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生物醫學信號檢測基礎-資料下載頁

2026-01-07 15:22本頁面

　　

【正文】號的處理和對數字信號的處理。一個較為完整的生物醫學信號處理裝置包括信號變換、濾波、模擬放大、模 /數轉換和微機系統等幾個部分。如果非實時處理，較早的方法還包括模擬記錄（含調制解調器）和顯示系統。不過由于這樣會引入附加的噪聲（包括直流和交流的），現在很少使用這種方法?？傊粋€完整的醫學信號處理系統的硬件部分應包括如下一些子系統： ? 1. 生物體（如人體）子系統：生物醫學信號源。 ? 2. 信號感知和變換子系統：拾取信號，如果是非電生理信號，則將非電量轉變為電學量，以便后續處理。要求該子系統是線性時不變系統。 ? 3. 濾波和模擬放大子系統：放大微弱的生物醫學信號，可高達 10 6以上的放大倍數和高共模抑制比（ CMRR）的線性時不變系統。 ? 4. 信號記錄及顯示子系統：較早一些的醫學信號處理系統是離線系統，測量數據一般直接存儲在磁帶等磁性介質上，再轉移到計算機房去處理，或通過筆式記錄儀等直接描繪圖形和數據，使用指針式儀表或 LED(light emitting diode)直接顯示數據，這些器件都會引入附加的噪音，只有不得已才用之。 ? 5. 模 /數和數 /模轉換子系統：生物醫學信號大多是模擬信號，在進行數字信號處理前必須先將模擬信號數字化，這個過程稱為模 /數轉換（ A/D）；反之將數字信號轉換為模擬信號的過程稱為模 /數轉換（ D/A）。 ? 6. 計算機子系統：生物醫學信號經精確捕獲和濾波、放大后，轉換為數字形式，由計算機對信號進行直觀描述分析和深層次信息提取，如提取隱含于心電信號中的自主神經系統功能的信號，隱含于腦電信號中的誘發電位信號，隱含于 DNA或蛋白質的氨基酸序列信號中的結構和功能信息等。生物醫學信號數字處理系統的框圖如圖 15。圖 15 信號處理系統組成第五節生物醫學檢測中的干擾與噪聲 (Interferences and Noises in Biomedical Measurement) 生物醫學信號檢測是對生命體中包含的生命現象、狀態、性質和成分等信息進行檢測和量化的技術。生物醫學信號處理就是從被干擾和噪聲淹沒的信號中提取有用的生物醫學信息的特征。由于生物醫學信號一般都很微弱，所以測試系統必須具有較高的靈敏度，而靈敏度越高，也就更容易把干擾引入測試系統。同時，除了與信號同時存在的干擾之外，測試系統本身也有噪聲。一、生物醫學測量中的干擾對于欲測量的目標信號來說，非目標信號都是干擾。干擾可以是確定信號，也可以是噪聲，包括單純隨機噪聲 (如均值為 0的白噪聲 )。干擾可以是外源的，也可以是生物體內的非目標信號 (詳見第八章 )。這里只討論生物醫學測量中的電磁干擾。根據形成電磁干擾的三個條件，即：干擾源、耦合通道和敏感電路，抑制電磁干擾也應該從這三個方面入手。由圖 16可以看出，造成生物電信號提取過程的主要干擾，是近場 50Hz工頻干擾，因為各種生物電信號中大都包含有 50Hz的頻率成分，而且生物電信號的強度有時小于 50Hz工頻干擾。一般來說，干擾形成危害的嚴重程度，主要取決于抑制方法的難易。近場 50Hz干擾源不只直接影響多種生物電信號的提取，而且它存在于所有的測量環境中且與欲檢測的目標信號頻帶重疊，因此其抑制方法遠比各種電磁輻射干擾困難。圖 16 生物信號及干擾源的頻率分布注： AEP： Auditory Evoked Potential聽覺誘發電位， SEP： Sensory Evoked Potential感覺誘發電位， VEP： Visual Evoked Potential視覺誘發電位，PCG： Phonocardiogram心音圖， ERG： Electroretinogram視網膜電圖， ENG：Electroneurogram神經電圖， EOG： ElectroOculogram 眼電圖， EMG：Electromyogram肌電圖， EEG： Electroencephalogram腦電圖， ECG：Electrocardiogram心電圖。此外，生物醫學設備本身也是強的電磁干擾源，測量系統不只受到外界干擾源的干擾，而且測量系統本身也產生對內部、對外界其他電子設備的電磁干擾，造成互相干擾的電磁環境。因此，在生物醫學測量儀器設計時必須考慮電磁兼容性 (EM： E1ectro Magic Compatibility)設計。干擾的耦合途徑主要有信號傳輸導線、單元電路或測試系統之間的公共阻抗、近場感應以及電場或磁場耦合等。因此，通過切斷耦合通道抑制干擾時，可采用合理接地與屏蔽以及隔離、濾波、去耦等措施。二、生物醫學測量中的噪聲為與外部干擾相區別，把系統內部由器件、材料、部件的物理因素產生的隨機擾動稱為噪聲 (電壓或電流 )。因此，噪聲是電路內固有的，不能用諸如屏蔽、合理接地等方法予以消除。在原始生物醫學信號的提取、變換和處理處理過程中，噪聲信號疊加在生物醫學信號之上，導致測量精度降低。對于外部干擾，采取適當的抗干擾措施后，可使干擾減小到比較次要的程度。但系統內部的噪聲往往是測量精度的限制性因素。

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