450-2098/01 – Zpracování signálů v eHealth (ZSeH)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětuIng. Jan Kubíček, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Jan Kubíček, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
KUB631 Ing. Jan Kubíček, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 0+16

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu Zpracování signálů v eHealth je seznámit studenty s obecnými přístupy pro zpracování biologických signálů a specifickými přístupy, které jsou vztaženy ke konkrétním typům biologických signálů. V rámci předmětu budou diskutovány a analyzovány jednotlivé domény zpracování signálů: časová, frekvenční, a časově-frekvenční doména. Dále bude věnována pozornost základním přístupům pro filtraci a dekompozici biologických signálů s cílem extrakce klinických informací. Poslední část předmětu se bude věnovat základům zpracování EKG, EEG a EMG signálu.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři

Anotace

Základní charakteristiky a klasifikace biologických signálů. Časová analýza biologických signálů. Frekvenční analýza biologických signálů. Úvod do časově-frekvenční analýzy biologických signálů. Filtrace biologických signálů. Metody dekompozice a extrakce klinických parametrů biologických signálů. Základní metody pro analýzu EKG, EEG a EMG signálu.

Povinná literatura:

[1] KRAJČA, Vladimír a Jitka MOHYLOVÁ. Číslicové zpracování neurofyziologických signálů. V Praze: České vysoké učení technické, 2011. ISBN 978-80-01-04721-7. [2] UHLÍŘ, Jan a Pavel SOVKA. Číslicové zpracování signálů. Praha: České vysoké učení technické, 1995. ISBN 80-01-01303-0. [3] BRTNÍK, Bohumil a David MATOUŠEK. Algoritmy číslicového zpracování signálů. Praha: BEN - technická literatura, 2011. ISBN 978-80-7300-400-2. [4] HLAVÁČ, Václav a Miloš SEDLÁČEK. Zpracování signálů a obrazů. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2001 dotisk. ISBN 80-01-02114-9.

Doporučená literatura:

[1] JAN, Jiří. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. 2. upr. a rozš. vyd. Brno: VUTIUM, 2002. ISBN 80-214-1558-4. [2] GACEK, Adam a Witold PEDRYCZ, ed. ECG signal processing, classification and interpretation: a comprehensive framework of computational intelligence. London: Springer, c2012. ISBN 978-085729-867-6. [3] VONDRÁK, Ivo. Umělá inteligence a neuronové sítě. 2. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2002. ISBN 80-7078-949-2.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Studenti budou v průběhu semestru řešit samostatný semestrální projekt z oblasti zpracování biologických signálů. Semestr bude ukončen zápočtovou písemkou.

E-learning

Další požadavky na studenta

Nejsou definovány další požadavky na studenty.

Prerekvizity

Kód předmětuZkratkaNázevPovinnost
450-2097 PAT Prostředky asistivních technologií Povinná

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 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. Spektrální analýza biologických signálů: Fourierovy řady, Fourierova transformace, algoritmy pro výpočet FFT, spektrální hustota energie a výkonu, frekvenční spektra. 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. Počítačové laboratoře: Úvod do prostředí MATLAB a základní charakteristiky digitálních signálů. Implementace konvoluce pro zpracování biologických signálů. Implementace základních metod frekvenční analýzy: Fourierova řada a transformace, výpočet FFT. Návrh základních digitálních filtrů v prostředí MATLAB. Základní algoritmy pro zpracování EEG signálu. Implementace algoritmů pro filtraci a detekci významných úseků EKG signálu. Algoritmy pro zpracování PPG signálu. Analýza algoritmů pro časově-frekvenční analýzu signálů s důrazem na zpracování EMG signálu.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  21
        Zkouška Zkouška 60  31
Rozsah povinné účasti: V rámci cvičení bude řešeno 10 laboratorních úloh. Pro získání zápočtu je nutné mít účast na minimálně 80 % cvičení a odevzdat protokoly z těchto cvičení.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2022/2023 (B0714A060018) Biomedicínské asistivní technologie AT P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2022/2023 (B0714A060018) Biomedicínské asistivní technologie AT K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2021/2022 (B0714A060018) Biomedicínské asistivní technologie AT P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2021/2022 (B0714A060018) Biomedicínské asistivní technologie AT K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2020/2021 (B0714A060018) Biomedicínské asistivní technologie AT K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2020/2021 (B0714A060018) Biomedicínské asistivní technologie AT P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku