2. PŘEDNÁŠKA 13. října 2015
Biosignály srdce II • analýza EKG –oblasti použití analýzy EKG signálu
• základní obrazy EKG • rušení signálu EKG (artefakty) – požadavky na zpracování signálu EKG
• úvod ke cvičení – filtrace síťového brumu – filtrace driftu izoelektrické linie – filtrace myopotenciálů
• pletysmogram • polygrafické metody • detekce vln v EKG signálu
Oblasti použití analýzy signálu EKG • krátkodobé klidové
Oblasti použití analýzy signálu EKG • krátkodobé klidové • zátěžové
Oblasti použití analýzy signálu EKG • krátkodobé klidové • zátěžové • monitorování (dlouhodobé) – „bed side“ – zpracování v reálném čase, alarmy
Oblasti použití analýzy signálu EKG • krátkodobé klidové • zátěžové • monitorování (dlouhodobé) – „bed side“ – zpracování v reálném čase, alarmy – Holter – záznam s redukcí dat, analýza ve zrychleném čase
Základní EKG obrazy
Normální sinusový rytmus NORMAL SINUS RHYTHM Impuses originate at S-A node at normal rate
All complexes normal, evenly spaced Rate 60 - 100/min
Sinusová bradykardie SINUS BRADYCARDIA Impuses originate at S-A node at slow rate
All complexes normal, evenly spaced Rate < 60 - 100/min
Sinusová tachykardie
SINUS TACHYCARDIA Impuses originate at S-A node at rapid rate
All complexes normal, evenly spaced Rate > 100/min
Respirační arytmie SINUS TACHYCARDIA Impuses originate at S-A node at rapid rate
All complexes normal, rhythm is irregular Longest R-R interval exceeds shirtest > 0.16 s
Flutter síní ATRIAL FLUTTER Impulses travel in circular course in atria
Rapid flutter waves, ventricular response irregular
Fibrilace síní ATRIAL FIBRILLATION Impuses have chaotic, random pathways in atria
Baseline irregular, ventricular response irregular
Komorová extrasystola (premature ventricular contraction, PVC) PREMATURE VENTRICULAR CONTRACTION A single impulse originates at right ventricle
Time interval between normal R peaks is a multiple of R-R intervals
Komorová tachykardie VENTRICULAR TACHYCARDIA Impulse originate at ventricular pacemaker
Wide ventricular complexes Rate> 120/min
Fibrilace komor VENTRICULAR FIBRILLATION Chaotic ventricular depolarization
Rapid, wide, irregular ventricular complexes
A-V blokáda, 1. stupeň A-V BLOCK, FIRST DEGREE Atrio-ventricular conduction lengthened
P-wave precedes each QRS-complex but PR-interval is > 0.2 s
Prodloužení srdečního cyklu při 1.-stupňové blokádě AV uzlu
A-V blokáda, 2. stupeň A-V BLOCK, SECOND DEGREE Sudden dropped QRS-complex
Intermittently skipped ventricular beat
Blokáda AV uzlu 2. řádu, III. svod
A-V blokáda, 3. stupeň A-V BLOCK, THIRD DEGREE Impulses originate at AV node and proceed to ventricles Atrial and ventricular activities are not synchronous
P-P interval normal and constant, QRS complexes normal, rate constant, 20 - 55 /min
Úplná AV blokáda
Blokáda pravého Tawarova raménka RIGHT BUNDLE-BRANCH BLOCK QRS duration greater than 0.12 s Wide S wave in leads I, V5 and V6
Blokáda levého Tawarova raménka LEFT BUNDLE-BRANCH BLOCK QRS duration greater than 0.12 s Wide S wave in leads V1 and V2, wide R wave in V5 and V6
