^*R*/ŕ MĚ IBA . prof. Ing. Jiří Holčík, CSc. zástupce ředitele IBA pro výuku LASTI ZÁJMU 0 zpracování biologických a medicínských signálů a časových řad, zejména signálů generovaných kardiovaskulárním systémem; 0 modelování fyziologických systémů, procesů a dějů, zejména kardiovaskulárního systému a jeho řízení; 0 rozpoznávání a klasifikace biologických objektů (jejich matematické reprezentace); *— IMJ PEDAGOGICKÉ AKTIVITY 0 Be Studium -» Signály a soustavy v matematické biologii (BÍ5440), povinný předmět - 3.ročník, 5.semestr -» Zpracování a analýza biosignálů (BÍ5445), doporučený volitelný předmět - 3. ročník, 6.semestr 0 Mgr studium -» Analýza a klasifikace biomedicínských dat (BÍ0034), povinný předmět - 2.ročník, 3.semestr -» Optimalizační metody v matematické biologii (BÍ3443), doporučený volitelný předmět - 2.ročník, 4. semestr 0 PhD studium -» Spektrální analýza biosignálů (BÍ6446) ■* Naturální algoritmy (BÍ7447) *— IMJ PEDAGOGICKÉ AKTIVITY 0 Be Studium -» Signály a soustavy v matematické biologii (BÍ5440), povinný předmět - 3.ročník, 5.semestr -» Zpracování a analýza biosignálů (BÍ5445), doporučený volitelný předmět - 3. ročník, 6.semestr 0 Mgr studium -» Analýza a klasifikace biomedicínských dat (BÍ0034), povinný předmět - 2.ročník, 3.semestr -» Optimalizační metody v matematické biologii (BÍ3443), doporučený volitelný předmět - 2.ročník, 4. semestr 0 PhD studium \ -» Spektrální analýza biosignálů (BÍ6446) ■* Naturální algoritmy (BÍ7447) *— IMJ iba V*t' VÝZKUMNÉ AKTIVITY 0 kvantifikace vlivu sympatické a parasympaticke větve autonomního nervového systému na funkci kardiovaskulární soustavy; 0 klasifikace vybraných druhů hmyzu na základě znalosti množiny příznaků VÝZKUMNÉ AKTIVITY 0 kvantifikace vlivu sympatické a parasympaticke větve autonomního nervového systému na funkci kardiovaskulární soustavy; 0 klasifikace vybraných druhů hmyzu na základě znalosti množiny příznaků, příp. výběr a uspořádání příznaků podle informačního obsahu ^*R*/ŕ IBA » KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVA ÚKOLY a zajistit uspokojení požadavků jednotlivých tkání a orgánů: o na zásobení kyslíkem, živinami, minerály, ...; • na odstranění metabolických odpadů; o poskytnout pohyblivé médium « pro endokrinní (hormonální) řízení; « imunitní systém; a termoregulace © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY 0 centrální řízeni krevního oběhu * nervová soustava □ autonomní nervový systém (sympatická a parasympatická větev) * hormonální řízení v' v' v' □ primo, pnp. nepřímo uvolněním vazoaktivních látek 0 lokální řízeni -» myogen n í efekty metabolické efekty © Institut biostatistiky a analýz IBA '■ m ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY *— IMJ iba V*t' ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU 0 VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU, tj. fluktuace jak dob trvání po sobě jdoucích srdečních cyklů, tak hodnot okamžité srdeční frekvence (HRV - Heart Rate Variability) je jev, který reprezentuje stav autonomního nervového systému řídicího srdeční činnost. RR 2,5 QT PQ 2 [s] 1.5 1,0 0,5 o.o 0 "/^^vA /^-v^^^ RR 100 200 300 400 n [-] © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m SOUVISLOSTI 0 v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 ^ 15 % 0 vnější faktory (svalové a psychické zatížení, trávení, poloha, hluk, podnebí, počasí); 0 vnitřní faktory (dány autonomní fyziologickou aktivitou - dýchání, oscilace tlaku krve, termoregulace); VNITŘNÍ FAKTORY 0 dýchání -» (respirační arytmie x sinová arytmie) -» frekvence 10 ■*■ 30 vdechů/min, tj. 0,15 ■*■ 0,5 Hz IZÍ krevní tlak - spontánní oscilace o frekvenci ~0,1 Hz (Mayerovy oscilace) izí termoregulace - oscilace do 0,08 Hz Spektrum RO © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m ANALÝZA VARIABILITY KVS KONÍ 0 náhlá srdeční smrt při anestézii (u trénovaných koni =^> problém nejen zdravotní, nýbrž i ekonomický a právni); 0 vzhledem k tomu, že u koní se vyskytuje syndrom náhlé srdeční smrti až o dva řády častej i než u lidí a o řád častej i než u malých zvířat, lze považovat koně za modelový živočišný druh; 0 reaktivita autonomního nervového systému za různých patologií: -» esenciální hypertenze; -» diabetes; ► astma; .... *— IMJ ANALÝZA VARIABILITY KVS KONÍ CO A JAK MERIT? činnost nervové soustavy « RR intervaly, ...?=> EKG ; činnost srdce o elektrické buzení zejména levé komory - morfologie komplexů QRS-T, QTintervaly, ...?=> EKG ; o mechanická činnost - průtok, resp. tlak krve =^> fonokardiogram, UZV, invazivní měření; činnost cévní soustavy « průtok, resp. tlak krve ve velkých cévách - invazivní měření, UZV, impedanční měření © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m VZTAH INTERVALU RR A QT ■=> LIDÉ
