Biosignalverarbeitung · 2.Auflage by Bernhard, Stefan -- Read -- Imperial Library of Trantor

Index

Title Page Copyright Contents Weitere empfehlenswerte Titel Vorwort Bildnachweise 1 Einführung in die Biosignalverarbeitung 2 Grundlagen der Informations-, Signal- und Systemtheorie

2.1 Information und Informationsübertragung

Digitale Information Datenmenge Datenübertragungsrate Signal-Rausch-Verhältnis Bandbreite und Modulation Akustischer Übertragungskanal Erweiterter Informationsbegriff Definition Biosignal

2.2 Zusammenhang zwischen Signalen und Systemen 2.3 Definition und Klassifizierung von Signalen

2.3.1 Univariate und multivariate Signale 2.3.2 Periodische, quasi-periodische, aperiodische und transiente Signale 2.3.3 Gerade und ungerade Signale 2.3.4 Kausale und akausale Signale 2.3.5 Energie- und Leistungssignale 2.3.6 Deterministische und stochastische Signale Statistische Momente, Erwartungswert und Varianz Kovarianz und Korrelation Signalanteile von Biosignalen Stationarität stochastischer Signale 2.3.7 Kontinuierliche und diskrete Signale

2.4 Transformationen der Signalverarbeitung

2.5 Gewinnung diagnostisch nutzbarer Informationen biologischer Systeme 2.6 Nachlesungs- und Übungsaufgaben

Information und Informationsübertragung Signale und Systeme Definition und Klassifikation von Signalen Transformationen der Signalverarbeitung

3 Grundlagen der Entstehung von Biosignalen

3.1.1 Bildung und Funktion von Biomembranen 3.1.2 Analogie zu elektrischen Schaltkreisen 3.1.3 Entstehung und Ausbreitung von Aktionspotentialen Physiologie des Nervensystems Entstehung des Aktionspotentials Ausbreitung des Aktionspotentials Kontinuierliche Erregungsleitung Saltatorische Erregungsleitung

3.2 Elektrophysiologie des Herzens

3.2.1 Allgemeine Erregung der Muskelzellen 3.2.2 Messung elektrischer Potentiale an der Körperoberfläche Einthoven-Ableitungen Goldberger-Ableitungen Wilson-Ableitungen 3.2.3 Ablauf der Erregungsausbreitung bei einem Herzschlag 3.2.4 Modellbildung des Erregungssystems Schwingungserzeugende Nervenzellen im Herz Kopplung des SA-Knotens mit dem AV-Knoten Kopplungen von SA-Knoten, AV-Knoten und HP-Komplex

3.3 Taxonomie der Biosignale 3.4 Nachlesungs- und Übungsaufgaben

Elektrophysiologie der Nerven- und Muskelzelle Entstehung und Ausbreitung von Aktionspotentialen Elektrophysiologie des Herzens Taxonomie der Biosignale

4 Messung von Biosignalen und analoge Signalverarbeitung

4.1 Messung von elektrischen Biosignalen

4.1.1 Ableitelektroden 4.1.2 Messverstärker

4.2 Signalstörungen

4.2.1 Netzstörungen Kapazitive Einkopplung Induktive Einkopplung Galvanische Einkopplung 4.2.2 Transiente Störungen 4.2.3 Hochfrequente Störungen durch elektromagnetische Strahlung

4.3 Messaufnehmer für nichtelektrische Biosignale

4.4 Entstörung und analoge Filterung 4.5 Entwurf analoger Filter

4.5.1 Selektive Filter bei Optimierung des Betragsfrequenzgangs 4.5.1.1 Allgemeine Vorgehensweise beim Filterentwurf 4.5.1.2 Butterworth- bzw. Potenzfilter Erläuternde Beispiele Tiefpass 1. Grades Bandsperre 2. Grades 4.5.1.3 Tschebyscheff-Filter Erläuterndes Beispiel 4.5.1.4 Inverse Tschebyscheff-Filter 4.5.1.5 Cauer-Filter 4.5.2 Selektive Filter bei Optimierung der Gruppenlaufzeit 4.5.2.1 Besselfilter Erläuterndes Beispiel

