450-4075/02 – Zpracování biosignálů (ZBS)
| Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | Ing. Jan Kubíček, Ph.D. | Garant verze předmětu | Ing. Jan Kubíček, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | | |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je seznámení studentů s jednotlivými způsoby a metodami zpracování biosignálů. Veškeré znalosti si studenti ověří na praktických příkladech zpracování různých biosignálů v prostředí MATLAB.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Předmět se komplexně zabývá problematikou matematických metod pro zpracování a modelování biologických signálů a následnou extrakcí klinických informací. První část předmětu je fokusována na základní metody pro zpracování a analýzu biologických signálů v časové, frekvenční a časově frekvenční oblasti. Jednotlivé metody budou vždy zasazovány do kontextu reálných biologických signálů a praktických aplikací, které jsou úzce spojené s klinickou praxí. Významnou kapitolou předmětu je analýza a metody pro eliminaci šumu z biologických signálů. V tomto kontextu bude využíváno jak syntetických generátorů šumu, tak reálných šumových složek pro demonstraci a analýzu vlivu šumu na kvalitu diagnostické informace. Součástí této problematiky bude analýza nástrojů, které kvantifikují úroveň šumu a objektivně hodnotí efektivitu filtračních metod. V poslední části předmětu budou diskutovány konvenční matematické algoritmy, které jsou úzce propojeny se specifickými úlohami z oblasti zpracování biologických signálů. Bude řešena vizualizace a možnosti zpracování EEG. Algoritmy pro extrakci příznaků z EKG záznamu, jako je extrakce QRS komplexu, detekce R vrcholu a analýza srdeční variability (HRV). V poslední řadě se tento předmět bude věnovat problematice zpracování PPG, EMG, EGG, dýchacích a akustických signálů.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia: Dva testy průběžné kontroly, zkouška kombinovaná, uznání zkoušky pouze při úspěšném absolvování všech jejích částí. Podmínky udělení zápočtu: Dva testy průběžné kontroly max. po 20 bodech. Celkem max. 40 bodů, min. 21 bodů. Pro udělení zápočtu je vyžadována povinná účast na cvičeních minimálně 80% z proběhlých vyučovacích hodin.
E-learning
Další požadavky na studenta
Pro udělení zápočtu je vyžadována povinná účast na cvičeních minimálně 80% z proběhlých vyučovacích hodin.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přenášky:
Základní charakteristiky a klasifikace biologických signálů: počítačová reprezentace, diskretizace, typy, biologický původ, diagnostika, časová, frekvenční a časově frekvenční doména.
Konvoluční analýza biologických signálů: analýza spojité a diskrétní konvoluce.
Metody klasifikace biologických signálů: neuronové sítě, genetické algoritmy, učení bez učitele, shluková analýza.
Spektrální analýza biologických signálů: Fourierovy řady, Fourierova transformace, algoritmy pro výpočet FFT, spektrální hustota, spektrální hustota energie a výkonu, frekvenční spektra a okenní funkce.
Analýza šumu v biologických signálech: typy, původ, reprezentace, metody pro hodnocení šumu v signálech a zkreslení biologického signálu vlivem šumu.
Filtrace biologických signálů: syntéza analogových a číslicových filtrů, FIR a IIR filtry, notch filtr, rekurzivní filtry a frekvenční analýza filtru.
Analýza EEG signálu: reprezentace EEG signálu, metoda zhuštěných spektrálních kulis (CSA), topografické mapování elektrofyziologické aktivity, interpolace plošné informace, amplitudové a frekvenční mapování, lokální koherence a měření fáze.
Analýza EKG signálu: analýza šumu EKG signálu, reprezentace EKG signálu, algoritmy pro extrakci QRS komplexu, Pan-Tompkinsonův algoritmus, detekce R vrcholu, klasifikace EKG signálu a výpočet srdeční variability (HRV).
Analýza PPG signálu: analýza šumu PPG signálu, reprezentace PPG signálu, detekce systolické fáze srdce a porovnání srdeční frekvence z PPG a EKG záznamu.
Analýza EMG signálu: geneze, reprezentace, vlastnosti, snímání EMG signálu a základní metody zpracování.
Dýchací signály: analýza dýchacích křivek a plynů. Analýza plicních kapacit a objemů.
Elektrické signály oka: reprezentace, snímání, vlastnosti a zpracování EOG a ERG signálů.
Analýza EGG: analýza elektrické aktivity žaludku, elektrogastrogram, analýza v časové a frekvenční oblasti, frekvenční komponenty EGG záznamu, spektrogram a periodogram.
Analýza akustických biologických signálů.
Počítačová cvičení:
Základy zpracování signálů v prostředí MATLAB.
Konvoluční analýza biologických signálů.
Klasifikace biologických signálů.
Spektrální analýza biologických signálů.
Analýza šumu v biologických signálech.
Filtrace biologických signálů.
Analýza EEG signálu.
Analýza EKG signálu.
Analýza PPG signálu.
Analýza EMG signálu.
Analýza dýchacích signálů.
Analýza elektrických signálů oka.
Analýza EGG signálu.
Analýza akustických biologických signálů
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.