zjawiska rezonansowe w sygnałach eeg

21
Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG S tanisław Micek, InstytutFizyki,U niw ersytetJagielloński,

Upload: efrat

Post on 05-Jan-2016

39 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG. Rezonans cyklotronowy w oddziaływaniu z polem magnetycznym Pokazano maksima rezonansowe jonowego rezonansu Relacje mózg – serce i serce - mózg Badania nad układem sympatycznym i parasympatycznym - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

Stanisław Micek, Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński,

Page 2: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

1. Rezonans cyklotronowy w oddziaływaniu z polem magnetycznymPokazano maksima rezonansowe jonowego rezonansuRelacje mózg – serce i serce - mózgBadania nad układem sympatycznym i parasympatycznym

2. Model mózgu jako układu w którym rozchodzi się fala elektryczna. Rezonans napięciowy dla fali alfa w EEG.Przedstawiono analizę rezonatora tłumionego przy użyciu wzoru Breita–Wignera analizując przebiegi EEG.

Pokazano, jak można dokonać rozdzielenia parametrów tłumienia rezonatora i wyznaczyć względne położenie miejsca pomiaru i źródła pobudzającego rezonator.

Page 3: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

1. Rezonans cyklotronowy w oddziaływaniu z polem

magnetycznym

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220CZAS (s)

500

600

700

800

900

1000

R -

R (

ms)

Naturalne zmiana pulsu w czasie

Page 4: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

Wymiar korelacji D2 w HRV i w zależności od częstotliwości zmiennego pola magnetycznego.

Pole magnetyczne stałe BDC(17,0,46) T i zmienne BAC(5,0,0) T.

Pomiary zmienności rytmu serca (Heart Rate Variability)

Pomiary zmienności rytmu serca (Heart Rate Variability)

Puls zmienia się w czasie nieregularnie(zmiana odległości R-R w EKG)

Można obliczyć chaos w rytmie sercaprzez obliczenie

wymiaru korelacji D2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60częstotliw ość [H z]

2

4

6

8

10

12w

ymia

r ko

rela

cji D

2

Page 5: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

częstotliw ość [H z]

5

10

15

20

25

D2

(exp

)

0

5

10

15

20

25

D2

(mod

el B

&S

)

Cl

Na

Ca

K

Mg

HH '

O bliczenia m odel B&S

Pom iary

Model molekularnego żyroskopu

(Binhi i Savin)i jego porównanie z

wynikamipomiarów wymiaru korelacji D2 w HRV

Wystarczy naświetlaćtylko głowę

Page 6: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20czêstotliw oœæ (Hz)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

D2

(EK

G)

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

D2

(EE

G)

EEG

EKG

<------------------>

Fala ci¹ g³a i PD 2 w EKG i EEG

Porównanie chaosu (wymiar korelacji D2)w rytmie serca z chaosem wprzebiegach EEG (linia czerwona) wywołanym zewnętrznym polem magnetycznym o różnej częstotliwości .

Page 7: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10TIME (s)

100

150

200

250

8 -

12 H

z E

EG

AM

PL

ITU

DE

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

R -

R (

ms)

R - R

EEG

REAKCJA POŒREDNIA PRZEZ CSN

Pojawieniu się fali alfa w EEG towarzyszy proces uzgadniania rytmu serca

Page 8: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

2. Model mózgu jako układu w którym

rozchodzi się fala elektryczna

Page 9: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

2,1

2

7,1 6,4,2

****),(i

ii

i i

ii

ii dYXcXbYaYXZ

011

2

2

22

AtVtC

Zastosowano 41x41x23=38663 komórek o wymiarach 0.5x0.5x0.5 cm

Kształt rezonatora:

Wyniki skaningu mózgu dopasowano wielomianem 7 rzędu z dokładnością poniżej 0.5 cm

Równanie różniczkowe dla fali napięciowej o współczynniku dyfuzji C i prędkości V:

Źródło wytwarzające falę opisuje parametr A.

C = 0.02 m2/s , V = 1.6 m/s

MODEL UKŁADU Z TŁUMIENIEM

metoda Duforta-Frankla

Page 10: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10

TIM E [s]

Wyniki pomiarów EEG przedstawione w postaci izopotencjalnejdla 10 kanałów pomiarów dwubiegunowych w zależności od czasu

czas

Kolejne elektrody

“10/20” system as: 1-Fp1, 2-F3, 3-C3, 4-P3, 5- O1, 6-Fp2, 7-F4, 8-C4, 9-P4, 10-O2. The second reference electrode was at Fz position.

