Biosignály

Obsah přednášky Různé druhy biosignálů (jejich bohatství a čím se liší)‏ Pojem biosignálu (co mají všechny společné)‏ Metodika snímání a záznamu biosignálů Zpracování a vyhodnocování biosignálů Biosignály v terapii

Různé druhy biosignálů (jejich bohatství a jak se liší)‏ známé biosignály terminologie biosignály v klinických oborech biosignály elektrické a neelektrické povahy biosignály dle vyšetřovaných orgánů biosignály dle způsobu vzniku biosignály dle fyzikálních veličin, snímače, převodníky

Terminologie

Biosignály dle klinických oborů (diagnostika)‏ Kardiologie, interna aj: EKG, EGG Porodnictví: FEKG Neurologie: EEG, EMG, rychlost vedení, EP (VEP, AEP, BAEP, SSEP, ...), ENG, HRV Psychologie: ERP (event-related)‏ Oftalmologie: ERG, VEP Audiologie, otologie AEP, BAEP

Monitory Monitory životních funkcí (ARO) EKG oxymetrie [pO2] kapnometrie [pCO2] plicní ventilace tělesná teplota Holterovské monitorování (přenosné přístroje) TK

Dle fyzikálního charakteru biosignálu např.: Elektro EEG = Elektroencefalografie EKG = Elektrokardiografie Magneto MEG = Magnetoencefalografie MKG = Magnetokardiografie

Biosignály neelektrické povahy (Často nám ani nepřijde, že se jedná o biosignál. Přístrojem na vyšetření biosignálu se stává třeba jen fonendoskop.)‏ Běžná vyšetření: Krevní tlak a jeho průběh Teplota a její průběh Auskultace (poslechové vyšetření – akustický signál)‏ Perkuse (vyšetření poklepem – princip rezonátoru)‏

Dle vyšetřovaných orgánů ECoG = Elektrokortikografie (mozková kůra)‏ EEG = Electroencefalografie (mozek)‏ EGG = Elektrogastrografie, gastroenterografie (hladká svalovina)‏ EKG = Elektrokardiografie (myokard)‏ EMG = Elektromyografie (svaly, periferní nervy)‏ ENG = Elektronystagmografie (pohyby očí při nystagmu)‏ ENoG = Elektroneuronografie (periferní nerv)‏ EOG = Elektrookulografie (klid. potenciál sítníce → pohyb očí)‏ ERG = Elektroretinografie (EP oční sítnice)‏

Plíce Funkční vyšetření plic = Pulmonary Function Tests (PFTs)‏ Spirometrie Celotělový plethysmograf Bronchokonstrikční a bronchodilatační testy Vyšetřuje se: plicní objemy, kapacity průchodnost dýchacích cest plicní pružnost výměna plynů v plicích funkce dýchacího svalstva regulace dýchání – komplikované testy, vyšetřuje se množství různých parametrů

Zobrazovací metody vs. biosignály zobr. metody: zobrazení prostorových útvarů, anatomické struktury biosignály: funkční vyšetření (fyziologické funkce, patfyz.)‏ Často se oba pohledy prolínají či kombinují a doplňují, např: zobrazovací metody → dynamické metody zobrazování, doppler biosignály → mapování (např. brainmapping)‏

Brainmapping Fourierova transformace →výkonová spektra signálu na různých částech povrchu lebky

Pasivní a aktivní biosignály Pasivní biosignál: Energie vnějšího testovacího signálu prochází organismem, který s ní interaguje (= princip zobrazovacích metod). Výstupem je modifikovaný signál, např: dopplerovský signál perkuse (vyšetření poklepem)‏ Aktivní biosignál: zdrojem jejich energie je organismus

Biosignály dle místa vzniku Hierarchická úroveň: subcelulární úroveň – pohyb iontů – (exp. laboratoř)‏ celulární úroveň – akční potenciály (myocyt, neuron) – laboratoř, exp. medicína; AP v klidovém EMG Subsystém (nervosvalová ploténka, motorická jednotka, svalovina) – ploténkový šum, MUP (Motoric unit potential)‏ orgán (srdce, mozek, sval, smyslový orgán) – sumační potenciál celý organismus – např. stabilometrie, vyš. chůze aj.

Biosignály dle způsobu vzniku Představa systému, vstupy systému, okolí systému: spontánní, nativní forsírování (donucení)‏ zátěžové testy provokační testy evokace (zpravidla arteficielní podněty)‏ Př: Poklepat sousedovi na kalvu. Co je to za biosignál? pasivní biosignál, evokace, provokace, zátěžový test?

Biosignály dle fyzikální veličiny Elektrické Magnetické Mechanické Hydro- dynamické Akustické Termické Chemické atd.

Elektrické a magnetické elektrické napětí U [V] elektrický proud I [A] → elektrický odpor R [Ω] → elektrická impedance Z [Ω] snímač: elektrody Magnetické → změny magnetické indukce B [T] snímače: cívky, Hallova čidla

Mechanické poloha x [mm], rychlost v [m/s], zrychlení a [m/s2] objem V [l] úhel α[°] síla F [N] mechanické napětí σ[Pa] snímače: proměnné kondenzátory, indukčnosti, potenciometry, ... plethysmograf (objem)‏ siloměry, tenzometry

Hydrodynamické tlak p [Pa] objem V [l] rychlost proudění v [m/s] průtok Q [l/s] snímače: manometry, tonometry průtokoměry, turbínky, Pitotovy trubice

Akustické akustický tlak p [Pa] akustická rychlost v [m/s] → intenzita zvuku I [W/m2 → frekvence zvuku f [Hz] snímač: Mikrofon dynamický piezoelektrický kondenzátorový, ...

Termické a optické Termické → teplota t [°C] snímače: teploměry (termistory, termočlánky, kapalné krystaly...)‏ Optické emise záření absorbce záření (extinkce)‏ reflexe snímače: fotodiody, fototranzistory, CCD, ...

Chemické pH Koncentrace roztoků parciální tlak plynů snímače: pHmetry optické metody: oxymetr O2 kapnometr CO2