Specjalizacja z fizyki medycznej Analiza sygnałów medycznych

Specjalizacja z fizyki medycznej
Analiza sygnałów medycznych
2016/2017
Zad. 1. Zapoznanie się z podstawowymi narzędziami
analizy sygnałów medycznych.
1. Informacje o kanałach (Display->Channel info)
2. Wstawianie, kopiowanie, usuwanie kanałów z sygnałem
a. duplicate waveform
b. remove waveform
c. insert waveform
3. Ustawianie kolejności wyświetlania kanałów
a. Display->Set wave position
4. Dziennik
5. Text annotation
6. Zmiana częstotliwości próbkowania (Transform → Resample
waveform)
7. Zaznaczanie zakresu zarejestrowanego sygnału
Prosta opcje pomiaru zarejestrowanego sygnału z listy z
rozwijanego menu:
8.
a. Value
b. Delta
c. P-P
d. Max
e. Min
f. Mean
g. BPM
h. Event count
i. Event amplitude
j. Event position
k.
Slope
Zad. 2. Analiza sygnału oddechowego Respiration
1. W programie AcqKnowledge otwórz plik Pulmonary2.acq z
przykładowym zapisem sygnału oddechowego (Raw Airflow) oraz
sygnały po obróbce: Filtered Airflow oraz Volume.
2. Dokonaj inspekcji wzrokowej sygnału
3. Rozpoznaj typ eventów oznaczających wdech i wydech,
zamieszczonych na sygnale Filtered Airflow
4. W programie AcqKnowledge otwórz plik Respiration.acq z
przykładowym zapisem sygnału oddechowego
5. Określ częstotliwość próbkowania, liczbę próbek, wartość
minimalną, maksymalną i średnią sygnału
6. Zmniejsz częstotliwość próbkowania do 50 próbek/sek
(Transform -> resample waveform)
7. Dokonaj filtracji sygnału. Zastosuj filtr pasmowy (Bandpass
FIR filter) pomiędzy 0.05 Hz a 1 Hz (Transform - > Digital filters > FIR - > Bandpass) z liczbą współczynników: 4000.
1.
Określ częstotliwość oddechu na minutę (BMP). Użyj
funkcji Find Rate (Analyze -> Find Rate), wybierz funkcję Rate
(BMP), wybierz detekcję na podstawie pozytywnego piku (positive
peak), odznacz funkcję usuwania linii bazowej (Remove Baseline),
odznacz funkcję wykrywania automatycznego progu sygnału (Auto
threshold detect), wpisz 0 jako próg sygnału. Upewnij się, że jest
zaznaczona opcja znajdywania szybkości dla całego sygnału
(Transform entire wave)
2.
Zatwierdź klikając OK, by wygenerować nowy kanał z
sygnałem częstotliwości oddechu (BPM, breaths per minute)
3.
Wyskaluj osie tak, by nowy sygnał był widoczny i czytelny
8. Dokonaj ręcznego pomiaru BPM ustawiając zakres pomiaru na
początku wdechu i końcu kolejnego wydechu
9. Wartość BPM powinna wynosić 6-20
10.
Na podstawie sygnału Rate, określ średnią częstotliwość
oddechu z całego sygnału
11.
W celu usunięcia fragmentu danych z artefaktami, użyj
narzędzia łączenia punktów pomiarowych (Connect endpoint)
1.
Ustaw kursor na kanale Rate tuż przed i tuż za
artefaktem
2.
Dokonaj interpolacji sygnału pomiędzy sygnałem z
artefaktem (Transform -> Math Functions -> Connect Endpoints)
12.
Określ wartość maksimum pików odpowiadających
poszczególnym oddechom w przetworzonym sygnale Respiration (PP value)
1.
Użyj funkcji Find Rate (Analyze -> Find Rate)
2.
Wybierz funkcję Peak Maximum
3.
Pozostałe opcje zaznacza tak jak w pkt. 9
13.
Wyznacz średnią amplitudę całego sygnału (na podstawie
maksimów pików)
1.
