Міністерство охорони здоровя України

львівський Національний медичний університет

Імені данила галицького

« Затверджено »

на методичній нараді

кафедри медичної інформатики .

Завідувач кафедри

________________________

«___»_____________ 2011 р.

Методичні рекомендації

для самостійної роботи студентів

при підготовці до практичного заняття

Навчальна дисципліна	Медична інформатика
Модуль №1	Основи інформаційних технологій в системі охорони здоров’я. Обробка та аналіз медико-біологічних даних
Змістовий модуль №2	Медичні дані. Методологія обробки та аналізу інформації
Тема заняття 5:	Візуалізація медико-біологічних даних Аналіз біосигналів. Методи обробки біосигналів
Курс:	ІІ
Факультет:	Медичний, стоматологічний

Львів - 2011

Актуальність теми. На сучасному етапі розвиток медичної діагностики нерозривно пов'язаний з візуалізацією внутрішніх структур біомедичних об'єктів. Існує багато різних видів візуалізації. Виникають нові методи, але вони не замінюють ті, що вже існують, а лише доповнюють їх. Різні методи візуалізації ґрунтуються на різноманітних фізичних взаємодіях електромагнітного випромінювання з матеріалами, середовищами, біотканинами і, як наслідок, забезпечують вимірювання різних фізичних властивостей цих об'єктів. До сучасних методів діагностики відносяться рентгенівське дослідження, рентгенівська комп'ютерна томографія, ультразвукове дослідження, магнітно-резонансна томографія та ін. Сучасна діагностика надає лікарям різноманітні способи виявлення не тільки морфологічних, а й функціональних змін, що відбуваються в органах людини, уражених хворобою.

За даними фізіологів, понад 90% поточної інформації про навколишній світ людина отримує через орган зору. Ще 30 років тому фантастичною була можливість отримувати майже реальне зображення внутрішніх органів. Сьогодні лікарі мають змогу бачити (візуалізувати) стан будь-якого внутрішнього органа людини на плівці або екрані монітора з роздільною здатністю до 1 мм не тільки у двовимірному (2D), але й у тривимірному (3D) вигляді (спіральна комп'ютерна томографія). З'явилася можливість віртуально повернути і роздивитися орган у різних ракурсах навіть під час функціонування (наприклад, скорочення серця) в реальному вимірі часу (кіно-МРТ (магнітно-резонансна томографія)). Удосконалені можливості тривимірних зображень дали змогу ефективніше супроводжувати хірургічні та інтервенційні процедури і революціонізували шляхи дослідження патологічних процесів

Зображення служить для подання інформації у візуальному вигляді. Воно є однією з найбільш зручних форм представлення інформації при діагностуванні органів людини в медицині. Ефективність сприйняття цієї інформації людиною залежить від багатьох чинників. Урахування впливу цих чинників можливе за умови вивчення цілого ряду питань, пов'язаних із способами отримання, властивостями зорового сприйняття та обробкою зображень.

Всі види життя, від клітин до організмів, подають сигнали біологічного походження. Такі сигнали можуть бути електричними (наприклад, деполяризація нервової клітини або біопотенціали серця), механічними (наприклад, звук, що генерується клапаном серця), або хімічними (наприклад, PCO₂ в крові). Такі біологічні сигнали можуть представляти інтерес для встановлення діагнозу, для моніторингу пацієнта, і біомедичного дослідження.

Живі організми генерують великий потік сигналів, часто прихованих у фоні інших сигналів і компонентів шуму. Головна мета обробки біосигналів - відфільтрувати сигнали що нас цікавлять від фону і зменшити надмірний потік даних до декількох, але доречних параметрів

Мета заняття: ознайомитися з основними типами зображень, методами отримання та опрацювання медичних зображень, розрізняти типи біосигналів, інтерпретувати принципи аналізу біосигналів, ознайомитися з основними етапами аналізу біосигналів.

Базовий рівень підготовки

Назви попередніх дисциплін	Отримані навики
Елективний курс «Європейський стандарт комп’ютерної грамотності»	Володіти навичками роботи з програмним забезпеченням компютера: вміти завантажувати графічний редактор, працювати з графічними файлами, змінювати параметри графічних об′єктів у середовищі графічного редактора, вміти завантажувати табличний процесор, вводити дані та формули до таблиць, виконувати елементарні операції над табличними даними

Перелік основних термінів:

Аналогове зображення - несе у собі інформацію неперервного характеру

Цифрове зображення подається у вигляді цифрової матриці, що зберігається в пам’яті комп’ютера

Векторне зображення складається з набору відрізків, багатокутників, кривих, що задані в деякій системі координат і описані математично.