Síňová hypertrofie RIGHT ATRIAL HYPERTROPHY
LEFT ATRIAL HYPERTROPHY
Tall, peaked P wave in leads I and II
Wide, notched P wave in lead II Diphasic P wave in V1
Hypertrofie pravé komory RIGHT VENTRICULAR HYPERTROPHY Large R wave in leads V1 and V3 Large S wave in leads V6 and V6
Hypertrofie levé komory LEFT VENTRICULAR HYPERTROPHY Large S wave in leads V1 and V2 Large R wave in leads V6 and V6
Infarkt myokardu 1. Akutní stadium (po hodinách)
2. Následné stadium (po dnech až týdnech)
3. Pozdní stadium (po měsících až letech)
1. filtrace % pasmova filtrace mezi 4 a 30 Hz % filtrace s nulovym fazovym posunem pasmova filtrace 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600 0
5
10
15
20
2. diferenciace Diferenční rovnice: 2-bodový diferenciátor
y[n] x[n] x[n 1]
3-bodový diferenciátor
y[n] 0,5 x[n] x[n 2]
5-bodový diferenciátor
y[n] 0,1 2 x[n] x[n 1] x[n 3] 2 x[n 4]
-40
0
0.5 ---> w
1
-0.5 -1
-20 -30 -40 -50
0
20 40 ---> n (vzorky)
0
60
0
0.5 ---> w
1
-0.5
0
-20
-40
-60 60
20 40 ---> n (vzorky)
1
0.2
Impulsní ch.
0
-10
---> |H(exp(j*w))|
-20
0
0.5
Impulsní ch.
0.5
0
---> |H(exp(j*w))|
0
Impulsní ch.
---> |H(exp(j*w))|
1
-60
5b. diferenciator
3b. diferenciator
2b. diferenciator 20
0
0.5 ---> w
1
1
1 0.5
0
0.5
2
0
---> Im
---> Im
---> Im
0.5
-0.5
4
0 -0.5
-0.5 -1 -1
-1 -1
-0.5
0 0.5 ---> Re
1
-0.5
0 0.5 ---> Re
1
-1 -1
-0.5
0 0.5 ---> Re
1
0.1 0 -0.1 -0.2
0
20 40 ---> n (vzorky)
60
2. diferenciace diferenciace 400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
-500 0
5
10
15
20
3. umocnění zvýraznění větších hodnot signálu a potlačení malých hodnot signálu 4
umocneni
x 10 18
16
14
12
10
8
6
4
2
0 0
5
10
15
20
4. vyhlazení MA filtrem 32-bodovy klouzavy prumer 4
vyhlazeni MA filtrem
x 10 2.5
2
1.5
1
0.5
0 0
5
10
15
20
5. prahování vypocet prahu pro detekci QRS
4
prahovani
x 10 2.5
2
1.5
1
0.5
0 0
5
10
15
20
6. detekce R špiček vypocet presne pozice (maximum) detekce R spicky 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600 8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
9
9.1
6. detekce R špiček vzdalenost R spicek [s] 0.9
0.8
0.7 0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0
5
10
15
20
25
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1500
1000
500
0
-500
-1000
-1500 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400 0
5
10
15
20
Hledání R špiček pomocí vzájemné korelace
• pletysmogram • polygrafické metody • detekce vln v EKG signálu
Fonokardiogram • Fonokardiogram je záznam srdečních zvuků a šelestů, které vznikají při činnosti srdce.
Fonokardiogram • Fonokardiogram je záznam srdečních zvuků a šelestů, které vznikají při činnosti srdce. • Dochází k otevírání a zavírání chlopní a ke změnám rychlosti proudění krve.
Fonokardiogram • Fonokardiogram je záznam srdečních zvuků a šelestů, které vznikají při činnosti srdce. • Dochází k otevírání a zavírání chlopní a ke změnám rychlosti proudění krve. • Spektrum zvuků a šelestů má diagnostický význam a lze podle něho činnost srdce posuzovat.
