生物医学信号检测
生物医学信号检测与处理技术研究
生物医学信号检测与处理技术研究生物医学信号是指由人体内部的生理机能或病理状态所产生的各类电生理、光生理、声生理、化学生理等信号。
例如心电图（ECG）、脑电图（EEG）、神经信号、血氧饱和度（SpO2）等。
这些信号对于临床诊断、疾病分析、药物研究等方面具有重要价值。
在医学领域，检测和分析这些生物医学信号是非常重要的研究课题。
生物医学信号检测与处理技术是对生物医学信号进行自动或半自动处理、分析和解释的技术体系。
其主要任务是将非结构化的生物医学信号转化为结构化的数学或计算机格式，以便医生和研究人员可以进一步进行分析和研究。
生物医学信号检测与处理技术至关重要，在现代医学研究中发挥着重要作用。
生物医学信号检测技术可以帮助医生从人体内部获取大量关于生理和病理状态的信息，这些信息常常无法通过身体外部观察获得。
同时，生物医学信号处理技术能够从海量信息中提取出有用的、可操作的信息，为疾病的诊断和治疗提供科学依据。
目前，生物医学信号检测与处理技术已经广泛应用于临床和科研工作中。
下面，我们将详细介绍其技术流程和主要应用。
生物医学信号检测与处理技术技术流程生物医学信号检测与处理技术的技术流程包括信号获取、信号处理、信号分析和解释四个环节。
信号获取生物医学信号获取的关键是正确选择检测位置和合理的信号采集方式。
例如，在心电信号的检测中，需要将电极定位于心脏特定区域，以capturing 身体电活动的最大值。
在神经信号的检测中，则需要将电极设置在指定神经元的区域，这些工作都需要精密的设备和技术支持。
信号处理在信号获取后，信号处理环节将对生物医学信号进行预处理，一般包括滤波、去噪和数据减少等步骤。
滤波的目的是去除杂波和无用信号，保留主要信号，去噪的目的是消除干扰，以便于下一步的分析；数据降维的方案通常是对原始数据的压缩以减少数据存储和分析的成本。
信号分析和解释在信号处理之后，生物医学信号将被进一步分析和解释，以获得更多信息。
例如，对于心电信号的分析，需要进行基线的判断和测量，确定各个阶段的正常和异常心电波之间的时差，从而判断是否出现异常情况，如心肌缺血或心跳骤停等。
生物医学电子学基础理论
生物医学电子学基础理论生物医学电子学是一门结合生物学和电子学的学科，它的理论基础是关于生物信号检测、分析和处理的技术和方法。
本文将介绍生物医学电子学的基本原理和相关的技术应用。
一、生物信号的特点生物信号是指生物体内产生的具有信息的电气或电磁信号。
生物信号具有复杂性、非线性、非平稳性等特点。
复杂性意味着生物信号包含多个频率和振幅成分，非线性则表示生物信号的输出与输入之间存在着非线性关系。
另外，生物信号还受到噪声的干扰，因此需要通过信号处理技术来提取有效信息。
二、生物信号检测与传感器技术生物信号的检测是生物医学电子学的核心内容之一。
通过传感器可以将生物信号转换为电信号进行处理和分析。
常用的生物信号传感器包括心电传感器、脑电传感器、肌电传感器等。
其中，心电图可以用来监测心脏的电活动，脑电图则可以测量脑部的电活动，肌电图则可用于测量肌肉的电活动。
这些传感器可以将生物信号转化为电信号，并通过放大、滤波等技术进行预处理。
三、生物信号的采样与处理生物信号的采样是指对生物信号进行时间采样和幅度采样，以获取离散的信号样本。
采样率的选择需要根据生物信号的频率特征来确定，一般要满足奈奎斯特采样定理。
生物信号的处理包括滤波、去噪、特征提取等步骤。
滤波可以去除信号中的噪声和干扰，去噪则是采用数字滤波器等方法去除信号中的噪声成分。
特征提取则是通过一系列算法和方法识别和提取生物信号中的有用特征，例如频率、幅值等。
四、生物信号的分析与识别生物信号分析是生物医学电子学的重要研究内容之一。
通过对生物信号的分析，可以获得生物信号的频谱特性、时域特性和动态特性等信息。
生物信号的识别则是通过模式识别和机器学习等方法，将生物信号归类和识别。
例如，通过对心电信号进行分析和识别，可以实现心律失常的检测和诊断。
五、生物医学电子学的应用生物医学电子学在医学科学和临床诊断中具有重要的应用价值。
例如，在心脏病学领域，生物医学电子学可以用于心脏病的早期检测和诊断；在神经科学领域，生物医学电子学可以用于脑电信号的获取和脑部疾病的研究；在康复工程领域，生物医学电子学可以用于肌肉功能的评估和康复训练。
