生物醫(yī)學(xué)信號檢測基礎(chǔ)-資料下載頁
2025-01-16 15:22本頁面
【正文】 號的處理和對數(shù)字信號的處理。一個較為完整的生物醫(yī)學(xué)信號處理裝置包括信號變換、濾波、模擬放大、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換和微機(jī)系統(tǒng)等幾個部分。如果非實時處理，較早的方法還包括模擬記錄（含調(diào)制解調(diào)器 ）和顯示系統(tǒng)。不過由于這樣會引入附加的噪聲（包括直流和交流的），現(xiàn)在很少使用這種方法?？傊粋€完整的醫(yī)學(xué)信號處理系統(tǒng)的硬件部分應(yīng)包括如下一些子系統(tǒng)： ? 1. 生物體（如人體）子系統(tǒng)：生物醫(yī)學(xué)信號源。 ? 2. 信號感知和變換子系統(tǒng)：拾取信號，如果是非電生理信號，則將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量，以便后續(xù)處理。要求該子系統(tǒng)是線性時不變系統(tǒng)。 ? 3. 濾波和模擬放大子系統(tǒng)：放大微弱的生物醫(yī)學(xué)信號，可高達(dá) 10 6以上的放大倍數(shù)和高共模抑制比（ CMRR）的線性時不變系統(tǒng)。 ? 4. 信號記錄及顯示子系統(tǒng)：較早一些的醫(yī)學(xué)信號處理系統(tǒng)是離線系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)一般直接存儲在磁帶等磁性介質(zhì)上，再轉(zhuǎn)移到計算機(jī)房去處理，或通過筆式記錄儀等直接描繪圖形和數(shù)據(jù)，使用指針式儀表或 LED(light emitting diode)直接顯示數(shù)據(jù)，這些器件都會引入附加的噪音，只有不得已才用之。 ? 5. 模 /數(shù)和數(shù) /模轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)：生物醫(yī)學(xué)信號大多是模擬信號，在進(jìn)行數(shù)字信號處理前必須先將模擬信號數(shù)字化，這個過程稱為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）；反之將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程稱為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ D/A）。 ? 6. 計算機(jī)子系統(tǒng)：生物醫(yī)學(xué)信號經(jīng)精確捕獲和濾波、放大后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，由計算機(jī)對信號進(jìn)行直觀描述分析和深層次信息提取，如提取隱含于心電信號中的自主神經(jīng)系統(tǒng)功能的信號，隱含于腦電信號中的誘發(fā)電位信號，隱含于 DNA或蛋白質(zhì)的氨基酸序列信號中的結(jié)構(gòu)和功能信息等。 生物醫(yī)學(xué)信號數(shù)字處理系統(tǒng)的框圖如圖 15。 圖 15 信號處理系統(tǒng)組成 第五節(jié) 生物醫(yī)學(xué)檢測中的干擾與噪聲 (Interferences and Noises in Biomedical Measurement) 生物醫(yī)學(xué)信號檢測是對生命體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)和成分等信息進(jìn)行檢測和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)信號處理就是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。由于生物醫(yī)學(xué)信號一般都很微弱，所以測試系統(tǒng)必須具有較高的靈敏度，而靈敏度越高，也就更容易把干擾引入測試系統(tǒng)。同時，除了與信號同時存在的干擾之外，測試系統(tǒng)本身也有噪聲。 一、生物醫(yī)學(xué)測量中的干擾 對于欲測量的目標(biāo)信號來說，非目標(biāo)信號都是干擾。干擾可以是確定信號，也可以是噪聲，包括單純隨機(jī)噪聲 (如均值為 0的白噪聲 )。干擾可以是外源的，也可以是生物體內(nèi)的非目標(biāo)信號 (詳見第八章 )。這里只討論生物醫(yī)學(xué)測量中的電磁干擾。根據(jù)形成電磁干擾的三個條件，即：干擾源、耦合通道和敏感電路，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三個方面入手。 由圖 16可以看出，造成生物電信號提取過程的主要干擾，是近場 50Hz工頻干擾，因為各種生物電信號中大都包含有 50Hz的頻率成分，而且生物電信號的強(qiáng)度有時小于 50Hz工頻干擾。一般來說，干擾形成危害的嚴(yán)重程度，主要取決于抑制方法的難易。近場 50Hz干擾源不只直接影響多種生物電信號的提取，而且它存在于所有的測量環(huán)境中且與欲檢測的目標(biāo)信號頻帶重疊，因此其抑制方法遠(yuǎn)比各種電磁輻射干擾困難。 圖 16 生物信號及干擾源的頻率分布 注： AEP： Auditory Evoked Potential聽覺誘發(fā)電位， SEP： Sensory Evoked Potential感覺誘發(fā)電位， VEP： Visual Evoked Potential視覺誘發(fā)電位，PCG： Phonocardiogram心音圖， ERG： Electroretinogram視網(wǎng)膜電圖， ENG：Electroneurogram神經(jīng)電圖， EOG： ElectroOculogram 眼電圖， EMG：Electromyogram肌電圖， EEG： Electroencephalogram腦電圖， ECG：Electrocardiogram心電圖。 此外，生物醫(yī)學(xué)設(shè)備本身也是強(qiáng)的電磁干擾源，測量系統(tǒng)不只受到外界干擾源的干擾，而且測量系統(tǒng)本身也產(chǎn)生對內(nèi)部、對外界其他電子設(shè)備的電磁干擾，造成互相干擾的電磁環(huán)境。因此，在生物醫(yī)學(xué)測量儀器設(shè)計時必須考慮電磁兼容性 (EM： E1ectro Magic Compatibility)設(shè)計。 干擾的耦合途徑主要有信號傳輸導(dǎo)線、單元電路或測試系統(tǒng)之間的公共阻抗、近場感應(yīng)以及電場或磁場耦合等。因此，通過切斷耦合通道抑制干擾時，可采用合理接地與屏蔽以及隔離、濾波、去耦等措施。 二、生物醫(yī)學(xué)測量中的噪聲 為與外部干擾相區(qū)別，把系統(tǒng)內(nèi)部由器件、材料、部件的物理因素產(chǎn)生的隨機(jī)擾動稱為噪聲 (電壓或電流 )。因此，噪聲是電路內(nèi)固有的，不能用諸如屏蔽、合理接地等方法予以消除。 在原始生物醫(yī)學(xué)信號的提取、變換和處理處理過程中，噪聲信號疊加在生物醫(yī)學(xué)信號之上，導(dǎo)致測量精度降低。對于外部干擾，采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施后，可使干擾減小到比較次要的程度。但系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲往往是測量精度的限制性因素。
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