傅立叶变换与生物医学信号处

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1、生物医学信号处理BiomedicalsignalProcessing1霍金教授的办公室（剑桥大学）“我的书每增加一个公式，读者就减少一半”——霍金教授2BME在百年诺贝尔生理与医学奖中的份额美国的保罗-劳特布尔和英国的彼得-曼斯菲尔德共同获得了2003年诺贝尔生理学或医学奖--核磁共振成像技术--三维图象百年总计(1901-2000)91（届次）100%Ⅰ属于BME范畴1618%Ⅱ与BME密切相关1314%Ⅲ不采用BME方法、技术、设备与材料就不能完成的3943%Ⅳ与BME无关的2325%3什么是生物医学信号处理根据生

2、物医学信号特点，应用信息科学的基本理论和方法，研究如何从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进步分析、解释和分类。4预修课程1.数字信号处理DigitalSignalProcessing2.随机过程StochasticProcess3.工程数学EngineeringMathematics5教材作者：美国威斯康辛大学电气与计算机工程系教授前IEEE生物医学工程学会主席WillisJ.Tompkins书名：BiomedicalDigitalSignalProcessingISBN：75609

3、25790页数：2466教材全书分14章信号转换技术，数字滤波器基础，有限冲激响应滤波器，无限激响应滤波器，整数型滤波器，自适应滤波器，信号平均技术，数据压缩技术，时域和频域分析方法，ECG的QRS复波检测，ECG分析系统，VLSI在数字信号处理中的应用。7信号及其类型(a).确定性信号(b).随机信号(c).分形信号(Fractal)(d).混沌信号(Chaotic)8四类信号的例子9确定性信号在教材中常作为例子给出，是最熟悉的一类信号，但这类信号在真实世界中则较少出现。所谓确定性信号是指在已知足够过去值的条件下，能够准

4、确预测该信号未来值的一类信号。例如，正弦波信号ASinωt。只要能够用数学封闭表达式来表达的一类信号就是确定的信号。10随机信号既使信号的全部过去值已知，也不能准确预测其未来值的一类信号称为随机信号。随机信号在真实世界中大量存在。严格地说，实际的物理信号总具有某些随机因素。例如，测量仪器中电流产生的噪声就是一类常见的随机信号，大多数生物医学信号包含有随机信号。未认识清楚的因素自然被归入“噪声”。随机信号也包含有一些规律的因素。这种规律性是从大量样本统计分析后呈现出来的。11分形信号分形信号具有十分有趣的特性，即它们在各种放

5、大倍数下看上去都很类似，这种特性称为尺度不变性。典型的分形信号：心率信号、血管分支12分形信号的例子仅仅采用常规的测量工具是不能区别新信号和原信号的。原信号四点平均后的信号13混沌信号混沌信号是一类不能准确预测其未来的确定性信号。对于一些确定性的信号，它们在未来的轨迹对其过去值很敏感，因此，无法用足够的精度来预测未来值。理论上这些信号是确定的，但未来值的预测误差很大。混沌信号在视觉上具有随机信号的一些特征，但是随机信号不是混沌的，混沌信号也不是随机的。生物化学的调控过程、脑电活动、呼吸、从多细胞振荡器到单个神经元等神经生理

6、系统也已经报道展现出混沌现象。14什么是生物医学信号生物电信号BioelectricSignals生物磁信号BiomagneticSignals生物化学信号BiochemicalSignals生物力学信号BiomechanicalSignals生物声学信号BioacousticSignals15生物医学信号的分类（1）由生理过程自发产生的主动信号，例如心电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和体温、血、脉博、呼吸等非电生信号。它们是对人体进行诊断、监护和治疗的重要依据。（2

7、）外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X射线等。关于生理、病理状况的信息将通过被动信号的某些参数来携带。16心电信号（ECG）ECG记录了胸部电极上的电位（或两个电极之间的电位差），反映了心肌中的时变电活动，这些电活动与动作电位的产生和传播相关。每一次心跳产生一个电波（P、Q、R、S和T波）序列。17肌电信号（EMG）把电极放在肌肉上或其附近记录EMG信号，再放大电位（或两个电极之间的电位差）。EMG信号由肌肉纤维周围的动作时间电位而引起。一个多单元EMG记录了来自多块肌内纤维的电位信

8、号。EMG信号在康复工程中得到应用。18血细胞信号当一束超声照射一个动目标时，反射波束的频率不同于入射波束的频率，既存在多普勒频移。该频移称正比于目标的速度。高频超声信号能够穿透硬生物组织（如较簿的骨头）。超声的这种特性为不可触及或不可进入的生物组织（如血细胞）提供了一种测速工具。19心率信号100次连