医学信号处理的原理和方法

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1、医学信号处理的原理和方法曹银祥Dept.ofPhysiology&PathophysiologyShanghaiMedicalCollegeFudanUniversity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

2、))*(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G2G1=Pmin+(Pmax-Pmin)/4G2=Pmax-

3、(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)/3N2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)0.0370.0310.0200.0170.070P-R间期

4、(s)0.0780.0680.0630.0480.120QRS波(s)0.0370.0420.0130.0130.060Q-T间期(s)0.2000.1400.1300.0740.210S-T间期(s)0.078T波(s)0.0370.0650.0440.0630.056心率(次/min)215247261385★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

5、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E3:2

6、0-30Hz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

7、: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：舒张50%间期:肌肉开始舒张到舒张50%的间隔时间DTI90：舒张90%间期:肌肉开始舒张到舒张90%的间隔时间+dT/dtmax:肌肉收缩时张力最大变化速率-dT/dtmax:肌肉舒张时张力最大变化速率t-dT/dtmax:肌肉开始收缩至发生dT/dtmax的间隔时间（六）呼吸波测量最大呼气峰压A、C间的最大值最小吸气谷压A、C间的最小值+dP/dtmax从谷压点到峰压点上升速度

8、最大值-dP/dtmax从峰压点到C点下降速度最小值呼气间期B、C间隔时间吸气间期A、B间隔时间呼吸时比呼气/吸气间期平均呼气压B、C间的平均值平均吸气压A、B间的平均值呼吸频率由A、C为一个周期计算出的频率（七）神经放电最大电平A、B间的最大值最小电平A、B间的最小值平均电平A、B间的平