Application for Evaluation of Biological Signals

Import 06/11/2014Diplomová práce byla vytvořena za cílem realizace uživatelského prostředí pro zpracování a vyhodnocování biologických signálů. Biosignál je speciálním druhem signálu, který je vyvolán existencí živého organismu, nebo je z organismu snímán. Aktigrafie dolní končetiny byla využita k zjištění patofyziologií spánku a neurologických onemocnění mající vliv na spánek. Bylo vyhodnocováno, zda je výhodné její použití pro určité spánkové poruchy místo jiných diagnostických metod. K tomuto byl využit přípravek x-IMU, který je schopný díky několika senzorům poskytnout přesné informace o prostorových souřadnicích. Aktigrafie snímaná z dolní končetiny může být také využita k prokázání účinnosti medikamentů při léčbě nemocí, pro které je typický třes a spasmus v nohou. Potenciál přesnější a detailnější aktigrafie z dolní končetiny lze vidět ve screeningu pacientů, kteří projevili podezření na poruchu spánku a pro děti, pro které je běžné vyšetření polysomnografií frustrující.This thesis deals with the creation of the user interface for processing and evaluation of biological signals. Biological signal is a special type of signal that is caused by the existence of a living organism or organism is scanned. The aim was to create a user environment for processing actigraphy records of lower limbs, in order to determine the pathophysiology of sleep. It was evaluated as to whether it is advantageous to use a scan from the lower leg instead of a typical diagnostics methods for certain sleep disorders. Actigraphy recorded from the lower limbs can also be used to demonstrate the efficacy of treatment medicine for diseases characterized with tremors and cramps (muscle cramps) in the legs. The potential for more accurate and detailed actigraphy lower extremity we can see at screening patients who showed a suspected sleep disorder and for children for whom the routine examination by polysomnography is frustrating.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn

Automated diagnosis of sleep disorders using wearable devices

Spánkové poruchy způsobují mnoho negativních následků a stále více se zkoumá jejich spojitost s kognitivním zdravím člověka. Tato práce se zabývá detekcí nízké spánkové kvality pomocí aktigrafického měření. Zvolila se existující metoda pro určení spánkových oken a její výkonnost se ověřila na datech polysomnografie, čítajících 27 pacientů. Algoritmus prostřednictvím změn úhlu, vypočtených z časových řad akcelerometru, určil binární stavy spánek/bdění. Dosáhlo se odlišného výsledku oproti původní studii, průměrně 81 % citlivosti, 62 % specificity a 78 % správnosti. Provedl se rozbor spánkových parametrů, a ozkoušely se dva způsoby jak s jejich pomocí rozhodnout o nízké kvalitě spánku – na základě porovnání s doporučeními organizace National Sleep Foundation a na základě porovnání s daty kontrolní skupiny bez poruch spánku (poč. 7). Cílem bylo označit zbylých 19 pacientů s diagnózou. Doporučení mezí parametrů SOL, WASO, NA>5 a SE vycházelo s větší citlivostí (75 %), menší specificitou (71 %) a identickou správností (74 %). Na závěr se metoda použila na 7denním měření aktigrafie, o 27 pacientech s podezřením na prodromální fázi demence s Lewyho tělísky. Stejným postupem se zhodnotil pokus o zachycení tohoto podezření a prohloubení možné souvislosti neurodegenerace s nekvalitním spánkem. Způsob řešení se prokázal citlivostí 86 %, specificitou 38 % a správností 63 %. Vzhledem k dosažení solidní citlivosti ve všech případech a dobré správnosti by se dalo uvažovat o indikátoru spánkové kvality.Sleep disorders induce many negative repercussions. Furthermore, research about their connection to cognitive health is increasing in numbers. This thesis concerns detection of poor sleep quality via raw actigraphy data. Existing method for assessing sleep was selected, it’s performance was validated against polysomnography on 27 patients. Used algorithm defines sleep as the absence of change in arm angle. Resulting 81 % sensitivity, 62 % specificity and 78 % accuracy is different from the outcome in the pilot study. Two approaches, to determine sleep quality were used. Both are based on comparing sleep features – first, with National Sleep Foundation recommendations and second, with control group without sleep disorders (7 persons). The goal was to pinpoint the remaining 19 patients with diagnosis. The recommendation for SOL, WASO, NA>5 and SE had higher sensitivity (75 %), lower specificity (71 %) and identical accuracy (74 %). These approaches were then also tested on 7-day actigraphy, consisting of 27 subjects, that are presumed to have prodromal dementia with Lewy bodies. Same principle was applied to try to predict LBD and thereby address the link between sleep quality and neurodegeneration. This resulted in 86 % sensitivity, 38 % specificity and 63 % accuracy. With regard to achieving solid sensitivity in all cases and good accuracy this could be used to indicate sleep quality.

