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医学数据获取与医学信号处理-PPT精选文档

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医学数据获取 与医学信号处理 2019/3/24 1 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*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: 信号的获取与检测 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 器官几何结构 速度 振动(加速度) 压力 力 流量 温度 生物电 化学成分 生物物质 生物磁 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 心脏几何形状、胃几何形状、肾几何形状等 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 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 血压、眼压、心内压、颅内压、胃内压、食道压、膀胱压、子宫内压、胸腔内压、脊髓压 、血管内压、肠内压、咬合压等 心肌力、肌肉力、咬合力、骨骼负载力、*黏滞力、手握力等 血流量、呼吸流量、尿流量、心输出量等 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 细胞电位、心电、脑电、肌电、眼电、胃电、神经电、脑干电、皮肤电 O2、CO2、CO、H2O、NH3、K+、Na+、Ca2+、Cl-、H+等 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 心磁、脑磁、胃磁等 生物医学传感器的用途 ? 在医学上,传感器的主要用途有: 1. 提供诊断信息 2. 监护 3. 临床检验 4. 生物控制 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。 1. 物理传感器 2. 化学传感器 3. 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。 生物医学传感器的特殊性 ? 生物医学传感器具有如下特殊性: 1. 检测距离越远越好 2. 非接触与无损伤或低损伤 3. 体内传感器 4. 生物医学传感器的优化 5. 生物医学传感器的设计 6. 适应各种对象和环境 部分生物电和生物磁信号的幅度范围 被测信号 心电(皮肤电极) 脑电(头皮电极) 肌电 细胞电位 幅值范围 50?V - 5mV 10?V - 300?V 20?V - 10mV -100?V - +200?V 视网膜电位 眼电 肾电位 心磁 脑磁 0 - 1mV 0.05mV – 5mV 10?V - 80mV 10-10 T量级 10-12 T量级 眼磁 肺磁 10-11 T量级 10-8 T量级 部分常见生理信号的频率范围 生理信号 心电 频率范围(HZ) 0.01 – 250 脑电 肌电 眼电/视网膜电 胃电 血流量 动脉血压 静脉血压 0 – 150 0 – 10000 0 – 50 0.05 – 20 0 – 30 0 – 100 0 – 50 脉搏波 心音 呼吸率 0.1 – 50 2 – 2000 0.1 – 10 生物医学传感器的安全性 1. 传感器的包封材料应该有很好的生物相容性,能耐受体液的长期腐蚀, 不凝血、不溶血,不受生物排异反应的影响; 2. 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; 3. 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; 4. 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; 5. 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; 6. 对于植入体内长期使用的传感器,不应引起赘生物; 7. 在结构上要便于消毒。 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,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 录仪或示波器上显示的幅度。 生物医学传感器的标定 ? 根据传感器的类型和用途,标定可以是静态的,也可以是 动态的。由于要得到一个已知的动态信号源是很困难的, 因此,动态标定常常建立在静态标定的基础上。 ? 如果传感器的输



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