računalna obradba biosignala

Click here to load reader

Post on 10-Jan-2016

59 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Računalna obradba biosignala. Nastupno predavanje. Lidija Bilić-Zulle. 9. lipnja 2008. Što su biosignali. Sve vrsti signala koje odašilju živi organizmi. ... i čemu služe?. za postavljanje dijagnoze praćenje vitalnih funkcija i/ili tijeka bolesti biomedicinska istraživanja. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

  • Raunalna obradba biosignalaNastupno predavanjeLidija Bili-Zulle9. lipnja 2008.

  • to su biosignali...Sve vrsti signala koje odailju ivi organizmi.

  • ... i emu slue?

    za postavljanje dijagnozepraenje vitalnih funkcija i/ili tijeka bolestibiomedicinska istraivanja

  • Vrsti biosignalaS obzirom na elektrinu aktivnost:

    elektrokemijski (npr. depolarizacija ivanih stanica)mehaniki (disanje)biokemijski (npr. pH, pCO2)hormonalni (npr. izluivanje adrenalina)

  • Vrsti biosignalaS obzirom na dimenziju:

    jednodimenzionalni (npr. EEG, EMG)dvodimenzionalni (slike)trodimenzionalni (sljedovi slika)

  • Prikupljanje biosignalaoslukivanje rada organizma bolesnika

  • Biosignali u medicinirazvoj mjernih instrumenta i raunalne tehnologije

    promatranje, pronalaenje, prikupljanje i mjerenje obradba, tumaenje, pohrana

    procjena stanja organizma

  • Cilj obradbe biosignalaiznai signale od klinike znaajnostiizdvojiti ih iz ume ostalih biosignalaobradbom signala dobiti pokazatelj znaajan u donoenju medicinskih odluka

  • etiri stadija obradbe biosignala

    pronalaenje, promatranje, mjerenjepretvorba i saimanjeraunalna obradba izmjerenih signala kliniki znaajnih obiljejaralamba, svrstavanje i tumaenje

  • Tijek obradbe biosignalaprikupljanje signalapretvorbaodabir pokazateljaralamba i klasifikacijabioloki procesiprotumaeni signal = nalaz

  • Mjerenje, promatranje prikupljanje biosignalabiosignali analogni signali mjerni instrumenti:elektrini signali senzori i elektrode izravno spojeni s raunalomne-elektrini signali senzori koji mjere signale i pretvaraju ih u elektrine (engl. transducers) raunalomjerenje = analogno-digitalna pretvorba

  • Pretvorba i saimanje biosignalaPredobradba signala koja za svrhu ima:uklanjanje (smanjivanje) smetnji i umova (engl. noise)saimanje podataka, uklanjanje redundancije (suvinih ponavljanja), ograniavanje na znaajna obiljeja signala

  • Odabir i obradba znaajnog obiljeja biosignala

    Prava obradba biosignala:oblikovanje semantiki znaajnih obiljejasloen niz matematikih postupaka omoguuje obradbu (sukladno obradbi medicinskih slika)rezultat ima diskriminacijsku vrijednost (nazonost ili izonost poremeaja, bolesti i sl.)

  • Razvrstavanje i tumaenje biosignala

    pokazatelji dobiveni obradbom, klasificiraju se i tumae u procesu lijeenja i praenja bolestisloeni matematiki i statistiki postupci (npr. prepoznavanje uzorka)nalaz vaan u procesu medicinskog zakljuivanja (s ili bez raunalnog sustava za pomo pri medicinskom odluivanju)

  • Znaajke biosignala...

    Najee:pojavljuju se u obliku valaobiljeja vala: amplituda, frekvencija, fazamijenjaju se tijekom vremena ("funkcije vremena")

  • ... s obzirom na oblik vala...Biomedicinski signalStohastikiDeterministikiponavljajui ili pojedinaninepravilni i neperiodini

  • ... i s obzirom na tijek vremenaponavljajuikvazi ponavljajuipojedinaniistovrstniraznovrstni

  • Deterministiki valoviivi sustavi uvijek kvaziponavljajui valoviprimjer P-QRS-T kompleks srane funkcije (EKG)pojedinani: treptaj oka, odgovor stanice...

  • Stohastiki valovistvaraju ih stanice prema nasuminom uzorku (EEG, EMG)istovrsni (engl. stationary) statistiki se znaajno ne razlikuju (npr. normalan EEG)raznovrstni (engl. nonstationary) znaajno se razlikuju (npr. EEG tijekom epileptikog napada)

  • Analogno-digitalna pretvorbaanalogni signali kontinuirani, neprekinuti u vremenudigitalni diskretni znakovi, jedini pogodni za raunalnu obradbu

  • Analogno-digitalna pretvorbaObradba analognih biosignala:pretvorba neprekinutih signala u niz diskretnih vrijednosti (uzorkovanje)raunalna obradba diskretnog signala (utvrivanje znaajki i promjena)pretvorba obraenog diskretnog signala u kontinuirani (ispis, slika, zvuk) digitalno-analogna pretvorba

