Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Nature Inspired Technology G r o u p Technické aspekty a metody počítačového zpracování signálu EKG Michal Huptych, Václav Chudáček.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Nature Inspired Technology G r o u p Technické aspekty a metody počítačového zpracování signálu EKG Michal Huptych, Václav Chudáček."— Transkript prezentace:

1 Nature Inspired Technology G r o u p Technické aspekty a metody počítačového zpracování signálu EKG Michal Huptych, Václav Chudáček

2 Nature Inspired Technology G r o u p Přehled prezentace OBECNÁ ČÁST  Úvod do Biomedicínských signálů  Vzorkování  Vzorkování – Shanon.  časová a frekvenční reprezentace signálu  Filtrace  Princip –  Příklady  Analýza EKG  Rozměřování signálu  Výběr příznaků  Diagnostika  Co umožňuje automatická diagnostika  Příklady PRAKTICKÁ ČÁST  12-ti svodové EKG  Holter  Holter v mobilu?  BSPM

3 Nature Inspired Technology G r o u p Snímání EKG signálu  Jako první člen v řetězci zpracování je optoelektrický prvek  Vstupní odpor přístroje jsou řádově jednotky až desítky MΩ  Napěťový zisk zesilovače typicky 1000  Vstupní citlivost většinou 2,5 – 5 – 10 – 20 mV/mm  Diskriminační činitel CMRR ≥ 100 dB

4 Nature Inspired Technology G r o u p Převod EKG do digitální formy  Následuje filtrace - dolnopropustní filtry - řády setin až jednotek Hz - hornopropustní filtry - řády desítek až tisíců Hz  Některé možné vzorkovací frekvence EKG přístrojů: (125) – 500 – (1000)Hz, tj. (8) – 4 – 2 – (1) ms vzorkovací perioda  Rozlišení: bit s 0.5 μV/LSB (1000 A/D převodníků na mV)  Šířka pásma: kHz (synchronní vzorkování všech kanálů )

5 Nature Inspired Technology G r o u p Vzorkování  Příklad vzorkování a kvantování signálu f vz = 1/T vz

6 Nature Inspired Technology G r o u p Vzorkování - podmínky  Shannonův teorém – je potřeba dodržet podmínku pro vzorkovací frekvenci signálu: fvz ≥ 2 * fmax

7 Nature Inspired Technology G r o u p Časová a frekvenční reprezentace  Levý obrázek je součtem tří sinových signálů s rozdílnými frekvencemi  Na pravém obrázku je spektrum signálu

8 Nature Inspired Technology G r o u p Časová a frekvenční reprezentace  Signál a spektrum EKG

9 Nature Inspired Technology G r o u p Přehled prezentace OBECNÁ ČÁST  Úvod do Biomedicínských signálů  Vzorkování  Vzorkování – Shanon.  časová a frekvenční reprezentace signálu  Filtrace  Princip –  Příklady  Analýza EKG  Rozměřování signálu  Výběr příznaků  Diagnostika  Co umožňuje automatická diagnostika  Příklady PRAKTICKÁ ČÁST  12-ti svodové EKG  Holter  Holter v mobilu?  BSPM

10 Nature Inspired Technology G r o u p Filtrace  Filtrace = rozdělení signálu na základě jeho frekvenčních složek na propustné a nepropustné pásmo  Systém implementující funkci filtrace se nazývá filtr  Filtrace je jednou z nejpoužívanějších operací v signálovém zpracování  Za jistých podmínek je filtrace procesem, která propouští dané frekvenční pásmo bez jakékoli jeho deformace  Omezovací funkce filtru lze využít kromě redukce signálu i pro jeho dekompozici – tj. filtru lze využít i jako funkčního prvku při automatickém získávání znalostí z EKG signálu

11 Nature Inspired Technology G r o u p Filtrace - konvoluce

12 Nature Inspired Technology G r o u p Filtrace příklady  Superponování signálu EKG na pomalé frekvence

13 Nature Inspired Technology G r o u p Filtrace příklady  Rušení superponováním síťového signálu 50 Hz na signál EKG

14 Nature Inspired Technology G r o u p Přehled prezentace OBECNÁ ČÁST  Úvod do Biomedicínských signálů  Vzorkování  Vzorkování – Shanon.  časová a frekvenční reprezentace signálu  Filtrace  Princip –  Příklady  Analýza EKG  Rozměřování signálu  Výběr příznaků  Diagnostika  Co umožňuje automatická diagnostika  Příklady PRAKTICKÁ ČÁST  12-ti svodové EKG  Holter  Holter v mobilu?  BSPM