Assessment of the influence of artificial lighting simulating a natural photoperiod and spectrum on the parameters of circadian rhythms of healthy volunteers

The alternation of light and darkness on planet Earth has led to the development of endogenous systems that operate with a period of roughly 24 hours. We refer to these systems as circadian. For optimal functioning of the human circadian system, regular synchronization by an external stimulus is required. Light is a strong stimulus for synchronization for humans, but it should be noted that the outcome of this light synchronization depends critically on a number of factors. These factors include the timing and duration of the light pulse, as well as light parameters like spectrum and intensity. Commonly used interior lighting is often not optimal for the human endogenous circadian system, which is why the alternative of so-called biodynamic lighting (lighting that adequately stimulates the human organism) is being used more lately. As part of the experiment, we verified the effect of the newly created biodynamic lighting on the parameters of the circadian rhythm of healthy volunteers. Using methods of melatonin profile analysis, analysis of temperature records and actigraphy, we confirmed the influence of our experimental lighting.Střídáním světla a tmy na planetě Zemi došlo k vývoji endogenních systémů, které fungují s periodou zhruba 24 hodin. Tyto systémy označujeme jako cirkadiánní. Pro optimální fungování lidského cirkadiánního systému je zapotřebí pravidelné synchronizace pomocí vnějšího stimulu. Silným stimulem pro synchronizaci je pro člověka světlo, je však třeba podotknout, že výsledek této světelné synchronizace kriticky závisí na celé řadě faktorů. Mezi tyto faktory patří časování a doba trvání světelného pulzu, dále jsou zásadní parametry světla, jako je spektrum a intenzita. Běžně používané interiérové osvětlení často není pro lidský endogenní cirkadiánní systém optimální, proto se postupně začíná využívat alternativa tzv. biodynamického osvětlení (osvětlení adekvátně stimulující lidský organismus). V rámci experimentu jsme ověřovali vliv nově vytvořeného biodynamického osvětlení na parametry cirkadiánního rytmu zdravých dobrovolníků. Pomocí metod analýzy melatoninového profilu, analýzy teplotních záznamů a aktigrafie jsme vliv experimentálního osvětlení potvrdili.Department of PhysiologyKatedra fyziologieFaculty of SciencePřírodovědecká fakult

Relationship between circadian rhythms and selected biopsychosocial phenomena in healthy and clinical population

