Detail předmětu

Analýza biologických signálů

FEKT-AABSAk. 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.

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

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 10 bodů za řešení zadaného úkolu v laboratorním cvičení
- až 20 bodů za řešení projektu (je nutné získat minimálně 7 bodů)
- pro postup ke zkoušce je nutný zisk minimálně 10 bodů za písemku a projekt
- až 70 bodů za písemnou zkoušku (z písemné zkoušky je nutné získat minimálně 35 bodů, celkem ze všech aktivit alespoň 50 bodů)

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Základní klasifikace biosignálů. Geneze elektrických biosignálů, akční potenciál a jeho šíření.
2. Elektrokardiogram (signál EKG), jeho vlastnosti a způsoby snímání a zobrazení. 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 alternací vlny T (TWA). Analýza zátěžových EKG. Fonokardiogramy (PKG) a jejich analýza.
7. Signály zažívacího traktu, elektrogastrogram (EGG).
8. Elektroencefalogramy (signály EEG). Analýza signálů EEG v časové oblasti.
9. Analýza signálů EEG ve frekvenční oblasti.
10. Evokované signály EEG, biosignály zrakového a sluchového systému.
11. Elektromyogramy (signály EMG), analýza MUAP a analýza povrchových signálů EMG.
12. Polygrafické signály

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 BTBIO-A bakalářský

    obor A-BTB , 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na poč.

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning