生物医学信号处理方法初探new

《生物医学信号处理方法初探new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第1期湖州师范学院学报Vo1．26N0．12004年2月JournalofHuzhouTeachersCollegeFeb．，2004生物医学信号处理方法初探王大雄(湖州师范学院信息工程学院，浙江湖州313000)摘要：讨论了生物医学信号处理的一些现代方法．这些方法包括生物医学信号的检测、滤波、频谱分析、小波分析、混沌分析和神经网络分析，对这些方法的内容和性质作了具体分析并讨论了它们的应用．关键词：信号检测；信号滤波；小波变换；混沌分析；神经网络中图分类号：R318．4文献标识码：A文章编号：1o09—1

2、734(2004)01一o095一O40引言信号处理的领域是相当广泛而又深入的，已在不同程度上渗透到几乎所有的医疗卫生领域．从预防医学、基础医学到临床医学，从医疗、科研到健康普查，都已有许多成功的例子．如：心电图ECG分析，脑电图EEG分析，视网膜电图ERG分析，X光片处理，CT图像重建，健康普查的医学统计，疾病的自动诊断，细胞、染色体显微图像处理，血流速度测定，生物信号的混沌测量等等．对生物医学信号进行的处理称为生物医学信号处理．生物医学信号有一维、二维之分．一般而言，将一维信号称为信号，二维信号称为图像．自然界广泛存在的生物医学信号是连续的，由于计算机巨大

3、的计算能力，一般先用A／D转换器将连续信号转换成数字信号，然后在计算机内用各种方法编制成的软件进行分析处理．限于篇幅，本文只讨论一维生物医学信号的处理方法．生物医学信号的检测方法1．1AEV方法AEV方法原是通信研究中用于提高信噪比的一种叠加平均法，在医学研究中也叫平均诱发反应法，简称AEV(AveragedEvokedResponse)方法．所谓诱发反应是指肌体对某个外加刺激所产生的反应，AEV方法常用来检测那些微弱的生物医学信号．如希氏束电图、脑电图EEG、耳蜗电图等．希氏束电图的信号幅度仅1—1OV，它们在用AE、，~方法检测出之前，几乎或完全淹没在很强

4、的噪声中，这些噪声包括自发反应，外界干扰，仪器噪声．AEV方法要求噪声是随机的，并且其协方差为零，信号是周期或可重复产生的，这样经过N平方次叠加，信噪比可提高N倍，使用AEV方法的关键是寻找叠加的时间基准点．1．2频域滤波频域滤波[1]是数字滤波(DigitalFiltering)中常用的一种方法，是消除生物医学信号中噪声的另一种有效方法．当信号频谱与噪声频谱不相重叠时，或虽有重叠，但信号在重叠部分的能量很小时，可用频域滤波的方法来消除干扰．数字滤波器由于可做到非因果性，所以具有较模拟滤波器更为优越的频响特性，较之能更接近理想滤波器．对数字滤波器的要求是：相频

5、线性，通带平坦，过度带窄．频域滤波器分二类：IIR滤波器(InfiniteImpulseResponse)和FIR滤波器(FiniteImpulseResponse)．IIR滤波器的设计方法主要有：冲激响应不变法、双线性变换法、计算机辅助设计CAD(Computer-AidDesign)．计算机辅助设计·收稿日期：2003-11—10作者简介：王大雄(196O一)，男，浙江安吉人，湖州师范学院信息工程学院讲师，硕士研究生，研究方向：生物医学信号处理．维普资讯http://www.cqvip.com96湖州师范学院学报第26卷CAD主要有：Steiglitz提出

6、的最小均方误差准则、Deczky提出的最小P误差准则，可用Fletcher-Powell方法求解，以及最小平方逆设计，可用Levinson方法求解．FIR滤波器的设计方法主要有：窗函数法、频率取样法、计算机辅助设计CAD的等纹波逼近法，可用Remez算法求解．1．3自适应滤波在实时生物医学信号处理中，往往希望滤波器在实现滤波、平滑或预测等任务时，能够跟踪和适应系统或环境的动态变化，这就需要时域滤波器的参数应该可以随时间作简单的变化或更新，因为复杂的运算不符合实时快速处理的要求．所以，滤波器的参数应该可以用递推方式自适应更新．这类滤波器统称为自适应滤波器．滤波器

7、就是信号抽取器，它的作用是从被噪声污染的信号中抽取出原来的信号．当然，信号的抽取应该满足某种优化准则．自适应滤波器的设计有二种最优准则．一种准则是使滤波器的输出达到最大的信噪比，称为匹配滤波器；另一种准则是使滤波器的输出均方估计误差为最小，这就是Wiener滤波器．寻求Wiener滤波器要求解著名的wiener—Hopf方程．Wiener滤波器实际上是无约束优化最优滤波问题的解，是期望响应存在情况下的线性最优滤波器．若期望响应未知，又如何进行线性最优滤波呢?Kalman从状态空间模型出发，提出了基于状态空间模型的线性最优滤波器即Kalman滤波器．Kalman

8、滤波理论是Wiener滤波理论的发展，