《生物醫(yī)學信號處理》PPT課件

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1、生物醫(yī)學信號處理主要內(nèi)容5.1生物醫(yī)學信號的特點5.2生物醫(yī)學信號的檢測處理方法概述5.3信號及其描述5.4信號處理的一般方法5.5應(yīng)用實例5.1生物醫(yī)學信號的特點生物醫(yī)學信號處理是生物醫(yī)學工程學的一個重要研究領(lǐng)域，也是近年來迅速發(fā)展的數(shù)字信號處理技術(shù)的一個重要的應(yīng)用方面，正是由于數(shù)字信號處理技術(shù)和生物醫(yī)學工程的緊密結(jié)合，才使得我們在生物醫(yī)學信號特征的檢測、提取及臨床應(yīng)用上有了新的手段，因而也幫助我們加深了對人體自身的認識。人體中每時每刻都存在著大量的生命信息。由于我們的身體整個生命過程中都在不斷地實現(xiàn)著物理的、化學的及生物的變化，因此所產(chǎn)生的信

2、息是極其復(fù)雜的。我們可以把生命信號概括分為二大類：化學信息物理信息化學信息是指組成人體的有機物在發(fā)生變化時所給出的信息，它屬于生物化學所研究的范疇。物理信息是指人體各器官運動時所產(chǎn)生的信息。物理信息所表現(xiàn)出來的信號又可分為電信號和非電信號兩大類。人體電信號，如體表心電（ECG）信號、腦電（EEG）、肌電（EMG）、眼電（EOG）、胃電（EGG）等在臨床上取得了不同程度的應(yīng)用。人體磁場信號檢測近年來也引起了國內(nèi)外研究者和臨床的高度重視，我們把磁場信號也可歸為人體電信號。人體非電信號，如體溫、血壓、心音、心輸出量及肺潮氣量等，通過相應(yīng)的傳感器，即可轉(zhuǎn)

3、變成電信號。電信號是最便于檢測、提取和處理的信號。上述信號是由人體自發(fā)生產(chǎn)的，稱為“主動性”信號。另外，還有一種“被動性”信號，即人體在外界施加某種刺激或某種物質(zhì)時所產(chǎn)生的信號。如誘發(fā)響應(yīng)信號，即是在刺激下所產(chǎn)生的電信號，在超聲波及X射線作用下所產(chǎn)生的人體各部位的超聲圖象、X射線圖象等也是一種被動信號。這些信號是我們進行臨床診斷的重要工具。我們這里所研究的生物醫(yī)學信號即是上述的包括主動的、被動的、電的和非電的人體物理信息。生物醫(yī)學信號的主要特點1．信號弱2．噪聲強3．頻率范圍一般較低4．隨機性強1．信號弱：直接從人體中檢測到的生理電信號其幅值一般

4、比較小。如從母體腹部取到的胎兒心電信號僅為10～50μV，腦干聽覺誘發(fā)響應(yīng)信號小于1μV，自發(fā)腦電信號約5～150μV，體表心電信號相對較大，最大可達5mV。因此，在處理各種生理信號之前要配置各種高性能的放大器。2．噪聲強：噪聲是指其它信號對所研究對象信號的干擾。如電生理信號總是伴隨著由于肢體動作、精神緊張等帶來的干擾，而且?；煊休^強的工頻干擾；誘發(fā)腦電信號中總是伴隨著較強的自發(fā)腦電；從母腹取到的胎兒心電信號常被較強的母親心電所淹沒。這給信號的檢測與處理帶來了困難。因此要求采用一系列的有效的去除噪聲的算法。3．頻率范圍一般較低：經(jīng)頻譜分析可知，除

5、聲音信號（如心音）頻譜成分較高外，其它電生理信號的頻譜一般較低。如心電的頻譜為0.01～35Hz，腦電的頻譜分布在l～30Hz之間。因此在信號的獲取、放大、處理時要充分考慮對信號的頻率響應(yīng)特性。4．隨機性強：生物醫(yī)學信號是隨機信號，一般不能用確定的數(shù)學函數(shù)來描述，它的規(guī)律主要從大量統(tǒng)計結(jié)果中呈現(xiàn)出來，必須借助統(tǒng)計處理技術(shù)來檢測、辨識隨機信號和估計它的特征。而且它往往是非平穩(wěn)的，即信號的統(tǒng)計特征（如均值、方差等）隨時間的變化而改變。這給生物醫(yī)學信號的處理帶來了困難。因此在信號處理時往往進行相應(yīng)的理想化和簡化。當信號非平穩(wěn)性變化不太快時，可以把它作為

6、分段平穩(wěn)的準平穩(wěn)信號來處理；如果信號具有周期重復(fù)的節(jié)律性，只是周期和各周期的波形有一定程度的隨機變異，則可以作為周期平穩(wěn)的重復(fù)性信號來處理。更一般性的方法是采用自適應(yīng)處理技術(shù)，使處理的參數(shù)自動跟隨信號的非平穩(wěn)性而改變。生物醫(yī)學信號處理的主要任務(wù)1．研究不同生物醫(yī)學信號檢測和提取的方法；2．研究突出信號本身、抑制或除去噪聲的各種算法；3．研究對不同信號的特征的提取算法；4．研究信號特征在臨床上的應(yīng)用。5.2生物醫(yī)學信號的檢測處理方法概述5.2.1生物醫(yī)學信號檢測方法5.2.2生物醫(yī)學信號處理方法5.2.3數(shù)字信號處理的特點5.2.1生物醫(yī)學信號檢測

7、方法生物醫(yī)學信號檢測是對生物體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)和成分等信息進行檢測和量化的技術(shù)。涉及到人機接口技術(shù)、低噪聲和抗干擾技術(shù)、信號拾取、分析與處理技術(shù)等工程領(lǐng)域，也依賴于生命科學（如細胞生理、神經(jīng)生理等）研究的進展。信號檢測一般需要通過以下步驟：生物醫(yī)學信號通過電極拾取或通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器及預(yù)處理器進行信號放大和預(yù)處理，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，輸入計算機，然后通過各種數(shù)字信號處理算法進行信號分析處理，得到有意義的結(jié)果。心電電極、心音傳感器、導(dǎo)聯(lián)線心電、心音信號放大器數(shù)據(jù)采集卡（A/D轉(zhuǎn)換卡）生物醫(yī)

8、學信號檢測系統(tǒng)生物醫(yī)學傳感器是獲取生物醫(yī)學信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測量和處理的信號的關(guān)鍵器件。生物醫(yī)學信號檢測技術(shù)的研究已涉及生物體各層次的