醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)獲取與醫(yī)學(xué)信號(hào)處理-在線瀏覽
2025-02-22 22:11本頁(yè)面
【正文】 眼磁 1011 T量級(jí) 肺磁 108 T量級(jí) 部分常見生理信號(hào)的頻率范圍 生理信號(hào) 頻率范圍（ HZ） 心電 – 250 腦電 0 – 150 肌電 0 – 10000 眼電 /視網(wǎng)膜電 0 – 50 胃電 – 20 血流量 0 – 30 動(dòng)脈血壓 0 – 100 靜脈血壓 0 – 50 脈搏波 – 50 心音 2 – 2022 呼吸率 – 10 1. 傳感器的包封材料應(yīng)該有很好的生物相容性，能耐受體液的長(zhǎng)期腐蝕，不凝血、不溶血，不受生物排異反應(yīng)的影響； 2. 傳感器的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)被測(cè)部分的解剖結(jié)構(gòu)，使用時(shí)不應(yīng)損傷組織； 3. 傳感器要由足夠的牢固性，在引入被測(cè)部位時(shí)，傳感器不能損壞； 4. 傳感器和人體要由足夠的電絕緣，即使在傳感器損壞的情況下，人體受到的電壓必須低于安全值，不安全的電壓決不能加到人體上； 5. 傳感器不能給生理活動(dòng)帶來(lái)負(fù)擔(dān)，也不應(yīng)干擾正常的生理功能； 6. 對(duì)于植入體內(nèi)長(zhǎng)期使用的傳感器，不應(yīng)引起贅生物； 7. 在結(jié)構(gòu)上要便于消毒。標(biāo)定與校準(zhǔn)在本質(zhì)上是相同的。 生物醫(yī)學(xué)傳感器的標(biāo)定 ? 根據(jù)傳感器的類型和用途，標(biāo)定可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的。 ? 如果傳感器的輸出及顯示系統(tǒng)與輸入信號(hào)之間是線性關(guān)系，則單點(diǎn)標(biāo)定就足夠了，但若傳感器給出的是非線性結(jié)果，則需要進(jìn)行多點(diǎn)標(biāo)定，以獲得一組標(biāo)定曲線，使顯示幅度與待測(cè)生理量一一對(duì)應(yīng)。動(dòng)態(tài)標(biāo)定還需要繪出其頻響曲線以及階躍響應(yīng)曲線。 ? 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。 生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)采集 ? 現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 1. 現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般都內(nèi)含有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使得數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率大為提高，同時(shí)顯著節(jié)省了硬件資源。 3. 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理相互結(jié)合得日益緊密，形成數(shù)據(jù)采集與處理相互融合的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、處理到控制的全部工作。對(duì)于通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般希望有盡可能快的速度，以滿足更多地應(yīng)用環(huán)境。 6. 數(shù)據(jù)通信總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，總線技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要作用。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成如圖所示： 傳 感 器 前 置 放 大 器 濾 波 器S / H A / D計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng)多路模擬開關(guān)傳 感 器 前 置 放 大 器 濾 波 器.. ... ... .計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成 ? 前置放大器：前置放大器用來(lái)放大和緩沖輸入信號(hào)。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，放大器還要起阻抗變換器的作用以緩沖輸入信號(hào)。為了提高模擬輸入信號(hào)的信噪比，常常需要使用濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行一定的衰減。 ? 采樣 /保持器：多路模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，包括采樣 /保持器和 A/D轉(zhuǎn)換器。 ? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ? 嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：以嵌入式系統(tǒng)為平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 ? 嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：現(xiàn)階段以 Inter為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，為數(shù)據(jù)采集、測(cè)量及儀器技術(shù)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展空間和機(jī)遇，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集技術(shù)與具備網(wǎng)絡(luò)通訊功能的新型采集、處理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 ? 作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)分支，是人體上的生理參數(shù)收集傳感器或移植到人體內(nèi)的生物傳感器共同形成的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；是附著在人體身上的一種網(wǎng)絡(luò)，由一套小巧可移動(dòng)、具有通信功能的傳感器和一個(gè)身體主站 (或稱 BAN協(xié)調(diào)器 )組成。 ? 由于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)具有隨機(jī)性強(qiáng)和噪聲背景強(qiáng)的特點(diǎn)，采用了諸多數(shù)字處理技術(shù)進(jìn)行分析： 1. 如對(duì)信號(hào)時(shí)域分析的相干平均算法、相關(guān)技術(shù)； 2. 對(duì)信號(hào)頻域分析的快速傅立葉變換算法、各種數(shù)字濾波算法； 3. 對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析的功率譜估計(jì)算法、參數(shù)模型方法； 4. 對(duì)非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析的短時(shí)傅立葉變換、時(shí)頻分布（維格納分布）、小波變換、時(shí)變參數(shù)模型、自適應(yīng)處理等算法； 5. 對(duì)信號(hào)的非線性處理方法如混沌與分形、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等 時(shí)域分析 ? 在時(shí)域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析等處理，稱為信號(hào)的時(shí)域分析。 ? 常用的時(shí)域分析方法有：信號(hào)周期的提取、特征點(diǎn)的檢測(cè)等。 相干平均算法 ? 相干平均 (Coherent Average)法又稱疊加平均技術(shù)，常用以提取被背景信號(hào)淹沒的目標(biāo)信號(hào)，如各種誘發(fā)電位和事件相關(guān)電位的提取。 相干平均算法 效果估計(jì)： 其中 yi(t)為含有噪聲的待檢測(cè)信號(hào)，其中 s(t)為重復(fù)出現(xiàn)的有用信號(hào)， ni(t)為隨機(jī)噪聲。經(jīng) N次平均后，噪聲的方差變?yōu)?δ2 / N，所以平均后信號(hào)的信噪比為 N?P/ δ2 ，提高了 N倍。 ( ) ( ) ( )iiy t s t n t??? ??? ?? ????? Ni Ni iNi ii tnNtstntsNtyNty 1 11 )(1)()]()([1)(1)(相關(guān)技術(shù) ? 信號(hào)的相關(guān)函數(shù)反映了兩個(gè)信號(hào)之間的相互關(guān)聯(lián)的程度。以 m為橫軸， rxy (m)為縱軸可畫出相關(guān)函數(shù)曲線，該曲線反映了 x(n)和 y(n)的相似程度。 rxx(m)是偶函數(shù)， rxx(0)是其中的最大值。 ? 相關(guān)技術(shù)應(yīng)用范圍很廣，例如，我們可以利用相關(guān)判斷在一個(gè)含有噪聲的記錄中有無(wú)我們所希望的信號(hào)。因此我們可以根據(jù)互相關(guān)函數(shù) rys(m)與自相關(guān)函數(shù)rys(m)是否相等來(lái)判斷在 y(n)中是否含有信號(hào) s(n) 。而對(duì)于任意一個(gè) 周期信號(hào) f(t)都可用傅立葉級(jí)數(shù)表示為： 其中， 即任何一個(gè)周期函數(shù)都可以展開成為頻率值為基頻 ω和其 m次倍頻 mω的三角函數(shù)和的形式，系數(shù) am即為信號(hào) f(t)所包含的該頻率成分的頻譜。 傅里葉變換與離散頻譜 ? ? 10,)()()( 102????? ????????? NkenxnxD
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