生物医学信号处理（全套课件171P） PPT课件.pptx

生物医学信号处理

什么是生物医学信号处理

根据生物医学信号特点，应用信

息科学的基本理论和方法，研究如何从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息,并对它们进步分析、解释和分类。

信号的基本概念

·什么是信息?

社会和日常生活中，人们借助语言、文字、图象和数据等媒体表达的感觉、思想、意见等统称为信息。显然，同一信息可用不同媒体来表

达。

。什么是信号?

为了有效地传播和利用信息，常需要将信息转换成便于传输和处理的信号。信号是信息的载体，是信息的表现形式，一般表现为随时间变化的某种物理、化学和生物量。在各种信号中，电信号是一种最便于传输、控制和处理的信号。由于医学中的许多非电信号通过前面讲的传感器几乎都能转化成电信号。因此在信号处理领域，一般所说的信号就是指电信号。

·信号怎样描述?

在数学上，可以描述为一个或多个独立变量的函数。如体温随时间变化(时间的函数),平面图像可描述为像素的灰度变化随坐标(x,y)变化的函数。信号还可以用图形、测量数据或统计数据进行描述。

信号的基本概念

。信号的分类

(1)确定性信号与随机信号

确定性信号：任一由确定时间函数描述的信号，对于这种信号，给定某一时刻后，就能确定一个相应的信号值。

随机信号：信号是时间的随机函数，事先无法预知它的变化规律。(2)连续信号和数字信号

连续信号：在某个时间区间内除有限个间断点外都有定义，称该信号在此区间为连续信号。

数字信号：仅在离散时刻上有定义，而且信号幅值只能取某些规定值的信号。

(3)周期信号和非周期信号

。信号的基本特征

时间特性：信号持续时间的长短、变化速度的快慢、信号幅值的大小以及随时间改变呈现出来的变化规律等。(时域分析)

频率特性：信号的频带宽度、各正旋分量振幅、相位随频率的分布情况。(频域分析)

生物医学信号的特点

。信号弱：直接从人体中检测到的生理电信号其幅值一般比较小。

-如从母体腹部取到的胎儿心电信号仅为10~50μV,

-脑干听觉诱发响应信号小于1μV,

-自发脑电信号约5～150μV,

-体表心电信号相对较大，最大可达5mV。

·因此，在处理各种生理信号之前要配置各种高性能的放大器。

生物医学信号的特点

。噪声强：噪声指其它信号对所研究对象信号的干扰。

●如电生理信号总是伴随着由于肢体动作、精神紧张等带来的干扰，而且常混有较强的工频干扰；

·诱发脑电信号中总伴随较强的自发脑电；

·从母腹取到的胎儿心电信号常被较强的母亲心电所淹没。这给信号的检测与处理带来了困难。

。因此要求采用一系列有效去除噪声的算法

O

生物医学信号的特点

。频率范围一般较低：经频谱分析可知,除声音信号(如心音)频谱成分较高外，其它电生理信号的频谱一般较低。如心电的频谱为0.01～35Hz,脑电的频谱分布在1～30Hz之间。

·因此在信号的获取、放大、处理时要充分考虑对信号的频率响应特性。

生物医学信号的特点

。随机性强：生物医学信号是随机信号，一般不能用确定的数学函数来描述

·它的规律主要从大量统计结果中呈现出来，必须借助统计处理技术来检测、辨识随机信号和估计它的特征。

·而且它往往是非平稳的，即信号的统计特征(如均值、方差等)随时间变化而改变。

·这给生物医学信号的处理带来了困难。

信号

幅度范围

舞率范围

传感器或换能器

心电(ECS)

0.01~5mV

0.05~1000Hz

Ag/AgC1表面电极

脑电(EES)

2-200HV

0.1~100Hz

帽状、针状或表面电极

肌电(EMS)

0.02~5mV

5~2000Hz

针状或表面电极

胃电(EGS)

0.01~1mV

0~1Hz

Ag/AgCl表面电极

心音(PCS)

0.005~2000Hz

压电、电容、电感、应支片换能器

血流(BFS)*

1-300Vmin

0~20Hz

电磁、超声多普勤换能器

心阻抗(ICS)

15-500Q

0~60Hz

金属表面电极

体温(BTS)

32-40°C

0~0.1Hz

热电男、热敏电阻、红外晶换能器

血压(BPS)

压电、应麦片换能器

诱发电位

(EPS)

1~100μV

1~3000Hz

帽状、针状或表面电极

ECS:ElectroCardioSignalEMS:ElectroMyoSignalPCS:PhonoCardioSignal

ICS:ImpedanceCardioSignal

BPS:BloodPressureSignal

EES:ElectroEncephaloSignalEGS:ElectroGastroSignbal

BFS:B