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醫学信号处理的原理和方法
医学信号处理的原理和方法
曹 银 祥
Dept. of Physiology Pathophysiology
Shanghai Medical College
Fudan University
第八讲信号的时域测量
时域测量常用的算法
手工测量和自动测量
信号测量举例
时域测量常用的算法
信号微分(差分)
二点公式
f ’(a) = (-f (a)+f (a+h)) / h
三点公式
f ’(a) = (-f (a-h)+f (a+h)) / (2*h)
微分(差分)计算图解
信号积分
梯形公式
S = (f (a)+f (b)) * (b-a) / 2
辛卜生(Simpson)公式
S = (f (a)+4f(c)+f(b)) * (b-a) / 6
柯特斯(Cotes)公式
S = (f (a)+32(d)+12f(c)+32f(e)+f(b)) * (b-a) / 90
梯形积分与柯特斯积分比较
插值的常用方法
(1)线性插值
(2)拉格朗日插值
(3)牛顿向前和向后插值
(4)司帝林插值
(5)贝塞尔插值
(6)三次样条插值
线性插值和拉格朗日插值公式
拉格朗日插值多项式图示
手工测量和自动测量 1、手工测量
2、自动识别 周期和波群的判断方法
★ 幅度单阈值法。
★ 幅度双阈值法。根据信号的最大值和最小值,确立上、下二个判断阈值G1和G2
G1=Pmin+(Pmax-Pmin)/4
G2=Pmax- (Pmax-Pmin)/4
★ 综合判别法(包括:幅度、变化率、时程等)
周期判断图解
测量实例 (一)血压波测量
★ 心动周期判别和HR计算
HR= 60,000/△t (beats/min)
若血压波变化多,对周期判别造成困难,可将血压波作微分运算,然后根据微分值来检测心动周期。
★ 收缩压、舒张压和平均压
平均压 = 舒张压+(收缩压-舒张压)/3
N2
平均压 = [ ∑BP(i)]/(N2-N1+1)
i=N1
(二)心电图测量
典型的正常心电模式图
五种实验动物的心电图间期均值
猴 兔 豚鼠 大鼠 小鼠
P波(s) 0.037 0.031 0.020 0.017 0.070
P-R间期(s) 0.078 0.068 0.063 0.048 0.120
QRS波(s) 0.037 0.042 0.013 0.013 0.060
Q -T间期(s) 0.200 0.140 0.130 0.074 0.210
S -T间期(s) 0.078
T波(s) 0.037 0.065 0.044 0.063 0.056
心率(次/min) 215 247 261 385
★心电图自动识别方法举例Caceres自动识别QRS波各顶点的方法
采样率为625次/秒,测量导联为Ⅱ、V3导联。
①R波顶点:根据微分值来确定R波的出现。如果在最大的负微分值前0.128秒(80个采样点)内存在微分值大于9.375mV/s的点,则认为有R波存在,然后在该点后的40个样点内找到最大点定为R波顶点。
②S波顶点:若在最大的负微分值后0.128秒(80个采样点)内存在微分值大于3.75mV/s的点,则认为有S波存在,其顶点在该点前的50个样点内的幅值最小处。
③Q波顶点:在R波顶点前0.008~0.056秒(5~35个采样点)内找到幅值最小的点,定为Q波顶点。
(三)脉搏波分析
☆脉像研究
a. D/H 值 反映血管弹性
b. 谱分析 中心频率(Fc)和ER值
ER=E1/(E2+E3+E4+E5)
E1: 1-10Hz能量
E2: 10-20Hz能量
E3: 20-30Hz能量
E4: 30-40Hz能量
E5: 40-50Hz能量
(四)心肌动作电位
振幅 C点与A点对应值的差值
静息电位 A点对应值
超射幅度 C点对应值
APD10 复极到10%的间隔时间
APD20 复极到20%的间隔时间
APD50 复极到50%的间隔时间
APD90 复极到90%的间隔时间
APD50/APD10
最大上升速度 A、C间上升速度的最大值
最大复极速度 C、B间复极速度的最小值
复极化平均斜率 C、B间复极速度的平均值
(五)肌肉收缩单波测量
Tmax :收缩最大张力: A、B区域间的最大值Tmin :舒张最小张力: A、B区域间的最小值△T:张力增量: A点对应值与Tmax的差值STI:收缩间期: A点到Tmax对应点的间隔时间DTI:舒张间期: Tmax对应点到Tmin对应点的间隔时间DTI50:
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