Растрові зображення є двовимірним масивом, елементи якого (пікселі) містять інформацію про колір

Пі́ксель (pixel, скорочено від англ. PICture's ELement — елемент зображення) — найдрібніша одиниця цифрового зображення в растровій графіці.

Роздільна здатність - відстань між сусідніми пікселями, вимірюється в dpi (dot per inch - точках на дюйм) або ppi (pixel per inch - пікселах на дюйм)

Розмір растру - кількість пікселів по горизонталі та вертикалі

Кількість кольорів або глибина кольору – кількість біт на піксель.

Променеві (радіологічні) методи  метод отримання зображення органів або частин органів, що не сприймається безпосередньо зором, за допомогою різноманітних фізичних випромінювань та полів.

Нерадіологічними методами отримують зображення, що відзняті відеокамерою або сфотографовані.

Рентгенологіявикористовує іонізуюче випромінювання від джерела рентгенівських променів.

Комп'ютерна томографія (КТ) – методика пошарового рентгенологічного дослідження органів і тканин із застосуванням комп'ютерної обробки множинних рентгенівських зображень, виконаних під різними кутами, з подальшою реконструкцію зображення і визначенням щільності будь-якої ділянки цих тканин.

Ультразвукове дослідження (УЗД) метод візуалізації, що використовує ультразвукові хвилі і їхню здатність відбиватися від границь середовищ, що відрізняються за щільністю.

Магнітно-резонансна томографія - променевий метод дослідження, заснований на одержанні пошарових зображень, в основі якого лежить ядерно-магнітний резонанс - фізичне явище взаємодії зовнішніх магнітних полів з протонами ядер досліджуваної речовини.

Метод радiонуклiдного дослідження (РНД) ґрунтується на вимірюванні гамма-випромінювання радіофармацевтичного препарату (РФП), який вводять в організм з діагностичною метою.

Фільтри вирівнювання - забезпечують вирівнювання зображень з погляду яскравості і кольору.

Фільтри згладжування - забезпечують очищення зображень від шумів

Фільтри деталізації - забезпечують перетворення при межі (фазі), що може виражатися (залежно від застосованого фільтру) в посиленні різкості, виділенні меж об'єктів (фаз), деталізації об'єктів і т.д.

PACS (Picture Archiving and Communication System) система, що використовується для ефективної архівації та передачі зображень через комп’ютерні мережі

Біопотенціал– електрична напруга, що виникає в клітинах, органах і тканинах живих організмів у процесі їхньої життєдіяльності.

Детермінований сигнал– сигнал, визначений в будь-який момент часу.

Стохастичним сигналомназивають функцію часу, значення якої наперед невідомі і можуть бути передбачені лише з деякою ймовірністю

Пасивні дослідження- дослідження, при яких відсутня зовнішня дія на біологічний об'єкт і його сигнал має природний (нативний) характер.

Активні дослідження- дослідження, при яких сигнал Q(t) є наведеним (викликаним) зовнішньою дією (стимулом).

Електрокардіографія - графічна реєстрація та дослідження біопотенціалів, які виникають у серцевому м'язі під час серцевого циклу.

Реографія- дослідження кровопостачання органів на основі принципу реєстрації зміни електричного опору тканин внаслідок зміни кровонаповнення судин.

Електроенцефалографія- графічна реєстрація та дослідження сумарної електричної активності (біопотенціалів) мозку.

Електроміографія- графічна реєстрація та дослідження біоелектричних потенціалів, що виникають у м’язах людини при збудженні м’язових волокон.

Електроретинографія- дослідження функціонального стану сітківки ока на основі реєстрації біопотенціалів, які виникають у ній при світловому подразненні.

Електроокулографія - дослідження функції м’язів руху ока або функціонального стану зовнішніх шарів сітківки на основі графічної реєстрації зміни біопотенціалів ока при його рухах.

Електрогастрографія- графічна реєстрація та дослідження біопотенціалів шлунка, що характеризують його електричну активність , яка змінюється синхронно з ритмом перистальтики( скорочення м’язів ) стінки шлунка