生物医学信号的特点和提取-生物医学电子与仪器-01.pdf

第一章生物医学信号的特点和提取 第一节 生物医学信号的特点 第二节 生物医学信号的提取 第三节 提取过程中的干扰和噪声 生物医学信号的特点和提取 概述 • 人体的电子测量：用电子学方法对人体结构、机能 的各种探测。 • 测量信号 = 信号 + 噪声（干扰） • 人体信号：干扰大 + 噪声大 • 不稳定：时间、个体 电子 界 系统 信号+噪声 面 1.1 生物医学信号的特点 • 生物医学测量的特殊性和生理参数范围 • 生物电信号特征 • 非电量生理信号 生物医学测量的特殊性和生理参数范围 人体系统的特征： 1. 生命 + 环境 ：两者缺一不可 2. 无创优先 + 对人体影响小 3. 适应性或反馈性：生物反馈 生物医学测量的特殊性和生理参数范围 • 测量条件： – 参数范围选择：考虑噪声和信号 • 心电：10 uV ~ 4 mV 0.05 Hz ~ 250 Hz • 脑电：1 uV ~ 300 uV 0.5 Hz ~ 300 Hz • 电源：220 V 人体感应电压为10 ～30V – 强噪声： • 人体各部分互相干扰 ：胎儿心电 • 外界噪声：50 Hz • 测量引入：放大器本身噪声 • 自身环境变化：如紧张血压 生物医学测量的特殊性和生理参数范围 • 测量条件： – 测量条件全性限制： • 施加于人体的各种能量。（正常工作） – 超声小于 100 毫瓦/平方厘米 – 漏电流：心脏 体外（脑） 体外 – 放射线：X线、γ线 • 非正常工作状态时的精度、可靠性 – 操作错误 仪器损坏：电器安全/植入型参数范围选择：考 虑噪声和 信号 • 外界环境异常 – 电源不稳 冬天干燥 麻醉 – 电流：因身体部位、幅值、频率有变化 » 100 μA 体内 室颤 I » 1 mA 体外 有激感 » 10 mA 体外 发生不随意运动 » 100 mA 体外 心室颤动 f 生物电信号特征 • 细胞和组织的电学特征： 生物体的基本单元是细胞: 可兴奋细胞（神经、肌肉）有电活动 不可兴奋细胞：大量 生物电信号特征 • 细胞和组织的电学特征： 生物电位 静息电位：-50 ~ -100 mv 未受刺激时 动作电位：20 ~ 40 mv 受刺激时 产生原因是膜对钠、钾离子通透性随时间的变化。 一般电学特征： 电导率σ，相对介电常数ε，总集参数：电阻率ρ 阻抗法： 循环系统 血液ρ 其他组织ρ，可以测量血流/心输出量。 呼吸系统 肺ρ 其他组织ρ，可以测量换气量。 ρ