UFBM002 Medicínské diagnostické systémy a zpracování medicínských dat

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
zima 2016
Rozsah
2/2/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
Ing. Iveta Bryjová (přednášející)
Ing. Iveta Bryjová (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Předpoklady
Vhodné je absolvování předmětu UF/PA112 "Základy elektřiny a magnetismu".
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět seznamuje s vybranými medicínskými diagnostickými systémy na úrovni klinické i technologické, a se způsobem zpracování jejich datových výstupů. Cílem předmětu je demonstrovat posluchačům roli technologií a zpracování dat v soudobých diagnostických metodách. Součástí výuky je exkurze na vybraná nemocniční pracoviště.
Osnova
  • 1. Úvod do biologických systémů a signálů. Charakteristika, přenos informací a formy řízení, biologické signály a jejich klasifikace, základní dělení biosignálů.
    2. Systémy pro diagnostiku s 1D výstupem. Měření krevního tlaku - biofyzika a biomechanika krevního oběhu, metody měření krevního tlaku. Bioelektrické jevy v organizmu - podstata, vybrané vyšetřovací metody (EKG, EEG, EMG, kutometrie), analýza a zpracování signálů z EKG a EEG vyšetření.
    3. Systémy pro diagnostiku s obrazovým (2D) výstupem. US, RTG, CT, MRI, PET, SPECT, LDPI - fyzikální principy diagnostických metod, typické obrazové výstupy, způsoby zpracování dat.
    4. Zpracování medicínských dat I. Akvizice a předzpracování biologických dat. Digitalizace, vzorkování a kvantizace, aliasing. Filtrace. Trendy.
    5. Zpracování medicínských dat II. Spektrální analýza. Parametrické a neparametrické metody. Rychlá Fourierova transformace (FFT), odhad spektra, křížové spektrum, koherence, fáze. Zobrazování pomocí zhuštěných spektrálních kulis (CSA). EEG ? interhemisferická a lokální koherence. Topografické mapování elektrofyziologické aktivity. Brain mapping. Amplitudové a frekvenční mapování.
    6. Zpracování medicínských dat III. Metody automatické klasifikace. Učení bez učitele, metriky, normalizace dat. Shluková analýza, K-means algoritmus. Fuzzy množiny. Optimalizace počtu tříd. Neuronové sítě. Hebbovské učení. Multikanálové signály. Samoorganizující se metoda hlavních komponent. Učící se klasifikátory. Supervizované vs. nesupervizované učení. On-line klasifikace. k-NN klasifikátor (klasický, fuzzy).
    7. Zpracování medicínských dat IV. Adaptivní segmentace. Motivace. Nestacionarita biosignálů. Základní metody. Multikanálová on-line adaptivní segmentace. Extrakce příznaků.
    8. Zpracování medicínských dat V. Automatická detekce epileptických grafoelementů. Automatický detektor hrotů, aritmetický detektor, kombinovaný detektor. Metoda hlavních komponent a klasické filtrace pro detekci. EKG signál, digitální zpracování, vlastnosti. Kritéria digitalizace EKG, frekvenční analýza, filtrace, adaptivní filtrace. Redukce dat, holterovské techniky identifikace.
    9. Zpracování medicínských dat VI. Úvod do statistické metodologie, statistika v biomedicínském výzkumu. Základy teorie pravděpodobnost a základní pravděpodobnostní rozdělení. Popisná statistika. Testování hypotéz. ROC analýza.
    10. Implementace v systému Mathematica. Obrazové výstupy signálů, sonifikace EEG výstupů, mapování mozkové aktivity BrainMapping, metoda CSA.
    Další informace a studijní literatura jsou uvedeny zde (po zobrazení stránky klikněte postupně na složky "Kursy", "SUO-FPF", "1-ZS", "UFBM001-MeDiSysZpMeDat"):
Literatura
    doporučená literatura
  • Svatoš J. Biologické signály I. Geneze, zpracování a analýza. Skriptum ČVUT FEL, Praha, 1995. info
    neurčeno
  • Ullmann V. Aplikace ionizujícího záření. URL info
  • Najarian K. Biomedical Signal and Image Processing. CRC Press, 2005. ISBN 978-0849320996. info
Výukové metody
Přednáška s analýzou videozáznamu
Demonstrace
Projekce (statická, dynamická)
Individuální konzultace
Studijní praxe
Demonstrace dovedností
Metody hodnocení
Test
Analýza výkonů studenta
Zápočet
Projekt (zápočtový, semestrální, seminární)
Informace učitele
Zápočet: vypracování semestrálního projektu na zadané téma v rozsahu minimálně 4 a maximálně 20 normostran textu. Témata budou přidělena v průběhu semestru; seznam vybraných témat navržených vyučujícími je uveden na webových stránkách (viz sekce Obsah). Studenti mohou navrhnout vlastní téma a nechat si je schválit vyučujícími. Vítána jsou zejména témata, při jejichž zpracování si student aktivně procvičí získané znalosti.
Zkouška: pouze ústní, skládá se z jedné otázky z oblasti klinické a jedné otázky z oblasti monitorování. V případě mimořádně zdařilé semestrální práce ji lze po úspěšné diskusi se studentem uznat jako ekvivalent vykonání zkoušky klasifikované stupněm A.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 2014, zima 2015, zima 2017.