4.6 Nachlesungs- und Übungsaufgaben

Messung von elektrischen Biosignalen Signalstörungen Messwertaufnehmer für nichtelektrische Biosignale Entstörung und analoge Filterung

5 Methoden zur diskreten Verarbeitung und Analyse von Biosignalen

5.2.1 Die zeitdiskrete Fourier-Transformation 5.2.2 Die diskrete Fourier-Transformation (DFT) Ergebnis Beispiel 5.2.3 Diskrete Laplace-Transformation und z-Transformation Beispiel

5.3 Methoden zur Analyse und Verarbeitung diskreter Biosignale

5.3.1 Signalanalyse und -anpassung im Zeitbereich 5.3.1.1 Vereinfachung, Interpolation und Mittelung von Signalen Änderung der Abtastfrequenz Mittelung von Signalen 5.3.1.2 Die Auto- und Kreuzkorrelation Mittelwerteinflüsse Redundanzfreie Biosignale 5.3.1.3 Lineare und zyklische Faltung Erläuterndes Beispiel Erläuterndes Beispiel 5.3.2 Signalanalyse im Frequenzbereich Erläuterndes Beispiel Anmerkung Ergebnis Weiteres Ergebnis 5.3.3 Signalanalyse im kombinierten Zeit-Frequenz-Bereich 5.3.3.1 Die Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT) 5.3.3.2 Die diskrete Wavelet-Transformation 5.3.4 Diskrete lineare zeitinvariante Systeme und digitale Filter 5.3.4.1 Lineare zeitinvariante Systeme 5.3.4.2 Digitale Filter Erläuterndes Beispiel Das Impulsinvarianzverfahren Bemerkung Erläuterndes Beispiel Das Verfahren der Bilineartransformation Erläuterndes Beispiel Direkte zeitdiskrete Synthese mit Hilfe der Fenstermethode Erläuterndes Beispiel Direkte zeitdiskrete Synthese mit Hilfe des Frequenzabtastverfahrens Erläuterndes Beispiel

5.4 Nachlesungs- und Übungsaufgaben

Diskretisierung Diskrete Transformationen Diskrete Verarbeitung von Signalen LTI-Systeme und digitale Filter

6 Anwendungen der Methoden in der Biosignalverarbeitung

6.1 Signale des Gehirns 6.2 Signale der Muskeln

6.2.1 Spektralanalyse des 1-Kanal-EMGs 6.2.2 Akustisch-kinetische Analyse von Osteoarthrose Patienten Authors of Subsection: Jörg Subke and Benedict Schneider Klinisches Fallbeispiel Generierung der Messwerte der Bodenreaktionskraft Generierung der kinematischen Messwerte Synchronisation Design des MATLAB Algorithmus Programmieren des MATLAB Synchronisationsalgorithmus mit Punktfindung Erster Ansatz Zweiter Ansatz Dritter Ansatz Schlussbetrachtung

6.3 Signale des Herz-Kreislauf-Systems

6.3.1 Elektrokardiogramm Einthoven-Ableitungen Goldberger-Ableitungen Wilson-Ableitungen 6.3.1.1 Analyse des EKGs 6.3.1.2 Bestimmung des QRS-Komplexes nach dem Pan-Tompkins-Verfahren Vorfilterung Bandpassfilterung Differenzieren Quadrieren Fensterintegration (MA – Moving Average) Suche des QRS-Komplexes 6.3.1.3 Bestimmung der Herzrate und deren Variabilität Zeitbereich Frequenzbereich Zur Analyse im Zeitbereich Zur Analyse im Frequenzbereich 6.3.2 Phonokardiogramm 6.3.2.1 Phonokardiogramm von mechanischen Herzklappenprothesen 6.3.3 Bestimmung der Sauerstoffsättigung und Plethysmographie 6.3.4 Klassifikation von Mehrkanal-Photoplethysmographie-Signalen Author of Subsection: Urs Hackstein

6.4 Nachlesungs- und Übungsaufgaben

Signale des Gehirns Signale der Muskeln Signale des Herz-Kreislauf-Systems

7 Appendix: Formelzeichen, Einheiten und wichtige Konstanten Literatur Stichwortverzeichnis

Notes