医学电子学
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第一节 生物医学信号
人们已经发现，所有的生命体从 细胞组织到器官都可成为生物信 号源。这些生物信号可被用于临 床诊断、病人监护和生物医学研 究。
第一节 生物医学信号
生物医学信号属于强噪声背景下 的低频微弱信号，它是由复杂的 生命体发出的不稳定的自然信号， 从信号本身特征、检测方式到处 理技术，都不同于一般的信号。
当由于各种各样的病因，使体内自身胰岛素分泌不足 或胰岛素的敏感性降低，食物中的葡萄糖等营养成分 不能正常地被利用和贮存，血液中的葡萄糖量持续增 高，血糖超过正常标准，就发生了糖尿病。
近红外光谱技术－无创血糖检 测
基本原理：近红外光谱对人体血糖分析基于的波段范围 为750～2500nm。近红外光可以的组织深度为1～ 100mm，波长越长可以检测的深度越浅。
糖尿病是一种由遗传和生活方式共同作用而引起的临 人类健康的重大疾病之一。据世界卫生组织(WHO)估 患有糖尿病，并且这一数字到2030年将增加一倍以上。
血糖就是血液中的葡萄糖，主要来自食物。正常人吃 饭后，血糖就会升高，胰腺分泌的胰岛素也随之增多。 胰岛素像一把“钥匙”，打开细胞之“门”，使葡萄 糖进入细胞内，转变成我们得以生存的能量。胰岛素 还能把富余的葡萄糖转变成糖原贮存在肝脏和肌肉， 阻止肝糖原异生葡萄糖。这样，血糖就不会持续上升。 在饥饿或需要增加时，胰岛素减少，贮存的糖原转变 成葡萄糖被利用。胰岛素不但使糖为人体提供了随时 所需的能量，还使之保持正常的范围。
第一节 生物医学信号
生物医学信号的分类
生物信号如从电的性质来讲，可以 分成电信号和非电信号
电信号：心电、肌电、脑电 非电信号：体温、血压、呼吸、血流
量、脉博、心音
第一节 生物医学信号
非电信号又可分为： ➢ 机械量，如振动（心音、脉搏、心冲
击等）、压力（血压、气血和消化道 内压等）、力（心肌张力等）； ➢ 热学量，如体温； ➢ 光学量，如光透射性（光电脉波、血 氧饱和度等）； ➢ 化学量，如血液的pH值、血气、呼吸 气体等。
随机性指影响生物信号的因素很多，它们所 遵循的规律又尚未被人类清楚地认识。因此， 生物信号一般不可能用确定的数学函数来描 述。它的规律主要从大量的统计结果中呈现 出来。
非平稳性主要指信号的统计特性随时间而变 化。这主要是因为生物系统在外部因素的影 响下具有适应能力，使得信号统计特征自动 变化。如心电节律随运动而变；脑电节律随 精神状态而变化。
在近红外检测中在人体某部位的近红外光一部分能够透 过组织，另一部分则被人体组织所反射。人体的骨骼、 肌肉、脂肪、皮肤、及体液等在近红外光谱区吸收系数 小，近红外光谱区范围内的光容易穿透人的体表，从而 得到组织深层丰富的较强吸收信号。
第二节 生物医学信号的检测
➢ 无创检测、微创检测、有创检测； ➢ 在体检测、离体检测； ➢ 直接检测、间接检测； ➢ 非接触检测、体表检测、体内检测； ➢ 生物电检测、生物非电量检测； ➢ 形态检测、功能检测； ➢ 处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状
态下的生物体检测； ➢ 透射法检测、反射法检测； ➢ 一维信号检测、多维信号检测； ➢ 遥感法检测、多维信号检测；一次量检测、
生物医学信号的特点：
频率范围一般较低：除心音信号频 谱成份稍高外，其他电生理信号频 谱一般较低
脑电信号的频率：0.5Hz－100Hz 心电的频率：0.05Hz－100Hz 肌电的频率：10Hz－2000Hz
第一节 生物医学信号
生物医学信号的特点：
随机性强：生物医学信号不但是随机的， 而且是非平稳的。
医学电子学
生物医学电子学是综合应用电子 技术、信号处理技术、计算机技 术和工程科学的理论和方法，研 究生物和人体内各种结构与功能 的关系，解决生物医学的问题。 它是生物医学工程一个重要组成 部分，同时也是其它分支的支持。
生物医学信号的检测与分析方 法基础
生物医学信号 生物医学信号的检测 生物医学用传感器 生物医学信号的分析方法基础
参考教材
刘鸿莲，《医用电子学》，人民 卫生出版社
第一节 生物医学信号