Fonokardiogram
Fonokardiogram snímací místa
nad uvedenými poslechovými místy jsou slyšitelné obě ozvy
Fonokardiogram snímací místa
nad uvedenými poslechovými místy jsou slyšitelné obě ozvy
srdeční ozvy – ohraničené krátce trvající zvuky vyvolané standardní činností myokardu
Vzájemný vztah EKG signálu, tlaku v aortě a srdečních ozev
Vzájemný vztah EKG signálu, tlaku v aortě a srdečních ozev
Fonokardiogram - I. ozva I. ozva (systolická) • • • • • •
způsobena systolou komor, při níž dochází k náhlému uzavření a.v. chlopní prudké zaklapnutí chlopní je provázeno zvukem počátek koinciduje s vrcholem R-vlny trvání 20 – 170 ms pásmo 15 až 800 Hz (150 Hz) delší a hlubší
Fonokardiogram - I. ozva I. ozva (systolická) • • • • •
způsobena systolou komor, při níž dochází k náhlému uzavření a.v. chlopní prudké zaklapnutí chlopní je provázeno zvukem počátek koinciduje s vrcholem R-vlny trvání 20 – 170 ms pásmo 15 až 800 Hz (150 Hz)
složky I. ozvy: 1. kmity a.v. chlopní při jejich uzavření na začátku systoly (25 – 45 Hz) 2. kmity stěn srdečních komor 3. otevření aortálních a pulmonálních chlopní 4. víření krve na začátku velkých tepen
Fonokardiogram - II. ozva II. ozva (diastolická) • • • • •
způsobena uzavřením aortálních a pulmonálních chlopní na začátku diastoly intenzita kolísá s výší krevního tlaku chlopní je provázeno zvukem zpravidla ke konci T-vlny trvání 50 – 140 ms pásmo 10 až 800 Hz (150 Hz)
Fonokardiogram - II. ozva II. ozva (diastolická) • • • • • •
způsobena uzavřením poloměsíčitých chlopní na začátku diastoly intenzita kolísá s výší krevního tlaku chlopní je provázeno zvukem zpravidla ke konci T-vlny trvání 50 – 140 ms pásmo 10 až 800 Hz (150 Hz) vyšší, náhlá, jasná
složky II. ozvy: Aortální a pulmonální
Fonokardiogram – III. a IV. ozva III. a IV. ozva • obtížně slyšitelné, registrovatelné pouze na fonokardiogramu • významně nižší úroveň signálu • pásmo 10 až 40 (70) Hz • III. ozva během během vlny U (konec rychlého plnění komory) • IV. ozva těsně před komplexem QRS (splývá s I. ozvou)
Fonokardiogram - šelesty Srdeční šelesty • vznikají jako důsledek víření krve; trvají déle než normální ozvy
Fonokardiogram - šelesty Srdeční šelesty • vznikají jako důsledek víření krve; trvají déle než normální ozvy • patologické (chlopňové vady) charakter je typický pro různé druhy srdečních vad
Fonokardiogram - šelesty Srdeční šelesty • vznikají jako důsledek víření krve; trvají déle než normální ozvy • patologické (chlopňové vady) charakter je typický pro různé druhy srdečních vad • fyziologické – nitrosrdeční a nitrocévní (zrychlení krevního toku u mladých osob) – mimosrdeční (srdečně plicní, osrdečníkové) vznikají v plicích, ale budí dojem srdečních šelestů
Fonokardiogram • spektrum fonokardiografických zvuků a šelestů sahá až do kmitočtu 4kHz • rozdělení signálu na kmitočtová pásma: nízké 35Hz střední 70Hz střední II 140Hz vysoké I 250Hz vysoké II 400Hz
Fonokardiogram
• Intenzita srdečních ozev a šelestů ve vztahu k prahu slyšitelnosti a k řeči
Normální 0.5
0
-0.5 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1
1.5
Time
Normální srdeční ozvy
2
Mitrální stenóza
Mitrální stenóza 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1.4
1.6
Time
Zesílená první ozva zní klapavě
1.8
Mitrální stenóza 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1
