Rezumat.stanescu.mirela

  • View
    33

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Semnale bioelectrice

Transcript

  • UNIVERSITATEA DIN BUCURETI FACULTATEA DE FIZIC

    TEZA DE DOCTORAT REZUMAT

    ABORDAREA INTERDISCIPLINAR A SEMNALELOR BIOELECTRICE

    CONDUCTORI TIINIFICI PROF. UNIV. DR. VICTOR GHEORGHE PROF. UNIV. DR. LAURA UGULEA DOCTORAND MARIANA MIRELA CIOFALC (STNESCU)

    BUCURETI 2012

  • 2

    CUPRINS INTRODUCERE/5 CAPITOLUL I - BIOSEMNALE I.1. BIOSEMNALE LA NIVEL CELULAR

    I.1.1. CELULA NERVOAS. IMPULSUL NERVOS / 10 I.1.2. CELULA MUSCULAR/ 12 I.1.3. ACTIVITATEA BIOELECTRIC A CELULEI NERVOASE/ 13

    I.2. BIOSEMNALE ELECTRICE LA NIVEL TISULAR I.2.1. ELECTROCARDIOGRAMA/ 15 ACTIVAREA ELECTRIC A INIMII/ 16 GENERAREA ELECTROCARDIOGRAMEI/ 19

    NREGISTRAREA ELECTROCARDIOGRAMEI/ 22 FORMAREA SEMNALULUI ECG/ 24 PARAMETRII PRECORDIALI / 27

    CARACTERISTICILE PARAMETRILOR ECG/ 28 I.2.2. ELECTROMIOGRAFIA / 31

    NOIUNI DE ANATOMIE I FIZIOLOGIE A TESUTULUI MUSCULAR/32 GENEZA SEMNALULUI EMG/ 33

    NREGISTRAREA ELECTROMIOGRAMEI. CARACTERISTICILE EMG /36 I.2.3. ELECTROENCEFALOGRAMA/ 40

    CREIERUL - GENERATOR BIOELECTRIC/ 40 NREGISTRAREA SEMNALULUI EEG/ 41 DISTRIBUIA ELECTROZILOR DUP SENSITIVITATE/ 42

    DESCRIEREA SEMNALULUI EEG/ 44 I.2.4. ACTIVITATEA ELECTRIC A OCHIULUI/ 47

    ELECTRO OCULOGRAMA/ 49

    CAPITOLUL II - PRELUCRAREA I INTERPRETAREA BIOSEMNALELOR UTILIZND APLICAII MATLAB II.1 STUDIUL ELECTROMIOGRAMEI DE SUPRAFA II.1.1. FACTORII PERTURBATORI AI SEMNALULUI EMG/ 53 II.1.2. METODE DE PROCESARE A SEMNALULUI EMG TRANSFORMATA WAVELET/ 54 REELELE NEURONALE N STUDIUL EMG/ 55 II.1.3. PROCESAREA I ESTIMAREA AMPLITUDINII EMG CU MATLAB FILTRAREA / NDEPRTAREA ZGOMOTULUI/ 57 TRANSFORMAREA WHITE / 58 COMBINAREA CANALELOR MULTIPLE/ 59 DEMODULAREA I RELINEARIZAREA/ 59 NETEZIREA SEMNALULUI/ 60 II.2. CONTRIBUII LA STUDIUL ELECTROMIOGRAMEI DE SUPRAFA (sEMG)/ 62

    PROCEDEU EXPERIMENTAL/ 64 REZULTATE EXPERIMENTALE /66 CONCLUZII/ 72

  • 3 POSIBILE ABORDRI DIDACTICE/73 II.3. ANALIZA ELECTROCARDIOGRAMEI (ECG) CU FUNCIILE WAVELET TRANSFORMATA WAVELET/ 74 ALEGEREA PROTOTIPULUI WAVELET PENTRU ECG/ 77

