Biosignály

1. Biosignály

3. Obsah přednášky • Různé druhy biosignálů (jejich bohatství a čím se liší)‏ • Pojem biosignálu (co mají všechny společné)‏ • Metodika snímání a záznamu biosignálů • Zpracování a vyhodnocování biosignálů • Biosignály v terapii

4. Různé druhy biosignálů(jejich bohatství a jak se liší)‏ • známé biosignály • terminologie • biosignály v klinických oborech • biosignály elektrické a neelektrické povahy • biosignály dle vyšetřovaných orgánů • biosignály dle způsobu vzniku • biosignály dle fyzikálních veličin, snímače, převodníky

5. Terminologie

6. Biosignály dle klinických oborů(diagnostika)‏ • Kardiologie, interna aj: EKG, EGG • Porodnictví: FEKG • Neurologie: EEG, EMG, rychlost vedení, EP (VEP, AEP, BAEP, SSEP, ...), ENG, HRV • Psychologie: ERP (event-related)‏ • Oftalmologie: ERG, VEP • Audiologie, otologie AEP, BAEP

7. Monitory • Monitory životních funkcí (ARO) • EKG • oxymetrie [pO2] • kapnometrie [pCO2] • plicní ventilace • tělesná teplota • Holterovské monitorování (přenosné přístroje) • EKG • TK

8. Dle fyzikálního charakteru biosignálu • např.: • Elektro • EEG = Elektroencefalografie • EKG = Elektrokardiografie • Magneto • MEG = Magnetoencefalografie • MKG = Magnetokardiografie

9. Biosignály neelektrické povahy • (Často nám ani nepřijde, že se jedná o biosignál. Přístrojem na vyšetření biosignálu se stává třeba jen fonendoskop.)‏ • Běžná vyšetření: • Krevní tlak a jeho průběh • Teplota a její průběh • Auskultace (poslechové vyšetření – akustický signál)‏ • Perkuse (vyšetření poklepem – princip rezonátoru)‏

10. Dle vyšetřovaných orgánů • ECoG = Elektrokortikografie (mozková kůra)‏ • EEG = Electroencefalografie (mozek)‏ • EGG = Elektrogastrografie, gastroenterografie (hladká svalovina)‏ • EKG = Elektrokardiografie (myokard)‏ • EMG = Elektromyografie (svaly, periferní nervy)‏ • ENG = Elektronystagmografie (pohyby očí při nystagmu)‏ • ENoG = Elektroneuronografie (periferní nerv)‏ • EOG = Elektrookulografie (klid. potenciál sítníce → pohyb očí)‏ • ERG = Elektroretinografie (EP oční sítnice)‏

11. Plíce • Funkční vyšetření plic = Pulmonary Function Tests (PFTs)‏ • Spirometrie • Celotělový plethysmograf • Bronchokonstrikční a bronchodilatační testy • Vyšetřuje se: • plicní objemy, kapacity • průchodnost dýchacích cest • plicní pružnost • výměna plynů v plicích • funkce dýchacího svalstva • regulace dýchání • – komplikované testy, vyšetřuje se množství různých parametrů

12. Zobrazovací metody vs. biosignály • zobr. metody: zobrazení prostorových útvarů, anatomické struktury • biosignály: funkční vyšetření (fyziologické funkce, patfyz.)‏ • Často se oba pohledy prolínají či kombinují a doplňují, např: • zobrazovací metody → dynamické metody zobrazování, doppler • biosignály → mapování (např. brainmapping)‏

13. Brainmapping Fourierova transformace →výkonová spektra signálu na různých částech povrchu lebky

14. Pasivní a aktivní biosignály • Pasivní biosignál: • Energie vnějšího testovacího signálu prochází organismem, který s ní interaguje • (= princip zobrazovacích metod). • Výstupem je modifikovaný signál, např: • dopplerovský signál • perkuse (vyšetření poklepem)‏ • Aktivní biosignál: • zdrojem jejich energie je organismus

15. Biosignály dle místa vzniku • Hierarchická úroveň: • subcelulární úroveň – pohyb iontů – (exp. laboratoř)‏ • celulární úroveň – akční potenciály (myocyt, neuron) – laboratoř, exp. medicína; AP v klidovém EMG • Subsystém(nervosvalová ploténka, motorická jednotka, svalovina) – ploténkový šum, MUP (Motoric unit potential)‏ • orgán (srdce, mozek, sval, smyslový orgán) – sumační potenciál • celý organismus – např. stabilometrie, vyš. chůze aj.

16. Biosignály dle způsobu vzniku • Představa systému, vstupy systému, okolí systému: • spontánní, nativní • forsírování (donucení)‏ • zátěžové testy • provokační testy • evokace (zpravidla arteficielní podněty)‏ • Př: Poklepat sousedovi na kalvu. Co je to za biosignál? • pasivní biosignál, evokace, provokace, zátěžový test?

17. Biosignály dle fyzikální veličiny • Elektrické • Magnetické • Mechanické • Hydro-dynamické • Akustické • Termické • Chemické • atd.

18. Elektrické a magnetické • Elektrické • elektrické napětí U [V] • elektrický proud I [A] • → elektrický odpor R [Ω] • → elektrická impedance Z [Ω] • snímač: elektrody • Magnetické • → změny magnetické indukce B [T] • snímače: cívky, Hallova čidla

19. Mechanické • poloha x [mm], rychlost v [m/s], zrychlení a [m/s2] • objem V [l] • úhel α[°] • síla F [N] • mechanické napětí σ[Pa] • snímače: • proměnné kondenzátory,indukčnosti, potenciometry, ... • plethysmograf (objem)‏ • siloměry, tenzometry

20. Hydrodynamické • tlak p [Pa] • objem V [l] • rychlost proudění v [m/s] • průtok Q [l/s] • snímače: • manometry, tonometry • průtokoměry, turbínky, Pitotovy trubice

21. Akustické • akustický tlak p [Pa] • akustická rychlost v [m/s] • → intenzita zvuku I [W/m2 • → frekvence zvuku f [Hz] • snímač: • Mikrofon • dynamický • piezoelektrický • kondenzátorový, ...

22. Termické a optické • Termické • → teplota t [°C] • snímače: teploměry (termistory, termočlánky, kapalné krystaly...)‏ • Optické • emise záření • absorbce záření (extinkce)‏ • reflexe • snímače: fotodiody, fototranzistory, CCD, ...

23. Chemické • pH • Koncentrace roztoků • parciální tlak plynů • snímače: • pHmetry • optické metody: • oxymetr O2 • kapnometr CO2