生理信号采集与分析

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1、生理信号采集与分析综述摘要：生物信号采集与处理系统主要用于观察生物体内或离体器官中探测到的生物电信号以及张力、压力、呼吸等生物非电信号的波形，从而对生物机体在不同的生理或药理实验条件下所发生的功能变化加以记录与分析。在机能学实验中，经常需要进行采集、记录、分析生理信号[1]关键词：生物信号；机能学；采集；分析1.介绍生理信号采集与处理的基本知识 [2]在机能学实验中，经常需要进行采集、记录、分析的生理信号主要有四种类型：第一种类型是反映电活动变化的生物电信号，如神经骨肉的电活动变化、细胞内外的电活动变化以及脑电、心电的变化等。这些生物电信号需要通

2、过相应的电极引导、采集、输入记录仪器系统，进行放大后才可以显示、记录出来。 第二种类型是反映压力变化的信号，如血压的变化、心脏收缩期和舒张期的压力变化、胆囊收缩的压力变化等。这些压力变化信号首先需要通过一个压力信号转换装置（压力换能器），将压力信号转换为电信号，输入记录仪器系统，进行放大、显示、记录出来。第三种类型是反映张力变化的信号，如离体肠管收缩、舒张的张力变化，心室肌或者心房肌收缩、舒张的张力变化，腓肠肌收缩的张力变化，呼吸肌的运动等。这些张力变化信号也是需要先通过一个张力信号转换装置（张力换能器），将张力信号转换为电信号，输入记录仪器系统

3、，进行放大、显示、记录出来。 第四种类型是反映心输出量变化和血流量变化的信号。也是需要先将流速、流量的信号转换为电信号，输入到流量计中进行放大、计算，最后显示、记录出来。 2.采集处理仪器介绍2.1BL-420[3]生物机能实验系统为成都泰盟电子有限公司生产的生物信号显示与处理系统，主要用于生理、病理生理、药理等学科的各种机能实验、电生理实验等。可以进行实时的信号显示与处理，也可以及时存储、实验后回放数据进行处理。系统硬件的四个连接接口分别可以提供心电、压力、张力等换能器以及电生理实验的各种连接。2.2BI-2000医学图像分析系统[4]图像处理

4、和分析可定义为应用一系列方法获取、校正、增强、变换或压缩可视图像的技术。其目的是提高信息的相对质量，以便提取信息。图像处理中的变换属于图像输入-图像输出模式，而在图像分析中的操作属于图像输入-数字信息输出模式。　　已有许多图像生成技术问世，但除图像恢复技术以外，图像处理技术在很大程度上与图像形成的过程无关。一旦图像已被采集并且已对获取过程中产生的失真进行了校正，那么所有可用图像处理技术本质上是通用的。因此，图像处理是一种超越具体应用的过程：任何为解决某一特殊问题而开发的图像处理新技术或新方法，几乎肯定能找到其他完全不同的应用领域。图像处理已应用于

5、现代社会的许多领域。在所有这些领域中的使用方法和技术都很相似，故医疗卫生中的图像处理方法大部分借鉴其他科学和工业领域中的图像处理应用。32.3WebChart-400人体生理学实验系统简介[5]长期以来，中国的生理实验教学以动物实验为主，而且主要针对教材上的经典实验，学生在有限的实验课时间中，很难完全理解某个实验的全部意义，也很难在这个实验上发挥提高。随着中国实验教学和国际的逐步接轨，将逐步减少动物实验的数量，而提高人体实验的比例，这也是符合动物实验的3R原则，Reduction（减少）、Replacement（替代）和Refinement（优化

6、）。这不仅有利于减少实验动物经费，而且可以有效的把人体实验结合起来，与临床形成更紧密的关系，既拓展了学生的知识面，也提高了学生的兴趣。WebChart-400人体生理学实验系统正是成都泰盟科技有限公司迎合这一发展趋势最新推出的新一代生物机能实验系统。2.4心电图心电图(ECG)是心脏除极和复极过程的一种电生理过程的反应[6]。在医学上．心电图是诊断心血管疾病的一种重要手段，因此，心电信号的采集与分析在医学诊断、科学研究及实验教学中均具有重要意义。传统的心电记录方法主要靠心电图机来完成，它将仪器的功能以硬件电路的形式固化在仪器内部．对电路生产技术要

7、求高，且功能单一，不容易更新维护。虚拟仪器(virtualinstrument，VI)的出现改变了传统仪器的设计与生产方式，它充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力完成对测量数据的显示和分析，将仪器功能由生产厂家定义转变为由用户自己定义。虚拟仪器的核心思想是“软件即是仪器”，也就是用软件来实现传统仪器中绝大部分甚至全部由硬件电子电路实现的功能。因此，利用虚拟仪器技术．用户可以很方便地定义和设计各种仪器。3.生理信号采集与分析发展方向 1994年胡可夫等以“新型无创伤心功能STI微机检测仪”为题，提示了当时临床上大都使用进口的多道生理记录仪来检

8、测心功能。并指出仪器存在集成度低、体积庞大、价格昂贵、维护困难、记录纸需进行手工测算、易产生人为误差、效率低[7]；李兰玉于同年在医疗设