    STUDIUL EXPERIMENTAL AL PARAMETRILOR ECG CU WAVELET/ 80 PROTOCOL EXPERIMENTAL/ 83 REZULTATE EXPERIMENTALE I DISCUII/ 85 CONCLUZII/ 101 CAPITOLUL III. ABORDRI INTERDISCIPLINARE N PREDAREA FIZICII LA NIVEL DE LICEU III.1.CONCEPTE UTILE I ETAPE DE PROIECTARE DIDACTIC INTERDISCIPLINAR/ 104 III.2. ABORDRI DIDACTICE ALE BIOSEMNALELOR/ 108 UN CIRCUIT ELECTRIC BIOLOGIC MEMBRANA CELULAR/ 110 INTEGRAREA APLICAIILOR MATLAB N PREDAREA INTERDISCIPLINAR/ 110 STUDIUL EXPERIMENTAL AL ECG CU TRUSA VERNIER/ 118 REZULTATE I DISCUII/ 122 CONCLUZII/ 128 CONCLUZII GENERALE /130 BIBLIOGRAFIE /135 LISTA LUCRRILOR PROPRII/ 143

    MULUMIRI

    Adresez alese mulumiri Domnului Profesor Emerit Dr. Victor Gheorghe, conductorul tiinific al lucrrii, pentru ncrederea i oportunitatea oferit, de a m perfeciona printr-un stagiu doctoral, pentru tot suportul, sugestiile i aprecierile deosebit de valoroase acordate n perioada pregtirii i elaborrii tezei.

    Doamnei Profesor Univ. Dr. Laura ugulea i mulumesc pentru ncrederea acordat i pentru coordonarea tezei, pentru aprecierile stimulative i sugestiile primite n elaborarea tezei i pe tot parcursul carierei mele.

    Mulumirile mele sincere sunt adresate Domnului Profesor Univ. Dr. Aurel Popescu, pentru ndrumarea i suportul oferit n pregtirea teoretic a tezei. Domnului Confereniar Univ. Dr. Andrei Barboric i adresez calde mulumiri pentru ajutorul preios acordat n realizarea determinrilor experimentale, pentru aprecierile i sugestiile privind redactarea unor pri ale tezei.

    Doamnei Profesor Univ. Dr. Doina Gzdaru i mulumesc sincer pentru evaluarea pregtirii teoretice aferente stagiului doctoral.

    Mulumesc din suflet familiei mele, n special soului i fiului meu, pentru nelegerea i dragostea cu care m-au nconjurat.

  • 4

    INTRODUCERE

    Sistemele biologice, ce alctuiesc ntreaga lume vie, trebuie s rspund continuu la avalana de stimuli informaionali din mediu, pentru a funciona. Informaia, perceput prin diferite canale n organism, trebuie decodificat i procesat. Acesta comunic prin semnale la nivel micro- i macroscopic, ca un complex dual - i surs i receptor - n acelai timp. Toate informaiile vitale sunt transpuse de acest complex - organismul uman- n ritmuri i secvene sensibile la tot ce vibreaz n mediu. Structurile specializate, n prelucrarea i transmiterea informaiei, sunt legate vital unele de altele. La baza tuturor este celula procesorul, la nivel fundamental, al informaiei. Capacitatea celulei de a capta i emite informaie se perfecioneaz la nivelul esuturilor i organelor, din ce n ce mai complexe.

    Organismul uman reprezint sediul permanent al unor semnale spontane, complexe i induse de stimuli exteriori, cunoscute sub denumirea de biosemnale. Decodificarea acestora furnizeaz informaii despre structura, evoluia i relaiile dintre parametrii caracteristici. Studiul biosemnalelor, nregistrarea i procesarea lor, utilizarea lor n aplicaii bio-medicale face obiectul mai multor discipline tiinifice i inginereti.

    Biofizica este tiina care studiaz fenomenele care au ca sediu esutul biologic i care, prin integrarea cunotinelor complexe de fizic, matematic, chimie, biologie, caut i ofer soluii, n termeni fizici, la problemele biologice.

