Analiza sygnałów biologicznych

Podobne dokumenty
Przetwarzanie sygnałów

Przekształcenia sygnałów losowych w układach

Sygnały losowe i ich analiza. Paweł Strumiłło, Instytut Elektroniki Politechniki Łódzkiej

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

Rozdział 1 PODSTAWOWE POJĘCIA I DEFINICJE

Analizy Ilościowe EEG QEEG

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

LABORATORIUM PODSTAW TELEKOMUNIKACJI

Metody analizy zapisu EEG. Piotr Walerjan

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Układy i Systemy Elektromedyczne

Sposoby opisu i modelowania zakłóceń kanałowych

Komputery sterowane myślami

MONITOROWANIE OSÓB ZAGROŻONYCH KARDIOLOGICZNIE W ŻYCIU CODZIENNYM DOŚWIADCZENIA INSTYTUTU TECHNIKI I APARATURY MEDYCZNEJ W ZABRZU ADAM GACEK

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

Analiza i Przetwarzanie Biosygnałów

Elektrotechnika II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Ćwiczenie 4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (SOI)

Teoria sterowania - studia niestacjonarne AiR 2 stopień

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Sieci komputerowe II. Uniwersytet Warszawski Podanie notatek

Ćwiczenie 3,4. Analiza widmowa sygnałów czasowych: sinus, trójkąt, prostokąt, szum biały i szum różowy

EKG (Elektrokardiogram zapis czasowych zmian potencjału mięśnia sercowego)

Elektroniczne przyrządy pomiarowe Kod przedmiotu

ANALIZA KORELACYJNA I FILTRACJA SYGNAŁÓW

Teoria systemów i sygnałów Kierunek AiR, sem. 5 2wE + 1l

POMIARY WYBRANYCH PARAMETRÓW TORU FONICZNEGO W PROCESORACH AUDIO

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

Multimedialne Systemy Medyczne

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Analiza sygnału EKG i modelowanie pracy serca

3GHz (opcja 6GHz) Cyfrowy Analizator Widma GA4063

8. Analiza widmowa metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT)

Automatyczne rozpoznawanie mowy - wybrane zagadnienia / Ryszard Makowski. Wrocław, Spis treści

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Analiza właściwości filtra selektywnego

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Zdarzenia przebudzenia: liczba przebudzeń, indeks przebudzeń ([liczba przebudzeń x 60]/ TST)

Analiza właściwości filtrów dolnoprzepustowych

DYSKRETNA TRANSFORMACJA FOURIERA

Temat ćwiczenia. Analiza częstotliwościowa

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 15/15

Przekształcenie Fouriera obrazów FFT

Laboratorium Techniki ultradźwiękowej w diagnostyce medycznej

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

ĆWICZENIE NR 4 ZAKŁÓCENIA ELEKTRYCZNE W APARATURZE ELEKTROMEDYCZNEJ

Podstawy Pomiarów PPOM.A Literatura 2 Literatura podstawowa... 3 Literatura uzupełniająca... 4

Przetwarzanie sygnałów biomedycznych

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Przetarg nr 124/2017 Dostawa aparatury medycznej na potrzeby sal nieinwazyjnej wentylacji mechanicznej Szpitala Powiatowego w Chrzanowie

WZAJEMNE ODDZIAŁYWANIE URZ

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Data wykonania ćwiczenia: Ćwiczenie prowadził:

Informatyka w medycynie Punkt widzenia kardiologa

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Miernictwo Wibroakustyczne Literatura. Wykład 1 Wprowadzenie. Sygnały pomiarowe

Elektrofizjologiczne podstawy lokalizacji ogniska padaczkowego. Piotr Walerjan

Kamil Jonak Zakład Bioinżynierii Instytut Technologicznych Systemów Informatycznych Politechnika Lubelska Paweł Krukow Zakład Neuropsychiatrii

Metodyka i system dopasowania protez słuchu w oparciu o badanie percepcji sygnału mowy w szumie

Systemy przetwarzania sygnałów

Programy CAD w praktyce inŝynierskiej

Wprowadzenie. Fazy przetwarzania i analizy biosygnałów. Źródła biosygnałów. Wprowadzenie do Informatyki Biomedycznej

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

ZAŁĄCZNIK I DO SIWZ. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego

ZAKRES BADAŃ BEZPIECZEŃSTWO UŻYTKOWANIA I EMC CELAMED Centralne Laboratorium Aparatury Medycznej Aspel S.A.

