Adaptive Zeit-Frequenz-Raum Zerlegung von Bioelektromagnetischen Daten

 

Überblick

Abbildung 1: Adaptive Zeit-Frequenz-Raum Zerlegung von MEG Daten mit SMP-Verfahren. A – Butterfly plot von MEG data (31 Kanäle); B – Zeit-Frequenz-Mode von MEG Data; C – Butterflyplot von einer extrahierten 600Hz Komponente

Die technologische Entwicklung erlaubt den Bau von für bioelektromagnetischen Meßsystemen mit mehreren hundert Messkanälen. Ziel dieses Projektes ist die Kombination der Zeit-Frequenz Analyse mit der räumlichen Mappinganalyse. Neue Methoden, die adaptive Matching Pursuit Dekomposition mit räumlicher Analysis kombinieren, sollen entwickelt werden. Zum Beispiel ist es möglich mittels Spatial Matching Pursuit (SMP) Methode mehrkanalige Daten in parametrisierte raumzeitliche Komponenten zu zerlegen. Die SMP-Atome sind erweiterte Atome des Matching Pursuit Verfahrens. Sie besitzen neben einem Gabor-Atom als Zeit-Frequenz-Komponente zusätzlich eine räumliche Komponente, welche die räumliche Verteilung eines Signals erfasst (Abbildung 1). Man unterscheidet sechs verschiedene Modi. Diese werden mittels Bessel-Funktionen erzeugt und modellieren die räumliche Verteilung von Mehrkanal-Daten.

Die entwickelten Methoden werden für Analyse von EEG, MEG und MKG Mehrkanaldaten eingesetzt. Sie sind besonders nützlich zur Artefaktunterdruckung, Extraktion von Signalkomponenten und in der Zeit-Frequenz Analyse von mehrkanaligen Daten. In Rahmen dieses Projektes sollen auch weitere Arten von Atomen für die Analyse verschiedene biologische Signale entwickelt und getestet werden. So können zum Beispiel Chirp-Atome für Untersuchung von Herztönen (Phonokardiogram) benutzt werden.

Projektpartner

Für dieses Projekt wurden noch keine Projektpartner hinterlegt.

Publikationen & Patente

Publikationen:   

  • Halbleib,A., Gratkowski,M., Schwab,K., Ligges,C., Witte,H., Haueisen,J.: Topographic analysis of engagement and disengagement of neural oscillators in photic driving: a combined EEG/MEG study. Journal of Clinical Neurophysiology, 29(1):33-41, 2012
  •     Schneider R., Lau S., Kuhlmann L., Vogrin S.,  Gratkowski M., Cook M., Haueisen J. (2011), Matching pursuit based removal of cardiac pulse-related artifacts in EEG/fMRI World Academy of Science, Engineering and Technology, ISSN: 2010-376X, accepted
  •     Halbleib A., Gratkowski M., Schwab K., Ligges C., Witte H., Haueisen J. (2011), Topographic analysis of engagement and disengagement of neural oscillators in photic driving: a combined EEG/MEG study, Journal of Clinical Neurophysiology, accepted
  •     Lelic D., Gratkowski M., Hennings K., Drewes AM., Multichannel Matching Pursuit Validation and Clustering - a Simulation and Empirical Study, (2010) Journal of Neuroscience Methods, 196(1):190-200
  •     Klemm,M., Haueisen,J., Ivanova,G.: Independent Component Analysis: Comparison of Algorithms for the Investigation of Surface Electrical Brain Activity. Medical & Biological Engineering & Computing, 47:413–423, 2009
  •     Lelic D., Gratkowski M., Valeriani M.,Arendt-Nielsen L., Drewes A. (2009), Inverse Modeling on Decomposed Electroencephalographic Data: A Way Forward?, Journal of Clinical Neurophysiology, 26(4): 227-235
  •     Ramon C., Holmes M., Freeman W.J., Gratkowski M., Eriksen J., Haueisen J. (2009), Power Spectral Density Changes During Covert Object Naming Tasks Measured With 256 Channel High Density EEG Recordings, Epilepsy and Behavior, 14(1): 54-59
  •     Drewes A.M., Gratkowski M., Sami S.A., Dimcevski G., Funch-Jensen P., Arendt-Nielsen L. (2008) Is the Pain in Chronic Pancreatitis of Neuropathic Origin? Support from EEG Studies during Experimental Pain, World Journal of Gastroenterology, 14(25): 4020-4027
  •     Gratkowski M., Haueisen J., Arendt-Nielsen L., CN Chen A. and Zanow F. (2008) Decomposition of Biomedical Signals in Spatial and Time-Frequency Modes, Method Inform Med, 47: 26-37
  •     Gratkowski M., Haueisen J., Arendt-Nielsen L. and Zanow F. (2007) Topographic Matching Pursuit of spatio-temporal bioelectromagnetic data, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, 83(11): 138-141
  •     Gratkowski M., Haueisen J., Arendt-Nielsen L., CN Chen A. and Zanow F. (2006) Time-Frequency Filtering of MEG Signals with Matching Pursuit, J Physiology-Paris, 99: 47-57