1.5
2
Time
Mitrální otvírací zvuk – přídatný zvuk ve 2.ozvě
Mitrální stenóza 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
Time
Průtokový diastolický šelest
Mitrální stenóza 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
Time
Presystolický šelest
1.8
Normální 0.5
0
-0.5 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1
1.5
Time
Normální srdeční ozvy
2
Mitrální regurgitace
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1.2
Time
Systolický šelest
1.4
1.6
1.8
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1
1.2
Time
Systolický šelest, vysoké frekvence
1.4
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1
1.2
Time
Systolický šelest typu crescendo
1.4
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1
1.2
Time
Pozdní systolický šelest typu crescendo
1.4
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1.2
1.4
1.6
Time
Systolické kliknutí a pozdní systolický šelest
Normální 0.5
0
-0.5 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1
1.5
Time
Normální srdeční ozvy
2
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1
1.2
1.4
Time
Holosystolický šelest (během celé systoly)
Mitrální regurgitace 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.8
1
Time
Třetí srdeční ozva
1.2
1.4
1.6
Mitrální regurgitace + mitrální stenóza 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1 Time
1.5
2
Všechny charakteristiky mitrální stenózy a mitrální regurgitace
Aortální stenóza
Aortální stenóza 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Time
Otevření aorty, časné systolické ozvy
1
Aortální insuficience 0.4 0.2 0 -0.2
0.2
0.4
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.6
0.8
1
1.2
Time
Silný systolický šelest, třetí ozva
1.4
Normální 0.5
0
-0.5 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1
1.5
Time
Normální srdeční ozvy
2
Pulmonální stenóza
Pulmonální stenóza 0.5
0
-0.5 0.2
0.4
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.6
0.8
Time
Systolický šelest
1
1.2
Trikuspidální nedomykavost
Trikuspidální nedomykavost 0.5 0 -0.5 -1 0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
Time
Holosystolický šelest, vysokofrekvenční, nižší během výdechu a silnější během nádechu
Defekt komorového septa
Defekt komorového septa 0.2
0
-0.2
0.2
0.4
0.6
0.8
1
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Time
Spojitý holosystolický šelest
1
Defekt síňového septa
Defekt síňového septa 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
1.2
1.4
Time
Rozštěpení druhé ozvy
1.6
1.8
Koarktace aorty
Koarktace aorty 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.2
0.4
0.6 Time
Systolický šelest
0.8
1
AV blokáda
AV blokáda 0.5 0 -0.5 -1 0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
Time
Pomalý srdeční rytmus, proměnná první ozva
Systémová hypertenze 0.5 0 -0.5 -1 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1 Time
Zesílená druhá ozva
1.5
Normální 0.5
0
-0.5 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
5000
Frequency
4000 3000 2000 1000 0 0
0.5
1
1.5
Time
Normální srdeční ozvy
2
Pletysmogram • změna objemu tkáně v závislosti na okamžitých změnách krevního tlaku
Pletysmogram • změna objemu tkáně v závislosti na okamžitých změnách krevního tlaku • je to dáno pružností krevního řečiště včetně tkáně, která ho obklopuje