15 Nature Inspired Technology G r o u p Analýza EKG  Předzpracování signálu  Detekce QRS komplexu  Filtrace šumu a driftu  Hrubé rozměření  Analýza rytmu  Výběr cyklu  Podrobné rozměření  Interpratace signálu  Zobrazení a záznam výsledků

16 Nature Inspired Technology G r o u p Analýza EKG  Učebnicový příklad EKG  Rozdíl ruční a automatické analýzy  Jak pomoci automatu umístit pravítko  Jak rozpoznat nerozpoznatelné  Jak se nenechat zmást artefakty

17 Nature Inspired Technology G r o u p Výběr příznaků  Reálný signál se všemi možnými měřitelnými parametry

18 Nature Inspired Technology G r o u p Výběr příznaků  Další možné příznaky  Příznaky popisující tvar signálu  Frekvenční příznaky  Výkonové příznaky

19 Nature Inspired Technology G r o u p Přehled prezentace OBECNÁ ČÁST  Úvod do Biomedicínských signálů  Vzorkování  Vzorkování – Shanon.  časová a frekvenční reprezentace signálu  Filtrace  Princip –  Příklady  Analýza EKG  Rozměřování signálu  Výběr příznaků  Diagnostika  Co umožňuje automatická diagnostika  Příklady PRAKTICKÁ ČÁST  12-ti svodové EKG  Holter  Holter v mobilu?  BSPM

20 Nature Inspired Technology G r o u p Diagnostika  Výhody automatické diagnostiky  Lepší diagnostika než laická  Rychlejší  Ulehčení práce  Různé typy diagnostiky  Expertní systémy – nejpodobnější rozhodování s expertem(lékařem)  Učení klasifikátoru s učitelem  Učení klasifikátoru bez učitele

21 Nature Inspired Technology G r o u p Diagnostika - učení s učitelem  Na základě příkladů natrénujeme klasifikátor  Příkladem jsou např.: »Neuronové sítě »Kth nearest neighbor »Bayesovský klasifikátor

22 Nature Inspired Technology G r o u p Diagnostika - učení bez učitele  Klasifikátor se učí bez zásahů zvenčí jen na základě struktury dat  Příkladem jsou např.: »Neuronové sítě »Self organizing maps (Kohonen nets) »K-means »Clustering

23 Nature Inspired Technology G r o u p Diagnostika - učení klasifikátoru  Kohonenova mapa

24 Nature Inspired Technology G r o u p Diagnostika - učení klasifikátoru  k-NN klasifikátor  k-means

25 Nature Inspired Technology G r o u p Přehled prezentace OBECNÁ ČÁST  Úvod do Biomedicínských signálů  Vzorkování  Vzorkování – Shanon.  časová a frekvenční reprezentace signálu  Filtrace  Princip –  Příklady  Analýza EKG  Rozměřování signálu  Výběr příznaků  Diagnostika  Co umožňuje automatická diagnostika  Příklady PRAKTICKÁ ČÁST  12-ti svodové EKG  Holter  Holter v mobilu?  BSPM

26 Nature Inspired Technology G r o u p Holter  Dlouhé záznamy, 24-hodinové, zjednodušený svodový systém  Rozdíly proti standardnímu 12-ti svodovému EKG:  Nevýhody »Méně kanálů »Více šumu »Obtížná detekce P-vlny »Pohybové artefakty »Velká dynamika RR-intervalů  Výhody »Větší časový záběr »Lepší detekce arytmií »Pokrytí běžných lidských činností

27 Nature Inspired Technology G r o u p Holter  Demonstrace variability signálu při holterovském měření  Je třeba velké robustnosti jak u analýzy signálu tak při diagnostice

28 Nature Inspired Technology G r o u p Holter příklad  Roztřídění (clustering) beatů z holterovského EKG záznamu  Na základě změřených parametrů vypočítán medián  Cíl: Koherentní skupina pro další diagnostiku

29 Nature Inspired Technology G r o u p Nové trendy v elektrokardiografii  Větší důraz na prevenci  Větší možnosti pacienta podílet se na kontrole svého zdravotního stavu  Nové způsoby měření EKG – senzory přímo v oblečení  Nové zpracování na mobilních telefonech  Telemedicínské aplikace

