Časový a fyzikální rozměr biosignálů

Biosignál je pojem označující fyzikální děj nesoucí informaci o živém systému. To znamená, že nese abstraktní informaci v určitém čase a má svůj fyzikální charakter. Pokud biosignál vzniká aktivní činností organismu, označujeme ho jako biosignál vlastní, jehož projevem může být pohyb, tlak, teplota,.... Pokud organismus pouze ovlivňuje impuls vyslaný z vnějšího zdroje, hovoříme o biosignálech zprostředkovaných, např. rentgenové záření, ultrazvuk, jaderné záření. Zdrojem signálu může být ultrazvukové vlnění, ionizující záření,.... Kriterií, podle kterých můžeme rozdělovat biosignály je však více!

Časový rozměr biosignálů

Zde se zabýváme dynamickým charakterem biosignálu, zda se v čase mění, či ne. Biosignály mohou být spojité (analogové) – vzniká křivka nebo sledujeme pohyb, (sono), nebo diskrétní – čas je definován jen v izolovaných okamžicích. Dále je můžeme dělit buď podle rozměru jejich vektoru, nebo podle rozměru pole.

U rozdělení podle rozměru pole sledujeme časovou posloupnost polí, kterými je ten biosignál daný. Z tohoto hlediska máme signály jednorozměrné, dvojrozměrné, a trojrozměrné.

Jednorozměrným signálem je časová posloupnost hodnot naměřeného parametru (tělesná teplota), popř. časovou posloupnost vektorů naměřených hodnot (například EKG, změny elektrického napětí na povrchu těla vzniklé elektrickou aktivitou myokardu můžeme zachytit v čase a vytvořit z naměřených hodnot křivku).

Dvojrozměrné biosignály odpovídají řadě sejmutých signálů v jednom čase. Příkladem je sono, pomocí kterého můžeme sledovat změny sledovaného objektu. Na rozdíl od jednorozměrného jde obvykle o obrazová data a ne o křivku. (Dvojrozměrný biosignál není to stejné jako 2D, může vznikout také řezem 3D obrazu, např. CT nebo sono!, rozměrem se zde rozumí rozměr zaznamenávaných vektorů)

Trojrozměrné biosignály jsou reprezentací biosignálu sejmutého s ohledem na prostorové rozložení jeho zdrojů. Příkladem bezčasových jsou data získaná z MRI a CT, mezi časové patří i 4D sono.

U rozdělení podle rozměru vektoru zaznamenáváve jednitlivé vektory daného biosinálu. Máme tak n-rozměrný biosignál, např. 21-rozměrné EEG.

Z časového hlediska bychom mohli biosignály rozdělit také na deterministické a stochastické. Deterministické můžeme vyjádřit matematickou funkcí např. srdeční rytmus. jde samozřejmě o idealizeci, neboť nemůžeme vyloučit šumy apod.. Dělíme je na přechodné procesy (děj systému, a tedy i změřený biosignál, proběhne pouze jednou) a na ustálené procesy (systém se mění periodicky v čase nebo se nemění vůbec). Stochastické procesy v sobě zahrnují náhodný prvek. Tato vlastnost se projeví i na charakteru naměřeného biosignálu.

Fyzikální rozměr biosignálů

Jak vyplývá z předchozího textu, biosignálem může být prakticky jakákoliv fyzikální veličina, která se mění v čase a nese informaci o probíhajících procesech v organismu. Což znamená, že každý biosignál nese určitou informaci a má fyzikální podstatu. V průběhu přenosu informace se však fyzikální podstata může měnit, např. střídání elektrického a chemického potenciálu při vedení nervového vzruchu. Nesená informace ale zůstává stále stejná.

Fyzikální podstata biosignálu může být různá. Může se jednat o veličiny mechanické, akustické, termické a podobně. Nejčastěji se pojem biosignálu spojuje s elektrickými projevy organismu.

Fyzikální rozměr signálu není bezrozměrné číslo, jelikož má svou fyzikální podstatu, má i jednotku, kterou získáme tak, že vydělíme fyzikální jednotky výstupního a vstupního signálu.

Příklady fyzikálních podstat biosignálů: Elektrické, Magnetické, Elektromagnetické, Chemické, Elektrochemické, Optické, Mechanické, Akustické, Termické, Částicové...

Odkazy

Související články

• Biosignály
• Elektrické biosignály
• Biosignály z pohledu biofyziky

Externí odkazy

• naseporodnice.cz: Detail fotky Ultrazvuk plodu

Zdroj

• Wikiverzita:
  • Biosignály: Druhy
  • Biosignály: Druhy/Kychot
  • Biosignály (přednáška)
• Jaroslav Šrámek (2012): Biosignál – přednáška, Biofyzikální ústav LF MU Brno.
• Gabriela Štěpánová (2007): Lékařské přístroje – přednáška, KTeIV Pedagogické fakulty MU Brno

Použitá literatura

Biosignály z pohledu biofyziky, Petr Heřman, Praha 2006