Page 11: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.000.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

TIM E [s]

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

Wyniki symulacji modelowej EEG przedstawione w postaci izopotencjalnejdla 10 kanałów pomiarów dwubiegunowych w zależności od czasu

Kolejne elektrody

czas

Page 12: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20- 2 0

- 1 5

- 1 0

- 5

0

5

1 0

1 5

2 0

-20 .00 -15 .00 -10 .00 -5 .00 0 .00 5.00 10 .00 15 .00 20 .00-20.00 -15 .00 -10.00 -5 .00 0.00 5 .00 10.00 15 .00 20.00-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

- 2 0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 5 1 0 1 5 2 0-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

0 ms 20 ms 40ms 60 ms

80 ms 100 ms 120 ms 140 ms

Symetryczne pobudzanie impulsem napięciowym 5 ms

Page 13: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

-20.00 -15.00 -10.00 -5 .00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20 .00

-15 .00

-10 .00

-5 .00

0 .00

5 .00

10 .00

15 .00

20 .00

-20.00 -15.00 -10.00 -5 .00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-2 0.0 0

-1 5.0 0

-1 0.0 0

-5.0 0

0.0 0

5.0 0

1 0.0 0

1 5.0 0

2 0.0 0

-20 .00 -15 .00 -10 .00 -5 .00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20 .00

-15 .00

-10 .00

-5 .00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20 .00

-15.00

-10.00

-5 .00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

0 ms 20 ms 40 ms 60 ms

80 ms 100 ms 120 ms 140 ms

Niesymetryczne pobudzanie impulsem napięciowym 5 ms

Page 14: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG
Page 15: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

Ustawienie źródła 20,35,10 impuls 2 ms

Page 16: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0 2 4 6 8 10 12 14frequency [Hz]

0

10

20

30

40am

plitu

de [

r.u.

]

Widmo fali alfa dla różnych elektrod

Page 17: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

4 .00 6 .00 8 .00 10 .00 12 .00C ZĘSTO TLIW O ŚĆ

-1 .00

0 .00

1 .00

2 .00

3 .00

AM

PLI

TU

DA

Obliczenia dla f1 = 8Hz, a1

= 0.5 i dla Ai=1, Bi=1. Pierwszyczłon z wyrazem Ai pokazujelinia niebieska, drugi B liniaczerwona. Suma przedstawionajest linią ciągłą czarną. Liniaprzerywana to przypadek sumygdy Ai=1 i Bi= - 1.

220

00 )()(

)()(

aff

aBffAFfF

Wkład poszczególnych składników w B&W

Page 18: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

221

0 )()(

)()(

ii

iiii

i aff

aBffA

f

FFfF

0 20 40 60 80 100

B

-4

-2

0

2A

EXP

1

2

3

4

5

1

2

3

45

Punkty pomiaroweobejmują tylkojedną półkulę

f1 = 10 Hza1 = 0.5 Hz

Page 19: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

0 20 40 60 80 100

B

-4

-2

0

2

4

AEXP

6

7

8

9

10

6

7

8

9

10

Page 20: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

9.8 10.0 10.2 10.4 10.6

FR EQ U EN C Y f [H z]

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

RE

SO

NA

NC

E W

IDT

H a

FR

OM

ME

AS

UR

EM

EN

TO

F E

EG

0.68

0.70

0.72

0.74

0.76

0.78

0.80

0.82

VA

LUE

a C

ALC

ULA

TE

D B

Y M

OD

EL

[Hz]

EXP

6

7

8

9

10

6

7

89

10

Szerokość rezonansu w zależności od częstotliwości

Model

Pomiar

221

0 )()(

)()(

ii

iiii

i aff

aBffA

f

FFfF

Page 21: Zjawiska rezonansowe w sygnałach EEG

Podsumowanie

Przy analizie rezonansów z tłumieniemnależy uwzględniać kształt rezonansu

Zastosowanie wzoru Breita-Wignera pozwala określić miejsce pobudzenia

Wzór B&W pozwala też określić tłumienie układu rezonansowego