  • Cilj: ista kvaliteta ulaznog i izlaznog signalabiosignalipodatciinformacijaznanjemjerenjeobradbaprikupljanje, razvrstavanje

  • Uzorkovanjemjerenje amplitude vala u jednakim vremenskim razdobljimapretvaranje izmjerenih podataka u diskretne vrijednostibrzina (frekvencija) uzorkovanja (engl. sampling rate/frequency) uestalost mjerenjapreciznost uzorkovanja broj jedinica uzorkovanja (mjerenje veliine amplitude)

  • Uzorkovanje: koliko dugo mjeriti?Ovisno o vrsti valadeterministiki ili stohastiki (statistiki)Ovisno o promjeni koju promatramo, npr. poremeaji funkcije srca na EKG-ublok lijeve grane 3-5 P-QRS-T kompleksapotvrda aritmije 24-satni EKG (holter)

  • Uzorkovanje: koliko esto?Shannon-Nyquist teorem:"Brzina uzorkovanja treba biti najmanje dvostruko vea od njegove frekvencije."prevelika uestalost uzrokuje redundancijupravilno uzorkovanje osigurava ponovnu pretvorbu digitalnog signala u analogni zadovoljavajue kvalitete

  • Uzorkovanje: koliko esto?Vrijeme [s]0,10fs=30 Hzfu=40 Hz

  • Uzorkovanje: koliko esto?Vrijeme [s]0,10fs=30 Hzfu=60 Hz

  • Vanost frekvencije uzorkovanjaFrekvencija biosignala, primjeri:EEG: 30 Hz, uzorkovanje 60 puta u sekundiEKG: 50-150 Hz, uzorkovanje 500 puta u sekundi

  • Uzorkovanje: koliko precizno?kvantizacija amplitude signala

  • Preciznost uzorkovanja

  • Preciznost uzorkovanja

  • Preciznost uzorkovanjaVea preciznost bolji uinak:tonije predstavljanje izvornog signalamanji utjecaj umova i ometajuih signalakvantizacijska pogrjekaIzraavanje preciznosti uzorkovanja u bitima:10 bita (210) = 1024 jedinice kvantizacije8 bita (28) = 256 jedinica kvantizacije1 bit = pojava signala

  • Preciznost uzorkovanjaNedostatna preciznost mjerenja amplitude:iskrivljenje signalanemogunost prepoznavanja diskriminirajueg pokazateljaVeina biosignala: dovoljna 6-12 bitna preciznost uzorkovanja (64-4096 jedinica)

  • um (engl. noise)sve smetnje u prijenosu biosignalasuvini, nepoeljni signaliprimjer: ergometrija pojava nepoeljnih signala na EKG-u miinog porijeklaneizbjeni u biolokim sustavima

  • um (engl. noise)

  • um (engl. noise)Omjer signala i uma (engl. signal-to-noise ratio, SNR):statistika veliina: omjer varijanci signala i umacilj: teiti najmanjem moguem SNR-uMogue je utjecaj uma ukloniti:filtriranjemmatematiki (npr. ukoliko je signal deterministiki, a um stohastiki)

  • Podruja primjene ralambe biosignalaprocjena funkcije organa i organskih sustava (EKG, EEG, EMG, spirogram...)populacijsko probiranjenadzor ivotnih funkcija u realnom vremenu (monitoriranje bolesnika u JIL-u)temeljna istraivanja

  • Nain nastajanja biosignalaizlazni biosignali: organizam ih sam proizvodibiosignali izazvani poticajem: posljedice mehanikog ili elektrikog podraivanja staniceprovocirani biosignali: biosignali mjereni pod optereenjem ili u neuobiajenim okolnostimamodeli i simulacije: izlazni biosignal postaje model na kojem se ispituje utjecaji razliitih imbenika

  • Zakljucipraenje biosignala: prikupljanje objektivnih imbenika o stanju bolesnikarazvoj raunalne tehnologije: poveanje mogunosti mjerenja i tumaenja biosignalapodatci dobiveni obradbom: temelj medicinskog zakljuivanjapoveanje objektivnosti: smanjenje mogunosti medicinske pogrjeke

  • to smo nauili?ivi organizmi odailju biosignale.Biosignali se najee pojavljuju u obliku vala.S poremeajem funkcije (nastankom bolesti) mijenjaju se znaajke biosignala.Mjeriti treba signale pokazatelja koji imaju diskriminacijsku vrijednost u medicinskom odluivanju.

  • to smo nauili?Uzorkovanje biosignala treba biti dovoljno dugo, s dovoljnom uestalou i preciznou.Analogni biosignali moraju se digitalizirati kako bi se obraivali s pomou raunala.Ponovnom pretvorbom digitalnih podataka u analogne ne smiju se izgubiti informacije o signalu.

  • Hvala na pozornosti [email protected]