Upload
drbenjaminbutton
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/17/2019 Orv Inf Libre
1/17
ORVOSI INFORMATIKA ELMÉLET
1. Az orvosbiológiai jelfeldolgozás alapjai A iológiai jelek tulajdoságai
Az élő szerezet redszerekől épül fel, a redszerek alredszerekől, elyeke fiziológiaifolyamatok zajlanak.
Az élettai folyaatokat alailye jelek kísérik agy jeleke yiláulak eg. Jelek: kéiai, elektroos, fizikai
Redelleességek eseté ezek a jelek egáltozak. A iológiai jelek érzékelése
A jeleket érzékelhetjük kalitatí és katitatí ódo.
Az érzékelés időtől függőe - Skalár
-
Időfüggéy Diszkrét x[n] Folytonos x(f)
Digitális
Töáltozós Akiós poteiál, EKG, EEG, EMG, st.
Jelfeldolgozás élja
Iforáió gyűjtés -
érés, hogy egiserjük a redszert
Diagózis -
redelleesség egállapítása
Monitoring
- periodikus és folytoos iforáiók gyűjtése a redszerről
Terápia és kotroll - eaatkozás redszer iselkedésée
Kiértékelés -
az igéyek kielégítéséek izsgálata Adatgyűjtés ódszerei
Iazí
Nem-iazí
Aktí - a izsgált folyaat stiulálása
Passzí - sak egfigyelés, is stiuláió
Az ember-űszer redszer részei
Beteg
Igerlés agy eljárásód
Átalakítók -
Elektródok, szezorok
Jel kodiioálok - Erősítők, szűrők
Kijelzőeszközök -
Oszilloszkóp, oszillográf, oitor, yotató
Tároló, jelfeldolgozó és toáító eszközök - Mágesszalagos tárolók, A/D és D/A koerterek, száítógépek, teleetriai eszközök
Egyé eszközök -
Tápegységek, leálasztó eszközök Az ember-űszer redszer köeteléyei
Szigetelés - Legfotosa köeteléy, e érheti áraütés a eteget
8/17/2019 Orv Inf Libre
2/17
Működési tartoáy - A ért jel legkise és legagyo értéke közti tartoáy
Érzékeység -
Legkise érhető jeláltozás felotás
Liearitás - Része korrigálható
Hiszterézis
-
„Késés” a jeláltozás érésekor
Frekvencia-átitel - Érzékeység áltozása a frekeiától
Stailitás
Jel-zaj viszony
Potosság Az orosiológiai jelek feldolgozásáak ehézségei
Korlátozott a hozzáférhetőség a éredő jelhez
A iológiai jel erededőe áltozik
Kölsöhatás a külööző fiziológiai redszerek között
Az űszerek és az eljárásód hatása a redszerre
Fiziológiai űterékek és iterfereiák
A jelek kis eergiája
A eteg iztosága CAD (Computer Aided Diagnosis system) rendszer
CAD redszerek előyei
Az eer köye feliser külööző alakokat, de aritetikai űeleteket lassa égez. Egyszíiklus EKG jele uerikus adatok százaiól áll, eze egy egyszerű zajszűrések is óriási aszáításigéye.
Az eert efolyásolják a külső téyezők, a kedélyállapot st. Pl. Egy oitor folyaatos figyelésefárasztó, rossz dötéshozást eredéyezhet.
Az eer által égzett aalízis szujektí és kalitatí. A katitatí dötéshozás adatoko alapul,elyek feldolgozása száításigéyes.
Az eerre alapozott dötés e időfüggetle -
Időe áltozik a dötéshozó szeélye
8/17/2019 Orv Inf Libre
3/17
- Időe áltozik a dötéshozó tudása, képzettsége
A iológiai jelek iszoylag lassa áltozak, sászélességük éháy száz, ezer hertz. Így az o-lineés real-tie feldolgozás ár kise teljesítéyű száítógépekkel is lehetséges.
Off-lie aalízis az eltárolt adatokkal
2. Biológiai jelek Akiós poteiál
-
Mide iológiai jel alapja - A Na
+, K
+ és Cl- iook sejteráo keresztüli áralása okozza
- Nyugali poteiál A sejterá yugali helyzete köye átegedi a K+ és a Cl- ionokat, de nem
egedi át a Na+ ionokat. A erá pereailitása a K+ ionokra 50-100-szer nagyobb mint a Na+ ionokra A yugali poteiál értéke -…-100 mV
-
Depolarizáió Igerlés hatására egáltozik a erá tulajdosága, Na+ ionokat enged a sejt
elsejée. A létrejöő ioára toá öeli a erá áteresztő képességét a Na+ ionok
száára. A sejt elsejée a poteiál ő. A poteiál súsértéke V körüli érték.
- Repolarizáió
A depolarizáió sorá öekszik a erá pereailitása a K+ iook száára is, afeszültségfüggő K+ satorákak köszöhetőe.
Köze a erá Na+ io pereailitásasökke.
K+ áraolak ki a sejt elsejéől.
