7. PŘEDNÁŠKA 6. dubna fonokardiogram pletysmogram polygrafické metody detekce vln v EKG signálu úvod ke cvičení

Transkript

1 7. PŘEDNÁŠKA 6. dubna 217 fonokardiogram pletysmogram polygrafické metody detekce vln v EKG signálu úvod ke cvičení

2 Fonokardiogram Fonokardiogram je záznam srdečních zvuků a šelestů, které vznikají při činnosti srdce.

3 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.

4 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.

5 Fonokardiogram

6 Fonokardiogram snímací místa nad uvedenými poslechovými místy jsou slyšitelné obě ozvy

7 Fonokardiogram snímací místa nad uvedenými poslechovými místy jsou slyšitelné obě ozvy srdeční ozvy ohraničené krátce trvající zvuky vyvolané standardní činností myokardu

8 Vzájemný vztah EKG signálu, tlaku v aortě a srdečních ozev

9 Vzájemný vztah EKG signálu, tlaku v aortě a srdečních ozev

10 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 2 17 ms pásmo 15 až 8 Hz (15 Hz) delší a hlubší

11 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 2 17 ms pásmo 15 až 8 Hz (15 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

12 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 5 14 ms pásmo 1 až 8 Hz (15 Hz)

13 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 5 14 ms pásmo 1 až 8 Hz (15 Hz) vyšší, náhlá, jasná složky II. ozvy: Aortální a pulmonální

14 Fonokardiogram III. a IV. ozva III. a IV. ozva obtížně slyšitelné, registrovatelné pouze na fonokardiogramu významně nižší úroveň signálu pásmo 1 až 4 (7) Hz III. ozva během během vlny U (konec rychlého plnění komory) IV. ozva těsně před komplexem QRS (splývá s I. ozvou)

15 Fonokardiogram - šelesty Srdeční šelesty vznikají jako důsledek víření krve; trvají déle než normální ozvy

16 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

17 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

18 Fonokardiogram spektrum fonokardiografických zvuků a šelestů sahá až do kmitočtu 4kHz rozdělení signálu na kmitočtová pásma: nízké střední střední II vysoké I vysoké II 35Hz 7Hz 14Hz 25Hz 4Hz

19 Fonokardiogram Intenzita srdečních ozev a šelestů ve vztahu k prahu slyšitelnosti a k řeči

20 Frequency Normální Time Normální srdeční ozvy

21 Mitrální stenóza

22 Frequency Mitrální stenóza Time Zesílená první ozva zní klapavě

23 Frequency Mitrální stenóza Time Mitrální otvírací zvuk přídatný zvuk ve 2.ozvě

24 Frequency Mitrální stenóza Time Průtokový diastolický šelest

25 Frequency Mitrální stenóza Time Presystolický šelest

26 Frequency Normální Time Normální srdeční ozvy

27 Mitrální regurgitace

28 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolický šelest

29 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolický šelest, vysoké frekvence

30 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolický šelest typu crescendo

31 Frequency Mitrální regurgitace Time Pozdní systolický šelest typu crescendo

32 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolické kliknutí a pozdní systolický šelest

33 Frequency Normální Time Normální srdeční ozvy

34 Frequency Mitrální regurgitace Time Holosystolický šelest (během celé systoly)

35 Frequency Mitrální regurgitace Time Třetí srdeční ozva

36 Frequency Mitrální regurgitace + mitrální stenóza Time Všechny charakteristiky mitrální stenózy a mitrální regurgitace

37 Aortální stenóza

38 Frequency Aortální stenóza Time Otevření aorty, časné systolické ozvy

39 Frequency Aortální insuficience Time Silný systolický šelest, třetí ozva

40 Frequency Normální Time Normální srdeční ozvy

41 Pulmonální stenóza

42 Frequency Pulmonální stenóza Time Systolický šelest

43 Trikuspidální nedomykavost

44 Frequency Trikuspidální nedomykavost Time Holosystolický šelest, vysokofrekvenční, nižší během výdechu a silnější během nádechu