Introduction: Circadian rhythms are typically manifested by individual timing of the sleep-wake cycle, expressed as a specific chronotype. Social jet-lag (SJL) is a phenomenon related to circadian preference as it reflects the phase misalignment of internal biological and external social time. SJL occurs when a person does not have the opportunity to fall asleep and get up in accordance with chronotype. Chronotype and SJL are phenomena that have recently been increasingly associated with the pathogenesis of sleep disorders and many civilization diseases, especially diseases of metabolic system. Aims and objectives: The aims of the thesis were: 1/ To determine chronotype and social jet-lag and observe further links between sex, age, BMI and other parameters in a selected sample of the Czech population across socio-demographic categories. 2/ To find out whether chronotype and the SJL play a role in the treatment of obesity. 3/ To revise the commonly used methods for chronotype assessment (questionnaires and actigraphy) for their future use in the Czech environment. Material and methods: The thesis consists of three follow-up studies (questionnaire, actigraphic and combined). Both subjective and objective methods of chronotype and SJL assessment were used in the thesis. 1) The first study was a...Úvod: Cirkadiánní rytmy vykazují interindividuální variabilitu, která se typicky projevuje individuálním načasováním cyklu spánku a bdění a definuje tzv. chronotyp. S tímto nastavením pak v kontextu života ve společnosti souvisí sociální jet-lag (SJL) odrážející fázový nesoulad mezi vnitřními biologickými rytmy člověka (především chronotypem) a rytmy sociálními. SJL vzniká v případě, kdy člověk nemá možnost uléhat ke spánku a vstávat v souladu se svým chronotypem. Chronotyp a SJL jsou fenomény, které jsou v poslední době hojně asociovány s patogenezí spánkových poruch a mnoha civilizačních onemocnění, zejména metabolického systému. Cíle práce: Cílem této práce bylo: 1/ Stanovit chronotyp a míru sociálního jet-lagu u vybraného vzorku české populace a sledovat souvislosti s pohlavím, věkem, BMI a dalšími parametry napříč sociodemografickými kategoriemi. 2/ Zjistit, zda chronotyp a míra SJL hraje roli v léčbě obezity. 3/ Revidovat běžně užívané metody stanovení chronotypu (dotazníky a aktigrafie) pro budoucí užití v českém prostředí. Materiál a metody: Práce sestává ze tří navazujících studií (dotazníková, aktigrafická a kombinovaná), v nichž byly postupně použity jak subjektivní metody stanovení chronotypu a SJL, tak objektivní metody reprezentované aktigrafií. 1) První studie byla dotazníková a sběr...Department of Psychiatry and Medical Psychology - Department of PsychiatryKlinika psychiatrie a lékařské psychologie - klinika psychiatrie3. lékařská fakultaThird Faculty of Medicin

Unauffällig, unentdeckt, unbehandelt : unterstützende Ansätze zur Erkennung eines hypoaktiven Delirs

Einleitung: Das Delir ist ein akutes neuropsychiatrisches Syndrom, welches sich in Form von Aufmerksamkeits- und Kognitionsstörungen sowie Störungen des Bewusstseins zeigt. Es tritt am häufigsten in der hypoaktiven Subform auf, welche die schlechtesten Outcomes bedingt und durch die Gesundheitsfachpersonen am wenigsten erkannt wird. Fragestellung: Welche Ansätze werden in der Literatur beschrieben, die Pflegefachpersonen bei der Erkennung hypoaktiver Delirien bei erwachsenen Personen im stationären Akutsetting unterstützen können? Methode: Eine Literaturrecherche wurde in den Datenbanken Cochrane Library, Cinahl Complete, Pubmed und Psychinfo durchgeführt. Sechs Studien wurden inkludiert, darunter ein Review, vier quantitative und eine qualitative. Ergebnisse: Bezüglich den Screening- und Assessmentinstrumente zeigte der 4A’s-Test die beste Evidenz bei der Erkennung des hypoaktiven Delirs, allerdings befindet sich dieser noch in der Validierungsphase. Interprofessionelle Schulungen können die Erkennung durch Pflegefachpersonen verbessern. Alternative Methoden wie die Aktigrafie (Erfassung der Körperbewegung mit einem elektronischen Gerät) haben im Moment noch keine Praxisrelevanz. Schlussfolgerung: Einige Ansätze zur Verbesserung der Erkennung konnten identifiziert werden. Aktuell existiert aber noch wenig Literatur, welche sich explizit mit der Erkennung des hypoaktiven Delirs befasst. Eine abschliessende Beantwortung der Fragestellung ist daher nicht möglich. Weitere Forschung mit Subgruppenanalysen bezüglich der Subformen des Delirs ist deshalb erforderlich

Sleep correlates of early risk of bipolar disorder in children and adolescents.

