A6M31BSG – Biologické signály

Anotace

Náplní předmětu jsou nativní a evokované biosignály používané v různých klinických oborech současné medicíny a metody jejich zpracování a vyhodnocování. U významných biosignálů jsou studenti seznámeni s jejich genezí, případně s fyzikálními a matematickými modely. V laboratorních úlohách mají studenti příležitost ke snímání vlastních biologických signálů a k jejich následnému zpracování v programovém prostředí MATLAB.

Informace k předmětu

Garant a přednášející

Doc. Ing. Roman Čmejla, CSc.    <cmejla at fel.cvut.cz>

Laboratoře – pravidla pro práci v laboratoři

            Doc. Ing. Roman Čmejla, CSc.    <cmejla at fel.cvut.cz>
                Ing. Karel Spálenka                   <spalekar at fel.cvut.cz>

Rozvrh

Přednášky:        čtvrtek  09:15 — 10:45 T2: A4-202a      
Cvičení:            čtvrtek  11:00 — 12:30 T2: A4-405
                        čtvrtek  12:45 — 14:15 T2: A4-405       

Literatura

Čmejla, R.: Biologické signály - textové verze přednášek, ČVUT FEL, 2015 (dokumenty v txt dostupné na stránkách předmětu)

Čmejla, R., Bergl, P. Rusz, J., Janča, R., Tykalová, T.: Zpracování biologických signálů - návody k laboratorním úlohám, ČVUT FEL, 2015 (dokumenty v pdf dostupné na stránkách předmětu)

Svatoš, J.: Biologické signály, ČVUT Praha 1998

Penhaker, M. a kol.: Lékařské diagnostické přístroje. Ostrava 2004.

Rozman, J. a kol.: Elektronické přístroje v lékařství, Academia 2006

Mohylová, J., Krajča, V.: ZPRACOVÁNÍ BIOLOGICKÝCH SIGNÁLŮ. Učební text - VŠB-TU Ostrava 2007 http://www.elearn.vsb.cz/archivcd/FEI/ZBS/Mohylova_Zpracovani%20biosignalu.pdf

Databáze biologických signálů http://physionet.caregroup.harvard.edu/physiobank/database/

Pravidla pro hodnocení a podmínky udělení zápočtu

 

Zadání semestrální práce je totožné se zadáním soutěže
BIOSIGNAL CHALLENGE 2017

 

PODMÍNKOU ZÁPOČTU JE ÚČAST V SOUTĚŽI BIOSIGNAL CHALLENGE 2017

 

Celkové hodnocení zkoušky se bude skládat:

   Max 25 bodů … testy v semestru (10 testů x2.5 = 25 bodů)

   Max 35 bodů … semestrální práce (30 bodů algoritmus + 5 bodů zpráva)

   (bonus max 5 bodů za dosažené pořadí a 5 bodů za mimořádně zdařilé řešení) 

   Max 40 bodů … písemný test u zkoušky (20 otázek x2 = 40 bodů)

  

Výsledné hodnocení:

            A ... 91 až 100

            B ... 81 až 90

            C ... 71 až 80

            D ... 61 až 70

            E ... 51 až 60

            F ... < 50

 

Průběžné hodnocení

 

Osnova předmětu

 

 

Týden

Datum

Téma

Výukové materiály

1

23-02-2017

 

 

 

23-02-2017

Úvod

Biosignály, rozdělení, parametry
[SVA98:200-202], [PEN04:73-78], [ROZ06:23-29]

 

Lab: Měření a hodnocení doby reakce

BSG_1_2017

 

 

 

Lab01.pdf

2

09-03-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

09-03-2017

Hlas a řeč

Modely hlasového ústrojí

Charakteristiky hlásek

Základní hlasivkový tón a jeho detekce

Formantové frekvence a jejich detekce

Poruchy hlasu

Metody objektivního posouzení hlasu

Poruchy řeči

 

Lab: Hlas a řeč

BSG_2_2017

 

 

 

 

 

 

 

Lab02.pdf

3

16-03-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16-03-2017

Geneze biologických signálů
[SVA98:5-10], [PEN04:5-35]

Membránové potenciály

Klidový potenciál (Nernstova a Goldmannova rovnice)

Akční potenciál (depolarizace, repolarizace, refrakterní fáze)

Šíření akčního potenciálu

Modelování elektrických vlastností buněčné membrány a neuronů [MAL95]

Hodgkinův-Huxleyho model

Teorie vedení

 

Lab: Měření rychlosti vedení nervového vzruchu ulnárním nervem

 

BSG_3_2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab03.pdf

4

16-03-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16-03-2017

Signály nervů a svalů
[SVA98:95-110], [PEN04:173-183]

Elektromyogram (nativní, stimulační, funkční zatěžování svalů)