生物医学工程中的脑电信号检测与处理
生物医学工程中的脑电信号检测与处理脑电信号（Electroencephalography，简称EEG）是生物医学工程领域中广泛应用的一种非侵入性生理信号检测方法。
通过记录和分析脑电信号，可以了解人类大脑的活动情况，从而为神经科学研究、脑机接口技术、神经反馈治疗等领域提供有力的支持和指导。
脑电信号的检测是通过头皮上放置电极测量头部表面的电位变化而实现的。
一般而言，脑电信号检测系统由电极、放大器、滤波器和数据采集设备等组成。
电极是脑电信号检测系统的核心组成部分，其位置的选择和布局对脑电信号的检测和分析结果产生重要影响。
目前广泛应用的电极布局有10-20、10-10和10-5等，它们基于头皮上的一些著名的标志性点位。
脑电信号的检测还需要放大器来放大电位变化信号，以便于进一步分析和处理。
放大器通常要求具备高增益、低噪声和宽频带等特点，以保证脑电信号在各个频段上的有效获取。
此外，由于头部的不稳定性和电极之间的接触阻抗等问题，信号采集过程中还存在一些伪迹和噪声。
为了获得准确可靠的脑电信号，滤波器被广泛应用于脑电信号检测系统中，用于抑制伪迹、降低噪声和滤除不感兴趣的频段。
脑电信号的处理是指对采集到的信号进行分析和提取有用信息的过程。
脑电信号具有复杂多变的特点，传统的时域和频域分析方法已经不能完全满足对脑电信号的深入研究需求。
因此，近年来，基于机器学习、模式识别和信号处理等技术的高级分析方法被广泛应用于脑电信号的处理中。
机器学习是一种可以通过数据训练模型来自动识别和分类的方法。
在脑电信号处理过程中，机器学习可以用于脑电信号的特征提取、分类和识别等任务。
通过对大量脑电数据的学习，机器学习算法可以自动生成脑电信号的特征模式，从而实现对脑电信号的自动识别和分类。
例如，在脑机接口研究中，通过机器学习算法，可以将脑电信号与动作意图进行关联，实现对外部设备的控制。
模式识别是一种通过对信号的统计分析和模式匹配来实现分类和识别的方法。
【生物医学】生物医学信号分析
生物医学信号也可以用于健康监测，如健 康手表、手机APP等，帮助人们及时发现身 体异常情况。
02
生物医学信号的检测与 特征提取
生理信号的检测方法
01
02
03
侵入式检测
通过插入人体内部的传感 器或电极进行信号采集， 如脑电信号采集。
非侵入式检测
通过外部传感器，如心电 图机、血压计等，进行信 号采集。
脑电信号分析
总结词
脑电信号是大脑神经元放电活动的结果 ，对于研究大脑功能和诊断脑部疾病具 有重要意义。
VS
详细描述
脑电信号分析主要包括时域分析和频域分 析。时域分析可以反映大脑神经元的放电 情况和大脑皮层的活动状态，而频域分析 则可以反映大脑神经元的放电频率和能量 分布情况。通过对脑电信号进行分析，医 生可以诊断出癫痫、帕金森等疾病，并制 定相应的治疗方案。
【生物医学】生物医 学信号分析
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目 录
• 生物医学信号概述 • 生物医学信号的检测与特征提取 • 生物医学信号的分析方法 • 生物医学信号的应用案例 • 生物医学信号分析的挑战与未来发展
01
生物医学信号概述
生物医学信号的定义与分类
生物医学信号的定义
生物医学信号是生物体内产生的，反映生命活动信息特征的 物理量。
遥感式检测
利用无线传感器网络等远 程监测技术进行信号采集 。
生理信号的特征提取
时域特征提取
基于信号的时间序列特征 进行提取，如均值、方差 、峰值等。
频域特征提取
将信号转换为频谱图，提 取其中的频率特征。
时频域特征提取
利用短时傅里叶变换等方 法，提取信号的时频特征 。
病理信号的检测与特征提取
生物医学信号检测与处理技术的研究与应用
生物医学信号检测与处理技术的研究与应用随着科技的发展和人们对健康的关注程度不断提高，生物医学信号检测与处理技术变得越来越重要。
这项技术广泛应用于医学各个领域，帮助医生进行疾病的早期诊断和治疗。
本文将介绍生物医学信号检测与处理技术的研究进展和应用案例。
生物医学信号检测是指在生物体内获取并记录各种生理参数或生理事件的信号的过程。
生物体包含了人体和其他动物体，它们的生命特征在信号中得到体现。
