UNIVERSITATEA DE MEDICINA SI UNIVERSITATEA DE MEDICINA SI FARMACIE “Victor BabeFARMACIE “Victor Babeş”ş” TIMISOARA TIMISOARA

DISCIPLINA DEDISCIPLINA DE INFORMATICA MEDICALAINFORMATICA MEDICALA

http://moodle.http://moodle.umft.roumft.ro

CURSUL 7CURSUL 7

SEMNALE BIOLOGICESEMNALE BIOLOGICE

ACHIZITIE. ACHIZITIE. FILTRARE.FILTRARE.

SEMNALE PERIODICE.SEMNALE PERIODICE.

1. ACHIZITIA 1. ACHIZITIA SEMNALELOR SEMNALELOR

BIOLOGICEBIOLOGICE

1.1. DEFINITIE1.1. DEFINITIE EVOLUTIA IN TIMP A UNEI VARIABLE BIOLOGICEEVOLUTIA IN TIMP A UNEI VARIABLE BIOLOGICEEtapele de culegere a unui semnal biologicEtapele de culegere a unui semnal biologic

• 1.2. CLASIFICARE1.2. CLASIFICARE

• a) DUPA NATURA:a) DUPA NATURA:– ELECTRICE (ECG, EEG, EMG etc)ELECTRICE (ECG, EEG, EMG etc)

– NE-ELECTRICE (presiune, concentratie etc)NE-ELECTRICE (presiune, concentratie etc)

• b) DUPA EVOLUTIE:b) DUPA EVOLUTIE:– PERIODICE (ECG)PERIODICE (ECG)

– NEPERIODICE (EEG)NEPERIODICE (EEG)

• 1.3. SISTEME DE ACHIZITIE1.3. SISTEME DE ACHIZITIE• SEMNALE ELECTRICE : electroziSEMNALE ELECTRICE : electrozi

• NEELECTRICE: traductoriNEELECTRICE: traductori

(pH, presiune etc) (pH, presiune etc)

1.4. CONVERSIA1.4. CONVERSIA ANALOG - NUMERICA ANALOG - NUMERICA

a) ESANTIONAREAa) ESANTIONAREA• DISCRETIZARE PE AXA OX (- timp -)DISCRETIZARE PE AXA OX (- timp -)

• PERIOADA DE ESANTIONARE: TPERIOADA DE ESANTIONARE: Tee (s) (s)

– Intervalul de timp intre 2 “citiri” consecutive ale semnaluluiIntervalul de timp intre 2 “citiri” consecutive ale semnalului

• FRECVENTA DE ESANTIONARE : fFRECVENTA DE ESANTIONARE : fee (Hz) (Hz)

– Nr. de “citiri” in unitatea de timp (nr.cit / sec)Nr. de “citiri” in unitatea de timp (nr.cit / sec)

ffee = 1 / T = 1 / Tee (1)(1)

Exemplu: semnal inregistrat

ESANTIONAREESANTIONARE

ESANTIONAREESANTIONARE

ESANTIONAREESANTIONARE

• TEOREMA DE TEOREMA DE

ESANTIONAREESANTIONARE (Shannon)(Shannon)

ffee >= 2 . F >= 2 . Fmax max (2)(2)

• Frecventa de esantionare trebuie sa fie Frecventa de esantionare trebuie sa fie

cel putin egala cu dublul frecventei cel putin egala cu dublul frecventei

maxime a semnaluluimaxime a semnalului

• FRECVENTA NYQUIST : 2.FFRECVENTA NYQUIST : 2.Fmaxmax (Hz) (Hz)

Esantionare corectaEsantionare corecta

Shortcut to St.exe.pif

b) CUANTIZAREAb) CUANTIZAREA• DISCRETIZAREA INTENSITATII: AXA OYDISCRETIZAREA INTENSITATII: AXA OY

• INTERVALUL INTRE VINTERVALUL INTRE VMAXMAX SI V SI VMINMIN ESTE IMPARTIT IN “N” ESTE IMPARTIT IN “N”

TREPTE DE AMPLITUDINE TREPTE DE AMPLITUDINE

• VALOAREA UNEI CUANTE (trepte de ampl.): VALOAREA UNEI CUANTE (trepte de ampl.):

V = (V V = (V MaxMax - V - V minmin ) / N ) / N (3)(3)• REL. NUMARUL DE TREPTE – NR. DE BITI: nREL. NUMARUL DE TREPTE – NR. DE BITI: n

N = 2N = 2 n n (4)(4)

CuantizareaCuantizarea

1.5. CONVERTOARE A-N (CAN)1.5. CONVERTOARE A-N (CAN)

• FRECVENTA MAXIMA DE FRECVENTA MAXIMA DE ESANTIONARE (100 Hz - 1 MHz)ESANTIONARE (100 Hz - 1 MHz)

• NUMARUL DE BITI (8, 10, 12, 16)NUMARUL DE BITI (8, 10, 12, 16)

• DOMENIUL DE INTRARE DOMENIUL DE INTRARE (-10/+10 V,-1/+1 V, -0.01/+0.01 V)(-10/+10 V,-1/+1 V, -0.01/+0.01 V)

• NUMARUL DE CANALE NUMARUL DE CANALE (MULTIPLEXARE)(MULTIPLEXARE)