45 Defekt komorového septa

46 Frequency Defekt komorového septa Time Spojitý holosystolický šelest

47 Defekt síňového septa

48 Frequency Defekt síňového septa Time Rozštěpení druhé ozvy

49 Koarktace aorty

50 Frequency Koarktace aorty Time Systolický šelest

51 AV blokáda

52 Frequency AV blokáda Time Pomalý srdeční rytmus, proměnná první ozva

53 Frequency Systémová hypertenze Time Zesílená druhá ozva

54 Frequency Normální Time Normální srdeční ozvy

55 Pletysmogram změna objemu tkáně v závislosti na okamžitých změnách krevního tlaku

56 Pletysmogram změna objemu tkáně v závislosti na okamžitých změnách krevního tlaku je to dáno pružností krevního řečiště včetně tkáně, která ho obklopuje

57 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

58 průsvitový Fotoelektrický pletysmograf 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

59 Fotopletysmogram

60 Fotopletysmogram

61 Fotopletysmogram SI h T RI a b 1

62 Fotopletysmogram

63 Fotopletysmogram

64 Fotopletysmogram korelace PPG1% a systolického TK

65 Šíření pulsní vlny

66 Kontinuální měření krevního tlaku s využitím Finapresu s využitím invazivního měřiče krevního tlaku aparatura použitá při měření ve FN Motol

67 Odhad tlaku na základě doby šíření (příklad)

68 Pozn.: pulsní oxymetrie

69 Biometrika otisk prstu duhovka obličej dlaň DNA úder podpis řeč EKG FPG svalové EAP

70 EKG Biometrika

71 fotopletysmogram Biometrika náměty na semestrální práci

72 svalové EAP Biometrika náměty na semestrální práci

73

74 POLYGRAFICKÉ METODY polykardiografie polysomnografie detektor lži

75 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

76 krkavice EKG FKG POLYKARDIOGRAFIE 5 normalni, dospely muz cas [s]

77 krkavice EKG FKG POLYKARDIOGRAFIE 5 normalni, muz, 23 let cas [s]

78 krkavice EKG FKG POLYKARDIOGRAFIE 5 systolic murmur, aortic stenosis, divka, 11 let cas [s]

79 krkavice EKG FKG POLYKARDIOGRAFIE pulmonary stenosis, ventricular septal defekt, pulmonary hypertense, divka, 14 mesicu cas [s]

80 EKG LA [mm Hg] LV [mm Hg] Signály z katetrů invazivní metody 15 EKG psa cas [s]

81 EKG LA [mm Hg] LV [mm Hg] Signály z katetrů invazivní metody 15 EKG psa cas [s]

82 Zpracování vícesvodového záznamu 1 II (I, X) V2 (VF, Y) V6 (V2, Z) -1 x diff(x) 2 + diff(y) 2 + diff(z)

83 Detekce signálů v EKG Předzpracování filtrace diferenciace nelineární funkce (mocnění, medián) korelace transformace

84 Hledání R špiček pomocí vzájemné korelace

85 Detekce signálů v EKG Předzpracování filtrace diferenciace nelineární funkce (mocnění, medián) korelace transformace Rozhodovací pravidlo práh (adaptivní) Následné zpracování zpřesnění hledaného bodu; klasifikace

86 Určení začátků a konců vln

87 Určení začátků a konců vln 1. Prahování derivovaného průběhu

88 Určení začátků a konců vln 1. Prahování derivovaného průběhu

89 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/1; % 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

90 Určení začátků a konců vln 2. Trojúhelníková metoda Plocha vymezená třemi body bude největší, pokud jeden z bodů bude ležet v počátku

91 Detekce P vlny - metody detekce a rozměření P vln vázaných na komplex QRS - metody detekce atriálního flutteru (fibrilací) - metody detekce a rozměření nevázaných vln

92 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

93 Detekce P vlny 1 detekce QRS komplexu detekce P vlny

94 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

95 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

96 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

97 Laboratorní úloha č.7 Polykardiografie Cíle úlohy: EKG II. svod Vliv hlubokého dýchání Variabilita srdečního rytmu Pletysmogram Určení rychlosti šíření tlakového pulsu v krevním řečišti Fonokardiogram (FKG) Detekce a segmentace signálů Spektrální analýza FKG

98 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)

99 pletysmogram dech FKG II.svod Laboratorní úloha č.7 Nejprve probíhá měření po dobu 1 sekund v klidu 1 mereni v klidu > cas [sek]

100 pletysmogram dech FKG II.svod Laboratorní úloha č.7 Poté se měření zopakuje při současném hlubokém dýchání 1 mereni pri hlubokem dychani > cas [sek]