Motorická jednotka

Dráždění svalu

Záznam EMG signálu, parametry signálu

Zpracování EMG signálu, obálky

Analýza únavy

 

Lab: Elektromyogram

 

BSG_4_2017

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab04.pdf

5

23-03-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

23-03-2017

Signály srdce I
[SVA98:31-66], [ROZ06:68-93]

Elektrokardiogram (EKG)

Převodní systém srdeční

Svodové systémy EKG

Vektor depolarizace srdečního svalu

Vznik EKG křivky

Elektrická srdeční osa

 

Lab: Elektrokardiogram a vektorkardiogram

 

BSG_5_2017

 

 

 

 

 

 

 

Lab06.pdf

6

30-03-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

30-03-2017

Signály srdce II

Další svodové systémy

Náhradní umístění elektrod

Analýza EKG

Frekvenční oblast

Časová oblast

Základní obrazy EKG signálu

Rušení a filtrace EKG signálu

 

Lab: Filtrace EKG signálu a potlačení šumů

 

BSG_6_2017

 

 

 

 

 

 

 

Lab07.pdf

7

06-04-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

06-04-2017

Signály srdce III

Fonokardiogram

Srdeční ozvy a spektrální analýza, spektrální momenty

Pletysmogram

Pulzní vlna a určení rychlosti jejího šíření

Polygrafické metody v kardiologii

Detekce vln v EKG signálu

Pan-Tompkinsonův algoritmus

Variabilita srdečního rytmu

 

Lab: Polykardiografie

 

BSG_7_2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab08.pdf

8

13-04-2017

 

 

 

 

 

13-04-2017

Analýza patologických promluv (dr. Rusz)

Funkce bazálních ganglií: koordinace pohybů

Hypokinetické a hyperkinetické syndromy

Parkinsonova a Huntingtonova nemoc

Motorické poruchy řeči

 

Lab: Patologické promluvy

 

BSG_8_2017

 

 

 

 

Lab05.pdf

9

20-04-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20-04-2017

Signály mozku I
[SVA98:67-93], [PEN04:149-154], [ROZ06:53-63]

Elektroencefalogram

Geneze signálů mozku

Systém rozložení elektrod

EEG rytmy

Normální EEG a jeho analýzy

Artefakty v EEG

 

Lab: Elektroencefalogram

 

BSG_9_2017

 

 

 

 

 

 

 

Lab09.pdf

10

27-04-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27-04-2017

Signály mozku II

 

Abnormální EEG

Grafoelementy paroxysmální aktivity

Zvrat fáze

Evokované potenciály [PEN04:159-162]

- sluchové EP (BAEP, MLR, SVP)

- zrakové VEP

- somatosensorické SEP

Průměrování[SVA98: 18-19]

 

Lab: Evokované potenciály, detekce epileptiformních hrotů

 

BSG_10_2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Lab10.pdf

11

04-05-2017

 

 

 

 

04-05-2017

Signály mozku III  (Ing. Radek Janča, PhD.)

 

Analýza invazivních EEG

 

 

Lab: Konzultace k semestrální práci

 

 

 

12

18-05-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18-05-2017

Signály zrakového ústrojí [SVA98:123-157], [PEN04:149-154]

Elektrookulogram

Základní typy očních pohybů (sakády, fixace)

Závislost mezi napětím EOG signálu a pohybem oka

Hodnocení prostorového pohybu očí

Elektroretinogram (fotopický a skotopický)

Polysomnografie

Signály používané ve spánkové medicíně a jejich parametry

Spánkové cykly

Poruchy spánku

 

Lab: Elektrookulogram

 

BSG_12_2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab11.pdf

13

25-05-2017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25-05-2017

Plicní funkce

Plíce

Plicní objemy

Plicní kapacity

Spirometrie
Elektrogastrogram

Elektrická aktivita žaludku

Elektrogastrogram

Potíže trávicího traktu

 

Lab: Plicní ventilace, elektrogastrogram

 

BSG_13_2017

 

 

 

 

 

 

 

Lab12.pdf
Lab13.pdf

 

 

 

 

 

 

 

Termíny zkoušek (předpokládané)

                        Datum,             hodina, místnost

Pondělí,            29. května 2017,           8:00,                405

Pondělí,            12. června 2017,           8:00,                405

Pátek,               23. června 2017,           8:00,                405

Pátek,               8. září 2017,                 8:00,                405 (opravný termín)


Poslední změna: 4.února, 2017

Contact:
Czech Technical University in Prague, Faculty of Electrical Engineering
Department of Circuit Theory
Technicka 2, 166 27 Prague 6, Czech Republic
Phone: +420 2435 2236, e-mail: cmejla at fel.cvut.cz