醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)獲取與醫(yī)學(xué)信號處理(存儲(chǔ)版)
【正文】 7. 數(shù)據(jù)融合技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) ? 無線體域網(wǎng)又可稱為生物醫(yī)療傳感器網(wǎng)絡(luò) (Biomedical sensor work)和無線體域網(wǎng)傳感網(wǎng) (Wireless body area sensor work, WNASN或 Body Area Network, BAN)。 ? 相干平均技術(shù)理論假設(shè)：如果待檢測的醫(yī)學(xué)信號與噪聲重疊在一起，信號如果可以重復(fù)出現(xiàn)，特征（幅度、頻率、相位）不變的確定信號，干擾是均值為零的白噪聲，可以采用疊加法提高信噪比，從而提取有用的信號。 ???????nxy mnynxmr )()()(相關(guān)技術(shù) ? 一個(gè)信號 x(n)的自相關(guān)函數(shù)（ Autocorrelation Function） rxx定義為： ? 其中， rxx(0)反映了信號 x(n)自身的能量。 傅里葉變換與離散頻譜 () jm tmmf t a e ??? ? ?? ?c os si njm te m t j m t? ????進(jìn)一步推廣，若取實(shí)際的有限長 離散采樣信號 x(n)，可以將該有限長信號看作是周期信號的一個(gè)基本周期，同樣可以應(yīng)用傅立葉級數(shù)理論，計(jì)算 x(n)的頻譜，得到離散傅立葉變換公式： 應(yīng)用該公式計(jì)算離散傅立葉變換有一個(gè)快速算法，這就是著名的快速傅立葉變換（ FFT）。因此只要已知白噪聲的功率 δn2 和系統(tǒng)的傳遞函數(shù) H(ejω) ，就可估計(jì)出信號的功率譜密度函數(shù) Sx(ejω) 。 ? 獲得了模型的參數(shù)之后，就可以估計(jì)出信號的功率譜密度函數(shù)，由于對所建立的模型 是多項(xiàng)式的有理分式，因此得到的功率譜密度函數(shù)是頻率 的連續(xù)函數(shù)。 STFT以滑動(dòng)窗對信號進(jìn)行分析，然后對加窗信號進(jìn)行傅里葉變換，是傅里葉分析的一種改進(jìn)。 時(shí)頻聯(lián)合分析 2. WignerVille分布 ? WignerVille分布（ WVD）是時(shí)頻領(lǐng)域最基本、最重要的方法。小波分析是傅里葉分析發(fā)表 180多年來對其最輝煌的繼承、總結(jié)和發(fā)展，對分析工具起承前啟后、繼往開來的重要作用，并取得了許多傳統(tǒng)分析方法難以實(shí)現(xiàn)的顯著應(yīng)用效應(yīng)。瞬時(shí)頻率的定義可以利用 Hilbert變換來確定。所用方法的有效性完全取決于對信號中隱含信息的提取能力，尋找有效的方法是要綜合信號特征和處理方法的特征。在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)頻分析方法的選擇依賴于被分析信號的性質(zhì)和所要應(yīng)用的特點(diǎn)。但是小波基的構(gòu)造要與特定應(yīng)用密切聯(lián)系在一起，而且構(gòu)造非常適合應(yīng)用的小波基需要很深的理論基礎(chǔ)和較多的研究經(jīng)驗(yàn)，一般我們在應(yīng)用中都采用經(jīng)典的小波函數(shù)，如 Morlet、墨西哥草帽、 Daubichies小波等。在 WignerVille分布中使用解析信號 s(t)而不是實(shí)際信號 x(t)的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，解析信號的處理中只采用頻譜正半部分，因此不存在由正頻率項(xiàng)和負(fù)頻率項(xiàng)產(chǎn)生的交叉項(xiàng)；第二，使用解析信號不需要過采樣，同時(shí)可避免不必要的畸變影響。 ? 此外， STFT分析受限于不確定性原理，較長的窗可以改善頻率解但會(huì)使時(shí)頻解變糟；而較短的窗盡管能得到好的時(shí)域解，頻域解卻會(huì)變得模糊。時(shí)頻分析方法需要采用一些特殊的變換來突出信號的特征點(diǎn)。 參數(shù)模型頻譜估計(jì) 0( 1 , 2 , 3... )ka k p??0( ) ( )qkkx m b n m k????0( ) ( )qkkkH z B z b z ???? ?3. 自回歸滑動(dòng)平均 （ Autoregressive amp。信號的參數(shù)模型頻譜估計(jì)的步驟可以分為以下三步： （ 1）對給定的隨機(jī)信號確定合理的參數(shù)模型； （ 2）根據(jù)信號的自相關(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)算信號的功率譜密度函數(shù)。 )()()( 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、對周期圖平均、對修正周期圖平均以及對周期圖平滑等方法 ? 現(xiàn)代譜估計(jì)理論 (參數(shù)法 ) ? 以隨機(jī)過程的參數(shù)模型為基礎(chǔ) ? 自回歸模型法、線性預(yù)測法和最大熵法等 頻域分析 對于一個(gè)周期信號，如正弦波信號： y=sin(ωt)，具有一個(gè)單一的頻譜值 ω。 ? 設(shè)有兩個(gè)信號 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)。 ? 下面主要介紹相干平均算法和相關(guān)技術(shù)。 ? 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)。 ? 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)射源也可以通過各種耦合渠道使信號通道感染上噪聲，例如工頻信號就可以成為一種人為的干擾源。 4. 速度快，數(shù)據(jù)采集過程一般都具有實(shí)時(shí)特性。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。V 視網(wǎng)膜電位 0 1mV 眼電 – 5mV 腎電位 10181。 1. 物理傳感器 2. 化學(xué)傳感器 3. 生物傳感器 ? 按人的感覺功能分類：視覺傳感器、聽覺傳感器、觸覺傳感器、嗅覺傳感器和味覺傳感器。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號的主要類型： 1) 電生理信號 2) 非電量醫(yī)學(xué)信號 3) 醫(yī)學(xué)成像 (被動(dòng)信號 ) 生物醫(yī)學(xué)信號 ? 生物醫(yī)學(xué)信號的典型特征： 1) 信號微弱 2) 干擾強(qiáng) 3) 頻率范圍較低 4) 非平穩(wěn)信號 /隨機(jī)信號 生物醫(yī)學(xué)信號處理 ? 生物醫(yī)學(xué)信號處理：是研究從被干擾和噪聲淹沒的信號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。V 5mV 腦電（頭皮電極） 10181。標(biāo)定與校準(zhǔn)在本質(zhì)上是相同的。 ? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)追求的主要目標(biāo)有兩個(gè) ：一是精度，二是速度。 6. 數(shù)據(jù)通信總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中
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