Pletysmogram • změna objemu tkáně v závislosti na okamžitých změnách krevního tlaku • je to dáno pružností krevního řečiště včetně tkáně, která ho obklopuje • z objemových změn tkáně v daném místě lze hodnotit změny jejího prokrvení
Fotoelektrický pletysmograf • průsvitový • reflexní
– světlo prochází přes kapilární řečiště – změny tlaku krve souvisejících s činností srdce – mění se objem kapilár a způsobuje změnu absorpce, odrazu a rozptylu světla
Fotopletysmogram
Fotopletysmogram
Fotopletysmogram h SI T
a RI 100 b
Fotopletysmogram
Fotopletysmogram
Fotopletysmogram
• korelace PPG10% a systolického TK
Šíření pulsní vlny
Kontinuální měření krevního tlaku • s využitím Finapresu • s využitím invazivního měřiče krevního tlaku • aparatura použitá při měření ve FN Motol
Odhad tlaku na základě doby šíření (příklad)
Pozn.: pulsní oxymetrie
Biometrika • úder • otisk prstu • podpis • duhovka • řeč
• obličej • EKG • dlaň • FPG • DNA • svalové EAP
Biometrika • EKG
Biometrika náměty na semestrální práci
• fotopletysmogram
Biometrika náměty na semestrální práci
• svalové EAP
POLYGRAFICKÉ METODY • polykardiografie • polysomnografie • detektor lži
POLYKARDIOGRAFIE • elektrokardiografie – záznam elektrické činnosti srdce. Vyhodnocení součtu akčních potenciálů. • fonokardiografie – metoda snímající srdeční ozvy, případně šelesty, vznikající patologickými změnami na srdečních chlopních. • pletysmografie – tlakové změny odrážející činnost levého srdce
POLYKARDIOGRAFIE normalni, dospely muz
FKG
5
0
-5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3 cas [s]
3.5
4
4.5
5
EKG
5
0
-5
krkavice
5
0
-5
POLYKARDIOGRAFIE normalni, muz, 23 let
FKG
5
0
-5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3 cas [s]
3.5
4
4.5
5
EKG
4 2 0 -2
krkavice
5
0
-5
POLYKARDIOGRAFIE systolic murmur, aortic stenosis, divka, 11 let
FKG
5
0
-5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3 cas [s]
3.5
4
4.5
5
EKG
4 2 0 -2
krkavice
4 2 0 -2
POLYKARDIOGRAFIE FKG
pulmonary stenosis, ventricular septal defekt, pulmonary hypertense, divka, 14 mesicu 5
0
-5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1
1.5
2
2.5
3 cas [s]
3.5
4
4.5
5
EKG
4 2 0 -2
krkavice
5
0
-5
Signály z katetrů invazivní metody EKG psa
LV [mm Hg]
1500 1000 500 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 cas [s]
0.6
0.7
0.8
0.9
LA [mm Hg]
1300 1200 1100 1000
EKG
400 200 0
Signály z katetrů invazivní metody EKG psa
LV [mm Hg]
1500 1000 500 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5 cas [s]
6
7
8
9
LA [mm Hg]
1300 1200 1100 1000
EKG
400 200 0
Zpracování vícesvodového záznamu 1000 II (I, X) 0 -1000 0
1000
2000
3000
4000
5000
1000 V2 (VF, Y) 0 -1000 0
1000
2000
3000
4000
5000
1000 V6 (V2, Z) 0 -1000
4
0x 10
1000
2000
3000
4000
5000
4 2
2
2
diff(X) + diff(Y) + diff(Z) 2 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
Detekce signálů v EKG Předzpracování – filtrace – diferenciace – nelineární funkce (mocnění, medián) – korelace – transformace
Hledání R špiček pomocí vzájemné korelace
Detekce signálů v EKG Předzpracování – filtrace – diferenciace – nelineární funkce (mocnění, medián) – korelace – transformace
Rozhodovací pravidlo – práh (adaptivní)
Následné zpracování – zpřesnění hledaného bodu; klasifikace
Určení začátků a konců vln
Určení začátků a konců vln 1. Prahování derivovaného průběhu
Určení začátků a konců vln 1. Prahování derivovaného průběhu
