCJI METODY OPARTE NA TECHNIKACH DATA MININGU

28 METODY KLASYFIKACJI STATYSTYCZNEJ NADZOROWANE (ANALIZA DYSKRYMINACYJNA) NIENADZOROWANE (ANALIZA SKUPIEŃ)

29 METODY KLASYFIKACYJNE OPARTE NA SZTUCZNEJ INTELIGENCJI SIECI NEURONOWE ZBIORY ROZMYTE ZBIORY PRZYBLIŻONE

30 METODY KLASYFIKACYJNE OPARTE NA DATA MININGU DRZEWA REGRESYJNO KLASYFIKACYJNE (ZWYKŁE, CHAID, WZMACNIANE, INTERAKCYJNE) UCZENIE MASZYNOWE (BAYESOWSKIE, METODY NAJBLIŻSZYCH SĄSIADÓW, WEKTORÓW WSPOMAGAJĄCYCH) TECHNIKI MARSplines 0 1 Tree graph for Restenoza Num. of non-terminal nodes: 3, Num. of terminal nodes: 4 Model: C&RT ID=1 N=100 0 CRP D <= 1, ID=6 N=52 0 CRP D Choleste rol całkowit y III mc > 0, N=20 0 ID=7 0 <= 0, ID=8 > 1, N=26 ID=9 < = 6, N=6 0 ID=10 > 6, N=47 0 ID=11 N=5 1

31 CYKLICZNOŚĆ ZJAWISK BIOLOGICZNYCH RYTMY MOGĄ MIEĆ ROZMAITY OKRES: RYTMY BARDZO WOLNE OKRES DŁUŻSZY NIŻ 24 GODZINY (INFRADIAN) RYTMY OKOŁODOBOWE (CIRCADIAN) RYTMY SZYBKIE OKRES KRÓTSZY NIŻ 24 GODZINY (ULTRADIAN)

32 SAYERS MODEL OF HEART RATE PSD 65 AMPLITUDE 55 BLOOD PRESSURE DYNAMIC CONTROL 45 BODY 35 TEMPERATURE DYNAMIC CONTROL 25 RESPIRATORY MOVEMENTS NYQUIST FREQUENCY

33

34 ? W JAKI SPOSÓB MOŻNA POŁĄCZYĆ TE ROZMAITE TECHNIKI GROMADZENIA INFORMACJI, JEJ ANALIZY I PREZENTACJI WYNIKÓW W JEDNO SPÓJNE NARZĘDZIE?

35 HARDWARE SOFTWARE

36

37 LABVIEW NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATION LABVIEW JEST GRAFICZNYM ŚRODOWISKIEM OPROGRAMOWANIA ZAPROJEKTOWANYM SPECJALNIE DLA NAUKOWCÓW I INŻYNIERÓW, KTÓRZY MUSZĄ SZYBKO I PRZY NAJMNIEJSZYM NAKŁADZIE KOSZTÓW WYTWORZYĆ ELASTYCZNE I SKALOWALNE APLIKACJE SŁUŻĄCE TESTOWANIU, POMIAROM I STEROWANIU OBIEKTAMI.

38 LABVIEW NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATION LABVIEW JEST W PEŁNI FUNKCJONALNYM GRAFICZNYM JĘZYKIEM PROGRAMOWANIA POSIADAJĄCYM ELASTYCZNOŚĆ KLASYCZNYCH TEKSTOWYCH JĘZYKÓW. UŻYCIE INTUICYJNEGO INTERFEJSU GRAFICZNEGO POZWALA UŻYTKOWNIKOWI BARDZIEJ SKUPIĆ SIĘ NA ISTOCIE ROZWIĄZYWANEGO PROBLEMU NIŻ CZĘSTO ŻMUDNYCH SZCZEGÓŁACH PROGRAMOWANIA.

39 LABVIEW NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATION PODSTAWOWĄ STRUKTURĄ LABVIEW JEST NARZĘDZIE WIRTUALNE (VI) SKŁADAJĄCE SIĘ Z TRZECH ZASADNICZYCH ELEMENTÓW: PANELU CZOŁOWEGO - STANOWIĄCEGO INTERFEJS MIĘDZY PROGRAMEM A UŻYTKOWNIKIEM DIAGRAMU - NA KTÓRYM TWORZONY JEST KOD GRAFICZNY WDRAŻANEGO ALGORYTMU KONEKTORA - POZWALAJĄCEGO NA ŁĄCZENIE ZE SOBĄ I PRZEKAZYWANIE INFORMACJI MIĘDZY POSZCZEGÓLNYMI NARZĘDZIAMI WIRTUALNYMI

40

41

42 LABVIEW NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATION NARZĘDZIA WIRTUALNE SĄ PROJEKTOWANE JAKO OBIEKTY MODULARNE, ZATEM MOGĄ BYĆ URUCHAMIANE ZARÓWNO SAMODZIELNIE, JAK I W OBRĘBIE BARDZIEJ ZŁOŻONYCH STRUKTUR.

43 LABVIEW NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATION W ZALEŻNOŚCI OD UŻYWANEGO SYSTEMU OPERACYJNEGO (MICROSOFT WINDOWS 2000/NT/9X, MICROSOFT WINDOWS 3.1, SUN SOLARIS 2, UNIX, LINUX, HP-UX, MAC OS, MAC OS X) NARZĘDZIA WIRTUALNE MOGĄ WYKORZYSTYWAĆ WIELOZADANIOWOŚĆ (COOPERATIVE LUB PREEMPTIVE MULTITASKING), WIELOWĄTKOWOŚĆ (MULTITHREADING) I WIELOPROCESOROWOŚĆ (MULTIPROCESSING).

44 LABVIEW NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATION TYPOWY PRZYKŁAD WIELOWĄTKOWOŚCI: AKWIZYCJA DANYCH - NAJWYŻSZY PRIORYTET STEROWANIE PRZYRZĄDEM - WYSOKI PRIORYTET OBSŁUGA INTERFEJSU UŻYTKOWNIKA - ŚREDNI PRIORYTET BIEŻĄCE PROCESY OBLICZENIOWE - NISKI PRIORYTET

45 INSTRUMENTACJA WIRTUALNA

46 INSTRUMENTACJA WIRTUALNA

47

48