Biologické signály

BAM31BSG (BIO), BAM31BSGA (EK)
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

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

Laboratoře – pravidla pro práci v laboratoři

            Prof. Ing. Roman Čmejla, CSc.    <cmejla at fel.cvut.cz>
                Ing. Radek Janča, PhD.              <jancarad at fel.cvut.cz>

Rozvrh

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

Literatura

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

Čmejla, R., Bergl, P. Rusz, J., Janča, R., Tykalová, T.: Zpracování biologických signálů - návody k laboratorním úlohám, ČVUT FEL, (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/

 

Účast na přednáškách je doporučená, na cvičeních povinná

Na začátku každého cvičení je krátký test z předchozího týdne

Konzultace po dohodě (osobně, e-mailem nebo jakoukoli jinou cestou)

 

Pravidla pro hodnocení a podmínky udělení zápočtu

 

Zadání semestrální práce je totožné se zadáním soutěže BIOSIGNAL CHALLENGE 2020

PODMÍNKOU ZÁPOČTU JE ÚČAST V SOUTĚŽI BIOSIGNAL CHALLENGE 2020

 

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 ... 90 až 100

            B ... 80 až 89

            C ... 70 až 79

            D ... 60 až 69

            E ... 50 až 59

            F ... < 50

 

Průběžné hodnocení

 

Osnova předmětu

 

 

Týden

Datum

Téma

Výukové materiály

1

20-02-2020

 

 

 

20-02-2020

Úvod

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

 

Lab: Měření a hodnocení doby reakce

BS_1.pdf

 

 

 

 

Lab01.pdf

2

27-02-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

27-02-2020

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

BS_2.pdf

 

 

 

lab2.pdf
why11.wav

rozsah8.wav

samohlasky8.wav

osm.txt

3

05-03-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

05-03-2020

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

BS_3.pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab03.pdf

Data_lab03.zip

 

Harmonogram náhradní výuky od 23.3.2020

do odvolání

 

Doporučení: práce na Biosignal Challenge 2020

4

26-03-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26-03-2020

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

BS_4.pdf
kvant_char.pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab04.pdf

Data_lab04.zip

Lab04en.pdf

5

02-04-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02-04-2020

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

Převodní systém srdeční

12ti svodový EKG systém

Vznik EKG křivky

Analýza EKG v časové oblasti

Elektrická srdeční osa

Frekvenční oblast

Rušení a filtrace EKG signálu

Další svodové systémy

Náhradní umístění elektrod

Základní obrazy EKG signálu

Pan-Tompkinsonův algoritmus detekce R hrotů

Detekce vln v EKG signálu

 

Lab: Detekce vln a analýza intervalů v EKG

BS_5.pdf

BS_6.pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab05.pdf

Lab05en.pdf

ECG_test_500.pdf

Lab06.pdf

Lab06en.pdf

ECG_fs500Hz.zip

6

09-04-2020

 

 

 

 

 

 

09-04-2020

Polykardiografie

Fonokardiogram

Srdeční ozvy a spektrální analýza

Pletysmogram

Pulzní vlna a určení rychlosti jejího šíření

Variabilita srdečního rytmu

 

Lab: Polykardiografie

BS_7.pdf

 

 

 

 

Lab07.pdf

Lab07en.pdf

PolyECG_2019zip

7

16-04-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16-04-2020

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

BS_8.pdf

 

 

 

 

 

 

 

Lab08.pdf

Lab08en.pdf

EEG_alpha.zip

8

23-04-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23-04-2020

Signály mozku II

Abnormální EEG

- grafoelementy paroxysmální aktivity

- epilepsie

- intrakraniální EEG

- detekce epileptoformní aktivity

Evokované potenciály [PEN04:159-162]

- sluchové AEP (BAEP, MLR, SVP)

- zrakové VEP

- somatosensorické SEP

- průměrování [SVA98: 18-19]

 

Lab: Evokované potenciály

BS_9.pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab09.pdf

Lab09en.pdf

EP.zip

9

30-04-2020

 

 

 

 

 

 

30-04-2020

Signály mozku III  
Ing. Radek Janča, PhD.

Analýza invazivních EEG v epileptochirurgii

Kvantitativní hodnocení interiktální aktivity

Změna konektivity v oblasti vzniku záchvatů

Elektrické stimulační mapování

 

Lab: Detekce interiktálních výbojů

BS_10.pdf

 

 

 


Lab10.pdf

Lab10en.pdf

IED_IEG2020.zip

10

07-05-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

07-05-2020

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

BS_12.pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lab12.pdf

Lab12en.pdf

11

14-05-2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14-05-2020

Plicní funkce

Plíce

Plicní objemy

Plicní kapacity

Spirometrie
Elektrogastrogram

Elektrická aktivita žaludku

Elektrogastrogram

Potíže trávicího traktu

 

Lab: Plicní ventilace, elektrogastrogram

BS_13.pdf

 

 

 

 

 

 

 

Lab13.pdf

Lab14.pdf
Lab13en.pdf

 

19-05-2019

16:00

FEL CAFÉ

Vyhlášení výsledků
BIOSIGNAL CHALLENGE 2020

 

12

21-05-2020

 

 

 

 

 

 

21-05-2020

Analýza patologických promluv
doc. Ing. Jan Rusz, Ph.D.

Funkce bazálních ganglií: koordinace pohybů

Hypokinetické a hyperkinetické syndromy

Parkinsonova a Huntingtonova nemoc

Motorické poruchy řeči

 

Závěrečný test

BS_11.pdf

 

 

 

 

 

 

 

 

Termíny zkoušek (předpokládané)

                        Datum,             hodina, místnost

čtvrtek,             28. května 2020,           9:00,                405

čtvrtek,             11. června 2020,           9:00,                405

čtvrtek,             25. června 2020,           9:00,                405

čtvrtek,             3. září 2020,                 9:00,                405 (opravný termín)


Poslední změna: 21.ledna, 2020

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