1. Prahování derivovaného průběhu
function pfi=final(x,pma,dl,fs,pen,fac); % Nalezeni konce vlny prahovanim derivovaneho prubehu % x: vstupni signal % pma: pozice maxima (muze byt vektor) % l: delka okna v ms % fs: vzorkovaci frekvence % pen: 1 pro vzestupnou vlnu, -1 pro sestupnou % fac: prahovaci faktor (zlomek z maxima) % pfi: detekovane body vlny dl=dl*fs/1000; % prevod ms _ vzorky for i=1:length(pma) % od prvniho do posledni maxima xmu = x(pma(i):pma(i)+dl); % vyber aktualniho okna vlny xmud = diff(xmu); % diferenciace [m,n] = max(xmud*pen); % nalezeni maxima derivace xmud = xmud(n:length(xmud)); % omezeni okna k = find(pen*xmud<m/fac); % nalezeni vsech vzorku pod prahem k = k(1); % vzorek protinajici prah pfi(i)= pma(i)+n+k-1; % vypocet pozice end
Určení začátků a konců vln 2. Trojúhelníková metoda
Plocha vymezená třemi body bude největší, pokud jeden z bodů bude ležet v počátku
Detekce P vlny -
metody detekce a rozměření P vln vázaných na komplex QRS
-
metody detekce atriálního flutteru (fibrilací) metody detekce a rozměření nevázaných vln
-
Detekce P vlny detekce QRS komplexu
500
0
-500 10
11
12
13
14
15
14
15
detekce P vlny
500
0
-500 10
11
12
13
Detekce P vlny detekce QRS komplexu 1000 500 0 -500 -1000 0
5
10
15
20
15
20
detekce P vlny 1000 500 0 -500 -1000 0
5
10
Detekce P vlny detekce QRS komplexu 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
detekce P vlny 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Detekce P vlny detekce QRS komplexu 1000 500 0 -500 -1000 0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
detekce P vlny 1000 500 0 -500 0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Detekce P vlny detekce QRS komplexu 1000 500 0 -500 -1000 10.6 10.8
11
11.2
11.4 11.6 11.8
12
12.2 12.4 12.6
12
12.2
detekce P vlny 1000 500 0 -500 -1000 10.6
10.8
11
11.2
11.4 11.6
11.8
12.4
12.6
Laboratorní úloha č.7 Polykardiografie Cíle úlohy:
•
EKG – II. svod – –
•
Pletysmogram –
•
Vliv hlubokého dýchání Variabilita srdečního rytmu Určení rychlosti šíření tlakového pulsu v krevním řečišti
Fonokardiogram (FKG) – –
Detekce a segmentace signálů Spektrální analýza FKG
Laboratorní úloha č.7 Polykardiografie Pořízení biologických signálů: • standardní bipolární II. EKG svod, • • •
• • •
– elektroda na pravém zápěstí + elektroda na levé noze zemnící elektroda na pravé noze
pletysmograf na ukazováčku pravé ruky fonokardiograf je přidržován prsty levé ruky hrudník je obepnut pásem se snímačem pohybu (dechu)
Laboratorní úloha č.7 Nejprve probíhá měření po dobu 10 sekund v klidu mereni v klidu
II.svod
1 0 -1 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FKG
2 0 -2
dech
0.2 0 -0.2
pletysmogram
2 0 -2 ---> cas [sek]
Laboratorní úloha č.7 Poté se měření zopakuje při současném hlubokém dýchání mereni pri hlubokem dychani
II.svod
1 0 -1 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
FKG
5 0 -5
dech
0.5 0 -0.5
pletysmogram
2 0 -2 ---> cas [sek]
Laboratorní úloha č.7 Zpracování signálů: 1. Detekce R špiček v EKG signálu 2. Zobrazení variability srdečního rytmu (změn R-R intervalů) 3. Porovnání průběhu variability a dýchání
Laboratorní úloha č.7 1 0.5 0 -0.5 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
HVR [puls/min]
100
80
60 0.5
0
-0.5
Pan-Tompkinsonův algoritmus nalezení QRS
1. 2. 3. 4. 5.
