logo-IBA logo-MU © Institut biostatistiky a analýz ÚVOD DO MATEMATICKÉ BIOLOGIE I. setkání šesté a poslední prof. Ing. Jiří Holčík, CSc. UKB, pav.A29, RECETOX, dv.č.112 holcik@iba.muni.cz levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VÝZKUMNÉ AKTIVITY þkvantifikace vlivu sympatické a parasympatické větve autonomního nervového systému na funkci kardiovaskulární soustavy; þstanovení parametrů křivky krevního tlaku pro řízení ventilace při anestézii u koní; þhodnocení parametrů signálu EKG při zátěžovém vyšetření koní; þdetekce epileptických mikrozáchvatů; þ þ logo-IBA logo-MU © Institut biostatistiky a analýz KVANTIFIKACE VLIVU SYMPATICKÉ A PARASYMPATICKÉ VĚTVE AUTONOMNÍHO NERVOVÉHO SYSTÉMU NA FUNKCI KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þÚKOLY * zajistit uspokojení požadavků jednotlivých tkání a orgánů: * na zásobení kyslíkem, živinami, minerály, …; * na odstranění metabolických odpadů; * poskytnout pohyblivé médium * pro endokrinní (hormonální) řízení; * imunitní systém; * termoregulace CircuitA KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVA levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY CircuitA þcentrální řízení krevního oběhu ènervová soustava qautonomní nervový systém (sympatická a parasympatická větev) èhormonální řízení qpřímo, příp. nepřímo uvolněním vazoaktivních látek þlokální řízení èmyogenní efekty èmetabolické efekty levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz wpe4.jpg (6604 bytes) CircuitA ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz CircuitA wpe4.jpg (6604 bytes) ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz CircuitA wpe4.jpg (6604 bytes) pecg9320 ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz CircuitA wpe4.jpg (6604 bytes) pecg9320 Aloka_680 ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz CircuitA wpe4.jpg (6604 bytes) pecg9320 plethysmograph Aloka_680 ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU þVARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU, tj. fluktuace dob trvání po sobě jdoucích srdečních cyklů, tak hodnot okamžité srdeční frekvence (HRV – Heart Rate Variability) je jev, který reprezentuje stav autonomního nervového systému řídícího srdeční činnost. levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz SOUVISLOSTI þv závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 ¸ 15 % þvnější faktory (svalové a psychické zatížení, trávení, poloha, hluk, podnebí, počasí); þvnitřní faktory (dány autonomní fyziologickou aktivitou – dýchání, oscilace tlaku krve, termoregulace); levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VNITŘNÍ FAKTORY þdýchání è(respirační arytmie x sinová arytmie) èfrekvence 10 ¸ 30 vdechů/min, tj. 0,15 ¸ 0,5 Hz þkrevní tlak – spontánní oscilace o frekvenci ~0,1 Hz (Mayerovy oscilace) þtermoregulace – oscilace do 0,08 Hz E:\jmenovani_predn\Obrázky\Musil\RRr.bmp levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þnáhlá srdeční smrt při anestézii þ (u trénovaných koní Þ problém nejen zdravotní, nýbrž i ekonomický a právní); þvzhledem k tomu, že u koní se vyskytuje syndrom náhlé srdeční smrti až o dva řády častěji než u lidí a o řád častěji než u malých zvířat, lze považovat koně za modelový živočišný druh; þreaktivita autonomního nervového systému za různých patologií: èesenciální hypertenze; èdiabetes; èastma; …. * þ ANALÝZA VARIABILITY KVS KONÍ levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þCO