Týmový projekt BiMat
2015/2016
Týmový projekt BiMat
2015/2016
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt
?
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt – rozdělení úkolů
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt - team-leadership
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt – dvě obhajoby
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt - zápočet
Závěrečnou zprávu k projektu není potřeba vypracovávat.
Zápočet bude udělen na základě úspěšné obhajoby.
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt – čtyři zadání
1) Analýza signálů z měření tkáňové perfuze pro studium vazospasmů
(D. Schwarz)
2) Registrace EPI obrazů pro transformaci svazků nervových drah v mozku
(D. Schwarz)
3) Separace složek okamžité srdeční frekvence
(J. Holčík)
4) Metody pro odhad přesnosti modelů pro klasifikaci
obrazových dat mozku (R. Vyškovský)
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Analýza signálů z měření tkáňové perfuze pro studium vazospasmů
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Analýza signálů z měření tkáňové perfuze pro studium vazospasmů
Rekonstrukční mikrochirurgie, plastická a estetická chirurgie
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Širší kontext experimentu:
Porovnání mechanických vlivů způsobujících vazospasmy.
 Srovnání účinku vazoaktivních substancí na uvolnění vazospasmu
v experimentu na laboratorním potkanovi.
 Ověření účinku vybraného spasmolytika v experimentu na praseti.
 Použití spasmolytika v klinické praxi k léčbě mikrochirurgických komplikací.
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Širší kontext experimentu:
Porovnání mechanických vlivů způsobujících vazospasmy.
 Srovnání účinku vazoaktivních substancí na uvolnění vazospasmu
v experimentu na laboratorním potkanovi.
 Ověření účinku vybraného spasmolytika v experimentu na praseti.
 Použití spasmolytika v klinické praxi k léčbě mikrochirurgických komplikací.
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
180 potkanů
anestezie a preparace
tříselného laloku
Měření tkáňové perfuze,
podněty ke spasmům
Předzpracování a analýza signálů
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Závaží 10 g
Závaží 15 g
Závaží 20 g
Svorky E120
Svorky E180
Svorky Ey
Krev
Krvácení
Preparace
Nalezení podnětu, který způsobí nejdelší vasospasmus
bez anatomického poškození cévy.
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Signály tkáňové perfuze
PeriFlux5000
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Vazospasmy: workpackages
1. Vysvětlení podstaty vzniku vazospasmu při rekonstrukční mikrochirurgii
2. Vysvětlení fyzikální podstaty měření perfuze krve laser-dopplerovskými
přístroji
3. Programování importu ASCII dat z přístroje Periflux5000 do Matlabu
4. Předzpracování časových řad
5. Analýza časových řad:
• určení nejvhodnějšího podnětu pro další experimentování
• rozdělení všech podnětů na „slabé“ a „silné“
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Traktografie
Registrace EPI obrazů pro transformaci svazků nervových drah v mozku
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Traktografie
Registrace EPI obrazů pro transformaci svazků nervových drah v mozku
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Traktografie
Pozadí
• 7 T MR EP imaging: artefakty způsobené magnetickou susceptibilitou
• Anderson et al., 2003:
• Metody pro rekonstrukci EP obrazů,
• Nevýhoda = dvojí čtení podél osy fázového kódování pozičních souřadnic
Nápad
1. Vypočítat svazky nervových drah (TRAKTY) ve zkreslených obrazech .
2. Nelézt transformace popisující zkreslení v EP obrazech.
3. Rekonstruovat svazky nervových drah s využitím těchto transformací.
4. Navrhnout validaci tohoto přístupu pomocí srovnávání tzv. matic konektivity.
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Traktografie
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Traktografie
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Traktografie: workpackages
1. Vysvětlení podstaty vzniku artefaktů v EP obrazech souvisejících s
magnetickou susceptibilitiou u MRI tomografů > 2,5 T
2. Vysvětlení podstaty Andresonovy metody pro rekonstrukci EP obrazů
3. Předzpracování MRI obrazových dat
• 3-5 subjektů
• T1-vážený anatomický obraz (3-D)
• Difuzně-vážený dataset (4-D)
• Registrace s afinní transformací
• Registrace s nelineární transformací
4. Deformace traktů
5. Vysvětlení možných přístupů k validaci této nové metody
METODY PRO ODHAD PŘESNOSTI
MODELŮ PRO KLASIFIKACI
OBRAZOVÝCH DAT MOZKU
Roman Vyškovský
vyskovsky@recetox.muni.cz
METODY PRO ODHAD PŘESNOSTI
KLASIFIKAČNÍCH MODELŮ: PROBLÉM
 Úspěšnost modelu musí být posouzena na
nezávislém souboru dat
 V neuropsychiatrickém výzkumu je k dispozici
často jen malý data set
 Některé validační metody uměle zvyšují
správnost klasifikace
METODY PRO ODHAD PŘESNOSTI
KLASIFIKAČNÍCH MODELŮ:
CÍL PROJEKTU
 Nastudovat a prozkoumat validační metody
 Tyto metody aplikovat na model pro klasifikaci
pacientů s první epizodou schizofrenie na základě
2D obrazů z magnetické resonance
 Vyhodnotit přínosy jednotlivých metod
(nadhodnocení výsledků, výpočetní náročnost
apod.)