PP diff(x) x2 MA práh
1. filtrace pasmova filtrace 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600 0
5
10
[b,a] = butter(2, [4 30]/(fs/2));
15
20
% filtrace mezi 4 a 30 Hz
2. diferenciace Diferenční rovnice: 2-bodový diferenciátor
y[n] x[n] x[n 1]
3-bodový diferenciátor
y[n] 0,5 x[n] x[n 2]
5-bodový diferenciátor
y[n] 0,1 2 x[n] x[n 1] x[n 3] 2 x[n 4]
-40
0
0.5 ---> w
1
-0.5 -1
-20 -30 -40 -50
0
20 40 ---> n (vzorky)
0
60
0
0.5 ---> w
1
-0.5
0
-20
-40
-60 60
20 40 ---> n (vzorky)
1
0.2
Impulsní ch.
0
-10
---> |H(exp(j*w))|
-20
0
0.5
Impulsní ch.
0.5
0
---> |H(exp(j*w))|
0
Impulsní ch.
---> |H(exp(j*w))|
1
-60
5b. diferenciator
3b. diferenciator
2b. diferenciator 20
0
0.5 ---> w
1
1
1 0.5
0
0.5
2
0
---> Im
---> Im
---> Im
0.5
-0.5
4
0 -0.5
-0.5 -1 -1
-1 -1
-0.5
0 0.5 ---> Re
1
-0.5
0 0.5 ---> Re
1
-1 -1
-0.5
0 0.5 ---> Re
1
0.1 0 -0.1 -0.2
0
20 40 ---> n (vzorky)
60
2. diferenciace diferenciace 400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
-500 0
5
10
15
20
3. umocnění zvýraznění větších hodnot signálu a potlačení malých hodnot signálu 4
umocneni
x 10 18
16
14
12
10
8
6
4
2
0 0
5
10
15
20
4. vyhlazení MA filtrem 4
vyhlazeni MA filtrem
x 10 2.5
2
1.5
1
0.5
0 0
5
10
15
20
5. prahování 4
prahovani
x 10 2.5
2
1.5
1
0.5
0 0
5
10
15
20
6. detekce R špiček detekce R spicky 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600 8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
9
9.1
function r=spicky(signal,fs) % Implementace algoritmu pro detekce QRS komplexu v EKG signalu % fs vzorkovaci kmitocet signal= signal-mean(signal); % odstraneni ss slozky N = length(signal); % delka signalu x_osa = [1:length(signal)]./fs; % horizontalni osa [b,a] = butter(2, [4 30]/(fs/2)); % pasmova filtrace signalf = (filtfilt(b,a,signal)); % filtrace s nulovym f.p. sig_dif=[diff(signalf);0]; % diferenciace EKG sig_2 = (sig_dif).^2; % umocneni signalu sig_ma = filtfilt([ones(1,32*5)/32*5],1,sig_2);% klouzavy prumer prah = mean(sig_ma); kpp=find(diff(sig_ma>prah)==1); kpn=find(diff(sig_ma>prah)==-1); for i=1:length(kpn) [m,nr(i)]=max(signal(kpp(i):kpn(i)));% vypocet presne pozice end r=kpp+nr'-1;
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1000
800
600
400
200
0
-200
-400
-600
-800 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1500
1000
500
0
-500
-1000
-1500 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu detekce R spicky 1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
-400 0
5
10
15
20
Analýza EKG signálu 2 0 -2 0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2 4
2 1 0 -1
x 10
100
200
300
400
500
600
700
800
900
100
200
300
400
500
600
700
800
900
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2 0 -2 2 1 0 -1
Variabilita srdečního rytmu vzdalenost R spic ek [s] 0.9
0.8
0.7 0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0
5
10
15
20
25
VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU je jev, který reprezentuje stav autonomního nervového systému řídicího srdeční činnost.