1.1 概述 1.2 生物医学信号的分类 1.3 生物医学信号的基本特征
第一节 生物医学信号
为了帮助人类对复杂生命运动规 律的认识，包括对人类自身疾病 机理的认知和控制，我们需要有 效地大量获取与生命活动相关的 数据群。通过科学的方法对这些 数据进行分析和处理，产生对医 学科学与医疗决策有重要价值的 医学信息。
第一节 生物医学信号
从处理的维数来看，可以分成一 维信号和二维信号，如体温、血 压、呼吸、血流量、脉博、心音 等属于一维信号；而脑电图、心 电图、肌电图、X光片、超声图 片、CT图片、核磁共振（MRI） 图像等则属于二维信号
第二节 生物医学信号的检测
生物医学信号检测是对生物体中 包含生命现象、状态、性质、变 量和成份等信息的信号进行检测 和量化的技术。生物医学信号检 测技术是生物医学工程学科研究 中的一个先导技术，由于研究者 所站的立场、目的以及采用的检 测方法不同，使生物医学信号的 检测技术的分类呈现多样化。
第一节 生物医学信号
生物医学信号的特点：
信号弱: 例如从母体腹部取到的胎 儿心电信号10~50μV ;脑干听觉诱 发响应信号小于1μV
ECG信号：50μV
5号电池：1.5V
第一节 生物医学信号
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
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2
ECG信号：50μV 5号电池：1.5V
第一节 生物医学信号
二次量分析检测；分子级检测、细胞级检测、 系统级检测。
生物医学信号的监测
一、无创测量 对来自于机体原体的直接信号或 间接信号进行非侵入式测量的技 术成为无创测量。 无创测量的重要特征:是测量的探 测部分不侵入机体，不造成机体 创伤，测量时通常在体外，尤其 是在体表间接测量人体的生理和 生化参数。
无创血糖检测
生物医学信号的特点：
噪声强：由于人体自身信号弱，加 之人体又是一个复杂的整体，因此 信号易受噪声的干扰。
生物医学信号的特点：
一般，电生理信号总是伴随着由于 肢体动作、精神紧张等而带来的伪 迹，而且还常混有较强的工频共模 干扰。如：诱发脑电（视觉、听觉 诱发）总是伴随着较强的自发脑电。
第一节 生物医学信号
第一节 生物医学信号
人们已经发现，所有的生命体从 细胞组织到器官都可成为生物信 号源。这些生物信号可被用于临 床诊断、病人监护和生物医学研 究。
第一节 生物医学信号
生物医学信号属于强噪声背景下 的低频微弱信号，它是由复杂的 生命体发出的不稳定的自然信号， 从信号本身特征、检测方式到处 理技术，都不同于一般的信号。
当由于各种各样的病因，使体内自身胰岛素分泌不足 或胰岛素的敏感性降低，食物中的葡萄糖等营养成分 不能正常地被利用和贮存，血液中的葡萄糖量持续增 高，血糖超过正常标准，就发生了糖尿病。
近红外光谱技术－无创血糖检 测
基本原理：近红外光谱对人体血糖分析基于的波段范围 为750～2500nm。近红外光可以的组织深度为1～ 100mm，波长越长可以检测的深度越浅。
糖尿病是一种由遗传和生活方式共同作用而引起的临 人类健康的重大疾病之一。据世界卫生组织(WHO)估 患有糖尿病，并且这一数字到2030年将增加一倍以上。
血糖就是血液中的葡萄糖，主要来自食物。正常人吃 饭后，血糖就会升高，胰腺分泌的胰岛素也随之增多。 胰岛素像一把“钥匙”，打开细胞之“门”，使葡萄 糖进入细胞内，转变成我们得以生存的能量。胰岛素 还能把富余的葡萄糖转变成糖原贮存在肝脏和肌肉， 阻止肝糖原异生葡萄糖。这样，血糖就不会持续上升。 在饥饿或需要增加时，胰岛素减少，贮存的糖原转变 成葡萄糖被利用。胰岛素不但使糖为人体提供了随时 所需的能量，还使之保持正常的范围。
第一节 生物医学信号
生物医学信号的分类
生物信号如从电的性质来讲，可以 分成电信号和非电信号
电信号：心电、肌电、脑电 非电信号：体温、血压、呼吸、血流
量、脉博、心音
第一节 生物医学信号
非电信号又可分为： ➢ 机械量，如振动（心音、脉搏、心冲
击等）、压力（血压、气血和消化道 内压等）、力（心肌张力等）； ➢ 热学量，如体温； ➢ 光学量，如光透射性（光电脉波、血 氧饱和度等）； ➢ 化学量，如血液的pH值、血气、呼吸 气体等。