Konferenzbeiträge:

  •     Gratkowski M., Schmidt S., Gießler F., Eiselt M., Güllmar D., Witte O., Haueisen J., Time-Frequency-Space Components of Somatosenory Evoked Potentials in Rats, 5th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering, Budapest, 14-18 September, 2011
  •     Gratkowski M., Lelic D., Haueisen J.: Inverse Modelling of SpatioTemporally Decomposed EEG data, Tagungsband Biosignalverarbeitung, Inovationen bei der Erfassung und Analyse bioelektrischer und biomagnetischer Signale Potsdam, 16.-18.07.2008, Universität Potsdam, ISBN 978-3-9810021-7-1, s. 79-82
  •     Gratkowski M., Haueisen J.,Arendt-Nielsen L., Zanow F, Topographic Matching Pursuit of Spatio-Temporal Bioelectromagnetic Data, Proceedings of the XIV International Symposium on Theoretical Electrical Engineering ISTET'07, 20-23.7, 2007, Szczecin, Poland
  •     Gratkowski M, Haueisen J, Drewes A, Sami S, Dimcevski G: Spatial-Time-Frequency Analysis of Increased Theta Activity of The EEG in Chronic Pancreatitis Patients, Proceedings of Gemeinsame Jahrestagung der Deutschen, Österreichischen und Schweizerischen Gesellschaften für Biomedizinische Technik, 6-9 September, 2006, Zurich, Switzerland
  •     Gratkowski M, Haueisen J, Liehr M, Leder U, Goernig M, Arendt-Nielsen L: Time-frequency-space filtering distinguishes partly overlapping T- and U-waves in multichannel DC magnetocardiograms, Proceedings of 11th Congress of the International Society of Holter and Noninvasive Electrocardiology and the 32nd Congress of the International Society of Electrocardiology, 2-4 June, 2005, Gdansk, Poland, 321-323
  •     Gratkowski M, Haueisen J, Liehr  M, Leder U, Goernig M, Arendt-Nielsen L: Separation of T- and U-Waves by Means of Spatial-Time-Frequency Filtering, In: Proceedings of BMT 2005, the 39th Annual Congress of the German Society for Biomedical Engineering (DGBMT) within VDE, Nuremberg, Germany; Biomedizinische Technik (Biomedical Engineering)
  •     Gratkowski M: Spatial-Time-Frequency Analysis of Biomagnetic Data, Proceedings 26. Symposium des Arbeitskreises Mathematik in Forschung und Praxis Im Physikzentrum Bad Honnef 28.02-01.03.2005
  •     Gratkowski M., Haueisen J.: Analysis of EEG and MEG Signals with Matching Pursuit, 49. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie und funktionelle Bildgebung, Klinische Neurophysiologie 35: 146 , DGKN September 15-19, Jena, 2004
  •     Gratkowski M.,Haueisen J., Schack B., Arendt-Nielsen L., Chen A.C.N., Zanow F.: Time-Frequency Analysis of Single Trial MEG Data using Matching Pursuit, Proceedings of the 4th International Symposium on Noninvasive Functional Source Imaging within the human brain and heart, Chieti – Italy, September 10-13, 2003
  •     Gratkowski M., Haueisen J., Schack B., Arendt-Nielsen L., Chen A., Zanow F.: Comparison of Wavelet Transform and Matching Pursuit in the Analysis of EEG and MEG Signals, In: Boenick, U., Bolz, A. (Hrsg.): Biomedizinische Technik: Beiträge zur gemeinsamen Jahrestagung der Deutschen, der Österreichischen und der Schweizerischen Gesellschaften für Biomedizinische Technik, September 24-27. Band 48, Ergänzungsband 1: 186-187. Salzburg, 2003
  •     Gratkowski, M., Haueisen, J., Schack, B.: Time-Frequency Filtering with Matching Pursuit, 48. Jahrestagung der GMDS 2003, Muenster,  Germany, 14-18. September 2003, Informatik, Biometrie und Epidemiologie in Medizin und Biologie (2003), 584 – 585

Förderung

Für dieses Projekt wurden noch keine Förderungen hinterlegt.