De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Patiënten in getallen: een verrassend perspectief op de wiskunde Natasha M. Maurits Afdeling Neurologie BCN-NeuroImaging Center Universitair Medisch Centrum.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Patiënten in getallen: een verrassend perspectief op de wiskunde Natasha M. Maurits Afdeling Neurologie BCN-NeuroImaging Center Universitair Medisch Centrum."— Transcript van de presentatie:

1 Patiënten in getallen: een verrassend perspectief op de wiskunde Natasha M. Maurits Afdeling Neurologie BCN-NeuroImaging Center Universitair Medisch Centrum Groningen Nationale Wiskunde Dagen, 5-6 februari 2010

2 ? Een bezoek aan de medisch specialist ….

3 bloeddruk temperatuurlengte

4 140/90 mmHg1.72 m39.5 °C bloeddruk temperatuurlengte

5 140/90 mmHg1.72 m39.5 °C bloeddruk temperatuurlengte

6

7 Hoe weet een arts dit nu? Zijn de uitslagen normaal? Wijzen de uitslagen op een bepaalde aandoening?

8 College carroussel april 2009: 9 VWO-4 scholieren meten zenuwgeleidingssnelheid snelheidtemperatuur 49.2 m/s 30  C 53.4 m/s 30  C 60.7 m/s 31  C 57.8 m/s 32  C 51.0 m/s 30  C 65.1 m/s 32  C 52.9 m/s 29  C 58.0 m/s 33  C 47.8 m/s 28  C Zijn dit normale waarden? Waarom wel? Waarom niet?

9 Medisch technologische ontwikkelingen DNA sequencinghoge resolutie MRImultikanaals EEG Technische mogelijkheden nemen sneller toe dan de kennis erover Van Maanen, NTvG 151:36, 2007

10 Wiskunde op de afdeling Klinische Neurofysiologie EEG: hersenactiviteitEMG: spier- en zenuwactiviteit Duplex/TCD: bloedstroming (3D) vaatechografie spier- en zenuwechografie (multikanaals) EEG EMG simultaan EEG-EMG-fMRI rTMS … getallen meten analyseren modelleren diagnostiek? …

11 Helpen bij het stellen van een snelle en juiste diagnose Moderne onderzoekstechnieken leveren getallen Hoe nu van getallen naar diagnose? Via ‘nuttige samenvattingen van de toestand van de patiënt’ → Biomarkers Wiskunde in de hedendaagse geneeskunde

12 Nuttige biomarker? verwachte waarde in gezonden en patiënten bekend veranderingen in biomarker bij verschuiving van gezond naar ziek bekend specificiteit bekend betrouwbaar en herhaalbaar te meten meting niet te belastend voor patiënt

13 Nuttige biomarker? verwachte waarde in gezonden en patiënten bekend Normaalwaarden nodig veranderingen in biomarker bij verschuiving van gezond naar ziek bekend specificiteit bekend betrouwbaar en herhaalbaar te meten meting niet te belastend voor patiënt

14 Van getallen naar biomarker Voorbeeld van één getal naar biomarker: spierkracht bij kinderen Voorbeeld van veel getallen naar biomarker: spierechografie Voorbeeld van veel getallen naar biomarker: effecten veroudering op motoriek Voorbeeld van heel veel getallen naar biomarker: onderscheid tremoren

15 Van getallen naar biomarker Voorbeeld van één getal naar biomarker: spierkracht bij kinderen Voorbeeld van veel getallen naar biomarker: spierechografie Voorbeeld van veel getallen naar biomarker: effecten veroudering op motoriek Voorbeeld van heel veel getallen naar biomarker: onderscheid tremoren Hoe gebruik je hier wiskunde bij?

16 Voorbeeld van één getal naar biomarker: spierkracht bij kinderen Beenakker et al., Neuromusc. Disord. 11:441, 2001 Belangrijke vragen:hoe krijg je een representatieve steekproef? hoe zorg je voor betrouwbare resultaten? wat is nu normaal? meisjes ° jongens Leeftijd in maanden Gewicht in kg

17 Voorbeeld van één getal naar biomarker: spierkracht bij kinderen Beenakker et al., Neuromusc. Disord. 11:441, 2001 Belangrijke vragen:hoe krijg je een representatieve steekproef? hoe zorg je voor betrouwbare resultaten? wat is nu normaal? meisjes ° jongens Leeftijd in maanden Gewicht in kg Beschrijvende statistiek

18 Voorbeeld van veel getallen naar biomarker: spierechografie

19 Normale spierSpierziekteZenuwziekte 28 jaar51 jaar: myositis68 jaar: ALS 1 plaatje bestaat uit miljoenen getallen: datareductie nodig! Hoe vat je ‘witheid’ en ‘vlekkerigheid’ in 1 getal samen? Spierechografie: gezond en ziek