 Vybrat nejvhodnější z nich a vysvětlit proč by
měla být používána
METODY PRO ODHAD PŘESNOSTI
KLASIFIKAČNÍCH MODELŮ: PRACOVNÍ BALÍČKY
1) Vyselektovat příznaky vhodné pro klasifikaci
2D obrazů mozků
2) Aplikovat klasifikátor
3) Validovat vybraný model pomocí minimálně 4
různých validačních metod
4) Zhodnotit výsledky a diskutovat
výhody/nevýhody a správnost jednotlivých
validačních metod…
© Institut biostatistiky a analýz
SEPARACE STACIONÁRNÍ A NESTACIONÁRNÍ
SLOŽKY POSLOUPNOSTI OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE PŘI ZÁTĚŽOVÉM VYŠETŘENÍ
SEPARACE STACIONÁRNÍ A NESTACIONÁRNÍ
SLOŽKY POSLOUPNOSTI OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE PŘI ZÁTĚŽOVÉM VYŠETŘENÍ
© Institut biostatistiky a analýz
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
© Institut biostatistiky a analýz
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
Databáze:
8 koní – převzorkované (10 vz/s) posloupnosti (cca 8000 vz) délek
srdečních intervalů (tzv. RR intervaly) v [s] + doby trvání jednotlivých fází
experimentu (chůze, klus, cval 7m/s, 8 m/s, 9 m/s, …)
© Institut biostatistiky a analýz
Hammingův MA filtr
(Hammingovo okno) s optimalizací délky okna
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
© Institut biostatistiky a analýz
Zadání
1. prostudovat formy konečných vyhlazovacích oken a jejich
frekvenčních vlastnosti. Na základě studia vybrat MA (FIR)
filtry s vhodnými okny, které reprezentují přiměřený model
nestacionární složky zátěžové posloupnosti srdečního rytmu.
Harris,F.J.: On the Use of Windows for Harmonic Analysis with the Discrete
Fouriere Transform. Proc. IEEE, vol.66, No.1., Jan 1978, s.51-83
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
Bartlett-Hann window
Bartlett window
Blackman window
Blackman-Harris window
Bohman window
Chebyshev window
Flat Top window
Gaussian window
Hamming window
Hann window
Kaiser window
Nuttall's Blackman-Harris
window
Parzen (de la ValléePoussin)
window
Rectangular window
Tapered cosine window
Triangular window
© Institut biostatistiky a analýz
Zadání
1. prostudovat formy konečných vyhlazovacích oken a jejich
frekvenčních vlastnosti. Na základě studia vybrat MA filtry s
vhodnými okny, které reprezentují přiměřený model
nestacionární složky zátěžové posloupnosti srdečního rytmu.
2. úprava dat – odstranění stejnosměrné složky (?)
3. optimalizovat délku impulzní odezvy –
kritéria:
a. stacionarita posloupnosti po odstranění „nestacionarity“;
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
© Institut biostatistiky a analýz
Zadání
1. prostudovat formy konečných vyhlazovacích oken a jejich
frekvenčních vlastnosti. Na základě studia vybrat MA filtry s
vhodnými okny, které reprezentují přiměřený model
nestacionární složky zátěžové posloupnosti srdečního rytmu.
2. úprava dat – odstranění stejnosměrné složky (?)
3. optimalizovat délku impulzní odezvy –
kritéria:
a. stacionarita posloupnosti po odstranění nestacionarity;
b. střední kvadratická odchylka v časové oblasti;
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
© Institut biostatistiky a analýz
Zadání
1. prostudovat formy konečných vyhlazovacích oken a jejich
frekvenčních vlastnosti. Na základě studia vybrat MA filtry s
vhodnými okny, které reprezentují přiměřený model
nestacionární složky zátěžové posloupnosti srdečního rytmu.
2. úprava dat – odstranění stejnosměrné složky (?)
3. optimalizovat délku impulzní odezvy –
kritéria:
a. stacionarita posloupnosti po odstranění nestacionarity;
b. střední kvadratická odchylka v časové oblasti;
c. střední kvadratická odchylka ve frekvenční oblasti;
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
© Institut biostatistiky a analýz
Zadání
1. prostudovat formy konečných vyhlazovacích oken a jejich
frekvenčních vlastnosti. Na základě studia vybrat MA filtry s
vhodnými okny, které reprezentují přiměřený model
nestacionární složky zátěžové posloupnosti srdečního rytmu.
2. úprava dat – odstranění stejnosměrné složky
3. optimalizovat délku impulzní odezvy –
kritéria:
a. stacionarita posloupnosti po odstranění nestacionarity;
b. střední kvadratická odchylka v časové oblasti;
c. střední kvadratická odchylka ve frekvenční oblasti;
4. z výše použitých MA filtrů určit nejlepší s nejlepší délkou
okna
SEPARACE SLOŽEK OKAMŽITÉ SRDEČNÍ
FREKVENCE
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt – tři skupiny
KŘÍŽOVÁ VALIDACE
VAZOSPASMY
KONĚ
TRAKTOGRAFIE
Bílková A.
Churová V.
Mádrová M.
Marková J.
Nekvindová L.
Pehalová L.
Prustoměrská M.
Seňová V.
Šestáková T.
Štrosová D.
Tlamková T.
Velichová R.
Projekt z Matematické biologie © Institute of Biostatistics and Analyses
Týmový projekt – dvě prezentace
4. listopadu 2015
dle rozvrhu
9. prosince 2015
dle rozvrhu