随机性指影响生物信号的因素很多，它们所 遵循的规律又尚未被人类清楚地认识。因此， 生物信号一般不可能用确定的数学函数来描 述。它的规律主要从大量的统计结果中呈现 出来。
非平稳性主要指信号的统计特性随时间而变 化。这主要是因为生物系统在外部因素的影 响下具有适应能力，使得信号统计特征自动 变化。如心电节律随运动而变；脑电节律随 精神状态而变化。
在近红外检测中在人体某部位的近红外光一部分能够透 过组织，另一部分则被人体组织所反射。人体的骨骼、 肌肉、脂肪、皮肤、及体液等在近红外光谱区吸收系数 小，近红外光谱区范围内的光容易穿透人的体表，从而 得到组织深层丰富的较强吸收信号。
第二节 生物医学信号的检测
➢ 无创检测、微创检测、有创检测； ➢ 在体检测、离体检测； ➢ 直接检测、间接检测； ➢ 非接触检测、体表检测、体内检测； ➢ 生物电检测、生物非电量检测； ➢ 形态检测、功能检测； ➢ 处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状
态下的生物体检测； ➢ 透射法检测、反射法检测； ➢ 一维信号检测、多维信号检测； ➢ 遥感法检测、多维信号检测；一次量检测、
生物医学信号的特点：
频率范围一般较低：除心音信号频 谱成份稍高外，其他电生理信号频 谱一般较低
脑电信号的频率：0.5Hz－100Hz 心电的频率：0.05Hz－100Hz 肌电的频率：10Hz－2000Hz
第一节 生物医学信号
生物医学信号的特点：
随机性强：生物医学信号不但是随机的， 而且是非平稳的。
医学电子学
生物医学电子学是综合应用电子 技术、信号处理技术、计算机技 术和工程科学的理论和方法，研 究生物和人体内各种结构与功能 的关系，解决生物医学的问题。 它是生物医学工程一个重要组成 部分，同时也是其它分支的支持。
生物医学信号的检测与分析方 法基础
生物医学信号 生物医学信号的检测 生物医学用传感器 生物医学信号的分析方法基础
参考教材
刘鸿莲，《医用电子学》，人民 卫生出版社
第一节 生物医学信号
1.1 概述 1.2 生物医学信号的分类 1.3 生物医学信号的基本特征
第一节 生物医学信号
为了帮助人类对复杂生命运动规 律的认识，包括对人类自身疾病 机理的认知和控制，我们需要有 效地大量获取与生命活动相关的 数据群。通过科学的方法对这些 数据进行分析和处理，产生对医 学科学与医疗决策有重要价值的 医学信息。
第一节 生物医学信号
从处理的维数来看，可以分成一 维信号和二维信号，如体温、血 压、呼吸、血流量、脉博、心音 等属于一维信号；而脑电图、心 电图、肌电图、X光片、超声图 片、CT图片、核磁共振（MRI） 图像等则属于二维信号
第二节 生物医学信号的检测
生物医学信号检测是对生物体中 包含生命现象、状态、性质、变 量和成份等信息的信号进行检测 和量化的技术。生物医学信号检 测技术是生物医学工程学科研究 中的一个先导技术，由于研究者 所站的立场、目的以及采用的检 测方法不同，使生物医学信号的 检测技术的分类呈现多样化。
第一节 生物医学信号
生物医学信号的特点：
信号弱: 例如从母体腹部取到的胎 儿心电信号10~50μV ;脑干听觉诱 发响应信号小于1μV
ECG信号：50μV
5号电池：1.5V
第一节 生物医学信号
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
2
ECG信号：50μV 5号电池：1.5V
第一节 生物医学信号
二次量分析检测；分子级检测、细胞级检测、 系统级检测。
生物医学信号的监测
一、无创测量 对来自于机体原体的直接信号或 间接信号进行非侵入式测量的技 术成为无创测量。 无创测量的重要特征:是测量的探 测部分不侵入机体，不造成机体 创伤，测量时通常在体外，尤其 是在体表间接测量人体的生理和 生化参数。
无创血糖检测
生物医学信号的特点：
噪声强：由于人体自身信号弱，加 之人体又是一个复杂的整体，因此 信号易受噪声的干扰。
生物医学信号的特点：
一般，电生理信号总是伴随着由于 肢体动作、精神紧张等而带来的伪 迹，而且还常混有较强的工频共模 干扰。如：诱发脑电（视觉、听觉 诱发）总是伴随着较强的自发脑电。
第一节 生物医学信号