Medizinische Bild- und Signalverarbeitung
Bildbe- und -verarbeitung, Signalverarbeitung, Mustererkennung
Bildbe- und -verarbeitung, Signalverarbeitung, Mustererkennung
Kartei Details
| Karten | 258 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Informatik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 02.04.2014 / 17.02.2015 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/medizinische_bild_und_signalverarbeitung
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EEG
Anwendungsgebiete
Diagnostik
- Schlafanalyse
- Epilepsie
- Überwachung von Patienten in der Intensivstation
- Überwachung der Narkosetiefe (Anästhesie)
- Hirntoddiagnostik
EEG:
Anwendungsgebiete
Forschung
- Experimentelle Psychologie
- Kognitionswissenschaften
- Neurophysiologie
- Pharmakologie
EEG
Anwendungsgebiete
Zukünftig: Therapie
- nicht-invasives Brain-Computer Interface
- Biofeedback z.B. in der Schmerztherapie
Eigenschaften der Fouriertransformation
- eindeutig umkehrbar
- höchste Frequenz des Fourierspektrums
- Nyquist- oder Grenzfrequenz
- Nyquist- oder Grenzfrequenz
Fourieranalyse
- Bestimmung der Schwingungen und ihrer Parameter, durch deren Überlagerung das Signal entsteht
- Fourier-Dekomposition
- Ergebnisse
- Fourierkoeffizienten der überlagerten Sinus- und Cosinusschwingungen
- Amplituden und Phasen der überlagerten Schwingungen
- Diese werden in einem Amplitudenspektrum bzw. Phasenspektrum nach Frequenzen geordnet strukturiert präsentiert
Fouriersynthese
- durch additive gewichtete Überlagerung von Schwingungen wird ein komplexes Signal generiert
- Fourierkomposition oder inverse Fouriertransformation genannt
Elektrokardiographie
- wichtiges Werkzeug zur Analyse der Herzfunktion
- einfach und nicht-invasiv
Q-Zacke
korrespondiert zum Beginn der Ventrikelerregung
R-Zacke
relativ große, positive Zacke, die zur Erregung der Herzventrikel und ihrer Depolarisation korrespondiert
S-Zacke
negative, gewöhnlich kleine Zacke, die ebenfalls die Phase der Herzkammererregung charakterisiert
ST-Strecke
- Zeitintervall vom Ende der S-Zacke bis zum Beginn der T-Welle
- Kammermuskulatur vollständig erregt
Messung der EKG-Signale
Elektrokardiogramm
gibt den zeitl. Verlauf der summierten elektrischen Aktivität aller Zellen wiede, die an der Körperoberfläche durch Elektroden gemessen werden
Messung der EKG-Signale
Grundlage
- Ausbreitung Dipole in erregten Zellen
- Entstehung elektrisches Feld, messbar an Körperoberfläche
- Änderung des Feldes in Abh. von der elektrophysiologischen Reizweiterleitung im Herzen
Abtasttheorem
Wie oft muss die Abtastung pro Zeiteinheit durchgeführt werden, d.h. wie ist \(\Delta t_s\) zu wählen?
Shannon'sches Abtasttheorem
\(v_s \ge 2 v_{\max}\)
- \(v_s\) Abtastrate
- \(v_{\max}\) Nyquistfrequenz
Abtasttheorem
zeitlicher Abstand
\(\Delta t_s \le \frac{1}{2 \cdot v_{\max}}\)
mit \(v_s = \frac{1}{\Delta t_s}\)
Abtasttheorem
Aliasing
- Verzerrungen des Signals bei der Digitalisierung
- Grund
- Verletzung Abtasttheorem
- Unterabtastung
Abtasttheorem
Praxis
\(\nu_s \gg 2 \nu_{\max}\)
- genauere Repräsentation der Signale
Hertz in SI
1 Hz = 1 1/s
Einheit Frequenz \(\nu\)
- Hz
- oder
- 1/s
Fouriertransformation
Ziel
- Repräsentation von zeitlichen oder räumlichen Signalverläufen durch Überlagerung von Wellen verschiedener Frequenzen
- Bestimmung des zugehörigen Spektrums der hierzu benötigten Frequenzen
- Amplitudenspektrum
- Phasenspektrum
Fouriertransfromation
Häufiges Einsatzgebiet
- zeitlich sich verändernde Signale
- Bildverarbeitung
Fouriertransformation
Bildverarbeitung
- Bild wird als zweidimensionales, sich örtlich veränderndes Signal betrachtet
- Bei der Verwendung von Fourier-Methoden in der Bildverarbeitung wird ein Bild so betrachtet, als ob es durch Überlagerung von periodischen 2D-Wellen entstanden ist
Fouriertransformation
Basiselemente
- periodische Welle
- Amplitude
- Ortsfrequenz
- Wellenlänge
- Phasenlänge
- Ausbreitungsrichtung
Ortsfrequenz
- 1/Wellenlänge
- ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz
Grundfrequenz
1/Bildausschnitt
Fourieranalyse anschaulich
- aus einem Baukasten mit Wellen verschiedener Ortsfrequenzen Ermittlung der zu dem jeweiligen Bild gehörigen Parameter wie Amplitude und Phase
- mögliche Bestimmung Höhe des Anteils der Wellen bestimmter (Orts-)Frequenzen und Phasen innerhalb eines Bildes
Fouriertransformation
Grundlagen
- eindeutig umkehrbar
- Fouriertransformierte eines Bildes ist alternative, aber verlustfreie Repräsentation des Bildes
Fouriertransformation
Amplituden- und Phasenspektrum
- über Ortsfrequenzebene aufgetragen
- Zentrum bildet den Nullpunkt \((u,v) = (0,0)\)
- Abstand zum Nullpunkt beschreibt Ortsfrequenz
- Gesamtheit bezeichnet man als Amplitudenspektrum bzw. Phasenspektrum
Amplitudenspektrum
sine-wave grating
große Wellenlänge
kleiner Abstand
Amplitudenspektrum
sine-wave grating
kleine Wellenlänge
großer Abstand
Amplitudenspektrum
- symmetrisch
- Bilder addiert -> Amplitudenspektrum addiert
Fourierfunktion von square-wave grating
sinc Funktion
Multiplikation von Bildern
Bilder
Ortsraum
Multiplikation von Bildern
zugehörige Amplitudenspektren
Fourierraum
Multiplikation von Bildern
square-wave grating
- Versuch durch Summe von sine-wave functions darzustellen
- Punkte
- Fouriertransformierte der bars
Multiplikation von Bildern
Rechteckige Box - zugehöriges Amplitudenspektrum
sinc Funktion in x- und y- Richtung
Multiplikation von Bildern
Faltung im Frequenzraum
Welchen Einfluss hat der Partialvolumeneffekt auf die Darstellung von Kanten im Bild
Kanten werden geglättet
Segmentierung medizinischer Bilder
Ziel
Abgrenzung und Markierung anatomischer oder pathologischer Strukturen (Organe, Gewebe, Gefäße, Tumoren, Läsionen) in Bildern oder Bildfolgen
