7. PŘEDNÁŠKA 5. dubna fonokardiogram pletysmogram polygrafické metody detekce vln v EKG signálu úvod ke cvičení

Transkript

1 7. PŘEDNÁŠKA 5. dubna 218 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. 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.

3 Fonokardiogram

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

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

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

7 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

8 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

9 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)

10 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

11 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

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

13 Frequency Normální Time Normální srdeční ozvy

14 Mitrální stenóza

15 Frequency Mitrální stenóza Time Zesílená první ozva zní klapavě

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

17 Frequency Mitrální stenóza Time Průtokový diastolický šelest

18 Frequency Mitrální stenóza Time Presystolický šelest

19 Mitrální regurgitace

20 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolický šelest

21 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolický šelest, vysoké frekvence

22 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolický šelest typu crescendo

23 Frequency Mitrální regurgitace Time Pozdní systolický šelest typu crescendo

24 Frequency Mitrální regurgitace Time Systolické kliknutí a pozdní systolický šelest

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

26 Frequency Mitrální regurgitace Time Třetí srdeční ozva

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

28 Aortální stenóza

29 Frequency Aortální stenóza Time Otevření aorty, časné systolické ozvy

30 Frequency Aortální insuficience Time Silný systolický šelest, třetí ozva

31 Pulmonální stenóza

32 Frequency Pulmonální stenóza Time Systolický šelest

33 Trikuspidální nedomykavost

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

35 Defekt komorového septa

36 Frequency Defekt komorového septa Time Spojitý holosystolický šelest

37 Defekt síňového septa

38 Frequency Defekt síňového septa Time Rozštěpení druhé ozvy

39 Koarktace aorty

40 Frequency Koarktace aorty Time Systolický šelest

41 AV blokáda

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

43 Frequency Systémová hypertenze Time Zesílená druhá ozva

44 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

45 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

46 Fotopletysmogram

47 Fotopletysmogram

48 Fotopletysmogram SI h T RI a b 1

49 Fotopletysmogram

50 Fotopletysmogram

51 Fotopletysmogram korelace PPG1% a systolického TK

52 Pozn.: pulsní oxymetrie

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

54

55 POLYGRAFICKÉ METODY polykardiografie polysomnografie detektor lži

56 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

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

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

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

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

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

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

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

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

65 Hledání R špiček pomocí vzájemné korelace

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

67 Určení začátků a konců vln

68 Určení začátků a konců vln 1. Prahování derivovaného průběhu

69 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

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

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

72 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

73 Detekce P vlny 1 detekce QRS komplexu detekce P vlny

74 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

75 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

76 Detekce P vlny detekce QRS komplexu detekce P vlny

77 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

78 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)

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

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

81 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

82 HVR [puls/min] Laboratorní úloha č

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

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

85 ---> 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)

86 2. diferenciace 4 diferenciace

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

88 4. vyhlazení MA filtrem x vyhlazeni MA filtrem

89 5. prahování x prahovani

90 6. detekce R špiček 1 detekce R spicky

91 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;

92 Analýza EKG signálu 1 detekce R spicky

93 Analýza EKG signálu 1 detekce R spicky

94 Analýza EKG signálu 15 detekce R spicky

95 Analýza EKG signálu 14 detekce R spicky

96 Analýza EKG signálu x

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

98 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);

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

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

101 HVR [puls/min] Variabilita srdečního rytmu

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

103 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;

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

105 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

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

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

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

109 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.

110 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)

111 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

112 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