Deteção do QRS - USP · 2012-04-20 · 4 s EPUSP PTC/ LEB - S.Furuie Dicionário das anotações Beat annotations: Code Description N Normal beat (displayed as "·" by the PhysioBank

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Physionet e sinais biológicos

Prof. Sérgio S Furuie

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Deteção do QRS

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-5

0

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Tempo (s)

ECG

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

2

4

6

|der

.1|

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

10

20

30

|der

.1|+

|der

.2|

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

2

4

6

QRS

y1=|1a. difer.| y2=|smooth y1| y3=|der. y2| y4=y2+y3 limiar em y4

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Mobilização/Motivação

–  Como testar e avaliar seus aplicativos? •  Recrutar vários pacientes e voluntários? •  Padrão-ouro?

–  Acesso a sinais biológicos já digitalizados •  Filtrados •  digitalizados

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PhysioNet (physionet.org) •  resource for biomedical research

– National Institutes of Health (NIH) •  National Institute of Biomedical Imaging and

Bioengineering (NIBIB) •  National Institute of General Medical Sciences (NIGMS)

– Milhares de sinais biológicos, muitos com anotações (eventos, patologias, …)

– Biblioteca de software –  “laboratories without walls”

•  Mirror sites: –  http://physionet.incor.usp.br

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Can you tell health from disease?

•  Pathology can affect physiologic recordings in unexpected and interesting ways. PhysioNet encourages researchers to find new ways to extract information hidden in data. For example, the figure above shows the instantaneous heart rates of four subjects. But only one signal is from a healthy person. Can you tell which it is?

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PhysioNet

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Tipos de sinais biológicos

•  ECG de saudáveis e doentes – 1, 2, 12 canais – Anotações

•  Sinais neuronais (EEG, ...) •  Sinais respiratórios •  Pressão •  Movimento •  Mais de 10.000 gravações em 50 base de

dados (mais de 700 GB)

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MIT-BIH Arrhythmia Database

•  Filtro analógico passa-banda: [0.01 a 100] Hz

•  ADC de 11 bits •  Faixa dinâmica de +- 5 mV •  Fa=360 Hz •  48 registros de ECG de 2 canais, 30 min

cada •  109.000 anotações manuais!

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Exemplo com anotação

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Símbolo Descrição . Normal beat V Premature ventricular contraction L Left bundle branch block beat R Right bundle branch block beat

...

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Onde, o que, como? •  Onde:

–  physionet.org , physionet.incor.usp.br •  Tutoriais, exemplos, programas, dados, ...

•  O que: – Milhares de sinais biológicos, incluindo múltiplos

sinais, no formato digital, com anotações •  Como:

– Download de arquivos e programas no site – O site converte, p.ex.,dados p/ o formato do

Matlab (usar o ATM, export ...)

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Usando physionet 1.  Aponte o seu browser para:

–  physionet.org 2.  Menu PhysioBank =>PhysioBank ATM (leia a

documentacao) –  Input database, p. ex:

•  MIT-BIH Arrhythmia ... (mitdb) –  Escolha um dos sinais (record), p. ex. ‘100’. O sinal será

mostrado no browser. Familiarize-se com as opcoes. –  Para exportar p/ Matlab:

•  Selecione output,p.ex.: ‘1 min’ •  Selecione no Toolbox: ‘Export signal as .mat’ •  Siga as instrucoes: fazer download p/ seu subdiretorio dos 3

arquivos, p. ex.: 100m.mat, 100m.hea, 100m.info •  Fazer download de PlotATM.m para seu subdiretorio, se

ainda nao tiver

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Exemplo: usando Physionet

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Exemplo: exportando p/ matlab

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Usando o Matlab p/ projeto

•  No Matlab, rodar no seu subdiretorio,p.ex: – plotATM(‘100m.mat',‘100m.info') – Usar ferramentas do visualizador do Matlab p/

explorar o sinal (zoom, pan, …) •  Modificar plotATM.m ou incorpore-o em

seu programa. Elabore o seu projeto.Note que o vetor ‘val’ e ‘x’ contem os sinais de ECG e o tempo ja em ‘mV’ e ‘s’.