生物医学信号可以分为几个主要类别，包括心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）和胃肠电图（EGG）等。
这些信号通过专用的传感器采集到，然后通过放大、滤波和模数转换等处理步骤进行处理。
生物医学信号处理是指对生物医学信号进行分析和解释的过程。
目标是提取出有用的信息，帮助医生做出正确的诊断和决策。
生物医学信号处理技术包括信号滤波、时频分析、特征提取和模式识别等方法。
信号滤波主要用于去除噪声和干扰，保留有用的信号成分。
时频分析可以揭示信号的频率和时间特性。
特征提取旨在从信号中提取出与目标事件相关的特征。
而模式识别则通过对比已知模式和未知模式，识别出信号中的特定模式。
生物医学信号检测与处理技术在临床医学中有着广泛的应用。
首先，它可以用于心脏疾病的诊断和监测。
心电图是最常见的生物医学信号之一，可以通过分析心电图信号来检测心律失常、心脏缺血和心肌梗死等疾病。
其次，生物医学信号处理技术在脑科学中也发挥着重要作用。
脑电图信号可以用于诊断癫痫、睡眠障碍和认知功能障碍等疾病。
此外，肌电图信号可以帮助诊断肌肉疾病，胃肠电图信号则可以用于研究胃肠功能和诊断胃肠疾病。
生物医学信号检测与处理技术的研究也取得了许多重要进展。
随着计算机技术和算法的不断发展，处理大量生物医学信号的能力不断提高。
例如，机器学习和深度学习技术在生物医学信号处理中得到了广泛应用。
这些算法可以自动提取信号中的特征和模式，并进行分类和识别。
此外，无线传感器网络技术也为生物医学信号的长时间监测提供了便利。
生物医学信号检测实验二报告
Lab 2 连续动态血压测量2。
1 实验目的1、了解动态血压测量的意义2、掌握FINAPRES仪器测量动态血压的原理3、熟悉FINAPRES 操作方法4、熟悉BeatScope easy软件的使用2。
2 实验仪器FINAPRES仪器，装有BeatScope easy软件的电脑2。
3 实验原理荷兰Finapres医疗系统早在1970S研发了世界上第一台无创血压监测仪。
目前Finapres统拥有世界上最先进的无创血压检测专利技术，有Portapres、finometer MIDI和Finometer PRO3款无创血压连续监测产品，记录每次心跳的血流动力学变化，其检测结果均可与血管内插管直接测得血压值相吻合，是无创血压测量技术发展史上的一个里程碑式的跨越。
Finometer不但能获取连续的血压波形，还能自动计算出15个重要的逐跳血流动力学参数，包括：心输出量（CO），每搏输出（SV），总外围阻力（TPR），脉搏频率变异（PRV），Baroreflex Sensitivity，它适合于各种临床或者科学研究。
Finometer MIDI 直观易用的，提供相对的精确性，非常适合观察趋势变化。
系统控制和数字参数的观察是通过键盘和LCD完成的。
图形的观察需要连接电脑才可以完成。
Finometer PRO通过使用可充气的袖套进行校准，因而只有Finometer PRO可以提供绝对的测量精度。
同时finometer PRO可以直接的通过主机上的屏幕显示图形参数。
图2-1 Finapres Portapres检测特性：无创血压检测专利技术，与直接血管插管测得血压值相吻合；记录每次心跳血压值，区别于传统连续血压监测的间歇性，呈现每次心跳的血流动力学参数；通过专利RTF技术校准标定血压值，避免传统测量方法的偶然性；超前检出早期高血压和临界高血压，为临床进行早期干预提供准确依据；配套BeatScope软件可进行后续数据自动分析处理，便于科研数据采集；无噪音、无辐射、无创检测，数据存储方便。
生物医学信号检测与处理
生物医学信号检测与处理生物医学信号是指来自生物体内的信号，它们包括电信号、声音、图像、生理参数等，这些信号具有诊断疾病、监测和分析人体生理状态的重要意义。
因此，生物医学信号检测与处理的研究成为了当今医学研究的焦点之一。
电生理信号是生物医学的一个重要组成部分，如脑电图、心电图、肌电图等，这些信号通过检测和处理可以为诊断和治疗提供重要的辅助信息。
例如，心电图记录人心脏的电活动，它可以帮助医生诊断心脏病、心律不齐等疾病。
而脑电图记录人脑的电活动，可以帮助医生诊断癫痫、中风等疾病。
处理电生理信号的主要方法是时频分析技术，它可以将信号从时间域转换到频率域，通过分析不同频率的成分来获取信号的信息。