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla kierunku Fizjoterapia

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

60 60 Egzamin / zaliczenie na ocenę* 1 1,5

Transformata Fouriera

Badanie właściwości wysokorozdzielczych przetworników analogowo-cyfrowych w systemie programowalnym FPGA. Autor: Daniel Słowik

DZIENNIK PRAKTYKI KIERUNEK: ELEKTRORADIOLOGIA CZĘŚĆ II ZAKRES: Diagnostyka Elektromedyczna

dr inż. Piotr Kowalski, CIOP-PIB Wprowadzenie

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

TERAZ O SYGNAŁACH. Przebieg i widmo Zniekształcenia sygnałów okresowych Miary sygnałów Zasady cyfryzacji sygnałów analogowych

Rejestrator sygnałów napięciowych biomedycznych

PODSTAWY I ALGORYTMY PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW PROGRAM WYKŁADÓW PROGRAM WYKŁADÓW PROGRAM WYKŁADÓW

Elektrofizjologiczne podstawy lokalizacji ogniska padaczkowego. Piotr Walerjan PWSIM MEDISOFT

efekty kształcenia dla kierunku Elektronika studia stacjonarne drugiego stopnia, profil ogólnoakademicki

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

Przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

) (2) 1. A i. t+β i. sin(ω i

ĆWICZENIE NR 4 ZAKŁÓCENIA ELEKTRYCZNE W APARATURZE ELEKTROMEDYCZNEJ

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

Kartkówka 1 Opracowanie: Próbkowanie częstotliwość próbkowania nie mniejsza niż podwojona szerokość przed spróbkowaniem.

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7

ZAPROSZENIE DO ZŁOŻENIA OFERTY NA DOSTAWĘ SPRZĘTU MEDYCZNEGO

Zastosowanie ultradźwięków w technikach multimedialnych

Rejestracja i analiza sygnału EKG

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla kierunku elektroradiologia w roku akademickim 2017/2018.

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

System do wspomagania procesu resynchronizacji serca. Promotor : J. Wtorek Konsultant : A. Bujnowski

Interaktywne wykresy. Interaktywne histogramy. Analiza granicznych wartości w zapisie EKG. Pełne dostosowanie do indywidualnych potrzeb

Procedura modelowania matematycznego

Instrukcja do laboratorium z Fizyki Budowli. Temat laboratorium: CZĘSTOTLIWOŚĆ

WYZNACZANIE CECH PUNKTOWYCH SYGNAŁÓW POMIAROWYCH

Transkrypt:

Analiza sygnałów biologicznych Paweł Strumiłło Zakład Elektroniki Medycznej Instytut Elektroniki PŁ

Co to jest sygnał? Funkcja czasu x(t) przenosząca informację o stanie lub działaniu układu (systemu), która zwykle nie jest dana w postaci jawnej potrzeba budowania modeli sygnałów x(t) x(t 0 ) 0 t 0 t 2

Dlaczego analizujemy sygnały? Rejestracja, przetwarzanie i analiza sygnałów są sposobami badania otaczającej nas rzeczywistości Sonda (elektroda, mikrofon, termometr) pomiar Sygnał x 0 (t) Obiekt badany zakłócenie x(t) x(t)=f [x 0 (t)]+n(t) czas 3

Przykłady systemów i metod analizy sygnałów echosonda, radar detekcja sygnałów EKG, EEG, USG diagnoza medyczna Interfejs człowiek-komputer analiza i kodowanie sygnału mowy, wyrazu twarzy i gestów rąk Przykładowe metody analizy i przetwarzania: redukcja zakłóceń (filtracja cyfrowa) detekcja i analiza ilościowa sygnałów w dziedzinie czasu analiza sygnałów w dziedzinie widma Fouriera kompresja sygnałów 4

Problemy rejestracji i analizy sygnałów biologicznych różna postać sygnałów konieczne stosowanie różnorodnych czujników mała amplituda (nieinwazyjny pomiar) konieczne wzmocnienie (EEG ~µv, EKG ~1 mv) zakłócenia konieczna ich redukcja kosztowna rejestracja konieczna wysoka jakość aparatury pomiarowej oraz możliwość zapamiętania sygnałów duża ilość rejestrowanych sygnałów konieczne oszczędne sposoby ich przechowywania informacja diagnostyczna ukryta w cechach sygnału niewidocznych gołym okiem konieczne zaawansowane metody analizy 5

Problemy rejestracji i analizy sygnałów biologicznych QRS? 0.5 mv Przykład zakłóconego sygnału EKG z bazy MIT/BIH #104 6

Klasyfikacja sygnałów biologicznych wg ich źródła bioelektryczne (EKG, EEG, EMG, ) bioimpedancyjne (pomiar impedancji tkanek) bioakustyczne (głos, tony serca, ) biomaganetyczne (pomiar pola magnetycznego wytwarzanego przez narządy wewnętrzne, np. mózg, serce, płuca) biomechaniczne (diagnoza narządu ruchu, mechaniczna czynność serca, ) biooptyczne (np. oksymetria) inne (np. spirometria, ) 7

Przykłady sygnałów biologicznych Rodzaj sygnału Pasmo Zakres amplitud EKG 0.05 100 Hz 10µV 5 mv EEG 0.5 60 Hz 15-100 µv EMG 10 200 Hz zależny od elektrod (kilka mv) Ciśnienie krwi DC 60 Hz Częstość oddechu 14 40 cykli na minutę 40-300 mm Hg (tętnice) 0-15 mm Hg (żyły) - 8