20 Op kleur genormaliseerd beeld Uitwerking

21 Op kleur genormaliseerd beeld Uitwerking

22 grijswaarde = gem. pixelwaarde = Oppervlak = 3.56 cm 2 Op kleur genormaliseerd beeld Uitwerking

23 grijswaarde = gem. pixelwaarde = Oppervlak = 3.56 cm 2 Op kleur genormaliseerd beeld Automatisch tellen witte oppervlak: pixel waarde > 170: 0.28 cm 2 White-area index: 0.28/3.56=0.08 Uitwerking

24 Sobel filter grijswaarde = gem. pixelwaarde = Oppervlak = 3.56 cm 2 Op kleur genormaliseerd beeld Automatisch tellen witte oppervlak: pixel waarde > 170: 0.28 cm 2 White-area index: 0.28/3.56=0.08 Uitwerking

25 Sobel filter grijswaarde = gem. pixelwaarde = Oppervlak = 3.56 cm 2 Op kleur genormaliseerd beeld Automatisch tellen witte oppervlak: pixel waarde > 170: 0.28 cm 2 White-area index: 0.28/3.56=0.08 Uitwerking

26 Sobel filter grijswaarde = gem. pixelwaarde = Oppervlak = 3.56 cm 2 Op kleur genormaliseerd beeld Automatisch tellen witte oppervlak: pixel waarde > 170: 0.28 cm 2 White-area index: 0.28/3.56=0.08 Automatisch tellen # witte gebiedjes met pixel waarde > 197: 35 gebieden Inhomogeniteits index: 35/3.56=9.83 Uitwerking

27 grijswaarde = gem. pixelwaarde = Oppervlak = 3.56 cm 2 Op kleur genormaliseerd beeld Automatisch tellen witte oppervlak: pixel waarde > 170: 0.28 cm 2 White-area index: 0.28/3.56 = 0.08 Automatisch tellen # witte gebiedjes met pixel waarde > 197: 35 gebieden Inhomogeniteits index: 35/3.56 = 9.83 Uitwerking

28 Nuttige biomarker? o.a. specificiteit & sensitiviteit % normaal in gezonden % afwijkend in patienten

29 Nuttige biomarker? o.a. specificiteit & sensitiviteit % normaal in gezonden % afwijkend in patienten Beschrijvende statistiek Filters

30 Voorbeeld van veel getallen naar biomarker: effecten veroudering op motoriek 40 cirkels in elke richting, 200 datapunten per cirkel

31 Hoe vat je de kinematische gegevens samen in 1 getal? doel cursor X Y feitelijke beweging X: verplaatsing in flexie-extensie richting Y: verplaatsing in radiaal-ulnair richting voorgeschreven beweging hoek

32 Afgeleide = RC raaklijn aan kromme = f(t) Hoeksnelheid is afgeleide van hoekpositie = verandering in hoek per verstreken tijd Standaard deviatie van hoeksnelheid = maat voor snelheidsvariabiliteit Idem voor positie en fout

33 Afgeleide = RC raaklijn aan kromme = f(t) Differentiaalrekening Beschrijvende statistiek Hoeksnelheid is afgeleide van hoekpositie = verandering in hoek per verstreken tijd Standaard deviatie van hoeksnelheid = maat voor snelheidsvariabiliteit Idem voor positie en fout

34 jong oud positie snelheid fout jong oud sens/spec 69% sens/spec 75% Nuttige biomarker? o.a. specificiteit & sensitiviteit variabiliteit

35 Voorbeeld van heel veel getallen naar biomarker: onderscheid tremoren Meneer S, 59 jaar Trilt vanaf zijn 30 e jaar bij uitstrekken, niet in rust De tremor komt in de familie voor

36 tremor typemeest aanwezig tijdens frequentie (Hz)effect van gewicht(ant)agonist spieractivatie versterkt fysiologischhouding5-12lagere frequentiesynchroon essentieelhouding4-12geenvariabel Parkinsonrust4-7geenalternerend orthostatischstaan13-18geensynchroon psychogeenvariabelvariabel, typisch 4-7lagere amplitudesynchroon Wat voor tremor is dit? Classificatie van tremoren

37 tremor typemeest aanwezig tijdens frequentie (Hz)effect van gewicht(ant)agonist spieractivatie versterkt fysiologischhouding5-12lagere frequentiesynchroon essentieelhouding4-12geenvariabel Parkinsonrust4-7geenalternerend orthostatischstaan13-18geensynchroon psychogeenvariabelvariabel, typisch 4-7lagere amplitudesynchroon Wat voor tremor is dit? Classificatie van tremoren Getallen! Wiskunde behulpzaam bij diagnostiek?