其中，最常用的方法是傅里叶变换，它将信号分解成一系列正弦波的叠加，来表示信号的频域特征。
除了电生理信号，生物体内还存在着其他形式的信号，如声音、图像等。
其中，医学图像诊断在医学领域中也起到了至关重要的作用。
医学影像学是指利用不同的成像技术来获取人体内部的图像信息，如X线、CT、MRI等，通过图像的分析和处理来检测和诊断不同疾病。
医学影像学中最常用的技术是计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）技术。
CT技术是利用X线穿过人体，并通过计算机的重建技术来生成三维图像。
而MRI技术则是通过不同的磁场和电磁波来成像，其分辨率比CT更高。
这些技术对疾病的检测和诊断提供了重要的帮助。
在医学领域，生物医学信号的检测与处理还有许多其他方面的应用。
例如，在糖尿病治疗中，随着患者的胰岛素水平变化，血糖水平也会变化。
因此，通过监测患者的血糖变化来控制胰岛素的注射量，可以起到良好的治疗效果。
这些都需要在信号检测和处理的基础上完成。
总之，生物医学信号的检测与处理在现代医学中具有重要的应用价值。
通过科学的方法和技术，可以从生物体内获取可靠的信号信息，在诊断和治疗疾病中起到至关重要的作用。
未来，生物医学信号的检测与处理技术将不断发展，为医学研究和临床诊疗带来更多的创新和突破。
生物医学工程中的生物信号检测技术
生物医学工程中的生物信号检测技术在当今日益发展的医疗技术中，生物医学工程成为了一个备受瞩目的领域。
生物医学工程涉及很多方面，其中生物信号检测技术是医学诊断和治疗的重要基础。
生物信号检测技术是指通过特定的仪器和方法，测量和分析人体产生的生理信号的过程，这些信号包括心电图、脑电图、肌电图、血压、呼吸等，这些信号可以反映人体发生的各种病理和生理变化。
一、生物信号的种类和特点在生物信号检测技术中，生物信号的种类繁多，每一种生物信号都有其自身的特点和应用。
例如，心电信号是指心脏电活动中的电信号，这些信号可以反映心脏的节律、频率和节律的变化，可用于诊断心脏病、心脏瓣膜病、心脏急性缺血等。
脑电是指头部神经元的电活动，在脑电信号中，可以检测到脑电节律、脑部病变等信息，适用于神经系统疾病的研究和诊断。
不同于一般物理信号，生物信号自身具有许多特殊的性质，如低频、微小、复杂、包含噪声和干扰等。
这些特点使得生物信号检测技术的研究难度大、量测精度要求高、实验难度大。
因此，生物信号检测技术需要结合生物医学工程、信号处理和模式识别等多学科的知识，运用先进的技术手段进行信号的测量、预处理、分析和识别。
二、生物信号检测技术的原理和应用生物信号检测技术是现代医疗诊断和监测技术的重要组成部分。
在该技术的领域中，需要清晰地了解信号的特征和产生机理。
同时，应用不同的技术方式对不同类型的信号进行预处理和识别。
下面将介绍几个生物信号检测技术的原理和应用。
1. 心电图检测技术心电图检测技术是一种通过电极将心脏电信号变成电压波形，并通过放大、滤波和数字转换等多个处理步骤获得的技术。
心电图信号具有较强的随机性、非线性和多样性，因此需要使用一些现代信号处理技术来提取和分析心电图信号。
其应用场景广泛，包括心血管疾病的诊断和治疗、心血管健康评估、心脏康复等。
2. 脑电信号检测技术脑电信号是大脑神经元活动产生的电信号，是一种可反映脑功能活动的重要信号。
脑电信号通常需使用电极贴片在头皮上布置电极，获得脑电信号。
生物医学信号检测与处理_吴建盛
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，如心电图分析，脑电图分析，视网膜电图分析，光片处理，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，由于计算机巨大的计算能力，一般先用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。
1生物医学信号检测[1]生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术。
生物医学传感器是获取各种生物信息并将其转换成易于测量和处理的信号(一般为电信号)的器件，是生物医学信号检测的关键技术。
绝大部分生物医学信号都是信噪比很低的微弱信号，且一般都是伴随着噪声和干扰的信号。
