De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

8C120 - 2010 Inleiding Meten en Modellen – 8C120 Prof.dr.ir. Bart ter Haar Romeny Dr. Andrea Fuster Faculteit Biomedische Technologie Biomedische Beeld.

Verwante presentaties


Presentatie over: "8C120 - 2010 Inleiding Meten en Modellen – 8C120 Prof.dr.ir. Bart ter Haar Romeny Dr. Andrea Fuster Faculteit Biomedische Technologie Biomedische Beeld."— Transcript van de presentatie:

1 8C Inleiding Meten en Modellen – 8C120 Prof.dr.ir. Bart ter Haar Romeny Dr. Andrea Fuster Faculteit Biomedische Technologie Biomedische Beeld Analyse

2 8C Inleiding Meten en Modellen 8C120 Inleiding in de “Signaalanalyse” (vnl. 1-dimensionaal) Van belang voor BME (experiment) en ME (kliniek) Vervolgvakken (major): Casus “Beeldverwerking voor Pathologie” 8Q119 (1 e jaar) Signalen en Systemen 8E080 (2 e jaar) Medische Beeldvormende Systemen (3 e jaar) Medische Beeldanalyse, technieken en toepassingen 8D030 (3 e jaar) Vervolgvakken (minor): Digitale Signaalbewerking 8E070 Systeemanalyse en parameterschatten 8E030

3 8C De Meetcyclus ObjectSignaalMetingAnalyseInformatie

4 8C Meten & modellen: wetenschappelijk aanpakken  Probleemstelling  Waarnemen van verschijnselen  Informatie verzamelen via metingen  Hypothese(n) vormen  Experimenteren  metingen uitvoeren en zoeken naar verbanden  model (formule, wet, systeem)  Besluit vormen

5 8C De Meetcyclus ObjectSignaalMetingAnalyseInformatie Vb: hersenen hart huid bloedvaten cellen moleculen etc. Vb: encephalogram cardiogram laser reflectie ultrasound Doppler MR spectroscopie molecular imaging etc. Vb: surface potential vector potential doorbloeding bloedsnelheid kleuring biomarkers etc. Vb: wave classificatie ECG patronen spectrum vernauwing? metabolisme pathway etc. Vb: Pathway intact? Infarct? melanoom? ernst stenose? kanker? functie OK? etc.

6 8C Voorbeeld -probleemstelling: hoe werkt de zenuwgeleiding? -waarneming: vootrplantingssnelheid langs een zenuw -informatie verzamelen over signalen  looptijd, afstand -formuleer een hypothese + bedenk een experiment -voer experiment uit  meten -kun je een verklaring vormen voor de waarneming?

7 8C College 58E020 Inleiding Meten7 Neuron

8 8C De Meetcyclus: feedback ObjectSignaalMetingAnalyseInformatie Control en/of Feedback

9 8C De Meetcyclus: cardiofitness Hart Electrische potentiaal ECG Fourier analyse Hartslag Tempo aanpassen

10 8C Geleidingssysteem van het hart sinusknoop AV knoop linkerboezem bundel van His bundelvertakking en linkerkamer Purkinje systeem rechterkame r rechterboezem

11 8C “Electrocardiograaf” Willem Einthoven ( )

12 8C ElectroCardioGram (1903) Willem Einthoven Nobelprijs in 1924

13 8C De hersenen bevatten zenuwcellen De hersenen

14 8C Frenologie ca 1850 voorzichtigheid vriendschap ouderlijke liefde taal aanbidding flinkheid hoop goedwillendheid bewustzijn tijd menselijke natuur strijdlust vernietigingsdrang muziek

15 8C EEG : ElectroEncephaloGram + - μVμV

16 8C PAGE 16 Medical Signal Processing EOG ECG Respiration Chin EMG EEG-channels Fp1Fp2 CzC3C4T3T4 O1O2 Flow – Volume Curve: Obstructive Sleep Disordered Breathing EEG premature infants

17 8C Röntgen (X-ray) Wilhelm Röntgen maakte de eerste Röntgen opname in Hand met ring van Anna Berthe Röntgen

