Detail předmětu

Analýza biologických signálů

CESA-SABSAk. rok: 2019/2020

Předmět je orientován na nativní a evokované biologické signály (biosignály) člověka. Zaměřuje se na vlastnosti biosignálů generovaných jednotlivými systémy lidského organismu (zejména kardiovaskulárním, nervovým a svalovým) a na jejich způsoby zobrazení. Klade důraz na využití obecných i specifických metod pro předzpracování a analýzu biosignálů v časové a ve frekvenční oblasti.

Garant předmětu

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- formulovat požadavky na filtry pro potlačení rušení v signálech EKG, EEG, EMG,
- navrhnout a realizovat adaptivní filtry pro potlačení síťového brumu v biosignálech,
- navrhnout a realizovat speciální filtry Lynnova typu pro potlačení úzkopásmového rušení,
- vysvětlit princip detekce komplexů QRS v signálech EKG a grafoelementů v signálech EEG,
- popsat princip detekce začátků a konců významných vln v signálech EKG,
- vysvětlit principy testů stacionarity stochastických signálů,
- popsat princip neparametrických i parametrických metod pro odhady výkonových spekter,
- popsat princip odhadu vzájemných a koherenčních spekter a jejich využití pro analýzu signálů EEG,
- popsat princip Poincarého map a jejich využití pro analýzu signálů (HRV, TWA),
- vysvětlit princip realizace mapování hodnot a frekvenčního mapování pro analýzu signálů EEG,
- vysvětlit princip průběžného odhadu úrovně povrchového signálu EMG,
Závěrečnou písemnou zkouškou se ověřují získané znalosti a schopnost vysvětlit určitou problematiku včetně řešení konkrétních úloh.

Prerekvizity

Student by měl mít základní vědomosti z oblasti číslicového zpracování signálů. Měl by znát jednotlivé způsoby popisu lineárních filtrů (přenosová funkce, impulsní charakteristika, diferenční rovnice, frekvenční charakteristika). Předpokládáme znalost diskrétní Fourierovy transformace (DFT) a schopnost interpretace výsledku DFT. V laboratorní výuce se předpokládá znalost programového prostředí Matlab.

Doporučená nebo povinná literatura

KOZUMPLÍK, J.: Analýza biologických signálů. Elektronická skripta FEKT VUT v Brně, Brno, 2013 (CS)
SVATOŠ, J.: Biologické signály I. Geneze, zpracování a analýza. Skripta FEL ČVUT, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1992 (CS)
RANGAYYAN, R., M.: Biomedical Signal Analysis. A Case-Study Approach. IEEE Press, Wiley-Interscience, 2002. ISBN 0-471-20811-6 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning. Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

- až 30 bodů za řešení zadaných úkolů v laboratorním cvičení (pro postup ke zkoušce je nutný zisk minimálně 15 bodů)
- až 70 bodů za písemnou zkoušku (z písemné zkoušky je nutné získat minimálně 35 bodů)

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Předmět je orientován na nativní a evokované biologické signály (biosignály) člověka. Zaměřuje se na vlastnosti biosignálů generovaných jednotlivými systémy lidského organismu (zejména kardiovaskulárním, nervovým a svalovým) a na jejich způsoby zobrazení. Klade důraz na využití obecných i specifických metod pro předzpracování a analýzu biosignálů v časové a ve frekvenční oblasti.

1. Základní klasifikace biosignálů. Geneze elektrických biosignálů, akční potenciál a jeho šíření
2. Elektrokardiogram (EKG), jeho vlastnosti. Typy signálů EKG, požadavky na jejich zpracování
3. Předzpracování signálů EKG, lineární a nelineární filtry pro potlačení rušení
4. Detektory komplexů QRS. Rozměření signálů EKG, hodnocení rytmu a morfologická analýza
5. Analýza variability srdečního rytmu (HRV) v časové a kmitočtové oblasti
6. Analýza zátěžových EKG
7. Fonokardiogramy (PKG) a jejich analýza. Signály zažívacího traktu (EGG)
8. Elektroencefalogramy (EEG). Analýza signálů EEG v časové a ve frekvenční oblasti
9. Evokované signály EEG, biosignály zrakového a sluchového systému
10. Spirometrie a zpracování spirometrických signálů
11. Elektromyogramy (EMG), analýza MUAP a analýza povrchových signálů EMG
12. Kineziologická elektromyografie

Cíl

Cílem předmětu je seznámit studenty s principy geneze různých typů biologických signálů, s jejich základními vlastnostmi a s metodami jejich číslicového zpracování a automatické analýzy.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní výuka je povinná, zmeškaná laboratorní cvičení musí být řádně omluvená a lze je nahradit po domluvě s vyučujícím.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-STC bakalářský, 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na poč.

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ostatní aktivity

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor