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醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)獲取與醫(yī)學(xué)信號(hào)處理-wenkub

2023-01-20 22:11:47 本頁(yè)面
 

【正文】 咬合壓等 力 心肌力、肌肉力、咬合力、骨骼負(fù)載力、血液黏滯力、手握力等 流量 血流量、呼吸流量、尿流量、心輸出量等 溫度 體表溫、口腔溫、直腸溫、皮膚溫、體核溫、心內(nèi)溫、腫物溫、中耳膜內(nèi)溫、臟器溫、血 液溫等 生物電 細(xì)胞電位、心電、腦電、肌電、眼電、胃電、神經(jīng)電、腦干電、皮膚電 化學(xué)成分 O CO CO、 H2O、 NH K+、 Na+、 Ca2+、 Cl、 H+等 生物物質(zhì) 乳酸、血糖、蛋白質(zhì)、膽固醇、酶、抗原、抗體、受體、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、 DNA、 RNA 生物磁 心磁、腦磁、胃磁等 ? 在醫(yī)學(xué)上,傳感器的主要用途有: 1. 提供診斷信息 2. 監(jiān)護(hù) 3. 臨床檢驗(yàn) 4. 生物控制 生物醫(yī)學(xué)傳感器的用途 生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類 ? 按被測(cè)量分類 最基礎(chǔ)、最本質(zhì)的宏觀分類方法。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的主要類型: 1) 電生理信號(hào) 2) 非電量醫(yī)學(xué)信號(hào) 3) 醫(yī)學(xué)成像 (被動(dòng)信號(hào) ) 生物醫(yī)學(xué)信號(hào) ? 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的典型特征: 1) 信號(hào)微弱 2) 干擾強(qiáng) 3) 頻率范圍較低 4) 非平穩(wěn)信號(hào) /隨機(jī)信號(hào) 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理 ? 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理:是研究從被干擾和噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信息的特征并作模式分類的方法。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的過(guò)程: 信號(hào)的獲取 → 信號(hào)的預(yù)處理 → 信號(hào)的特征提取 → 模式分類 → 診斷結(jié)論 信號(hào)的獲取與檢測(cè) 信號(hào)的處理 本章主要內(nèi)容 ?生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的主要類型及其典型特征 ?生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)獲取與檢測(cè)技術(shù)概述 ?生物醫(yī)學(xué)信號(hào)常用處理方法 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的獲取與檢測(cè)技術(shù) 信號(hào)特點(diǎn) 傳感器 /電極 數(shù)據(jù)采 集電路 嵌入式數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器 ? 生物信息:能表征生命體生理狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的信息 ? 生物醫(yī)學(xué)傳感器:那些能將生物體各種不同的生命信息轉(zhuǎn)換為生物測(cè)量和醫(yī)學(xué)儀器可用信號(hào)的器件或裝置。 1. 物理傳感器 2. 化學(xué)傳感器 3. 生物傳感器 ? 按人的感覺(jué)功能分類:視覺(jué)傳感器、聽(tīng)覺(jué)傳感器、觸覺(jué)傳感器、嗅覺(jué)傳感器和味覺(jué)傳感器。V 300181。V 視網(wǎng)膜電位 0 1mV 眼電 – 5mV 腎電位 10181。 ? 標(biāo)定的基本方法是:將由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生的大小已知的模擬生理量(如壓力、溫度等) 作為傳感器的輸入,然后測(cè)量傳感器的輸出,它可能是電壓、電流,也可能是電表、記錄儀或示波器上顯示的幅度。但是,通常不論系統(tǒng)是線性的還是非線性的,都應(yīng)繪制出其響應(yīng)曲線。對(duì)于任何量值得測(cè)試都要有一定的精確要求,否則將失去采集的意義;提高數(shù)據(jù)采集的速度不僅僅可以提高工作效率,更主要的是擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用范圍,便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試。 4. 速度快,數(shù)據(jù)采集過(guò)程一般都具有實(shí)時(shí)特性。 現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分,其中硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。 ? 濾波器:傳感器以及后續(xù)處理電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲,人為的發(fā)射源也可以通過(guò)各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪聲,例如工頻信號(hào)就可以成為一種人為的干擾源。 ? A/D轉(zhuǎn)換器:采樣 /保持器輸出的信號(hào)送至 A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。 ? 嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn):具有可移植性、可裁剪性、系統(tǒng)服務(wù)、中斷管理、穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。 無(wú)線體域網(wǎng) 無(wú)線體域網(wǎng) 無(wú)線體域網(wǎng) 本章主要內(nèi)容 ?生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的主要類型及其典型特征 ?生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)獲取與檢測(cè)技術(shù)概述 ?生物醫(yī)學(xué)信號(hào)常用處理方法 常用生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理方法 ? 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是研究從被干擾和噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信息的特征的方法。 ? 下面主要介紹相干平均算法和相關(guān)技術(shù)。經(jīng) N次疊加后求平均,則 : 若信號(hào) s(t)的功率為 P,噪聲 ni(t)的方差為 δ2,那么對(duì)每一個(gè) yi(t) ,其信噪比為 P/ δ2 。 ? 設(shè)有兩個(gè)信號(hào) x(n)和 y(n),定義它們的互相關(guān)函數(shù)( Acrosscorrelation Function) rxy為: ? 它表示 x(n)不動(dòng),將 y(n)在時(shí)間軸上左移或右移( m為正數(shù)時(shí)左移,m為負(fù)數(shù)時(shí)右移) m個(gè)時(shí)間間隔后分別與 x(n)逐點(diǎn)對(duì)應(yīng)相乘后求和,得到該 m點(diǎn)時(shí)刻的相關(guān)函數(shù)值 rxy(m)。自相關(guān)函數(shù)曲線可反映信號(hào)自身的周期性和噪聲水平。 )()()( mrmrmr sssys ???? 經(jīng)典譜分析理論 (非參數(shù)法 ) ? 由布萊克曼 圖基( BlackmanTurkey)于 1958年提出 ? 傅里葉變換:周期圖法和 BlackTukey法 ? 修正周期圖、對(duì)周期圖平均、對(duì)修正周期圖平均以及對(duì)周期圖平滑等方法 ? 現(xiàn)代譜估計(jì)理論 (參數(shù)法 ) ? 以隨機(jī)過(guò)程的參數(shù)模型為基礎(chǔ) ? 自回歸模型法、線性預(yù)測(cè)法和最大熵法等 頻域分析 對(duì)于一個(gè)周期信號(hào),如正弦波信號(hào): y=sin(ωt),具有一個(gè)單一的頻譜值 ω。信號(hào)的功率譜可以由信號(hào)的相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到: 因此,只要我們能求出信號(hào)的相關(guān)函數(shù) rxx(m),即可求出信號(hào)x(n)的功率譜。信號(hào)的參數(shù)模型頻譜估計(jì)的步驟可以分為以下三步: ( 1)對(duì)給定的隨機(jī)信號(hào)確定合理的參數(shù)模型; ( 2)根據(jù)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)估計(jì)所確定的模型的參數(shù); ( 3)用估計(jì)出的模型參數(shù)計(jì)算信號(hào)的功率譜密度函數(shù)。 對(duì)上式兩邊進(jìn)行 Z變換,得到參數(shù)模型的傳遞函數(shù) H(z)為: 參數(shù)模型頻譜估計(jì) {}ka {}kb2 2 2( ) | ( ) | ( ) | ( ) |j j j jx n nS e H e S e H e? ? ? ? ???01( ) ( ) ( )qpkkkkx m b n m k a x m k??? ? ? ???01()()()1qkkkpkkkbzXzHzNzaz?
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