18 8C Röntgen (X-ray) Röntgenapparaat Angiogram m.b.v. contrastvloeistof

19 8C Magnetic Resonance Imaging (MRI) MRI scanner (Philips)MRI scan van het hoofd Slices

20 8C Computed Tomography (CT) CT scanner (Philips)CT scan van de hersenen

21 8C Echografie (2D)

22 8C D ultrasound

23 8C Echografie Halsslagader van een gezond persoon

24 8C Echografie Plaque in halsslagader van een patiënt

25 8C photon microscopy Witte bloedcellen in vat van een muis

26 8C photon microscopy Serie Z-slices van bloedvat van een muis

27 8C photon microscopy 3D reconstructie van bloedvat van een muis

28 8C Inleiding Meten & Modellen 8C120 In dit college: NIET: Imaging en beeldanalyse WEL:1-dimensionale signalen Voor een goede interpretatie van meetgegevens is begrip noodzakelijk: Biologie/fysiologie van het signaal Mogelijkheden/beperkingingen meetapparatuur Wiskunde van de signaalanalyse (Fourier etc.) Interpretatie van het resultaat

29 8C Overzicht van het college: Wat willen we meten? Definities en terminologie. Transducers en sensors. Analoog en digitaal, sampling, ADC en DAC. Versterkers en filters. Dynamisch gedrag, signalen, transferfunctie Complexe getallen Fourier transformatie Modellen met recursie vergelijkingen Modellen met PDE’s, analoge gebieden Model voor het ECG Model voor zenuwgeleiding

30 8C

31 Terminologie van meten & modellen Vaak meten we in mens of dier: In vivo (bijv. bloeddruk) Ex vivo (bijv. bloedsample) Op een bereik (range) van schaalgroottes: Cel Orgaan Lichaam

32 8C Biomedical Engineering metabolome physiome humanstissues / organs cellspathwaysmolecules Seconds proteometranscriptome Meters

33 8C Domeinen Signalen komen uit verschillende “domeinen”: Elektrisch: membraanpotentiaal, ECG Hemodynamisch: bloeddruk, stroomsnelheid Thermodynamisch: temperatuur Chemisch: cholesterol, pH

34 8C SI-eenheden GrootheidSI basiseenheid lengtemeter[m] massakilogram[kg] tijdseconde[s] elektrische stroom Ampere[A] temperatuur Kelvin[K] lichtsterkte candela[cd] hoeveelheid stofmole[mol]

35 8C Prefixen en symbolen FactorPrefixSymbol teraT 10 9 gigaG 10 6 megaM 10 3 kilok 10 2 hectoh decid centic millim microµ nanon picop femtof attoa

36 8C Analoog versus digitaal Analoog: continu, iedere waarde mogelijk Digitaal: discreet in tijd en/of waarde AD converter: analoog  digitaal DA converter: digitaal  analoog Sensoren geven meestal analoog signaal Conversie naar digitaal signaal voor verdere bewerking (bijv. m.b.v. computer)

37 8C Continu versus sampling (bemonstering) Continu: signaal wordt continu gevolgd in de tijd Sampling: signaal wordt bemonsterd op vooraf gedefinieerde tijdstippen Sampling frequency f s : aantal samples per seconde Sample-hold: gemeten waarde wordt vastgehouden tot volgende bemonstering

38 8C Bemonstering volgens sample & hold Een te lage sampling frequency f s geeft een verkeerde indruk van het signaal Hoe hoger f s, hoe beter de representatie van het signaal Best: 2x maximale frequentie (Nyquist frequentie) tijd [uren]  Waterhoogte [m]

39 8C Klassen van signalen 1.Constant: geen variatie in de tijd 2.Stochastisch: willekeurige variatie in de tijd (niet voorspelbaar) 3.Periodiek: eindeloze herhaling met vaste periode T, frequentie f en golflengte λ 4.Transient: Signaal gedempt na verloop van tijd Constant TransientPeriodiek Stochastisch tijd 