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Dicas sobre o programa PlotATM.m 1.  function plotATM(matName,infoName) 2.  load(matName); 3.  fid = fopen(infoName, 'rt'); 4.  fgetl(fid); 5.  fgetl(fid); 6.  fgetl(fid); 7.  [freqint] = sscanf(fgetl(fid),'Sampling frequency:

%f Hz Sampling interval: %f sec'); 8.  interval = freqint(2); 9.  fgetl(fid); 10.  for i=1:size(val,1) 11.  [row(i), signal(i), gain(i), base(i), units(i)]

=strread(fgetl(fid),'%d%s%f%f%s','delimiter','\t'); 12.  end 13.  fclose(fid); 14.  val(val==-32768) = NaN; 15.  for i=1:size(val,1) 16.  val(i,:) = (val(i,:)-base(i))/gain(i); 17.  end 18.  x = (1:size(val,2))*interval; 19.  plot(x',val'); 20.  for i=1:length(signal),labels{i}=strcat(signal

{i},' (',units{i},')'); end 21.  legend(labels); 22.  xlabel('Time (sec)'); 23.  end

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(2) Le os sinais em ‘val’ do ‘.mat’ (3-13)Le as calibracoes do ‘.info’ (14-17) remove linha de base e

calibra (18-22) plota os sinais

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Modificando plotATM function [val faHz]=plotATM_sf(matName,infoName) % usage: plotATM_sf('RECORDm.mat', 'RECORDm.info') … load(matName); % carrega matriz de dados em 'val' com num.sinais=size(val,1) % cada sinal com num.amostras=size(val,2) % i-esimo sinal=val(i,:) … faHz=freqint(1); % freq. de amostragem em Hz …

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Usando plotATM_sf() … [val faHz]=plotATM_sf(fnam_mat, fnam_info);

% carrega matriz de dados em 'val' % com num.sinais=size(val,1) % cada sinal com num.amostras=size(val,2) e % freq. de amostragem faHz

ecg=val(1,:); % ‘ecg' contem todo o primeiro sinal de ECG fa=faHz; % frequencia de amostragem em Hz Num_amostras = length(ecg); % numero de pontos do ECG tempo = [1 : Num_amostras ]/fa; % tempo em s fN=fa/2; % freq. de Nyquist …

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Obtendo mais informações sobre o sinal

•  Aplicativo do physionet: ATM – Lista dos pontos amostrados – Significado das anotações – Anotações do sinal em formato texto –  Intervalo RR: plot, lista e histograma – …

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Dicionário das anotações Beat annotations: Code Description N Normal beat (displayed as "·" by the PhysioBank ATM, pschart, and psfd L Left bundle branch block beat R Right bundle branch block beat B Bundle branch block beat (unspecified) A Atrial premature beat a Aberrated atrial premature beat J Nodal (junctional) premature beat S Supraventricular premature or ectopic beat (atrial or nodal) V Premature ventricular contraction r R-on-T premature ventricular contraction F Fusion of ventricular and normal beat e Atrial escape beat j Nodal (junctional) escape beat n Supraventricular escape beat (atrial or nodal) E Ventricular escape beat / Paced beat f Fusion of paced and normal beat Q Unclassifiable beat ? Beat not classified during learning

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Histograma do IRR (mitdb, #104)

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Lista de exercícios 2 Obs.: a) trabalho é estritamente individual; b) vale 30% da avaliação P3 se entregues no prazo estipulado; c) exercícios fortemente relacionados aos projetos; d) entregar o trabalho, inclusive com listagem dos programas. 1)[data de entrega <= 04/05] Implementar um programa para normalizar o sinal pelo máximo valor em módulo. a)  Aplicar no primeiro sinal do registro 104 da base physionet/

mitdb (1 minuto). Mostrar graficamente os sinais antes e após a normalização.

b)  Calcular o valor mínimo, valor máximo, a média e desvio-padrão antes e após aplicação da normalização.

c)  Discuta o que aconteceria se o sinal tivesse uma forte flutuação da linha de base (ruído de baixa frequência)

d)  Discuta o que aconteceria se o sinal tivesse um forte ruído de alta frequência, por exemplo, de 60 Hz.

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Bibliografia

•  Physionet.org

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