【正文】 生物醫(yī)學信號的特點是信號微弱，隨機性強，噪聲和干擾背景強，動態(tài)變化和個體差異大，因此若要把摻雜在噪聲和干擾信號中的有用的生物醫(yī)學信號檢測出來，除要求用于檢測的傳感器系統(tǒng)具有靈敏度高、噪聲小、抗干擾能力強、分辨力強、動態(tài)特性好之外，對信號提取和分析的手段亦有較高的要求。 生物醫(yī)學傳感器按被檢測量劃分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器三類。物理型傳感器已用于血壓、血流、體溫、呼吸等各種生理量的測量，化學型傳感器用于對體液中的各種無機離子的測量，生物型傳感器能對生物體的酶、抗原抗體、激素、神經(jīng)遞質(zhì)以及核糖核酸等生物活性物質(zhì)的測量。由于生物系統(tǒng)十分復雜，生物體內(nèi)的信息豐富，生物信號檢測技術十分重要。 生物醫(yī)學傳感技術因其關鍵地位而受到各發(fā)達國家的重視。８０年代以來，美國、日本等國先后將生物傳感器列為重點研究項目，１９８５年起創(chuàng)辦了國際性專門刊物《 Biosensor》 ，由此推動了生物傳感器的研究熱潮。 生物體內(nèi)物質(zhì)互相作用或與外界物質(zhì)相互作用，常同時伴有物理變化及化學變化，故生物醫(yī)學信號的檢出 ‘ 既可以用物理傳感器也可以用化學傳感器 ’ ,化學傳感器常受較多干擾，如電極電位漂移、電極表面中毒等，使這類傳感器的性能提高受到限制。 與傳統(tǒng)的電化學傳感器相比，光纖化學傳感器（ＦＯＣＳ）有如下特點：（１）光纖及探頭均可微型化，生物兼容性好，加之良好的柔韌性和不帶電的安全性，使其更加適合臨床醫(yī)學上的實時、在體檢測；（２）光纖傳輸功率損耗小，傳輸信息容量大，抗電磁干擾，耐高溫、高壓，防腐，阻燃，防爆，使之可用于遠距離遙測和某些特殊環(huán)境的分析；（３）可采用多波長和時間分辨技術來提高方法的選擇性，可同時進行多參數(shù)或連續(xù)多點檢測，以獲得大量信息； （４）適當選擇化學試劑及其固定方法，可檢測多種物質(zhì)，靈活性很大；（５）不需要電位法的參比電極，用廉價光源照射樣品，可使成本大大降低；（６）在大多數(shù)情況下，ＦＯＣＳ不改變樣品的組成，是非破壞性分析。目前，光纖傳感器已成為生物醫(yī)學分析的一個重要發(fā)展方向。 物理傳感器主要包括熱敏生物傳感器、聲效應管生物傳感器、光學生物傳感器、聲波道生物傳器。熱敏生物傳感器應用范圍較廣，它具有線路簡單、靈敏度高、響應快等優(yōu)點，適用于對病人進行實時監(jiān)護。光學生物傳感器是利用生物發(fā)光或生物物質(zhì)對光波的擾動進行測量，精度高，抗電磁干擾，非常靈敏，但線性范圍窄。聲效應管生物傳感器是今后的重要發(fā)展方向之一，高度集成化后，可做成多功能微型傳感器。聲波道傳感器對力學及電學量都很敏感 , 它具有靈敏度高、易于集成化、微型化等優(yōu)點，應用范圍較廣，越來越受到人們的重視。 目前，物理傳感器已經(jīng)實用化，化學傳感器也多已達到實用水平， 生物傳感器 大多數(shù)尚處于實驗開發(fā)階段。 隨著微電子、光電子技術的發(fā)展，生物醫(yī)學傳感器也將繼續(xù)向微型化、多參數(shù)、實用化發(fā)展。微電子和微加工技術的進步，將導致集微傳感器、微處理器和微執(zhí)行器集于一體的微系統(tǒng)的問世與應用。 ? 生物醫(yī)學信號處理 生物醫(yī)學信號一般都是伴隨著噪聲和干擾的信號，如心電、肌電信號總是伴隨著因肢體動作和精神緊張等帶來的假象，而且有較強的工頻干擾；誘發(fā)腦電信號，總是伴隨著較強的自發(fā)腦是信號；超聲回波信號總是伴隨著其它反射雜波。此外，信號中無用成份亦應視為檢測中的干擾。 生物信息處理技術即是研究從被檢測的湮沒在干擾和噪聲中的生物醫(yī)學信號中提取有用的生物醫(yī)學信息的方法。 生物醫(yī)學信號的檢測與處理的方法，包括在強噪聲背景下對微弱生理信號的動態(tài)提取、多道生理信號的同步觀察與處理、生理信號的時間 ―頻率表示、自適應處理、醫(yī)學專家系統(tǒng)等。 另外，生物傳感器輸出的信號一般十分微弱，需要放大。 再者，生物信號的特征部分才包含著生物信息，把這些信號的特征識別出來也是生物醫(yī)學信號處理的主要任務。例如累加平均技術對誘發(fā)腦電，希氏束電位、心室晚位等微弱信號的提??