第一章 生物医学信号测量的特殊性-1

生物医学信号特点和提取量、脉搏、心音等的温度、压力、流量、力、位移等非电量信号．从信号本身特征到提取方式，都不同于工业工程中的情况，而有其特殊性。

人体生物医学信号的提取和处理，是自然科学领域中难度最大的．而它的临床价值却是不断在提高。

1.1生物医学信号的特点l.l.l生物医学测量的特殊性和生理参数范围信号的特点是由信号源和测量方法共同决定的。

电子学方法应用于生物医学工程领域将大量使用的超声波断层装置和多普勒装置的输出强度应小于约但是胎儿、脑、眼球等是敏感部位，胚胎和胎儿受超声波的影响和安全阈值现在仍是受到重视的问题。

人体是一种导电体．通过人体的低频电流(直流到1kHz) 对人体的作用有三个方面：产生焦耳热；刺激神经、肌肉等细胞；使离子、大分子等粒子振动、运动、取向。

宏观地看，当电流达到1mA/cm2以上时．神经肌肉感觉器官的细胞出现兴奋现象。

如果在重要器官上形成的局部电流密度达到一定程度，则器官功能丧失。

电流直显然发生微电击，是构成不安全的重要因素。

低频电流对人体作用的数值范围如下：100μA电流通过植入体内的电极，能引起心室颤动；1μA电流从体外流入，有电流刺激感；10mA电流从体外流入，发生不随意运动；100mA电流从体外流入，造成心室颤动。

引起室颤的电流与体重和持续时间有关，例如，两岁儿童的室颤值仅为30mA。

在人体测量中，作为安全措，应取以上数值的l/l0作为安全阈值。

电流频率增高时，不易引起兴奋，因而刺激作用逐渐减小．一般认为当频率超过1kHz 时，它的刺激作用和频率成反比例地减小。

图1.1表示电流刺激的阈值数据随频率的增加而上升。

局部或全身通入高频电流，产生焦耳热使体温上升。

如果体温上升在一定范围之内，则产生循环量增大和促进生物化学反应等良好效果，但体温上升到超过某一限度时，则产生不良效应甚至烧伤。

当电流频率更高，进入微波段后，几乎没有刺激作用了，这时可以认为只有热作用。

表l-l列出了人体一般的生理参数范围。

生物医学工程中的生物信号检测技术在当今日益发展的医疗技术中，生物医学工程成为了一个备受瞩目的领域。

生物医学工程涉及很多方面，其中生物信号检测技术是医学诊断和治疗的重要基础。

生物信号检测技术是指通过特定的仪器和方法，测量和分析人体产生的生理信号的过程，这些信号包括心电图、脑电图、肌电图、血压、呼吸等，这些信号可以反映人体发生的各种病理和生理变化。

一、生物信号的种类和特点在生物信号检测技术中，生物信号的种类繁多，每一种生物信号都有其自身的特点和应用。

例如，心电信号是指心脏电活动中的电信号，这些信号可以反映心脏的节律、频率和节律的变化，可用于诊断心脏病、心脏瓣膜病、心脏急性缺血等。

脑电是指头部神经元的电活动，在脑电信号中，可以检测到脑电节律、脑部病变等信息，适用于神经系统疾病的研究和诊断。

不同于一般物理信号，生物信号自身具有许多特殊的性质，如低频、微小、复杂、包含噪声和干扰等。

这些特点使得生物信号检测技术的研究难度大、量测精度要求高、实验难度大。

因此，生物信号检测技术需要结合生物医学工程、信号处理和模式识别等多学科的知识，运用先进的技术手段进行信号的测量、预处理、分析和识别。

二、生物信号检测技术的原理和应用生物信号检测技术是现代医疗诊断和监测技术的重要组成部分。

在该技术的领域中，需要清晰地了解信号的特征和产生机理。

同时，应用不同的技术方式对不同类型的信号进行预处理和识别。

下面将介绍几个生物信号检测技术的原理和应用。

1. 心电图检测技术心电图检测技术是一种通过电极将心脏电信号变成电压波形，并通过放大、滤波和数字转换等多个处理步骤获得的技术。

心电图信号具有较强的随机性、非线性和多样性，因此需要使用一些现代信号处理技术来提取和分析心电图信号。

其应用场景广泛，包括心血管疾病的诊断和治疗、心血管健康评估、心脏康复等。

2. 脑电信号检测技术脑电信号是大脑神经元活动产生的电信号，是一种可反映脑功能活动的重要信号。

脑电信号通常需使用电极贴片在头皮上布置电极，获得脑电信号。

第1章 生物医学测量的基本特点第1章 生物医学测量的基本特点1.1 生物医学测量仪器的组成 1.2 人体测量的特点 1.3 人体系统的控制模式 1.4 人体生理信息测量条件 1.5 电流的生理效应和损伤防护 1.6 生物医学测量方法和测量模型返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点本章重点 1. 测量仪器的组成 2. 人体测量的特点 3. 测量系统的控制模式 4. 生理信息测量条件 5. 生理效应和损伤防护返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点1.1 生物医学测量仪器的组成生物医学测量的目的是为了获得生物医学有 用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基 础。