*■*
420 •°
&0
400 0° °
... • ••
380 o o #* •
360 • « -------------h- • • -----------1--------------1--------------1--------------1--------------1--------------1-------------1--------------1--------------1-
700
800
900
1000
1100 RR [ms]
© Institut biostatistiky a analýz
íba •'
m
VZTAH INTERVALU RR A QT
=> KONĚ <^
0 zpožděné zkrácení intervalů QT se objevuje po okamžitém zkrácení intervalů RR, často je při návratu do původního stavu následováno pomalými oscilacemi
0,0 -
QT[s]
0,7 -i
0,6 -
0,5 -
0,4 -
0,3 -
0,2 -
0,1 -
0,0 — 0,0
moment of excitation
100
200
300
0,5
1,0
1,5
400 n T-]
2,0
2,5 RR [s]
© Institut biostatistiky a analýz
IBA •■
m
VZTAH INTERVALU RR A QT
=> KONĚ <^
0 zanedbatelná variabilita QT při významné variabilitě srdečního rytmu
QT[s]
0,7 0,6 0,5 0,4
0,3 -| 0,2
0,1 4
0,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
RR[s]
© Institut biostatistiky a analýz
íba •'
m
VZTAH INTERVALU RR A QT
=> KONĚ <^
0 nejdříve se při zkracování intervalů RR intervaly QT prodlouží a teprve poté se jejich honoty vrátí po počátečního stavu the initial point
0 regresní přímka ve stavovém diagramu QT x RR má zápornou směrnici
RR 2,5 QT PQ 2,0
[s]
1.5
0.5 0.0
QT[s]
/K.y^.fikv^ARR
0,0
100
200
300
400 n [-]
o,/ -0,6 -
0,4 -n "3
0,2 -n 1
00 - lili
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5 RR [s]
© Institut biostatistiky a analýz
IBA •■
m
VZTAH INTERVALU RR A QT
=> KONĚ <^
0 spontánní periodické zrychlení srdeční činnosti s dobou opakování cca 180 až 340 s
RR 2,5 QT PQ 2,0
[s]
1,5
1,0 0,5 0,0
^Vtt-^^v^vx
v
-Vy-
"*>Yľr
QT
/^"V-----J-^-^^A^VvMr-~^^--*^^vyV'^, PQ
100
200
300
400 n [-]
© Institut biostatistiky a analýz
iBA '■
m
VZTAH INTERVALŮ RR A QT
vegetative ^nervous system wj^ heart
N„
PSYM
SYM
3C
atria RR
ventricles QT
Ne
PSYM - pa rasy m patička větev
sensitivity low-pass filter Delay
-Tp.S
pYM - sympatická větev
sensitivity low-pass filter Delay
gam
T
gam
0.3 r
^
NE- empiricky stanovený tvar vstupního signálu (emulace zpětné vazby)
NE =
A 0
siní—(t-t,)--
^
+ 1
J
kdyžt^t^+T jinak
t, - doba stimulace
© Institut biostatistiky a analýz
iBA '■
m
VÝSLEDKY - MODEL v2.3
H
0.6 0.55
0.5 0.45
0.4
:..........i...........t...........
■ i
■ i
■ -ň---------------] ~ ~ "■-----------------------------T-----------------------------
líln fill I] n Jll I ' AT
300
2.5
1.5 1
400 500
t[s]->
600
".....-----ti---........, .-.........
.......- — "i--......"If" I-----xp ' J f\- '
■ - -"*--------------\\-i----------ŕ-----------i--------------------------
Í00 400 500
t[s]->
600
0.6 r
0.55
[ i •y
0.45
T = 58 s
A = 0.233 nu
RRoA,,= 1.33s QT, = 3.65 s
kSAU
TSYM QT ~ ^ S
^SYM QT~ 4-8
PSYM
QT=19s k
PSYM QT
= 4.3
© Institut biostatistiky a analýz
IBA '■
m
VÝSLEDKY - MODEL v2.3
H
0.6 0.55
0.5 0.45
0.4
\± m ...........t........... i n H . 1 ..é J..H r^kJi>^~AJn^—
ftJta^A 1
300 400
t[s]->
2.5 2
1 5 1
500
-^H
>00 300 400
500
0.6 r
0.55
[ i O'
0.5
0.45;
0.4L
05
T = 32 s
l 15 2
2.5
A = 0.0418 nu
RRoA,,= 1.33s QT, = 3.36 s
kSAU
tsym_qt - 6-4 s kSYM_QT- 3.8
TPSYM QT = 4-4 S kpSYM qT= 4.2
© Institut biostatistiky a analýz
IBA '■
m
^*R*/ŕ
AUTOMATICKÁ KLASIFIKACE TŘÁSNĚNEK _ (THYSANOPTERA)
Aeolothrips
Chirothrips
Dendrothrips
Limothrips
CT ¥ celkem
albicinctus Haliday, 1836 6 11 17
astutus Priesner, 1926 6 12 18
ericae Bagnall, 1920 - 9 9
fasciatus Linnaeus, 1758 4 13 17
intermedius Bagnall, 1934 6 17 23
versicolor Uzel, 1895 - 11 11
vittatus Haliday, 1836 - 15 15
aculeatus Bagnall, 1927 15 15 30
ambulans Bagnall, 1932 - 15 15
hamatus Trybom, 1895 15 15 30
manicatus Haliday, 1836 15 15 30
pallidicornis Priesner,1925 15 15 30
degeeri Uzel, 1895 4 70 74
ornatus Jablonowski,1894 - 75 75
saltatrix Uzel, 1895 2 12 14
cerealium Haliday, 1836 15 15 30
consimilis Priesner, 1926 15 15 30
denticornis Haliday, 1836 15 15 30
© Institut biostatistiky a analýz
iBA '■
m
AUTOMATICKÁ KLASIFIKACE TŘÁSNĚNEK _ (THYSANOPTERA)
\(r