医学数据获取与医学信号处理

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1、2021/9/171医学数据获取与医学信号处理本章主要内容生物医学信号的主要类型及其典型特征生物医学数据获取与检测技术概述生物医学信号常用处理方法生物医学信号生物医学信号：由生命体获得的信号，包括生理过程自发产生的，以及外界施加于生物体后再由生物体响应后产生出来的。生物医学信号的主要类型：1)电生理信号2)非电量医学信号3)医学成像(被动信号)生物医学信号生物医学信号的典型特征：1)信号微弱2)干扰强3)频率范围较低4)非平稳信号/随机信号生物医学信号处理生物医学信号处理：是研究从被干扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信

2、息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的过程：信号的获取→信号的预处理→信号的特征提取→模式分类→诊断结论信号的获取与检测信号的处理本章主要内容生物医学信号的主要类型及其典型特征生物医学数据获取与检测技术概述生物医学信号常用处理方法生物医学信号的获取与检测技术信号特点传感器/电极数据采集电路嵌入式数据获取系统无线传感器网络传感器生物信息：能表征生命体生理状态、结构和功能的信息生物医学传感器：那些能将生物体各种不同的生命信息转换为生物测量和医学仪器可用信号的器件或装置。生物医学传感器能感知生物体内各种生理的、生化的和病理

3、的信息，把它们传递出来并转换为容易处理的电信号。它是医学测量的第一个环节，是医学仪器设计制造的一个关键环节。生物医学测量的各种参数位移血管内、外径，主动脉、腔动脉尺寸，肢体容积变化，胸廓变化，心脏收缩变化，骨骼肌收缩变化，肠蠕动等器官几何结构心脏几何形状、胃几何形状、肾几何形状等速度血流速度，排尿速度，分泌速度，发汗速度，流泪速度，呼吸气流速，神经传导速度等振动（加速度）心音、呼吸音、血管音，脉搏、心尖搏动、心瓣膜振动、手颤、颈动脉搏动、脉象、语音、肠鸣音等压力血压、眼压、心内压、颅内压、胃内压、食道压、膀胱压、子宫内压、胸

4、腔内压、脊髓压、血管内压、肠内压、咬合压等力心肌力、肌肉力、咬合力、骨骼负载力、血液黏滞力、手握力等流量血流量、呼吸流量、尿流量、心输出量等温度体表温、口腔温、直肠温、皮肤温、体核温、心内温、肿物温、中耳膜内温、脏器温、血液温等生物电细胞电位、心电、脑电、肌电、眼电、胃电、神经电、脑干电、皮肤电化学成分O2、CO2、CO、H2O、NH3、K+、Na+、Ca2+、Cl-、H+等生物物质乳酸、血糖、蛋白质、胆固醇、酶、抗原、抗体、受体、激素、神经递质、DNA、RNA生物磁心磁、脑磁、胃磁等在医学上，传感器的主要用途有：提供诊断信

5、息监护临床检验生物控制生物医学传感器的用途生物医学传感器的分类按被测量分类--最基础、最本质的宏观分类方法。物理传感器化学传感器生物传感器按人的感觉功能分类：视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、嗅觉传感器和味觉传感器。这种分类方法有利于仿生学的发展，对推动新型生物医学传感器的开发也是有利的。生物医学传感器具有如下特殊性：检测距离越远越好非接触与无损伤或低损伤体内传感器生物医学传感器的优化生物医学传感器的设计适应各种对象和环境生物医学传感器的特殊性部分生物电和生物磁信号的幅度范围被测信号幅值范围心电（皮肤电极）50µV-5mV

6、脑电（头皮电极）10µV-300µV肌电20µV-10mV细胞电位-100µV-+200µV视网膜电位0-1mV眼电0.05mV–5mV肾电位10µV-80mV心磁10-10T量级脑磁10-12T量级眼磁10-11T量级肺磁10-8T量级部分常见生理信号的频率范围生理信号频率范围（HZ）心电0.01–250脑电0–150肌电0–10000眼电/视网膜电0–50胃电0.05–20血流量0–30动脉血压0–100静脉血压0–50脉搏波0.1–50心音2–2000呼吸率0.1–10传感器的包封材料应该有很好的生物相容性，能耐受体液

7、的长期腐蚀，不凝血、不溶血，不受生物排异反应的影响；传感器的形状、尺寸和结构应适应被测部分的解剖结构，使用时不应损伤组织；传感器要由足够的牢固性，在引入被测部位时，传感器不能损坏；传感器和人体要由足够的电绝缘，即使在传感器损坏的情况下，人体受到的电压必须低于安全值，不安全的电压决不能加到人体上；传感器不能给生理活动带来负担，也不应干扰正常的生理功能；对于植入体内长期使用的传感器，不应引起赘生物；在结构上要便于消毒。生物医学传感器的安全性生物医学传感器的标定传感器的标定是指当一个传感器装配完成后，得到精度足够高的基准测量设备，

8、对传感器的输入输出关系进行校验的过程；校准是指在使用过程中或长期储存后进行的性能与精度的定期复测。标定与校准在本质上是相同的。标定的基本方法是：将由标准设备产生的大小已知的模拟生理量（如压力、温度等）作为传感器的输入，然后测量传感器的输出，它可能是电压、电流，也可能是电表、记录仪或示波器上