Przykłady sygnałów biologicznych Delsys Inc. Przykładowy przebieg EMG w czasie skurczu mięśnia 9

Zastosowanie systemu rejestracji i analizy sygnału EMG http://www.me.berkeley.edu/ robot 10

Przykładowy sygnał EEG Amplituda: 1-10 µv, Pasmo: 0.15-300 Hz 11

LifeShirt VivoMetrics Inc. 12

Modele sygnałów Sygnały Modele deterministyczne Modele stochastyczne Okresowe ( t) = x( t nt ) x + Harmoniczne Złożone Nieokresowe Stacjonarne Niestacjonarne Quasi-okresowe Ergodyczne Przejściowe Nieergodyczne Inne Modele chaosu deterministycznego 13

Sygnały biologiczne Modele deterministyczne Modele stochastyczne s ( t) n( t) EKG Sygnały biologiczne zakłócenia EMG (artefakty) ( t) = s( t) n( t) x + 14

Sygnał losowy a sygnał stochastyczny sygnał deterministyczny (próbki można przewidywać z dużą dokładnością) sygnał losowy (niemożliwe przewidywanie wartości próbek sygnału, można tylko określić zadane parametry sygnału) 0? t=t 0 15 t

Metody analizy sygnałów analiza czasowa (detekcja i badanie cech sygnału w dziedzinie czasu) analiza statystyczna (modele losowe, analiza korelacyjna) analiza widmowa (badanie właściwości sygnału w dziedzinie częstotliwości przekształcenie Fouriera) 16

Analiza czasowa R 0.1s P T 1mV Q S P -Q S -T Q -T Linia izoelektryczna 17

Analiza czasowa 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 np. składowe przejściowe sygnału -2.5 0 2 4 6 8 10 12 14 18

Analiza czasowa detekcja zaburzeń rytmu 19

Analiza statystyczna 1600 1400 RR 1200 1000 800 0 2000 4000 6000 8000 10000 np. analiza szeregu czasowego RR i 20

Analiza statystyczna 2 Baza danych MIT-BIH zapis nr 101 420 1.5 400 [s] R-R 1 0.5 RR(i+1) 380 360 340 0 320 np. analiza skupień 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 300 Numer cyklu EKG 280 280 300 320 340 360 380 400 420 21 RR(i)

Analiza widmowa Skala logarytmiczna [db] 50 HZ 150 HZ Gęstość widmowa mocy sygnału EKG 22

Skala logarytmiczna Decybel jest jednostką logarytmiczną definiującą stosunek mocy dwóch sygnałów w tzw. skali decybelowej: P P O i db P O = 10log10 [ db] P i np. skala wykorzystywana do określania SNR (ang. signal to noise ratio) (Graham Bell - wynalazca telefonu w 1876 r). P O /P i P O /P i [db] 1 0 2 3 10 10 100? 1/2? 23

Skala logarytmiczna Ćwiczenie: Wykreśl funkcję 10 log 10 (P 0 /P i ) w dla (P 0 /P i ) (0,1000 10 log 10 (P 0 /P i )? P 0 /P i 24

Analiza widmowa Skala logarytmiczna [db] 50 HZ 150 HZ Skala liniowa?? Gęstość widmowa mocy sygnału EKG 25

Analiza widmowa f [Hz] 150 100 60 Hz 50 0 0 0.5 1 1.5 2 t [s] Spektrogram sygnału EKG 26

Analiza sygnałów biologicznych sygnał (biologiczny) Filtracja Synteza i kompresja Analiza Sygnał przetworzony y(t) = F(x(t)) Parametry Symbole { θ, θ, 2, θ } 1 K θ N 1 K s N { s, s, 2, } Klasyfikacja, decyzje diagnostyczne { d, d2,, } 1 K d N 27

Normy dla urządzeń elektromedycznych Krajowi producenci urządzeń elektromedycznych, wytwarzanych dla odbiorców krajowych mogą obecnie posługiwać się następującymi normami: Polska Norma PN-EN 60601-1 (1999): Medyczne urządzenia elektryczne. + szereg norm uzupełniających http://www.itam.zabrze.pl/content/view/615/151/ Autorzy opracowania: Adam Gacek, Sławomir Latos, Instytut Techniki i Aparatury Medycznej w Zabrzu 28

Normy branżowe URZADZENIA, SPRZĘT I NARZĘDZIA MEDYCZNE ORAZ ORTOPEDYCZNE N o r m a b r a n ż o w a ----------------------------------- Elektrokardiografy Ogólne wymagania i badania BN-89 ------------ 5963-02 Przedmiotem normy są ogólne wymagania techniczne oraz badania dotyczące elektrokardiografów Normę opracował Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Techniki Medycznej - ORMED 29