而对于此类信号必须采用抑制噪声的处理技术。
对于生物医学信号检测来说，经常需要考虑的噪声有:工频干扰、电极接触噪声、运动轨迹、呼吸引起的基线漂移和不同信号之间的相互干扰。
由于生物系统十分复杂，生物体内的信息丰富，生物信号检测技术十分重要。
2生物医学信号处理生物医学信号是从被干扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息特征，它涉及生物体各层次的生理，生化和生物信号，受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点。
1)信号弱，例如从母体腹部取到的胎儿心电信号(FECG)仅10～50微伏。
脑干听觉诱发响应信号小于1微伏。
2)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。
3)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。
4)随机性强，生物医学信号不但是随机的，而且是非平稳的。
【生物医学】生物医学信号分析
04
生物医学信号应用
医学诊断
心电图
利用心电图机记录心脏的电活动 ，用于诊断心律失常、心肌缺血 等疾病。
超声波
利用超声波的反射和传播特性， 检测器官形态、功能及组织结构 ，如B超、彩色多普勒超声等。
核磁共振
利用磁场和射频脉冲，获取人体 内部结构和代谢信息的成像技术 。
医学监护
生命体征监测
通过监测血压、心率、呼吸等生命体征参数，评 估患者的生理状态。
生物医学信号的未来研究方向
信号处理与特征提取
未来的研究方向之一是如何采用更先进的信号处理和特征提取技术，从生物医学信号中提 取出更有效、更准确的信息和特征，以支持临床诊断和治疗。
跨学科交叉
生物医学信号分析将不断与其他学科交叉融合，如计算机科学、机器学习、数据科学等， 这些新技术和新方法将为生物医学信号分析提供新的思路和解决方案。
2
这些信号通常具有非线性和时变性的特点，难 以用简单模型描述和解释。
3
生物医学信号还具有微弱性和易受干扰性的特 点，在采集和处理过程中需要进行滤波和放大 等处理，以提高信噪比。
02
生物医学信号检测
生物医学信号检测方法
侵入式检测
通过在人体内部植入传感器或者通过手术将传感器放置在特定部位，直接获取人 体内部生理信号的方法。
噪声消除
采用数字滤波技术，消除信号 中的噪声干扰。
信号滤波
采用适应性滤波技术，抑制信号 中的干扰频率成分。
数据标准化
对信号进行归一化处理，消除不同 信号之间的幅度差异。
生物医学信号特征提取
01
时域特征
提取信号的时域参数，如均值、方差、峰值等。
02
频域特征
通过傅里叶变换，提取信号的频域参数，如频率、幅度等。
信噪比在生物信号检测中的重要性
信噪比在生物信号检测中的重要性一、信噪比在生物信号检测中的基础概念信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）是衡量生物信号检测质量的一个重要指标，它描述了有用信号与背景噪声之间的相对强度。
在生物信号检测中，信噪比的高低直接影响着信号处理的准确性和可靠性。
生物信号，如心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）等，常常包含丰富的生理信息，但同时也伴随着各种噪声成分，如电子噪声、运动伪迹、环境干扰等。
1.1 信噪比的定义与计算信噪比通常用分贝（dB）来表示，计算公式为10倍对数的信号功率与噪声功率之比。
高信噪比意味着信号中的有用信息更加突出，噪声的影响较小，从而更有利于信号的提取和分析。
1.2 信噪比对生物信号检测的影响在生物信号检测中，信噪比的高低直接影响着信号的可检测性和可识别性。
低信噪比可能导致信号分析的误差增大，甚至导致重要信号的丢失，而高信噪比则可以提高信号检测的准确性，为后续的诊断和治疗提供可靠的数据支持。
二、信噪比在不同生物信号检测领域的应用生物信号检测领域广泛，包括但不限于医学诊断、运动生理学、神经科学研究等。
在这些领域中，信噪比的优化是提高检测质量的关键。
2.1 医学诊断中的应用在医学诊断中，心电图、脑电图等生物信号的检测对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
