Biosignály/přednáška

Biosignály (přednáška) = příprava prezentace na přednášku

((Ve dvojitých závorkách za nadpisy jsou komentáře))

Styl

L. měla: Běžné písmo: Liberation serif 24 Nadpis: Liberation serif 36 Zvýraznění: barva: červená 7

Mám: Běžné písmo: Liberation serif 32 Nadpis: Liberation serif 28 Zvýraznění: barva: červená

Obrázky png: 1024 x 768 (XGA)

Syllabus (původní)

Podle tohoto syllabu původně vzniukala přednáška

• Pojem biosignálu a jeho význam
• Biosignály neelektrické povahy, převodníky neelektrických veličin
• Elektrické projevy organismů a jejich subsystémů
• Elektrody; artefakty
• Nativní záznam, provokace a stimulace
• Zpracování a analýza biosignálů; pojem kanálu
• Diferenciální zesilovače a zapojení jejich vstupů
• Elektrokardiografie
• Elektroencefalografie

Syllabus (nový)

Tohle je upravený syllabus dle toho, co přednáška skutečně obsahuje

• Pojem biosignálu, terminologie
• Rozdělení biosignálů dle různých kriterií, co mají společné, čím se liší
• Vznik a různé podmínky vzniku biosignálů, jejich šíření
• Elektrické a neelektrické biosignály, snímače, elektrody
• Metodika snímání a záznamu biosignálů
• Příklady různých biosignálů a jejich popis: EKG, EEG, EMG, EP aj.
• Diferenciální zesilovač, jeho funkce, zapojení elektrod
• Zpracování a vyhodnocování biosignálů
• Biosignály v diagnostice a v terapii

Známé biosignály

((Některé biosignály už známe, z praktik, ze seminárních prací, ze života:))

Např:

• EKG = Elektrokardiografie (en: ECG)
• HRV = Variabilita srdeční frekvence (en: Heart Rate Variability)
• Doppler
• EEG = Elektroencefalografie
• EMG = Elektromyografie
• EP = evokované potenciály

... aj.

Terminologie

((Vysvětlíme na EKG, které známe))

EKG může znamenat:

EKG	EKG	EKG
Elektrokardiografie	Elektrokardiograf	Elektrokardiogram
vyšetřovací metoda	vyšetřovací přístroj	výsledek vyšetření = grafický záznam

✗ Další názvy pro to samé

• GSR = Galvanic skin response
  • EDR = Electrodermal response
  • PGR = Psychogalvanic reflex
  • SCR = Skin conductance response

... emoční arousal, cefalgie aj,

((Co mají společné? Elektřinu? Ale nemusí být jen elektrické:))

Rozdělení biosignálů

((V jakých oborech se co využívá))

• 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,

Dle vyšetřovaných orgánů

(Zpravidla druhé písmenko)

• ECoG = Elektrokortikografie (mozková kůra)
• EEG = Electroencefalografie (mozek)
• EGG = Elektrogastrografie, gastroenterografie (žaludeční a střevní svalovina)
• EKG = Elektrokardiografie (myokard)
• EMG = Elektromyografie (kosterní, obličejové aj. svaly, periferní nervy)
• ENG = Elektronystagmografie (pohyby očí při nystagmu)
• ENoG = Elektroneuronografie (periferní nerv)
• EOG = Elektrookulografie (klidový potenciál sítníce → pohyb očí)
• ERG = Elektroretinografie (oční sítnice)

Interní:

• ECoG = Elektrokortikografie (mozková kůra)
• EEG = Electroencefalografie (mozek)
• EGG = Elektrogastrografie, gastroenterografie (žaludeční a střevní svalovina)
• EKG = Elektrokardiografie (myokard)
• EMG = Elektromyografie (kosterní, obličejové aj. svaly, periferní nervy)
• ENG = Elektronystagmografie (pohyby očí při nystagmu)
• ENoG = Elektroneuronografie (periferní nerv)
• EOG = Elektrookulografie (klidový potenciál sítníce → pohyb očí)
• ERG = Elektroretinografie (oční sítnice)

Biofyzikální rozdělení

Dle fyzikálního charakteru biosignálu (Zpravidla první písmenko)

• Elektro (viz výše)
• Magneto (exp. využití)
  • MEG = Magnetoencefalografie
  • MKG = Magnetokardiografie (en: MCG)

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)

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 a plicní cirkulaci
• funkce dýchacího svalstva
• regulace dýchání

– komplikované testy, vyšetřuje se množství různých parametrů

Monitory

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

Srdeční revoluce

viz Kardiologie

Zobrazovací metody vs. biosignály

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

Pasivní a aktivní biosignály

• Pasivní: energie 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 (těmi se budeme převážně zabývat)

Biosignály dle místa vzniku

Hierarchická úroveň:

• subcelulární úroveň – pohyb iontů – lab.
• celulární úroveň – akční potenciály (myocyt, neuron) – lab, 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, vyšetření chůze aj.

Biosignály dle způsobu vzniku

• spontánní, nativní
• forsírování (donucení)
• zátěžové testy
• provokační testy
• evokace (zpravidla arteficielní podněty)

Př: Poklepat sousedovi na kalvu. Co je to za biosignál?

• pasivní biosignál – dle rezonance rozlišíme mozek, piliny, prázdnou dutinu (když bude pasivně sedět, nechá si mlátit do hlavy kladivem)
• evokace – kdybychom pomocí elektrod zjišťovali odezvu na jednotlivé údery – somatosensorické potenciály, kochleární potenciály,

Fyzikální veličiny

Dle snímané či → sledované fyzikální veličiny:

Elektrické a magnetické

• Elektrické
  • elektrické napětí U [V]
  • elektrický proud I [A]
  • → elektrický odpor R [Ω]
  • → elektrická impedance Z [Ω]
• Magnetické
  • → změny magnetická indukce B [T]

Mechanické

• poloha x [mm]
• úhel α[°]
• rychlost v [m/s]
• síla F [N]
• objem V [l]
• mechanické napětí σ[Pa]

Hydrodynamické

• tlak p [Pa]
• objem V [l]
• rychlost proudění [m/s]
• průtok [l/s]

Akustické

• akustický tlak p [Pa]
• akustická rychlost v [m/s]
• → intenzita zvuku I [W/m²
• → frekvence zvuku f [Hz]

Termické

• → teplota t [°C]

Optické

• emise záření
• absorpce záření
• reflexe

Chemické

• pH
• koncentrace
• parciální tlak plynů

ZBYTKY

• FEKG = Fetální EKG (FECG, Fetal ECG)
• PPG = penil
• PPG = Fotoplethysmografie (Photoplethysmography)

Odkazy

s: Biosignály z pohledu biofyziky