40 8C Voorbeelden van EEG signalen Klasse van het signaal is niet altijd even duidelijk

41 8C Voorbeeld Zijn de volgende geluiden constant, periodiek, transiënt, stochastish of een combinatie? Een sirene Een paukslag Een hagelbui Donder

42 8C Een sireneperiodiek 2.Een paukenslagtransiënt 3.Een hagelbuistochastisch 4.Donderstochastisch en transiënt

43 8C Eigenschappen van het (meet-)systeem: Voor een gegeven systeem geldt input x1  output y1 en input x2  output y2 Systeem is linear als: 1.(x1 + x2)  (y1 + y2) en 2.K x1  K y1, voor constante K y(t) = a x(t) + b + n(t) A  gain b  offset n  additieve ruis

44 8C Eigenschappen van het meetsysteem Lineariteit van het systeem wordt bepaald door: Verzadiging (saturation): Output signaal ikan het ingangssignaal niet volgen, blijft kleiner Ruis (noise): Systeem geeft random output als er geen input is Stijgsnelheid (slew-rate): Maximale snelheid van verandering die het systeem aankan Bandbreedte (bandwidth): Het frequentiebereik van het systeem Bereik van ingangssignaal (input range): Tussen laagst detecteerbaar en verzadiging

45 8C Systeemgrenzen - verzadiging - Dit is een voorbeeld van geleidelijke verzadiging “Harde verzadiging” wordt “clipping” genoemd Effect van verzadiging op sinus Verzadigingscurve voor niet-lineair meetsysteem Ingang Uitgang Ingang Uitgang

46 8C Systeemgrenzen - bereik Kleine signalen: ruis Signaal/ruis verhouding (S/N of SNR) Meestal uitgedrukt in decibel (dB) Grote signalen: verzadiging Voorbeeld: Defibrillatie tijden ECG 0 dB: I 1 =I 0 (referentie) Factor 2 = 10 log(2) = 3.01 dB

47 8C De deciBel De decibel werd oorspronkelijk in de telefonie gebruikt om de signaalverzwakking, dus het vermogensverlies, in kabels aan te duiden. Omdat een twee maal zo lange kabel een twee keer zo groot verlies geeft, was een logaritmische schaal handig. Immers je kon dan van een bepaald type kabel zeggen dat het verlies bijvoorbeeld 4 dB per km is, wat inhoudt dat na elke kilometer het signaal een factor 10 0,4 = 2,5 zwakker is geworden Het verlies in een bepaalde lengte van de kabel is dan eenvoudig deze kabellengte in km vermenigvuldigd met het verlies in dB per km.telefoniesignaalverzwakkingkabels

48 8C Averages and ratios - vergelijken Om signalen te vergelijken wordt vaak de 10 log van de ratio van de power gebruikt met als eenheid decibel (dB) Omdat power ~ S 2 kan ook het signaal zelf worden gebruikt:

49 8C Averages and ratios - logaritmen Rekenregels voor logaritmen: log (a x b) = log a + log b log (a n ) = n log a log (a / b) = log (a b -1 ) = log a – log b log (a n ) = n log a a log b = c log b / c log a

50 8C Systeemgrenzen - interferentie Interfererende signalen: 50 Hz, trillingen bij microscoopgebruik, etc. Modificerende signalen: Elektromagnetische (EM) interferentie Komt o.a. voor bij ECG Gerelateerd aan de oriëntatie van de kabels Compensatie: Inherente gevoeligheid (kabels draaien, ‘twisten’), optische bank Negatieve feedback Filtering (50 Hz component, trillingen) Tegengestelde signalen toevoegen - verschilversterker EMC Electro- Magnetic Compatibility

51 8C foton microscoop op stabiele optische bank (Biofysica, Maastricht)


Download ppt "8C120 - 2010 Inleiding Meten en Modellen – 8C120 Prof.dr.ir. Bart ter Haar Romeny Dr. Andrea Fuster Faculteit Biomedische Technologie Biomedische Beeld."

Verwante presentaties


Ads door Google