    Fizica medical contureaz soluii la problemele legate de practica medical. Bioingineria dezvolt aplicaii ale ingineriei n analiza sistemelor biologice, inclusiv a

    biosemnalelor. Bioingineria medical aplic metodele i dispozitivele ingineriei n aplicaiile bio-

    medicale. Istoria fizicii, a tiinelor naturii este marcat de momente notabile pentru conturarea

    biofizicii drept domeniu de avangard al cunoaterii. Interesul suscitat de biosemnalele de natur electric dateaz din cele mai vechi timpuri. Primul document scris care relateaz despre un eveniment bioelectric este o scriere hieroglif din anul 4000 i.c., care descrie ocurile electrice pe care pisica de mare le producea (cca 450V). Aristotel i Thales descopereau puterea chihlimbarului acum cca 2500 de ani [3]. Pn n sec.XVII, petii electrici rmn singurul exemplu de bioelectricitate menionat n literatura de specialitate, recomandai ntr-o scriere medical (46 d.c.) de Scribonius Largus pentru tratarea durerilor de cap. William Gilbert, medicul reginei Elisabeta I a Angliei, construiete primul instrument pentru evidenierea puterii atractive a chihlimbarului i denumete primul electricitatea i fenomenele electrice dup numele grecesc al chihlimbarului (electros). Lucrarea sa De Magnete reprezint un moment crucial n istoria electromagnetismului. Primele biosemnale neuromusculare au fost studiate de ctre Luigi Galvani, profesor de anatomie la Universitatea din Bologna. Stimularea electric accidental a nervului broatei a pus n eviden natura electric a contraciei musculare. Carlo Matteucci a fost primul care a msurat un curent bioelectric, folosind galvanometrul astatic; el a fcut prima msurtoare a impulsului muscular la broasc n 1838. In 1841, fiziologul german Emil du Bois-Reymond a repetat studiile lui Matteucci, cu

  • 5instrumente mbuntite. Englezul Ricard Caton pune bazele neurofiziologiei, prin studiile asupra activitii cerebrale (electroencefalograme) la maimue i iepuri, n 1875. Cel care a nregistrat i a identificat dou ritmuri cerebrale pe prima electroencefalogram (EEG) uman a fost Hans Berger, n 1924. nregistrarea activitii electrice a inimii de ctre Augustus Waller, n 1887, a deschis drumul ctre electrocardiografia modern, al crei pioner a fost Willem Einthoven, prin cercetrile sale ce au perfecionat dispozivele experimentale de diagnostic clinic. Descoperirile diodei electronice (Lee de Forest 1906) i tranzistorului (Bardeen i Brattain, 1948) au permis amplificarea biosemnalelor i msurarea lor cu precizie mbuntit i, nu n ultimul rnd, redimensionrii aparaturii medicale. Ultimele decenii sunt marcate de descoperirea unor tehnici i metode destinate explorrii funcionale, comportamentului structurilor biologice n prezena diferiilor stimuli, electrici i magnetici, testrii diferitelor tratamente, etc.

    Mai mult ca oricnd, biofizica trebuie s rspund att provocrilor teoretice, prin elaborarea de noi modele, ct i celor practice prin dezvoltarea de noi aplicaii i perfecionarea celor existente, prin suportul informaional pentru alte tehnologii. Ideea acestei teze a aprut ca o provocare- aceea de a ncerca s descifrez, la un nivel modest, cteva din mecanismele de generare, procesare i utilizare a biosemnalelor electrice, categoria cu cea mai mare popularitate n analiza funcional i diagnosticul clinic.

    n acest context, am considerat c tema semnalelor bioelectrice, abordat interdisciplinar, ofer oportuniti complexe de aprofundare. n pregtirea acestei lucrri, mi-am propus studierea ctorva dintre cele mai importante biosemnale pentru istoria i dezvoltarea tiinei . Elementul cluzitor care ghideaz studiile prezentate n aceast lucrare i asigur unitatea tra