采用工程技术方法获取生物医学信息通常采 用适合的生物医学测量的传感技术和检测技术来 实现。

一.生物医学测量仪器的组成生物医学测量仪器一般可以分解为三个主要部 分：传感器（包括电极）、放大器和测量电路、数 据处理和显示装置。

示意图如下：返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点 返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点1.传感器： 在生物医学测量仪器的组成中，传感器的功能是把各种生理信息转换成可供测量的电信 号或其他可用信号，而电极的功能主要是把各 种生物电信号转换成可供测量的电信号。

传感器可以根据生理参数进行分类，生理 参数一般有：力、位移、速度、加速度、压 力、流量、温度、时间、声、光、电、离子浓 度等物理或化学量。

传感器能否准确地转换这 些量，对于测量来说是十分重要的。

返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点2.放大器和测量电路： 放大器和测量电路的功能是把传感器所获得的微弱信号加以放大、转换、去伪存真，从 而得到数据处理和显示装置可以处理的信号。

3.数据处理和显示装置：数据处理和显示装置对于现代化的仪器来 讲，一般用计算机完成数据的记录、储存、计 算或显示。

返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点生物医学测量中应用较多的是电子技术， 把人体的各种信号转换成电信号进行测量，然 后把测量结果作为信息，应用信号处理的方法 ，根据不同目的进行适当的处理。

1.一般工业测量中，为准确检测待测量，并减少干扰，总是尽量使传感器接近被测点。

但在对生物体内某部位进行就近直接测量时，由于生物体具有自身体内平衡机能，一旦有外界扰乱因素出现，为补偿扰乱因素带来的影响，整个生物体将产生各种应急反应，从而改变被测部位的状态，影响被测量的真实性，还可能给被测者带来不适感和痛苦，例如开胸测心脏的状态等。

因此，在对人体进行测量时，应尽力避免传感器干扰人的正常生理、生化状态，尽置避免给人的正常活动带来负担或痛苦。

较自然的想法是使传感器探头部分远离被测部位，但这样一来，由于比较远离被测点，干扰因素增加，可能使测得的信号质量变坏，故应根据实际情况综合考虑。

2.为了减轻对被测生物体的侵扰，非接触与无损伤或低损伤的传感器成为人们研究的一个重点。

此类传感器在对一般人进行健康普查或医院门诊部进行诊断治疗时得到广泛应用。

由于此类传感器多利用间接测量方法来获得体内有关信号，故通常信号中干扰成分较多，往往需要借助信号处理等技术加以改善。

3.为了既能准确检测到生物体内某个局部信息，又能使对生物体的侵扰减小到足够低程度，发展了体内（植入式或部分插入式）传感器。

对体内传感器应考虑装置的微型化、能量及信息传输方式、植入或插入材料的生物相容性及植入装置的安全性等诸多特殊要求。

4.生物信号的特点是信号微弱、频率很低、背景嗓声及干扰大、随机性强、个体差异大，而且生物体内多种生理、生化过程同时进行，这都增加了检测特定生物信号的难度。

除了通过后续电路进行处理之外，重要的是优化传感器设计，防止噪声和干扰混人，使传感器有较高的灵敏度和较大的动态范围，使其在有大的干扰和被测对象发生较大变化情况下，仍能工作并不产生失真。

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生物医学工程中的信号处理第一章：引言生物医学工程涉及到生物学、医学和工程学等多个学科，其中信号处理是生物医学工程领域中的一个重要分支。

信号处理旨在分析和处理从人体内或外部测量到的生物信号数据，为生物医学工程领域提供了广阔的应用前景。

本文将从信号处理的基础原理、信号采集、信号分析等多个角度全面探讨信号处理在生物医学工程领域中的应用。

第二章：信号处理的基础原理信号处理是对信号进行采集、处理和分析的过程，其基本原理是将信号转换成数字信号，运用数字信号处理技术进行分析和编程。

信号处理的基本流程包括信号采集、信号滤波、数字信号处理等多个步骤。

信号采集是信号处理最基本的步骤，其要求对生物信号进行准确的采集。

信号采集的方法可以是直接的电极测量方法或者通过传感器等外部调节方法，具体方法选择需要结合具体情况进行分析。

信号采集的质量直接影响到后续的信号处理和分析。

信号滤波可以去除信号中的干扰信号，使得信号在分析中更加准确。

滤波技术包括高通滤波、低通滤波、带通滤波等多种方法，不同的滤波方法可以选择根据实际需要进行选择。

数字信号处理是信号处理的核心内容，主要包括数字滤波、信号重构、插值等处理方法。

数字信号处理的方法选择需要根据实际情况来进行选择，以满足不同的需求。

第三章：信号采集信号采集是信号处理的第一步，其目的在于将生物信号转化为数字信号。

信号采集设备包括传感器、放大器、模/数转换器、硬件滤波器、放大器等多个部分。

对于信号采集设备的选择应该根据具体的信号类型来进行选择。

生理信号包括脑电信号、心电信号、眼电信号、肌电信号等，信号采集设备需要针对不同信号进行不同的选择。

例如，对于脑电信号，可以通过电极贴在头皮上进行采样，而心电信号则可以通过心电图机进行采样。

对于信号采集设备的选择，需要结合具体情况进行分析，考虑信号频率、噪声、分辨率等多个因素进行选择。

同时，对于信号采集过程中的干扰因素，还需要采取一些降噪措施，以提高采集信号的质量。