Visszaáll a yugali poteiál Időtartaa ideg- és izosejteke s,
szíizosejte -300 ms-
Mindent vagy semmit elv
-
Aszolút refrakter fázis s körül idegsejteke -
Relatí refrakter fázis éháy s idegsejtek eseté
8/17/2019 Orv Inf Libre
4/17
Elektroneurogram (ENG)
- Az akiós poteiál terjedési seességét éri egy adott idege.
- Mérhető tű elektródákkal agy a Ag-AgCl elektródákkal a testfelszíe - Az izomösszehúzódások sökketésére V feszültségű -300 μs időtartaú ipulzust
haszálak igerlésre -
Az ENG jel 10 μV agyságrede esik
-
Terjedési seességek: Idegeken: 45-70 m/s
Szíizoa: ,-0,4 m/s
8/17/2019 Orv Inf Libre
5/17
A pitvar-karai késleltetés: ,-0,05 m/s
-
Idegi megetegedések hatásárasökkehetek a ezetési seességek
Elektromiogram (EMG)
- Motoros egység - Single Motor Unit Action Potential (SMUAP)
- SMUAP . fázisú - 100-300 μV, 6- Hz, időtarta -15 ms-
Redelleességek eseté áltozik a frekeiája és az aplitudója.
Elektrokardiogram (EKG)
Elektroenkefalogram (EEG)
8/17/2019 Orv Inf Libre
6/17
- 10- elektróda redszer
-
Alapető ritmusok Delta (0,5- Hz: ély
alás Theta (4-8 Hz: alás
kezdeti fázisáa
Alfa (8- Hz: érepiheés köze
Béta > Hz: idegesfeszült alayoko
Elektrogasztrogram (EGG)
- A gyoor siaizo sejtjeiek elektroos aktiitása, k. s-os időközökét jeleik eg
-
Hasi elektródákkal rögzítik pl. elektród a gyoor tegelye eté és egy táolai refereia,így ipoláris jel
- Diagosztikai jeletősége ég is egalapoza
Phonokardiogram (PKG)
8/17/2019 Orv Inf Libre
7/17
Carotid Pulse (CP)
- A CP a yaki erőér felett rögzített yoásjel -
Szakaszai:
P perussio ae: a ér kilöellésekor a alkaráól T tidal ae: a felső testről isszaerődő hullá okozza D (dicrotic notch): az aortailletyű záródásakor jeleik eg
8/17/2019 Orv Inf Libre
8/17
DW diroti ae: az altestről isszaerődő hullá eredéye Rögzítés:pulzus érzékelőel - Hz tartoáya
Vibromiogram (VMG)
- Mehaikai rezgés, ai az EMG-t kíséri - Az izok hosszáak egáltozása okozza, rögzíthető testfelszíre helyezett ikrofoal .
gyorsulásérőel - Az EMG-el együtt rögzítik
Vibroarthrogram (VAG)
- Az izületek ozgatásakor az izület felszíé rögzített hag
-
Norál esete az izület ozgatása gyakorlatilag hagtala - Por sérülése eseté jellegzetes hangot ad- Boyolult az aalízise
3. A digitalizálás alapjai
Digitalizálás -
Mitaételezés Probléa: A iták közti iforáió eleszik!! Nyquist-Shannon kritériu: f s>2f, 2Ts
8/17/2019 Orv Inf Libre
9/17
Proléa: iforáió eszteség a lépsők között
Visszaállított jel
-
Külöség az eredeti és a isszaállított jel között itkatálási zaj jeletkezik
Jel-zaj viszony
-
A jel léyeges részét e fedje el a katálási zaj - Signal to Noise Ratio (SNR)
- SNR=6,08n+1,78 [dB]
n: az A/D és a D/A átalakító itszáa (~ afüggőleges tegely felosztása)
Példa: hag digitalizálása - Hang jellezői:
Frekaiatartoáy, sászélesség - iiális itaételi frekeia Diaikatartoáy, jel-zaj viszony - a haszált átalakítók felotása Frekvencia
0-20 Hz: Infrahang
20 Hz- kHz: Hallható hag 20 kHz-1 GHz: Ultrahang
1 GHz- 10 THz: Hiperhang
Hagyoás - A közeg yoásigadozása p [Pa] Hagitezitás - az egységyi felületre eső hagteljesítéy I [W/2]
8/17/2019 Orv Inf Libre
10/17
Itezitásszit Sound Intensity Level) [LI unit: dB]:
I0=10-12
W/m2
Hagyoásszit Sound Pressure Level) [LP unit: dB]:
p0= μPa
Gyakorlati feladat: Hagfeldolgozó progra haszálata http://audacity.sourceforge.net/
4. Phookardiogra vizsgálata Az egyik legrégee izsgált orosiológiai
jel (sztetoszkóp)
A PCG-t a szíösszehúzódások geerálják (a
szí és a ér együtt) Rögzíthető: a mellkasra helyezett
mikrofonnal, yoásérzékelőel vagygyorsulásérzékelőel
Szíhagok -
A szíhagokat e a illetyűk ozgásageerálja
- Az egész kardioaszkuláris redszerrezoaiája okozza
- Hasoló, egy ízzel töltött, rugalas falú