A JAK MĚŘIT? þ * činnost nervové soustavy * RR intervaly, …? Þ EKG ; * činnost srdce * elektrické buzení zejména levé komory – morfologie komplexů QRS-T, QT intervaly, …? Þ EKG ; * mechanická činnost – průtok, resp. tlak krve Þ fonokardiogram, UZV, invazivní měření; * činnost cévní soustavy * průtok, resp. tlak krve ve velkých cévách – invazivní měření, UZV, impedanční měření ANALÝZA VARIABILITY KVS KONÍ levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VZTAH INTERVALŮ RR A QT ð LIDÉ ï levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz 17 PARAMETRY, KTERÉ LZE URČOVAT Vlna S(R) Vlna T RR interval Vlna P QT interval levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þzpožděné zkrácení intervalů QT se objevuje po okamžitém zkrácení intervalů RR, často je při návratu do původního stavu následováno pomalými oscilacemi VZTAH INTERVALŮ RR A QT ð KONĚ ï levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þzanedbatelná variabilita QT při významné variabilitě srdečního rytmu VZTAH INTERVALŮ RR A QT ð KONĚ ï levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þnejdříve se při zkracování intervalů RR intervaly QT prodlouží a teprve poté se jejich honoty vrátí po počátečního stavu the initial point þregresní přímka ve stavovém diagramu QT x RR má zápornou směrnici VZTAH INTERVALŮ RR A QT ð KONĚ ï levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þspontánní periodické zrychlení srdeční činnosti s dobou opakování cca 180 až 340 s VZTAH INTERVALŮ RR A QT ð KONĚ ï levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz NE – empiricky stanovený tvar vstupního signálu (emulace zpětné vazby) PSYM – parasympatická větev SYM – sympatická větev t1 – doba stimulace VZTAH INTERVALŮ RR A QT levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VÝSLEDKY TSR = 25 s TPR = 25 s TSQ = 19 s TPQ = 17 s tSQ = 18 s tPQ = 20 s kSQ = – 5.1 kPQ = – 4.6 očekávaný vztah mezi intervaly RR a QT nestandardní průběh odezvy intervalů QT TSR = 4 s TPR = 4 s TSQ = 18 s TPQ = 18 s tSQ = 4 s tPQ = 1.2 s kSQ = – 4.2 kPQ = – 4.6 levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz mod_v2_3-velvet - s el 1 - 2002-04-24 mod_v2_3-velvet - s el 1 - 2002-04-24 mod_v2_3-velvet - s el 1 - 2002-04-24 T = 58 s A = 0.233 nu RRSAU = 1.33 s QTk = 3.65 s tSYM_QT = 18 s kSYM_QT= 4.8 tPSYM_QT = 19 s kPSYM_QT= 4.3 VÝSLEDKY – MODEL v2.3 levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz mod_v2_3-nikita - s el - 2002-04-24 mod_v2_2-nikita - s el - 2002-04-24 mod_v2_3-nikita - s el - 2002-04-24 T = 32 s A = 0.0418 nu RRSAU = 1.33 s QTk = 3.36 s tSYM_QT = 6.4 s kSYM_QT= 3.8 tPSYM_QT = 4.4 s kPSYM_QT= 4.2 VÝSLEDKY – MODEL v2.3 logo-IBA logo-MU © Institut biostatistiky a analýz STANOVENÍ PARAMETRŮ KŘIVKY KREVNÍHO TLAKU PRO ŘÍZENÍ VENTILACE PŘI ANESTÉZII U KONÍ levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz http://oakspringsinsurance.com/wp-content/uploads/2009/05/horse-surgery.jpg Horse Surgery levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz logo-IBA logo-MU © Institut biostatistiky a analýz HODNOCENÍ PARAMETRŮ SIGNÁLU EKG PŘI ZÁTĚŽOVÉM VYŠETŘENÍ KONÍ levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz ZÁTĚŽOVÉ VYŠETŘENÍ KONÍ vlcsnap-2010-09-20-20h59m26s69 levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz ZÁTĚŽOVÉ VYŠETŘENÍ KONÍ vlcsnap-2010-09-20-20h59m26s69 P8250024 P8250022 levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VÝSLEDEK DETEKCE QRS KOMPLEXŮ A KONCŮ VLN T KLUS 34 levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz POSLOUPNOST RR INTERVALŮ A FREKVENČNÍ SPEKTRA JEJÍCH ÚSEKŮ Graf-tepy (2) podlesi3-spektrumcasti posloupnost RR intervalů při standardizované zátěži frekvenční spektra jednotlivých fází zátěže levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þodstranění nestacionární složky RR intervalů þa eliminovaná stacionární složka levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz clanok2-ar49 yw logo-IBA logo-MU © Institut biostatistiky a analýz DETEKCE EPILEPTICKÝCH MIKROZÁCHVATŮ levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz EPILEPSIE þchronické neurologické onemocnění vyznačující se opakováním záchvatů, vyvolaných synchronizací činnosti mozkových buněk. þprevalence cca 1 %. þojedinělý záchvat se může objevit za život až u 10 % lidí. (Sörnmo & Laguna, 2005). levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz EPILEPSIE (Sörnmo & Laguna, 2005). levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz EPILEPTICKÉ MIKROZÁCHVATY Mikrozáchvat (červeně) s dobou trvání 1,14 sekundy v jednokanálovém EEG záznamu Epileptický záchvat (zeleně) s délkou 41,43 sekund v jednokanálovém EEG záznamu levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI Průměrné amplitudové spektrum mikrozáchvatu jako referenční vzor pro detekci Průměrné amplitudové spektrum epileptického záchvatu jako referenční vzor levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI průměrné amplitudové frekvenční spektrum mikrozáchvatu průměrné amplitudové frekvenční spektrum záchvatu levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz SPEKTRÁLNÍ VLASTNOSTI Srovnání etalonů (průměrných spekter) tříd (mikrozáchvatu červeně, záchvatu zeleně a aktivity pozadí modře) pro detektory podle minimální vzdálenosti levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VÝSLEDKY Detektor pouze s kritériem minimální vzdálenosti Celková tSEN: 73,9 % TP FP FN Celková tPPV: 3,4 % 1173 33559 415 Průměr Medián Minimum Maximum SEN 75,8 % 90,6 % 0,0 % 100,0 % PPV 19,4 % 0,8 % 0,0 % 100,0 % Detektor pouze s kritériem podílu průměru frekvencí Celková tSEN: 80,5 % TP FP FN Celková tPPV: 0,6 % 1279 222808 309 Průměr Medián Minimum Maximum SEN 84,6 % 94,1 % 0,0 % 100,0 % PPV 0,8 % 0,1 % 0,0 % 8,2 % Detektor dle minimální vzdálenosti s kritériem podílu frekvencí Celková tSEN: 66,0 % TP FP FN Celková tPPV: 6,0 % 1048 16461 540 Průměr Medián Minimum Maximum SEN 64,7 % 78,1 % 0,0 % 100,0 % PPV 24,7 % 1,7 % 0,0 % 100,0 % levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz VÝUKA þBc studium èČasové řady (Bi5440) + cvičení (Bi5440c) è povinný předmět - 3.ročník, 5.semestr èVícerozměrné metody (Bi8600) + cvičení (Bi8600c) èpovinný předmět – 3. ročník, 5. semestr è(RNDr.E.Koriťáková, RNDr J.Jarkovský, RNDr.D.Harušťiaková) þMgr studium èLineární a adaptivní zpracování dat (Bi0440) è povinný předmět – 1.ročník, 1.semestr (Doc.D.Schwarz) èAnalýza a klasifikace dat (Bi0034) è povinný předmět – 1.ročník, 1.semestr (RNDr.E.Koriťáková) èSpektrální analýza časových řad (Predikce časových řad) (Bi6446) - doporučený volitelný předmět – jarní semestr levy-panel-IBA-se-zavojem logo-IBA-transparent logo-MU © Institut biostatistiky a analýz þPŘEJI VÁM PĚKNÉ, KLIDNÉ VÁNOCE þA ÚSPĚŠNÉ PRVNÍ ZKUŠEBNÍ OBDOBÍ http://www.grafika.cz/images4/vesele_vanoce_flash_01.gif