38 biceps triceps Meten met behulp van oppervlakte electromyografie Spieraanspanning tijdens top-neus test

39 Hoe bepaal je uit het EMG signaal met welke frequentie je te maken hebt? tremor typemeest aanwezig tijdens frequentie (Hz)effect van gewicht(ant)agonist spieractivatie versterkt fysiologischhouding5-12lagere frequentiesynchroon essentieelhouding4-12geenvariabel Parkinsonrust4-7geenalternerend orthostatischstaan13-18geensynchroon psychogeenvariabelvariabel, typisch 4-7lagere amplitudesynchroon

40 Hoe bepaal je uit het EMG signaal met welke frequentie je te maken hebt? tremor typemeest aanwezig tijdens frequentie (Hz)effect van gewicht(ant)agonist spieractivatie versterkt fysiologischhouding5-12lagere frequentiesynchroon essentieelhouding4-12geenvariabel Parkinsonrust4-7geenalternerend orthostatischstaan13-18geensynchroon psychogeenvariabelvariabel, typisch 4-7lagere amplitudesynchroon Van het tijds naar het frequentiedomein: spectraal/Fourier analyse

41 Spectraal analyse Gebaseerd op decompositie van signaal in (co)sinussen van verschillende frequenties 3

42 Tijdsdomein (signaal) Frequentie domein (spectrum) Vierkante golf sinus Spectraal analyse

43 EMG tijdens top-neus test Spectrum (FFT) van EMG

44 EMG tijdens top-neus test Spectrum (FFT) van EMG piekfrequentie = 6.8 Hz

45 EMG tijdens top-neus test Spectrum (FFT) van EMG piekfrequentie = 6.8 Hz tremor typemeest aanwezig tijdens frequentie (Hz)effect van gewicht(ant)agonist spieractivatie versterkt fysiologischhouding5-12lagere frequentiesynchroon essentieelhouding4-12geenvariabel Parkinsonrust4-7geenalternerend orthostatischstaan13-18geensynchroon psychogeenvariabelvariabel, typisch 4-7lagere amplitudesynchroon

46 FCMTE: irregulair, 8 – 20 Hz, EMG-bursts < 50 ms ET: regulair, 5 – 7 Hz, EMG-bursts > 50 ms Wetenschappelijk onderzoek: wat als de tremoren overlappen in frequentie en klinisch is er geen onderscheid?

47 1.Achtergrondinformatie: FCMTE corticale origine, ET wrs. niet 2.Onderzoek verband tussen corticale hersenactiviteit en spieractiviteit 3.EEG back-averaging? EEG-EMG coherentie? Kunnen ET en FCMTE ook nog van elkaar onderscheiden worden op basis van een tremorregistratie?

48 EEG backaveraging EMG van FCMTE patient  Coherentie analyse tijd EEG EMG

49 Coherentie Lineair verband tussen twee signalen x en y 0 = geen koppeling; 1 = identiek signaal Coherentie duidt op functioneel verband kruisspectrum autospectra

50 Coherentie Lineair verband tussen twee signalen x en y 0 = geen koppeling; 1 = identiek signaal Coherentie duidt op functioneel verband kruisspectrum autospectra Vgl Pearson correlatiecoefficient coherentie = correlatie in het frequentie domein

51 EEG-EMG coherentie Ext FDI Motorcortex, C3 R hand - C3 R pols ext - C3

52 EMG-EMG coherentie Ext FDI vinger – pols buiger Motorcortex, C3 R vinger - C3 R pols buiger - C3

53 Meting Multi-kanaals EEG EMG rechts polsbuigers vingerspier Hand uitstrekken

54 Corticomusculair Intermusculair FCMTE - ET - gezonden coherentie frequentie Uitwerking hersenen - spier spier - spier

55 Onderscheid FCMTE en ET o.b.v spier-spier coherentie 4 – 8 Hz band 8 – 30 Hz band Gem. coh. FCMTE ET control Hz: FCMTE en ET > controle Hz: FCMTE > ET en controle Klinische waarde

56 Samenvatting Patienten in getallen: wiskunde in de KNF praktijk Voorbeeld 1: spierkracht Statistiek Voorbeeld 2: spierechografie Statistiek & signaalanalyse (filteren) Voorbeeld 3: motoriek bij veroudering Differentiaalrekening & statistiek Voorbeeld 4: onderscheid tremoren Signaalanalyse (Fourier- & coherentieanalyse)


Download ppt "Patiënten in getallen: een verrassend perspectief op de wiskunde Natasha M. Maurits Afdeling Neurologie BCN-NeuroImaging Center Universitair Medisch Centrum."

Verwante presentaties


Ads door Google