Úvod: Nálezy narušeného spánku a cirkadiánních rytmů byly opakovaně replikovány u dospělých i u dětí s bipolární poruchou (BP) a jsou proto považovány za jádrové příznaky BP. I přesto, že jsou narušená cirkadiánní rytmicita a spánek uváděny v různých heuristických modelech vývoje BP, nebyly zatím jako biomarkery v populaci v riziku dostatečně validovány. Proto jsme provedli: a) Explorativní studii spánku a cirkadiánního rytmu klid-aktivita u potomků BP rodičů; b) Navazující studii spánku a cirkadiánního rytmu u dětí a adolescentů BP rodičů, u kterých nebyla přítomná psychopatologie, s výjimkou deprese a úzkostných poruch. Metody: a) 14 dnů aktigrafického měření a subjektivní škály (dotazník dle Chervina, Dotazník ranních a večerních typů - verze pro děti, MEQ a spánková škála dotazníku General Behavior Inventory, GBISS) k testování chronotypu a kvality spánku, psychiatrické vyšetření k určení psychopatologie. b) Studie se stanovenými hypotézami dle výsledků studie a), užívající ≥ 14 dní aktigrafického měření s pokročilejšími technikami k určení chronotypu, sociálního jet lagu a spánkové makrostruktury, psychiatrické vyšetření a subjektivní psychometrické škály k určení plného psychopatologického profilu. Výsledky: a) Bylo zařazeno 42 potomků v riziku a 42 kontrol srovnatelných věkem a pohlavím. U...Background: Reports of subjective sleep impairments have been replicated in adults with bipolar disorder (BD) and young BD patients. Furthermore, circadian rhythm alterations are a core feature of BD. Despite the impairment in circadian rhythms and altered sleep included in various heuristic developmental models of BD, thus far, biomarkers in population at risk for BD have not been sufficiently objectively validated. Thus, we conducted: a) Explorative study of sleep and rest-activity circadian rhythm among offspring of BD parents. b) Study of sleep and rest-activity circadian rhythm among offspring of BD parents without the presence of psychopathology (except depression and anxiety disorders) based on our exploratory findings. Methods: a) 14 days of actigraphic assessment and subjective scales (Pediatric Sleep Questionnaire, PSQ; the Morningness/Eveningness Questionnaire, MEQ; and The General Behavior Inventory Sleep Subscale, GBISS) to assess circadian preference, and to identify sleep impairment symptoms. Psychopathology was assessed using psychiatric interview. b) ≥ 14 days of actigraphic assessment with advanced methods to assess the chronotype, social jet lag and sleep macrostructure, psychiatric interview and subjective psychometric scales to assess the full psychopathology profile. Results:...University Hospital MotolFakultní nemocnice MotolFirst Faculty of Medicine1. lékařská fakult

Functional movement disorders: pathophysiological mechanisms, diagnostic neurophysiological markers, and new therapeutic approaches