Dokonaj analizy Pulmonary airflow. Wybierz odpowiedni
kanał: przetworzony sygnał Respiration, utwórz nowy kanał dla
sygnału objętości oddechowej (tidal volume), ustaw wartość progu
dla bezdechu (ang. apnea threshold) = 0.01.
Zad. 3. Analiza sygnału czynności elektrycznej serca EKG
14.
W programie AcqKnowledge otwórz plik ECG LeadII.acq
z przykładowym zapisem sygnału EKG z II odprowadzenia
Einthovena.
15.
Dokonaj inspekcji wzrokowej sygnału w oparciu o
informacje teoretyczne dotyczące sygnału EKG. Zwróć uwagę na
jednostki skali czasu i amplitudy oraz czas trwania jednego cyklu i
zakres amplitudy dla poszczególnych załamków.
16.
Dokonaj podstawowej analizy sygnału EKG:
a. Zduplikuj oryginalny sygnał EKG i na nim dokonaj detekcji
oraz klasyfikacji uderzeń serca (Analysis -> Detect and
classify heartbeats)
b. Zduplikuj oryginalny sygnał EKG i na nim dokonaj lokalizacji
kompleksów EKG: załamka P, zespołu QRS, załamka T
(Analysis -> Detect ECG Complex Boundaries)
c. Powiększ sygnał tak, aby był widoczny jeden cykl pracy
serca i dokonaj na nim inspekcji wzrokowej otrzymanych
etykiet: p0, p, pe, qrs0, qrs, qrse, t0, biphasic positivenegative t, te. Co one oznaczają?
d. Korzystając z narzędzia Find Rate, utwórz dodatkowy graf z
sygnałem BPM (beats per minute). Wyznacz średnią wartość
tego sygnału. Co on oznacza?
e. Korzystając z narzędzia Event Amplitude Measurement,
wyznacz średnią wartość amplitudy załamka P (zgodną z
klasyfikatorem p) oraz średnią wartość amplitudy załamka R
(zgodną z klasyfikatorem qrs).
17.
Dokonaj analizy zmienności rytmu serca (Analysis ->
Heart Rate Valiability):
a. Wybierz ustawienie dla dorosłego człowieka
b. Do lokalizacji załamków R, Użyj detektora QRS
c. Ustaw minimum i maksimum BPM odpowiednio na 30 i 240
d. Wybierz próg lokalizacji załamka R na poziomie 50%
e. Ustaw częstotliwość próbkowania na minimum dwukrotność
najwyższej częstotliwości sygnału (kryterium Niquist’a). W
tym przypadku zostaw wartość domyślną 8 Hz
f. Ustaw zakresy częstotliwości – pozostaw wartości domyślne
g. W zakładce Output zaznacz wszystkie opcje: Display R-R
interval, Paste results to journal, Show raw tachogram,
Show interpolated tachogram, ustaw typ współczynnika
wyjściowego na LF+HF (low frequency + high frequency)
h. Po zatwierdzeniu, w Dzienniku pojawią się wartości
odległości między poszczególnymi załamkami R oraz wyniki
końcowe częstotliwościowej analizy zmienności rytmu serca.
Sprawdź na kilku pierwszych załamkach R, czy wartości
interwałów zgadzają się.
i. Wynikiem analizy są też trzy nowe grafy (w nowych
oknach): HRV Tachogram, HRV Interpolated RR oraz HRV
Spectrum.
j. Wylicz średnią wartość odległości RR z całego zapisu EKG
k. Detektor QRS używa algorytmu, który normalizuje zapis EKG tak,
że amplituda najwyższego załamka R przyjmuje wartość 1. „HRV
Tachogram” prezentuje wyniki obliczeń przeprowadzonych na tym
etapie z użyciem detektora QRS, który przedstawia wartości
odległości RR w funkcji liczby uderzeń (czyli liczby załamków R).
Opcja wyboru progu lokalizacji załamka R w ustawieniach
narzędzia do oceny HRV ustawia procentową wartość
najwyższego załamka Rmax, który musi być przekroczony, by
dany załamek mógł być określony jako R. Graf pt.