Variabilita srdečního rytmu v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 15 %
Variabilita srdečního rytmu v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 15 % vnitřní faktory (dány autonomní fyziologickou aktivitou – dýchání, oscilace tlaku krve, termoregulace);
Variabilita srdečního rytmu v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 15 % vnitřní faktory (dány autonomní fyziologickou aktivitou – dýchání, oscilace tlaku krve, termoregulace); vnější faktory (svalové a psychické zatížení, trávení, poloha, hluk, podnebí, počasí);
Měření variability srdečního rytmu •popis průběhu posloupnosti intervalů RR v časové nebo frekvenční oblasti
Měření variability srdečního rytmu
Měření variability srdečního rytmu
Variabilita srdečního rytmu 1 0.5 0 -0.5 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
HVR [puls/min]
100
80
60 0.5
dr=diff(r); vzdal_vz = [dr;dr(end)]; -0.5 0 stairs(r/fs,60./(vzdal_vz/fs)) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0
20
Variabilita srdečního rytmu 1 0.5 0 -0.5 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
HVR [puls/min]
100
80
60 0.5
0
-0.5
Laboratorní úloha č.7 Zpracování signálů: 4. Detekce maxim v pletysmogramu 5. Určení rychlosti šíření tlakového pulzu v krevním řečišti
Laboratorní úloha č.7 1 0.5 0 -0.5 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
pletysmogram
2
0
-2
sireni pulsu [m/s]
for i=1:length(r1)-1 1.8 [m,n(i)]=max(puls(r1(i)+10:r1(i+1))); end 1.7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pv=r1(1:end-1)+10+n'-1;
Laboratorní úloha č.7 1 0.5 0 -0.5 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
pletysmogram
2
0
sireni pulsu [m/s]
-2
1.8
1.7
Laboratorní úloha č.7 6. Nalezení maxima T vlny v EKG 7. Určení konce T vlny v EKG 8. Detekce 1. a 2. srdeční ozvy v FKG 9. PSD 1. a 2. ozvy
Laboratorní úloha č.7 1
0.5
0
-0.5 0
1
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3
4
5
6
7
8
9
10
1
FKG
0
-1
-2 1.ozva - zelene, 2.ozva - cervene 80
50
60
40 30
40
20 20
10 50
100
150
200
spektrum 1.ozvy
50
100
150
200
spektrum 2.ozvy
Laboratorní úloha č.7 1
0.5
0
-0.5 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 0.5 0 -0.5 -1
25 20
20
15
15
10
10
5
5
50
100
150
200
spektrum 1.ozvy
50
100
150
200
spektrum 2.ozvy
Laboratorní úloha č.7 10. Průměrovaná spektra 11. Vyhodnocení spekter ozev pomocí momentových charakteristik
Laboratorní úloha č.7 prumerovane spektrum 1.srdecni ozvy 0
-10
-20
-30 0
50
100
150
200
250
200
250
prumerovane spektrum 2.srdecni ozvy 0
-10
-20
-30 0
Signál
50
100
150
ozva 1.sp.moment [Hz] I. II.
2.sp.moment [Hz]
Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I
mom1
f I I
kde f je vektor příslušných frekvencí. Představuje těžiště rozložení energie ve spektru ,
Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I
mom1
f I I
kde f je vektor příslušných frekvencí. Představuje těžiště rozložení energie ve spektru ,
sp=(mean(abs(ozva11(:,2:250)).^2)); f = [1:length(sp)]*fs/length(sp)/2; mom_1 = sum(f.*sp)/sum(sp)
Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I
mom1
f I I
kde f je vektor příslušných frekvencí. Představuje těžiště rozložení energie ve spektru ,
Druhý spektrální moment je analogický statistickému rozptylu a je indikátorem rozprostření spektra
f I f I mom2 I I 2
2
Vyšší hodnotu druhého spektrálního momentu mají ty ozvy, jejichž energie je více rozprostřena přes celé spektrum
Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I
mom1
f I I
kde f je vektor příslušných frekvencí. Představuje těžiště rozložení energie ve spektru ,
Druhý spektrální moment je analogický statistickému rozptylu a je indikátorem rozprostření spektra
f I f I mom2 I I 2
2
Vyšší hodnotu druhého spektrálního momentu mají ty ozvy, jejichž energie je více rozprostřena přes celé spektrum
mom_2 = sqrt(sum((f.^2).*sp)/sum(sp) - mom_1.^2)