Functional movement disorders (FMD), previously referred as psychogenic, are characterized by inconsistency and incogruence with organic neurological disorders. The original psychological models of FMD were replaced by a neurobiological model of the disease. The identification of neurophysiological correlates of FMD and their comorbidities may add to the so far limited knowledge of the pathophysiology of these disorders. This Thesis focuses on three thematic areas of FMD: 1. assessment of prevalence of comorbid restless legs syndrome (RLS) and periodic limb movements (PLM) as an objective marker of RLS using actigraphy; 2. analysis of reflexive and volitional eye movements using videooculography (VOG); 3. evaluation of emotional arousal objectively by pupillometry and subjectively using affective ratings of emotional pictures. In total, 115 FMD patients and 76 age- and matched healthy controls participated in the studies. 1. FMD patients (N=96) presented with signficantly higher prevalence of RLS (43,8 % vs. 7,9 %, p<0,001) and clinically relevant PLM (20,8 % vs. 2,6 %, p=0,0002) compared to controls. The association of RLS/PLM with FMD raises the possibility of common pathophysiological mechanisms of these conditions and has clinical implications in management of FMD. 2. VOG analyses showed normal...Funkční poruchy hybnosti (FPH), dříve označované jako psychogenní, jsou charakterizovány inkonzistencí a inkongruencí s organickým neurologickým onemocněním. Původní psychologické modely vzniku FPH byly nahrazeny neurobiologickým modelem onemocnění. Identifikace neurofyziologických korelátů FPH a jejich komorbidit může pomoci rozšířit dosud omezené znalosti patofyziologie těchto poruch. Tato disertační práce se zaměřuje na tři tematické okruhy týkající se FPH: 1. stanovení prevalence komorbidního syndromu neklidných nohou (RLS) a periodických pohybů končetinami (PLM) jako objektivního markeru RLS metodou aktigrafie; 2. analýza reflexních a volních očních pohybů metodou videookulografie (VOG); 3. hodnocení emočního arousalu objektivně metodou pupilometrie a subjektivně pomocí afektivních hodnocení emočních obrázků. Celkem se studií zúčastnilo 115 pacientů s FPH a 76 věkem a pohlavím vázaných zdravých kontrol. 1. U pacientů s FPH (N=96) jsme ve srovnání s kontrolami zjistili vyšší prevalenci RLS (43,8 % vs. 7,9 %, p<0,0001) a aktigraficky klinicky významných PLM (20,8 % vs. 2,6 %, p=0,0002). Nález asociace RLS/PLM s FPH naznačuje možnou společnou patofyziologii těchto onemocnění a také má klinické implikace pro management FPH. 2. VOG analýzy u pacientů prokázaly normální reflexní oční pohyby a...Department of Neurology First Faculty of Medicine Charles University and General University Hospital in PragueNeurologická klinika 1. LF UK a VFN1. lékařská fakultaFirst Faculty of Medicin

Chronotypes and Social Jet Lag Related to Obesity

V přírodě lze pozorovat řadu dějů, které podléhají určité pravidelnosti a s určitou periodou se opakují. Mezi tyto děje patří mj. i rytmus cirkadiánní s periodou přibližně jeden den. Jeho hlavním synchronizátorem je světlo, ovšem na synchronizaci má vliv i mnoho vnějších faktorů, mezi které patří i sociokulturní prostředí, v němž člověk žije. Cirkadiánnímu rytmu podléhá řada dějů v organismu, u každého člověka ovšem může být nastavení cirkadiánního rytmu lehce odlišné. Toto individuální nastavení nazýváme chronotyp. Výkumy posledních let ukazují, že velmi důležité je to, zda člověk žije v souladu se svým chronotypem. Dlouhodobý nesoulad a cirkadiánní desynchronizace vytvořená tlakem společnosti na život v ní udávaném rytmu se nazývá sociální jet lag. Mnohé studie potvrzují, že právě sociální jet lag může hrát roli v patogenezi mnoha civilizačních onemocnění včetně obezity. Proto by mohla být přínosem aplikace poznatků o fungování cirkadiánního rytmu a jeho porušení do klinické praxe, ať už pro zajištění efektivnější léčby souvisejících onemocnění či účinné prevence.In nature we can observe plenty of actions which show some kind of regularity as they repeat with a certain period. The circadian rhythm with its period of approximately one day belongs among these. The circadian rhythm is synchronized mainly by light, but there are also many other internal and especially external synchronizers such as the society we live in. In an organism many processes show circadian rhythmicity, but everyone has the rhythm adjusted individualy, thus called chronotype. It's indeed very important to note that living in harmony with the chronotype is essential. Social jet lag is the term for a long-term disbalance and circadian desynchrony as a consequence of the need to adjust this individual circadian preference to the regime set by the society we live in. Many of recent studies support the findings, that social jet lag might have an impact on health and could participate in development of some of the lifestyle diseases such as obesity. Therefore it should be found beneficial to apply those finding in a clinic practise not only in order to help with an efficient treatment of obesity and its consequences but also in preventing it.Katedra fyziologieDepartment of PhysiologyFaculty of SciencePřírodovědecká fakult