生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)基礎(chǔ)(已修改)
2025-01-28 15:22 本頁(yè)面
【正文】 第一章 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)基礎(chǔ) (BiomedicalSignal Measurement Basis) ? 生物體本身既是很好的信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)又是很好的信號(hào)處理系統(tǒng)。生物體能感知現(xiàn)實(shí)世界，就是感知現(xiàn)實(shí)世界的各種信號(hào)（刺激），并根據(jù)對(duì)信號(hào)的處理結(jié)果，自動(dòng)作出各種反應(yīng)（響應(yīng)）。要對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行處理，首先要能正確地獲得生物醫(yī)學(xué)信號(hào)。本章首先簡(jiǎn)單介紹感知生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的器件：傳感器或換能器。因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)信號(hào)十分微弱，在進(jìn)行各種后處理之前，還必須將生物醫(yī)學(xué)信號(hào)放大到一定的程度，所以本章第二節(jié)對(duì)生物醫(yī)學(xué)模擬放大器進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)，基本上都以數(shù)字計(jì)算機(jī)為工具，進(jìn)行數(shù)字處理，所以在用計(jì)算機(jī)對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行處理之前，還必須對(duì)測(cè)得的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。按什么要求進(jìn)行數(shù)字化，才能不失真地重現(xiàn)原始信號(hào)，這就是本章第三節(jié)要介紹的關(guān)于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)字化方法的內(nèi)容。這是本章的重點(diǎn)。如怎樣確定采樣頻率，或一個(gè)周期要采集多少個(gè)點(diǎn)，總共要采集多長(zhǎng)（共多少點(diǎn)）的數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確重現(xiàn)原始信號(hào)。然后，在本章第四節(jié)簡(jiǎn)單介紹了生物醫(yī)學(xué)信號(hào)獲取與處理系統(tǒng)的基本組成。最后，第五節(jié)簡(jiǎn)單介紹了捆擾生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的干擾和噪聲兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念。 第一節(jié) 生物醫(yī)學(xué)傳感器簡(jiǎn)介 ?（ Introduction to Biomedical transducer） ? 人體的生物電信號(hào)如腦電和心電等可以通過電極采用一定的導(dǎo)聯(lián)方式獲取，非電量生物醫(yī)學(xué)信號(hào)則必須使用各種換能器將其變換為電信號(hào)后方可獲取。不對(duì)人體施加任何刺激，獲取到的信號(hào)是自發(fā)信號(hào)；施加一定刺激后，得到的是誘發(fā)信號(hào)。 ? 非電量生理信號(hào)按其能量方式，可以分為：①機(jī)械量信號(hào)，如脈搏和心音是振動(dòng)信號(hào)，血壓是壓力信號(hào)等；②熱學(xué)量信號(hào)，如體溫等；③化學(xué)量信號(hào)，如血液的 pH值等；④光學(xué)量信號(hào)，如血氧飽和度等。對(duì)不同類型的信號(hào)，所用換能器的換能原理不同，一般醫(yī)學(xué)換能器的換能方式有壓電效應(yīng)、熱效應(yīng)、光電效應(yīng)及阻抗變化和電化學(xué)效應(yīng)等。換能器的主要性能指標(biāo)有：安全性、線性、頻響或傳遞函數(shù)、精度（幅度分辨率）、準(zhǔn)確度（測(cè)量誤差范圍）和穩(wěn)定性等，生物醫(yī)學(xué)換能器是生物醫(yī)學(xué)工程中的一個(gè)專門研究領(lǐng)域，有許多專著對(duì)此有詳細(xì)介紹。