1.6. REPREZENTAREA 1.6. REPREZENTAREA FRECVENTIALAFRECVENTIALA

• a) REPREZENTAREA SEMNALELOR:a) REPREZENTAREA SEMNALELOR:– TEMPORAL TEMPORAL

Ampl = f (timp)Ampl = f (timp)

– FRECVENTIAL (spectru) FRECVENTIAL (spectru) Ampl = f (frecv)Ampl = f (frecv)

Exemplu: semnal sinusoidal de 1 Hertz si spectrul sau

Semnal de 2 HzSemnal de 2 Hz

Semnal mixt - suprapunereSemnal mixt - suprapunere

Shortcut to St.exe.pif

Spectrele diferitelor semnaleSpectrele diferitelor semnale

ANALIZA FOURIERANALIZA FOURIER• Definitie: DESCOMPUNEREA Definitie: DESCOMPUNEREA

SEMNALELOR IN COMPONENTELE SEMNALELOR IN COMPONENTELE LOR FRECVENTIALELOR FRECVENTIALE

• Tipuri de spectre: Tipuri de spectre: – AMPLITUDINEAMPLITUDINE– PUTERE (proportionala cu APUTERE (proportionala cu A22))

• REZOLUTIA SPECTRALAREZOLUTIA SPECTRALA– Unui semnal discret ii corespunde un spectru Unui semnal discret ii corespunde un spectru

discretdiscret– DEFINITIE: DEFINITIE: distanta intre doua puncte vecine in distanta intre doua puncte vecine in

spectruspectru– RELATIA CU LUNGIMEA EPOCII RELATIA CU LUNGIMEA EPOCII (durata (durata

semnalului inregistrat, in secunde)semnalului inregistrat, in secunde)

f = 1 / f = 1 / T T (5)(5)

1.7. Exemplu - problema1.7. Exemplu - problema

• Inregistram un semnal EMG folosind un CAN pe 10 biti, cu o frecventa de esantionare de 500 Hz, preluand epoci de cate 2 secunde. Semnalul de intrare are valori intre 0 si 100 mV. Calculati:

A) perioada de esantionare (in ms)

B) Frecventa maxima in spectru

C) Rezolutia spectrala

D) Numarul treptelor de amplitudine

E) Precizia de citire (valoarea unei cuante, cati mV corespund unui bit)

• DEF: filtrare = eliminarea (diminuarea) DEF: filtrare = eliminarea (diminuarea) zgomotelorzgomotelor

• 2.1. CLASIFICAREA ZGOMOTELOR 2.1. CLASIFICAREA ZGOMOTELOR (perturbatii):(perturbatii):

PERIODICE (zgomot roz = frecvente joase)PERIODICE (zgomot roz = frecvente joase) NEPERIODICE (zgomot alb)NEPERIODICE (zgomot alb)• 2.2. RAPORTUL SEMNAL / ZGOMOT 2.2. RAPORTUL SEMNAL / ZGOMOT (decibeli (decibeli

dB)dB)• 2.3. MODURI DE FILTRARE2.3. MODURI DE FILTRARE

– FILTRE ELECTRONICE (inainte de CAN)FILTRE ELECTRONICE (inainte de CAN)– FILTRE NUMERICE (dupa CAN)FILTRE NUMERICE (dupa CAN)

2.4. TIPURI DE FILTRE:Ox = frecv., Oy = % iesire

PRELUCRAREA PRELUCRAREA SEMNALELOR BIOLOGICESEMNALELOR BIOLOGICE

PERIODICEPERIODICESI NEPERIODICESI NEPERIODICE

3.1. UNDELE CARACTERISTICE3.1. UNDELE CARACTERISTICE

3.2. DEFINIREA PERIOADEI3.2. DEFINIREA PERIOADEI

3.3. FAZELE PRELUCRARII 3.3. FAZELE PRELUCRARII SEMNALULUI ECGSEMNALULUI ECG

• b) ELIMINAREA ARTEFACTELORb) ELIMINAREA ARTEFACTELOR• LINIA DE ZERO LINIA DE ZERO • NETEZIREA (0.25 + 0.5 + 0.25)NETEZIREA (0.25 + 0.5 + 0.25)

• c) TIPIFICAREA QRSc) TIPIFICAREA QRS• RECUNOASTEREA FORMELOR DE RECUNOASTEREA FORMELOR DE

COMPLEXE QRS COMPLEXE QRS

d) Tipificarea ST - Td) Tipificarea ST - T- boli coronariene- boli coronariene

e) Detectia undelor Pe) Detectia undelor Pf) Selectia ciclului tipic pentru calculef) Selectia ciclului tipic pentru calcule

• 3.4. ANALIZA ECG STANDARD:3.4. ANALIZA ECG STANDARD:• RITMRITM

• PARAMETRII GEOMETRICI:PARAMETRII GEOMETRICI:

– INTERVALEINTERVALE

– AMPLITUDINIAMPLITUDINI

– PANTEPANTE

3.5. ALTE ANALIZE:3.5. ALTE ANALIZE:• VECTOCARDIOGRAMEVECTOCARDIOGRAME

• MAPPING CARDIACMAPPING CARDIAC

• POTENTIALE TARDIVEPOTENTIALE TARDIVE

• ANALIZA ARITMIILORANALIZA ARITMIILOR

- p a u z a -- p a u z a -