101 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

102 HVR [puls/min] Laboratorní úloha č

103 Pan-Tompkinsonův algoritmus nalezení QRS 1. PP 2. diff(x) 3. x 2 4. MA 5. práh

104 1. filtrace 1 pasmova filtrace [b,a] = butter(2, [4 3]/(fs/2)); % filtrace mezi 4 a 3 Hz

105 ---> Im ---> Im ---> Im ---> H(exp(j*w)) Impulsní ch. ---> H(exp(j*w)) Impulsní ch. ---> H(exp(j*w)) Impulsní ch. 2. diferenciace Diferenční rovnice: 2-bodový diferenciátor 3-bodový diferenciátor 5-bodový diferenciátor y[ n] x[ n] x[ n 1] y[ n],5 x[ n] x[ n 2] y[ n],1 2 x[ n] x[ n 1] x[ n 3] 2 x[ n 4] 2 2b. diferenciator 1 3b. diferenciator.5 5b. diferenciator > w > Re > n (vzorky) > w > Re > n (vzorky) ---> w > Re > n (vzorky)

106 2. diferenciace 4 diferenciace

107 3. umocnění zvýraznění větších hodnot signálu a potlačení malých hodnot signálu x 1 4 umocneni

108 4. vyhlazení MA filtrem x vyhlazeni MA filtrem

109 5. prahování x prahovani

110 6. detekce R špiček 1 detekce R spicky

111 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 3]/(fs/2)); % pasmova filtrace signalf = (filtfilt(b,a,signal)); % filtrace s nulovym f.p. sig_dif=[diff(signalf);]; % 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;

112 Analýza EKG signálu 1 detekce R spicky

113 Analýza EKG signálu 1 detekce R spicky

114 Analýza EKG signálu 15 detekce R spicky

115 Analýza EKG signálu 14 detekce R spicky

116 Analýza EKG signálu x

117 Variabilita srdečního rytmu.9 vzdalenost R spicek [s] VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU je jev, který reprezentuje stav autonomního nervového systému řídicího srdeční činnost.

118 Variabilita srdečního rytmu v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 15 %

119 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);

120 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);

121 Měření variability srdečního rytmu popis průběhu posloupnosti intervalů RR v časové nebo frekvenční oblasti

122 Měření variability srdečního rytmu

123 Měření variability srdečního rytmu

124 HVR [puls/min] Variabilita srdečního rytmu dr=diff(r); vzdal_vz = [dr;dr(end)]; stairs(r/fs,6./(vzdal_vz/fs))

125 HVR [puls/min] Variabilita srdečního rytmu

126 Laboratorní úloha č.7 Zpracování signálů: 4. Detekce maxim v pletysmogramu 5. Určení rychlosti šíření tlakového pulzu v krevním řečišti

127 sireni pulsu [m/s] pletysmogram Laboratorní úloha č for i=1:length(r1) [m,n(i)]=max(puls(r1(i)+1:r1(i+1))); end pv=r1(1:end-1)+1+n'-1;

128 sireni pulsu [m/s] pletysmogram Laboratorní úloha č

129 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

130 FKG Laboratorní úloha č ozva - zelene, 2.ozva - cervene spektrum 1.ozvy spektrum 2.ozvy

131 Laboratorní úloha č spektrum 1.ozvy spektrum 2.ozvy

132 Laboratorní úloha č.7 1. Průměrovaná spektra 11. Vyhodnocení spekter ozev pomocí momentových charakteristik

133 Laboratorní úloha č.7 prumerovane spektrum 1.srdecni ozvy prumerovane spektrum 2.srdecni ozvy Signál ozva 1.sp.moment [Hz] 2.sp.moment [Hz] I. II.

134 Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I mom 1 f I I kde f je vektor příslušných frekvencí. Představuje těžiště rozložení energie ve spektru,

135 Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I mom 1 f I I kde f je vektor příslušných frekvencí. Představuje těžiště rozložení energie ve spektru, sp=(mean(abs(ozva11(:,2:25)).^2)); f = [1:length(sp)]*fs/length(sp)/2; mom_1 = sum(f.*sp)/sum(sp)

136 Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I mom 1 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 2 f I f I 2 mom I I Vyšší hodnotu druhého spektrálního momentu mají ty ozvy, jejichž energie je více rozprostřena přes celé spektrum 2

137 Laboratorní úloha č.7 První spektrální moment je dán váhovaným průměrem spektrálních čar I mom 1 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 2 f I f I 2 mom I I 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) 2