常用生物醫(yī)學(xué)換能器按使用方式分有以下幾類。 ? 體表?yè)Q能器是在身體外部表面進(jìn)行測(cè)量的一類傳感器，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)測(cè)量，也是使用最為廣泛的一類醫(yī)學(xué)測(cè)量換能器。體表?yè)Q能器包括體表電極和體表非電量測(cè)量傳感器。 體表電極可以在體表提取人體的生物電信號(hào)，如：體表心電、腦電和肌電等。在人體內(nèi)，電流靠離子傳導(dǎo)，為離子導(dǎo)電，而生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)是電子導(dǎo)電，因此，體表電極實(shí)際上是一種可以將離子電流變?yōu)殡娮与娏鞯膿Q能器件。 通常體表電極是由經(jīng)過一定處理的金屬材料制成，在引導(dǎo)生物電信號(hào)時(shí)，與金屬電極直接接觸的是一層電解質(zhì)溶液 。還有一類稱為絕緣干電極的體表電極，其使用方法與上述體表電極不同，即不使用導(dǎo)電膏或其他電介質(zhì)作為皮膚和電極之間的電流耦合通道，而是采用電容耦合信號(hào)原理。 體表非電量測(cè)量換能器的種類比較多，包括力學(xué)量換能器、熱學(xué)量換能器和光電換能器等。力學(xué)量換能器把力學(xué)量生理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，如：測(cè)量心音、呼吸和脈搏的電容換能器，測(cè)量血壓和肌張力的電感換能器，測(cè)量眼壓、血壓、脈搏波的壓電換能器等。 熱學(xué)量換能器根據(jù)熱效應(yīng)的不同分為熱電式、熱阻式和熱輻射式等幾種，熱電式換能器是利用金屬材料的熱電效應(yīng)（即溫差電效應(yīng)），這類換能器的穩(wěn)定性較好，可用于口腔、直腸等溫度測(cè)量。 光電換能器是以光為信息載體、以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)的一類換能器，可以測(cè)量的生理參數(shù)比較多，而且具有反應(yīng)速度快、檢測(cè)靈敏度高和非接觸檢測(cè)等特點(diǎn)，常用的光電換能器有光敏電阻、光電二極管和光電三極管等。 二、腔穴換能器 ?通過專用的形狀設(shè)計(jì)能進(jìn)入生物體自然腔穴（如胃、支氣管、膀胱、直腸、結(jié)腸、耳、鼻、陰道、子宮等）的換能器，稱為腔穴換能器。如測(cè)量胃的機(jī)械收縮、 pH和電活動(dòng)等的專用組合換能器與胃鏡一起通過口腔進(jìn)入胃內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量胃內(nèi)胃電的緊貼于胃壁的專用吸盤式電極等。 三、微創(chuàng)式換能器 ?測(cè)量時(shí)對(duì)生物體創(chuàng)傷較小的換能器，稱為微創(chuàng)換能器。如測(cè)量肌電的穿刺針，測(cè)量心電和血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的導(dǎo)管等。 四、植入式換能器 在疾病診斷需要作連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的觀察時(shí)或在一些電生理實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究中，希望機(jī)體的干擾最小，否則實(shí)驗(yàn)和觀察得到的信息就會(huì)產(chǎn)生畸變，對(duì)于這種情況可考慮使用植入式換能器，即將微型低功耗的電子測(cè)量器件植入體內(nèi)，在體外進(jìn)行遙測(cè)或監(jiān)護(hù)。 用于植入生物體可連續(xù)測(cè)量的換能器，必須滿足其相應(yīng)的生物學(xué)特性，這些特性與換能器的生物相容性相關(guān)，在有植入體植入的情況下，活體組織或器官都會(huì)有組織反應(yīng)和受體反應(yīng)，如對(duì)異物的排斥反應(yīng)等，這就意味著換能器不但要有對(duì)需檢測(cè)信號(hào)有特異的選擇性，而且在植入組織相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)有良好的穩(wěn)定性和良好的時(shí)間響應(yīng)特性。 由于，植入式換能器一般是有創(chuàng)測(cè)量使用，要求換能器的體積小型和輕便，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，集微型換能器、
教學(xué)教案相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1