PředmětyPředměty(verze: 888)
Předmět, akademický rok 2020/2021
  
Biosignály a modely - M445016
Anglický název: Biosignals and models
Zajišťuje: Ústav počítačové a řídicí techniky (445)
Platnost: od 2020
Semestr: zimní
Body: zimní s.:4
E-Kredity: zimní s.:4
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:
Rozsah, examinace: zimní s.:2/1 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen / neomezen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Pro druh: navazující magisterské
Další informace: http://moodle.vscht.cz/course/view.php?id=119
Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán
povolen pro zápis po webu
Garant: Vyšata Oldřich MUDr. Ph.D.
Anotace -
Poslední úprava: Mareš Jan doc. Ing. Ph.D. (14.06.2018)
Předmět zahrnuje vybrané metody modelování biomedicínských dat a jejich analýzy s využitím příslušných informačních systémů. Vlastní tématika zahrnuje popis pořizování a analýzy vícekanálových biomedicínských dat a obrazů s jejich následným modelováním. Těžiště předmětu je v matematickém zpracování dat a ve fundovaném posouzení výsledků. Umožňuje tak studentům sjednocující pohled na zpracování biodat z inženýrského, biomedicínského a matematického hlediska s využitím prostředků výpočetní techniky a databázových systémů pro třídění informací.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (20.04.2018)

Studenti budou po absolvování předmětu umět modelovat základní biologické procesy na úrovni jednotlivých buněk, interakcí supin buněk, orgánů a celého organismu. K modelování biologických procesů v prostoru a čase budou schopní zpracovávat 1D, 2D a 3D signály. K testování odezvy organismu na vnější podněty budou schopni připravovat samostatně experimenty na zařízení Vernier (ke snímání teploty, tlaku, EKG, ventilačních parametrů a svalové aktivity) a Walter (ke snímání zrakových a kognitivních evokovaných potenciálů a EEG).

Literatura -
Poslední úprava: Mareš Jan doc. Ing. Ph.D. (14.06.2018)

Z: Reddy D.C.: Biomedical Signal Processing � Principles and Techniques, McGraw Hill, 2005,ISBN: 0070583889

D: Weitkunat R.: Digital Biosignal Processing, Elsevier, 1991, ISBN-10: 0444891447, ISBN-13: 978-0444891440

Z: Drongelen W., Signal Processing for Neuroscientists: An Introduction to the Analysis of Physiological Signals, Elsevier, 2007, ISBN-10: 0123708672

ISBN-13: 978-0123708670

D: Izhikevich E. M., Dynamical Systems in Neuroscience: The Geometry of Excitability and Bursting (Computational Neuroscience), The MIT Press, 2007, ISBN 0262090430, 9780262090438

Studijní opory
Poslední úprava: Mareš Jan doc. Ing. Ph.D. (26.04.2018)

www.honeywellprocess.com/

www.mathworks.com/

www.ni.com/

Sylabus -
Poslední úprava: Mareš Jan doc. Ing. Ph.D. (18.06.2018)

1. Přehled metod modelování biologických signálů, modelování řízení biologických systémů, homeostáza

2. Zobrazování signálů v časové a frekvenční oblasti, fázový portrét, Poincarého řezy, rekurentní zobrazení, typy signálů - deterministické, stochastické, fraktální a chaotické, výpočet základních charakteristik signálů, metody odstraňování rušivých složek

3. Chaos a dynamická analýza biologických signálů. Jednodimenzionální mapy a toky, dvoudimenzionální ekvilibria, chaotický dissipativní tok, Lyapunovovy exponenty, Kaplan-Yorkova dimenze, metody rekonstrukce stavového prostoru

4. Formáty biomedicínských dat: "Univerzální formát dat pro biosignály"(GDF, EDF), DICOM, proprietární formáty, databáze biologických signálů a "Data mining" metody, objektové a relační databáze

5. Analytický a po částech lineární model EKG, odhad parametrů normálního a patologického EKG. Komprese a přenos EKG

6. Modelování elektrické aktivity neuronu. Modelování reakce zástavy a rebound fenoménu, modelování sledování rytmu při fotostimulaci pomocí sítě chaotických neuronových oscilátorů. Modelování samoorganizace chaotických neuronových oscilátorů, modelování změn EEG při demenci

7. Modelování synchronizace v EEG, odhady globální synchronizace, anticipované synchronizace a synchronizace se zpožděním, fázové synchronizace. Diskrétní Hilbertova transformace, odhad okamžité fáze, odhad charakteristické frekvence.

8. Detekce, separace, lokalizace, klasifikace a modelování evokovaných potenciálů a sumačních akčních svalových potenciálů. Pronyho metoda

9. Kódování informace ve zrakovém a sluchovém analyzátoru, modelování komunikace v biomedicínských objektech, Grangerova kauzalita, spektrální Grangerova kauzalita, parciální směrová koherence, směrová přenosová funkce a kortikomuskulární koherence

10. Biostatistika, nejčastější chyby při testování hypotéz v biomedicínských studiích, statistické parametrické mapování a Bonferroniho korekce, metody využívané při epidemiologických studiích, testování hypotéz typu osoba v čase, Kaplan-Meierův estimátor, Weibull model, nelineární statistika,

11. Analýza textur v ultrazvukové diagnostice, segmentace, registrace, vizualizace a simulace, Procrustova metoda registrace, histogram kookurence, Haralickovy texturní příznaky

12. Trojrozměrná segmentace, klasifikace a modelování tkání z dvojrozměrných obrazů magnetické rezonance

13. Výběr příznaků biomedicínských dat, metody klasifikace, rozhodování a expertní systémy v medicíně

Cvičení: Automatická identifikace nádorů plic ze snímků počítačové tomografie plic

14. Pokročilé metody modelování v biologii a fyziologii, výhody a nevýhody Simulinku, jazyka Modelica, simulátor QCP, QHP/Hummod, Golem.

Studijní prerekvizity -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (20.04.2018)

žádné

Podmínky zakončení předmětu
Poslední úprava: Mareš Jan doc. Ing. Ph.D. (26.04.2018)

Vypracování a obhajoba pěti ročníkových projektů: 0 - 25 bodů

Ústní zkouška: 0-75 bodů

Celkové bodové hodnocení: 100-90 A, 89-80 B, 79-70 C, 69-60 D, 59-50 E, méně než 50 F.

Zátěž studenta
Činnost Kredity Hodiny
Obhajoba individuálního projektu 1 28
Účast na přednáškách 1 28
Práce na individuálním projektu 1 28
Účast na seminářích 1 28
4 / 4 112 / 112
 
VŠCHT Praha