；在心電和腦電的體表檢測中采用計算機進行多道信號的同步觀察與處理，并推求原始信號原的活動；在生理信號的數(shù)據(jù)壓縮中開始引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法；在醫(yī)藥學特別是中國傳統(tǒng)醫(yī)學中的醫(yī)學專家系統(tǒng)已在發(fā)揮實際效益。 生物醫(yī)學信息處理技術的研究領域廣泛，但在發(fā)展之中，并存在大量的前沿性課題，均需繼續(xù)加強系統(tǒng)的、深入的研究，擴大其實用價值。 近年來，小波變換（ WT）被廣泛地應用于生物醫(yī)學信號檢測的許多領域。特別是其在時間－頻率平面具有良好的定位特性。 在過去的幾年中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ Artificial Neural Networks， NN）在生物醫(yī)學領域中的應用迅速擴大。人工神經(jīng)網(wǎng)絡提供了一種與常規(guī)分析方法不同的計算方法。一般情況下，操作人員先用某種類型的一組輸入輸出數(shù)據(jù)訓練系統(tǒng)，讓系統(tǒng)學習，以后當把屬于這種類型的新數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)時， NN就能用學過的數(shù)據(jù)推測出而無需編制任何處理這類事件的特殊程序。 雖然 NN計算最初的重點是為了更好地了解大腦的活動，但它卻已經(jīng)在許多神經(jīng)生物學以外的應用領域獲得了驚人的成功。已有多種 NN模型被提出，其中某些模型已取得了引人注目的成果。在高分子序列分析，包括蛋白質(zhì)和 DNA的 NN研究對于醫(yī)學有潛在的重要性。 NN在圖像分析及輔助診斷中的應用，近年來受到了重視，用 NN對胸部透視數(shù)據(jù)進行分析，對于鑒別良性與惡性病灶很有幫助，同時還減少了不必要的活組織檢查。在單光子發(fā)射計算機斷層成像（ SPECT）中， NN分析甚至比人工看片在病灶探測方面更為準確。在診斷老年癡呆癥時 NN能和專家相媲美。除圖像分析外， NN還被廣泛地應用于心血管疾病的診斷及生化和化學分析等領域。 生物醫(yī)學信號檢測技術已廣泛應用于臨床檢查、病人監(jiān)護、醫(yī)學實驗、在體控制、人工器官和運動醫(yī)學等領域，并成為生物醫(yī)學工種研究各領域的共用性技術。在各方面的應用中，計算機發(fā)揮了重要的作用。例如，在心電和腦電的體表檢測中，計算機對多種生理信號進行同步觀察與處理，以利于更好地反應信號源的活動。 計算機心電圖診斷系統(tǒng)已被用戶所接受，成為知識處理在醫(yī)療衛(wèi)生領域內(nèi)為數(shù)不多的幾個成功應用的例子之一，在門診檢查、基礎護理、職業(yè)病防治、人口篩選和流行病研究等領域得到一定的應用。雖然目前的心電圖診斷系統(tǒng)還比不上專業(yè)醫(yī)生的水平，但心電圖的自動分析仍有改進的余地，研究人員正從不同的著重點對診斷程序作進一步的改進，如：利用每一心跳中有用的信息；綜合不同程序的結(jié)果；吸收心電學其它領域的知識；采用非心電圖的數(shù)據(jù)；利用記錄完備的心電數(shù)據(jù)來評估心電圖診斷程序等。 ? 醫(yī)學圖像技術 從顯微鏡技術到 CT、核磁共振以及各種內(nèi)窺鏡，醫(yī)學圖像一直是醫(yī)學信息的主要來源。 醫(yī)學圖像技術包括醫(yī)學成像技術和圖像處理技術。 醫(yī)學成像 是把生物體中的有關信息以圖像形式提取并顯示出來。以成像的手段來分有 X線成像、超聲成像、磁共振成像、放射性核素成像等 。以圖像所包含的信息種類來分有形態(tài)學成像、成分成像和功能成像。 圖像處理 則是對已獲得的醫(yī)學圖像進行分析、識別、分割、解釋、分類以及作三維重建與顯示，其目的是把獲得的醫(yī)學圖像的某些部分增強，或提取某些特征，為醫(yī)生提供感興趣的信息。成像與圖像處理技術有時是結(jié)合成一體的。 醫(yī)學圖像具有直觀、形象和信息量豐富的特點，便于觀測和儲存，因而發(fā)展十分迅速，在現(xiàn)代醫(yī)學臨床診斷中已占越來越重要的地位。 各種醫(yī)學圖像設備的產(chǎn)值也已在醫(yī)療裝備總產(chǎn)值中占有重要份額，并成為醫(yī)院診斷水平和裝備現(xiàn)代化程度的重要標志。 醫(yī)學圖像技術種類 很