1、第一章生物医学信号的特点和提取第一节 生物医学信号的特点第二节 生物医学信号的提取第三节 提取过程中的干扰和噪声生物医学信号的特点和提取概述 人体的电子测量：用电子学方法对人体结构、机能的各种探测。 测量信号 = 信号 + 噪声（干扰） 人体信号：干扰大 + 噪声大 不稳定：时间、个体信号 +噪声电子系统界面1.1 生物医学信号的特点 生物医学测量的特殊性和生理参数范围 生物电信号特征 非电量生理信号生物医学测量的特殊性和生理参数范围人体系统的特征：1. 生命 + 环境 ：两者缺一不可2. 无创优先 + 对人体影响小3. 适应性或反馈性：生物反馈生物医学测量的特殊性和生理参数范围 测量条件：
2、参数范围选择：考虑噪声和信号 心电： 10 uV 4 mV 0.05 Hz 250 Hz 脑电： 1 uV 300 uV 0.5 Hz 300 Hz 电源： 220 V 人体感应电压为 10 30V 强噪声： 人体各部分互相干扰 ：胎儿心电 外界噪声： 50 Hz 测量引入：放大器本身噪声 自身环境变化：如紧张血压生物医学测量的特殊性和生理参数范围 测量条件： 测量条件 全性限制： 施加于人体的各种能量。（正常工作） 超声小于 100 毫瓦 /平方厘米 漏电流：心脏 体外（脑） 体外 放射线： X线、 线 非正常工作状态时的精度、可靠性 操作错误 仪器损坏：电器安全 /植入型 参数范围选择：考
3、虑噪声和 信号 外界环境异常 电源不稳 冬天干燥 麻醉 电流：因身体部位、幅值、频率有变化 100 A 体内 室颤 1 mA 体外 有激感 10 mA 体外 发生不随意运动 100 mA 体外 心室颤动fI生物电信号特征 细胞和组织的电学特征：生物体的基本单元是细胞 :可兴奋细胞（神经、肌肉）有电活动不可兴奋细胞：大量生物电信号特征 细胞和组织的电学特征： 生物电位静息电位： -50 -100 mv 未受刺激时动作电位： 20 40 mv 受刺激时产生原因是膜对钠、钾离子通透性随时间的变化。 一般电学特征：电导率 ，相对介电常数 ，总集参数：电阻率 阻抗法：循环系统 血液 其他组织 ，可以测量
4、换气量。f肺血骨骼生物电信号特征 体表电位：人体表面的任意点相对于参考点的确定电位，针对不同器官，表现为心电（ ECG)、脑电 (EEG)和肌电(EMG)。 体表心电图 ( Electrocardiogram ): P波、 QRS波、 T波 导联系统 脑电 EEG（ Electroencephalogram): 波、 波、 波、 波 自发脑电、诱发脑电 肌电图 EMG 皮肤电反射（ GSR )：测谎仪ECG 理论心脏电活动近似为一个随时间变化的向量心脏是一个电偶极子电场随心跳周期变化，从心房到心室或从起搏点到心肌爱因托芬(W.Einthoven)18601927 荷兰人发现心电图的机理ECG
5、理论ECG 理论 Einthoven三角向量的构成:至少需要两个已知向量才能组成心偶极子向量 3-肢体导联:VI: RA - LA VII: RA - LL VIII: LA - LLECG 理论-Einthoven三角加压肢体导联: 单极导联Wilson中心端= VR + VL + VFaVL: (LA - Wilson中心端)*3/2aVR: (RA - Wilson中心端)*3/2aVF: (LL - Wilson中心端) *3/2胸导: V1-V6 Vi = Ci - Wilson中心端 12 标准导联:3-肢导+ 3-加压导联+ 6-胸导EEG 理论-Einthoven三角P波：反映
6、左右心房的电激动过程电位和时间的变化。P-R间期：代表心房开始除极至心室开始除极的时间。P-R段：代表心房激动通过房室交界区下传至心室的时间。QRS波群：反映左右心室除极过程电位和时间的变化.S-T段：从QRS波群终点到T波起点的线段，反映心室早期复极过程电位和时间的变化。T波反映晚期心室复极过程电位的变化。U波：代表心肌活动的“激后电位”（after potential）.QT 间期：从QRS波群起点到T波终点的时间；反映心室除极和复极的总时间。频率范围Beta: 13 30 HzAlpha: 8 13HzTheta: 4 8 HzDelta: 0.5 4 HzEEG 理论EEG 理论 Al
7、pha 节律频率: 8 13 Hz 幅度: 5 100 microVolt位置:枕后脑状态:清醒闭眼 Alpha节律被一个新的刺激终止源: 丘脑振荡起搏神经元EEG 理论 Beta 节律频率: 13 30 Hz 幅度:2 20 microVolt位置: 前额脑状态:智力思维反映皮层和丘脑信息处理EEG 理论 Theta 节律频率: 4 8 Hz 幅度:5 100 microVolt位置: 前颞部脑状态:想睡丘脑慢振荡神经元活动，降低感觉信号进入大脑皮层EEG 理论 Delta 节律频率: 0.5 4 Hz 幅度:20 200 microVolt位置: 不定脑状态: 深睡丘脑和深部皮层振荡，一般
8、可被脑网状系统终断EEG 理论 10/20 导联系统鼻根枕骨隆突位置:前额(F), 颞区(T), 顶区(P), 枕区(O), 中央区(C), z为中线编号: 右(2,4,6) , 左(1,3,5)EEG 理论 通道: 从一对电极记录到的信号 (图中公共电极: A1 左耳)多通道EEG记录: 目前最多256同步记录EEG 理论研究EEG用电极临床EEG电极EEG 理论事件相关电位平均每一次刺激后的脑电信号噪声减少一般要1001000次假定没有适应性反映EEG 理论 EEG谱分析-FFT谱分析自发脑电功率谱EEG 理论地形图用颜色表示强度来反映脑电与电极和脑区的关系,如: ERP maps 电位分布 Spectral maps 频率分布 Statistical maps 统计差异非电量生理信号血压脉搏心音心输出量搏出量心指数 60-80mL 4.5-6.0L/s 3.1-3.5L/(s m2)血流量流速轴向集中
