Orvosi jelek szmtgpes feldolgozsa Egszsggyi informatika OK I

Orvosi jelek számítógépes feldolgozása Egészségügyi informatika ÁOK I. Tamus Zoltán Ádám adam. tamus@hotmail. com

Emlékeztető: Computer Aided Diagnosis and Therapy Mérés, adatgyűjtés Beteg Érzékelők Leválasztás Erősítés és szűrés A/D konverzió CAD & T Minta felismerés, osztályozás diagnózis Jellemző kinyerése Események, összetevők detektálása Orvos Analízis Jelfeldolgozás Szűrés

Digitalizálás Orvosi jelek számítógépes feldolgozása

A számítógépes jelfeldologozás folyamata Villamos jel Bemene ti eszköz A/D konverte r Számítógé p feldolgozás, tárolás Bináris számok D/A konverte r Kimene ti eszköz

Digitalizálás � Mintavételezés � Kvantálás

Mintavételezés �Probléma: A minták közti információ elveszik!! �Nyquist-Shannon kritérium: fs>2 f, 2 Ts<T • fs: mintavételi frekvencia �Alulmintavételezés (aliasing): Nyquist. Shannon kritérium nem teljesül • Visszafelé forgó kerék a moziban

Kvantálás �Számok hozzárendelése a mintákhoz • Legközelebbi érték

Kvantálás �Probléma: között” információ veszteség a „lépcsők

Visszaállított jel � Különbség az eredeti és a visszaállított jel között mint kvantálási zaj jelentkezik

Jel-zaj viszony �A jel lényeges részét ne fedje el a kvantálási zaj �Signal to Noise Ratio (SNR) �SNR=6, 08 n+1, 78 [d. B] • n: az A/D és a D/A átalakító bitszáma (~ a függőleges tengely felosztása)

Hang, mint jel Orvosi jelek számítógépes feldolgozása

Példa: hang digitalizálása �Hang jellemzői: • Frekvanciatartomány, sávszélesség �minimális mintavételi frekvencia • Dinamikatartomány, jel-zaj viszony �a használt átalakítók felbontása

Hang jellemzői I. �Frekvencia • • • 0 -20 Hz: Infrahang 20 Hz-20 k. Hz: Hallható hang 20 k. Hz-1 GHz: Ultrahang 1 GHz- 10 THz: Hiperhang Hangnyomás �A közeg nyomásingadozása (p) [Pa] • Hangintenzitás �az egységnyi felületre eső hangteljesítmény (I) [W/m 2]

Hang jellemzői II. � Intenzitásszint (Sound Intensity Level) [LI unit: d. B]: • I 0=10 -12 W/m 2 � Hangnyomásszint (Sound Pressure Level) [LP unit: d. B]: • p 0= 20 μPa

d. B(SPL) Forrás (távolság) 194 Elméleti határ, hanghullám esetén, 1 atmoszféra környezeti nyomásnál 180 A Krakatau vulkán robbanása 100 mérföldről (160 km) a levegőben 168 géppuska lövés 1 méterről 150 repülőgép sugárhajtómű 30 méterről 140 pisztolylövés 1 méterről 120 fájdalomküszöb; vonat kürt 10 méterről 110 gyorsító motorkerékpár 5 méterről; láncfűrész 1 méterről 100 légkalapács 2 méterről; diszkó belül 90 üzemi zaj, kamion 1 méterről 80 porszívó 1 méterről, zaj forgalmas utca járdáján 70 erős forgalom 5 méterről 60 iroda vagy vendéglő belül 50 csendes vendégő belül 40 lakóterület éjjel 30 szinházi csend 10 emberi lélegzet 3 méterről 0 emberi hallásküszöb; egy szunyog repülésésének hangja 3 méterről

Akusztikus jel feldolgozása példa: Phonocardiogram Orvosi jelek számítógépes feldolgozása

A phonokardiogram (PCG) �Az egyik legrégebben vizsgált orvosbiológiai jel (sztetoszkóp) �A PCG-t a szívösszehúzódások generálják (a szív és a vér együtt) �Rögzíthető: a mellkasra helyezett mikrofonnal, nyomásérzékelővel vagy gyorsulásérzékelővel

�A A phonokardiogram (PCG) szívhangok meghallgatási területei

A szívhangok �A szívhangokat nem a billentyűk mozgása generálja �Az egész kardiovaszkuláris rendszer rezonanciája okozza �Hasonló, egy vízzel töltött, rugalmas falú ballonhoz, ha oldalfalát „gerjesztjük”

A szívhangok �Egy szívciklus két szívhangból áll • Az első (S 1) és a második szívhangból (S 2)

A szívhangok keletkezése �Az S 1 a kamrai összehúzódás kezdetén jelentkezik (szisztolé)

A szívhangok keletkezése �Az S 2 a semilunaris billentyűk záródásakor keletkezik (diasztolé)

�Az első rezgés: • kamrai összehúzódás • a vér mozgása a pitvarok felé • Az atrioventricularis (AV-mitralis és tricuspidalis) • billentyűk záródása Az első szívhang

�A második komponens: • a bezárt AV billentyűk hirtelen feszülése • a vér lefékeződése Az első szívhang

�A harmadik komponens: • a semilunaris billentyűk (aorta és pulmonalis) nyitnak • a vér kilövellése a kamrákból • A vér oszcillációja az aorta kilépő pontja és a kamrafal között Az első szívhang

�A negyedik komponens: • Turbulencia keletkezik, ahogy kilövellő vér gyorsan áramlik az aorta és a pulmonalis artéra felszálló ágában Az első szívhang

A második szívhang �Az S 2 -t semilunaris billentyűk záródása okozza • A vér fékeződése vibrációt okoz az aortában • A rezgések áterjednek a kamrákra és a pitvarokra a véren és a billentyűkön keresztül

A második szívhang �Az S 2 -nek két komponense van • Első: az aortabillentyű záródása (A 2) • Második: a pulmonalis billentyű záródása (P 2) �A 2 néhány milliszekundummal megelőzi P 2 -t �Pathológiás esetben az időkülönbség megváltozhat, vagy A 2 és P 2 sorrendje felcserélődhet

A harmadik szívhang �Esetenként hallható • A kamra feltöltődési fázisának hirtelen befejeződése • Kis frekvenciás: a kamraizomzat ellazult állapotában van, és feltöltve vérrel

Szívzörejek �A S 1 -S 2 és a S 2 -S 1 intervallumok normális körülmények között nincsenek csendesek �A szívzörejeket bizonyos kardiovaszkuláris defektusok okozzák �A szívzörejek reltíve nagy frekvenciás, zajszerű hangok �Turbulenciák a vérárammal

Irodalom �Rangaraj M. Rangayyan: Biomedical Signal Analysis, IEEE Press/Wiley, New York, NY, 2002.

Gyakorlati feladatok � 1. Szívhangok analízise • A szívhang részeinek megfigyelése �Az S 1 és az S 2 részei • Pulzusszám meghatározása � 2. A szívhangok frekenciatartománybeli vizsgálata � 3. Szívzörejek megfigyelése idő- és frekvenciatartományban Minta file-ok: http: //adaminf. atw. hu program: Audacity http: //audacity. sourceforge. net/