allohoz, ha oldalfalát „gerjesztjük”
http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/
8/17/2019 Orv Inf Libre
11/17
- Egy szíiklus két szíhagól áll: Az első (S1) és a ásodik szíhagól (S2)ű
A szíhagok keletkezése -
Az S1 a karai összehúzódás kezdeté jeletkezik (szisztolé
8/17/2019 Orv Inf Libre
12/17
- Az S2 a semilunaris illetyűk záródásakor keletkezik (diasztolé)
Az első szíhag - Az első rezgés:
karai összehúzódás a ér ozgása a pitarok felé Az atrioventricularis (AV-mitralis és
tricuspidalis)
illetyűk záródása
-
Második kopoes a ezárt AV illetyűk hirtele feszülése a ér lefékeződése
-
Harmadik komponens
a semilunaris illetyűk (aorta és pulmonalis)nyitnak
a ér kilöellése a karákól A ér oszilláiója az aorta kilépő potja és a
karafal között
8/17/2019 Orv Inf Libre
13/17
-
Negyedik komponens
Turbulencia keletkezik, ahogy kilöellő érgyorsa áralik az aorta és a puloalisartéra felszálló ágáa
Második szíhag -
Az S2-t semilunaris illetyűk záródása okozza A ér fékeződése iráiót okoz az
aortáa
A rezgések áterjedek a karákra és apitarokra a ére és a illetyűkökeresztül
- Az S2-nek két kopoese a Első: az aortailletyű záródása (A2) Második: a puloalis illetyű záródása
(P2)
-
A2 éháy illiszekudual egelőzi P2-t-
Pathológiás esete az időkülöség egáltozhat, agy A2 és P2 sorredje felserélődhet
Haradik szíhag-
Esetekét hallható
-
A kara feltöltődési fázisáak hirtele efejeződése - Kis frekeiás: a karaizozat ellazult állapotáa a, és
feltölte érrel
Szízörejek -
A S1-S2 és a S2-S1 intervallumok orális körüléyekközött iseek sedesek
- A szízörejeket izoyos kardioaszkuláris defektusokokozzák
-
A szízörejek reltíe agy frekeiás, zajszerű hagok - Turuleiák a éráraal
Gyakorlati feladatok
-
1. Szíhagok aalízise A szíhag részeiek egfigyelése - Az S1 és az S2 részei Pulzusszá eghatározása
-
2. A szíhagok frekeiatartoáyeli izsgálata - 3. Szízörejek egfigyelése idő- és frekeiatartoáya -
Minta file-ok: http://zoltanadam.fw.hu
-
program: Audacity http://audacity.sourceforge.net/
5. )ajszűrési eljárások az EKG jele EKG
- A szí elektroos aktiitása -
Az EKG jel köye rögzíthető a ellkasra agy a égtagokra Eithoe hároszög helyezettelektródákkal
- A hullá egáltozik külöféle kardioaszkuláris eláltozások eseté
http://zoltanadam.fw.hu/http://zoltanadam.fw.hu/http://zoltanadam.fw.hu/http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/http://audacity.sourceforge.net/http://zoltanadam.fw.hu/
8/17/2019 Orv Inf Libre
14/17
Eithoe hároszög:
EKG időfüggéye
8/17/2019 Orv Inf Libre
15/17
8/17/2019 Orv Inf Libre
16/17
Az EKG és a PCG kapsolata
Műterékek az EKG jele -
Fiziológiai iterfereiák Respiraió, ozgások, köhögések st. Az anyai EKG megjelenik a magzati EKG-ban
-
Elektroágeses iterfereiák
TV és rádióálloások, CRT oitorok, száítógépek, gázkisülő-lápák - )ajt eredéyezek az EKG jele
Zaj
- Jel
-
Determinisztikus jel:
Időfüggéye zárt ateatikai forátua felírható agy A egelőző értékekől eghatározható
- Ne deteriisztikus jel életleszerű jel:
Nem teljesítik a deteriisztikus jel feltételeit -
A zaj lehet életleszerű, strukturált deteriisztikus és fiziológiai
8/17/2019 Orv Inf Libre
17/17
)ajszűrés alapjai - Véletleszerű zaj: Statisztikai átlaga 0
-
Csökketése: Mozgó átlagolás (Moving Average MA filter) Általáos forája:
bk: szűrő együttható
Gyakorlati feladatok
- . )ajos EKG jel izsgálata - . EKG jel zajszűrése
o Ha agy Haig szűrőel 8-potos MA szűrőel
- Minta file-ok: http://zoltanadam.fw.hu
-
program: MS- Excel
Készült: Taus Ádá előadásai alapjá Készítette: Nagy Etele (2014) – Semmelweis Egyetem
http://zoltanadam.fw.hu/http://zoltanadam.fw.hu/http://zoltanadam.fw.hu/http://zoltanadam.fw.hu/