„Interpolowany tachogram” przedstawia interwały R-R po
zastosowaniu sześciennej interpolacji, czyli wartości odległości
RR w funkcji czasu. Na tej podstawie jest tworzony histogram
PSD (Power spectrum density) – gęstości mocy sygnału
[s2/Hz].
l. Wyliczona wartość statystyczna: „sympathetic ratio” oznacza
stosunek zbioru punktów pomiarowych z zakresu niskich
częstotliwości (low frequency) do zbioru punktów z całego
zakresu pomiarowego. Wartość „vagal ratio” oznacza
analogicznie stosunek zbioru punktów pomiarowych z
zakresu wysokich częstotliwości (high frequency) do zbioru
punktów z całego zakresu pomiarowego.
18. Na podstawie oryginalnego zapisu EKG, utwórz wykres
Poincare’go (Analysis -> Hemodynamic -> HRV Poincare Plot). Jest
to wykres 2-wymiarowy prezentujący korelacje między danymi
interwałami RRn a interwałami następującymi po nich RRn+1. Wykres
tworzy elipsę, której oś krótka daje informacje o krótkoczasowej
zmienności rytmu serca, a oś długa - o długoczasowej zmienności
rytmu serca.
Zad. 4. Analiza sygnału reakcji elektrodermalnej EDA (ang.
electrodermal activity)
19.
Analiza prostego sygnału EDA
20.
W programie AcqKnowledge otwórz plik EDA.acq z
przykładowym zapisem sygnału reakcji elektrodermalnej EDA.
21.
Dokonaj inspekcji wzrokowej sygnału w oparciu o
informacje teoretyczne dotyczące sygnału EDA (w szczególności
zapoznaj się z nazewnictwem używanym przy omawianiu zjawiska
reakcji elektrodermalnej: składowa toniczna SCL (ang. skin
conductance level) i fazowa SCR (ang. skin conductance response);
metoda bezpośrednia i pośrednia pomiaru reakcji elektrodermalnej;
spontaniczna/niespecyficzna odpowiedź elektrodermalna (NSSCR);
specyficzna odpowiedź elektrodermalna (SSCR)). Zwróć uwagę na
zakres wartości oraz amplitudę
22.
Dokonaj analizy sygnału reakcji elektrodermalnej
1. Na podstawie sygnału tonicznego utwórz sygnał fazowy
(Analysis -> Electrodermal Activity -> Derive Phasic EDA from
Tonic) używając filtra górnoprzepustowego
2. Porównaj oba sygnały
3. Dokonaj lokalizacji sygnałów SCR na ciągłym sygnale
tonicznym (Analysis -> Electrodermal Activity -> Locate SCRs)
4. Wykonaj pomiary otrzymanych sygnałów SCR: liczby
sygnałów, ich średniej amplitudy
23.
Dokonaj analizy sygnałów SCR związanych ze zdarzeniem
a. W programie AcqKnowledge otwórz plik EDA-Event
related.acq z przykładowym zapisem sygnału SCR
b. Wykorzystaj narzędzie do analizy specyficznych SCR (Analysis
-> Electrodermal Activity -> Event-related EDA analysis)
c. W oknie właściwości ustal okno czasowe dla lokalizacji SCR: 14s
d. W analizie ‘SSCR/NSSCR Summary Count options’ ustaw okno
czasowe dla zliczania niespecyficznych i specyficznych
odpowiedzi (Fixed time width epoch) na 1 min.
e. Rozpoznaj na grafie oryginalnym przypisane etykiety dla: SCR
(niebieskie krople) oraz specyficznych SCR (czerwone krople)
f. Co oznaczają nawiasy i dlaczego zostały umieszczone w tych
miejscach?
g. Na kanale z zapisem tonicznym wybierz jeden, dobrze
widoczny sygnał GSR
h. Na podstawie tego sygnału oraz definicji z instrukcji, określ co
oznaczają wszystkie parametry uzyskane w wyniku analizy
oraz sprawdź je na kilku innych sygnałach SCR