30 Nature Inspired Technology G r o u p Nové trendy v elektrokardiografii ▣ Sensorické tílko ▣ PBM ▣ Mobilní telefon ▣ Základna Healthcare Center GPRS Bluetooth

31 Nature Inspired Technology G r o u p  U Fourierovy transformace se pojem o čase ztratí  U vlnkové transformace má signál časově-frekvenční reprezentaci  Možnost sledovat frekvenční změny v závislosti na časové poloze  Rozlišujeme spojitou a diskrétní vlnkovou transformaci  Spojitá – frekvence je vyjádřena exaktně, nabízí větší přesnost (věrnost), nemá ale kompaktní podporu  Diskrétní – má kompaktní podporu, diskrétní úrovně měřítka i polohy splňuje ortogonalitu (odebírá redundatní reprezentace), amplituda koeficientů je spojena s prudkými změnami v signálu Vlnková transformace - úvod

32 Nature Inspired Technology G r o u p  Příklad vizualizace několika period EKG signálu  Vertikální osa reprezentuje frekvenční pásma, horizontální čas  Barva reprezentuje míru zastoupení daného frekvenčního pásma Příklad vizualizace EKG

33 Nature Inspired Technology G r o u p  Příklad vizualizace vlny P a QRS komplexu Příklad vizualizace EKG

34 Nature Inspired Technology G r o u p Realizace diskrétní vlnkové transformace  Diskrétní vlnková transformace je postupná filtrace signálu  Protože v nízkých frekvencích signálu jsou obsaženy jeho hrubé rysy, nazývají se tyto složky aproximace  Naproti tomu ve vysokých frekvencích signálu jsou obsaženy jemné rysy, proto se tyto složky nazývají detaily  Zapojením vícero dvojic filtrů za sebe, tak získáváme postupný rozklad signálu k jeho nejjemnějším detailům

35 Nature Inspired Technology G r o u p  Vstupní signál a čtyři jeho detaily z vlnkové transformace Mapy úvod

36 Nature Inspired Technology G r o u p signál EKG první detail čtvrtý detail  Výsledek analýzy signálu EKG v 1. a 4. detailu Mapy úvod

37 Nature Inspired Technology G r o u p Mapy úvod  Předpoklad: měření vícesvodového EKG z povrchu hrudníku  Cíl: zobrazit vhodně zakódovaným způsobem informaci o stavu a průběhu těchto poteciálů v čase  Prostředky: Systémy pro více svodové mapování využívají pro snímání povrchových potencálů vícero různých rozložení elektrod  Základními problémy ze strany artefaktů jsou změny a posuvy izolinií jejichž špatná korekce způsobuje nekompaktnost v zobrazení mapy

38 Nature Inspired Technology G r o u p Mapy - příklady uspořádání elektrod

39 Nature Inspired Technology G r o u p  80 elektrod rovnoměrně rozložených na hrudníku a zádech pacienta (systém Cardiag)  pro předzpracování signálů bylo využito několikero metod, včetně metody vlnkové transformace  Na generovaných mapách se dají, stejně jako na signálu, hledat příznaky Mapy uspořádání elektrod

40 Nature Inspired Technology G r o u p  základní typ map definovaný  příklad potenciálové mapy z oblasti QRS komplexu Okamžikové potenciálové mapy

41 Nature Inspired Technology G r o u p  typ map vytvářený podle vztahu  příklad integrálové mapy z oblasti QRS komplexu Integrálové mapy

42 Nature Inspired Technology G r o u p  typ map vytvářený podle vztahu  příklad isochronní mapy časů trvání intervalů QT Isochronní mapy

43 Nature Inspired Technology G r o u p  typ map vytvářený podle vztahu  příklad rozdílové integrální mapy z oblasti QRS komplexu Rozdílové mapy

44 Nature Inspired Technology G r o u p Mapování 3D – inverzní úloha  Vyhledávání a zobrazení potenciálů srdce na samotném epikardu  Měření prováděno buď přímo v srdci  Nebo hledání rozložení potenciálů na srdci z povrchového rozložení  Vede na řešení inverzní úlohy  Hledání ložisek v objemu srdce


Stáhnout ppt "Nature Inspired Technology G r o u p Technické aspekty a metody počítačového zpracování signálu EKG Michal Huptych, Václav Chudáček."

Podobné prezentace


Reklamy Google