例如，心律不齐、心律失常等心脏疾病的诊断很大程度上依赖于ECG信号的准确分析。
脑电图的分析则对于癫痫、睡眠障碍等疾病的诊断至关重要。
在这些情况下，高信噪比有助于医生更准确地识别和解读信号特征。
2.2 运动生理学中的应用运动生理学研究中，肌电图（EMG）是评估肌肉活动和运动功能的重要工具。
在运动训练、康复治疗以及运动表现分析中，EMG信号的信噪比对于获取准确的肌肉活动信息至关重要。
高信噪比可以减少运动伪迹和环境噪声的干扰，提高信号的解析度。
2.3 神经科学研究中的应用在神经科学研究中，对脑电图（EEG）信号的分析可以帮助研究者了解大脑的功能状态和神经网络的活动。
生物医学信号
人体每时每刻都存在着大量的生命 信息 ，生命信号概括分为两大类：化学 信息和物理信息。物理信息所表现出来 的信号又可分为电信号和非电信号。
上述信号是由人体自发产生的，为称 “主动性”信号，另外还有一种“被动性” 信号，即人体在外界施加某种刺激或某种物 质时所产生的信号。 我们这里所研究的生物医学信号即是上 述的包括主动的、被动的、电的和非电的人 体物理信息。
生物医学信号处理方法
生物医学信号处理是研究从被干 扰和噪音淹没的信号中提取有用的生 物医学信息的特征并作模式分类的方 法。
采用的数字处理技术
信号时域分析 信号频域分析 平稳随机信号分析 非平稳随机信号分 析 信号的非线性处理 相干平均算法、相关技术 快速傅立叶变换算法、各种数字滤波 算法 功率谱估计算法、参数模型方法 短时傅立叶变换、时频分布、小波变 换、时变参数模型、自适应处理等算 法 混沌与分形、人工神经网络算法
步骤：
生物医 学信号 电极 传感器放大器 预处理器
数字信 号处理
计算机
A/D 转换器
生物医学传感器是获取生物医学信息并将其 转换成易于测量和处理的信号的关键器件。
生物医学信号检测技术的发展趋势
发展微型化、多参数生物医学传感器，特备 是加强化学传感器和生物传感器的实用化研究； 发展以生物电和生物磁力为代表的无创检测技术； 发展植入式、动态检测式技术和生物遥测技术； 发展细胞和分子水平的检测技术。
生物医学信号的主要特点
信 号 弱
噪 音 强
随 机 性 强
频 率 范 围 一 般 较 低
生物医学信号检测方法
生物医学信号检测是对生物体中包 含的生命现象、状态、性质和成分等信 息进行检测和量化的技术。涉及到人机 接口技术、低噪音和抗干扰技术、信息 拾取、分析与处理技术等工程领域，也 依赖于生命科学（如细胞生理、神经生 理等）研究的发展。
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•
图1-1 生物换能器的原理图 • • 按所使用敏感基元的不同，生物换能器可分为酶
传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感 器和免疫传感器等。 生物换能器中所使用的能量转换器与传统的转 换器并没有本质的区别。 此外，按输出电信号的不同，生物换能器还 可分为电位型生物换能器、电流型生物换能器和 伏安型生物换能器。
第一节 生物医学传感器简介
• （Introduction to Biomedical transducer） transducer）
• 人体的生物电信号如脑电和心电等可以通过电极采用一定
•
的导联方式获取，非电量生物医学信号则必须使用各种换 能器将其变换为电信号后方可获取。不对人体施加任何刺 激，获取到的信号是自发信号；施加一定刺激后，得到的 是诱发信号。 非电量生理信号按其能量方式，可以分为：①机械量 信号，如脉搏和心音是振动信号，血压是压力信号等；② 热学量信号，如体温等；③化学量信号，如血液的pH值等； 热学量信号，如体温等；③化学量信号，如血液的pH值等； pH ④光学量信号，如血氧饱和度等。对不同类型的信号，所 用换能器的换能原理不同，一般医学换能器的换能方式有 压电效应、热效应、光电效应及阻抗变化和电化学效应等。 换能器的主要性能指标有：安全性、线性、频响或传递函 数、精度（幅度分辨率）、准确度（测量误差范围）和稳 定性等，生物医学换能器是生物医学工程中的一个专门研 究领域，有许多专著对此有详细介绍。常用生物医学换能 器按使用方式分有以下几类。
如果放大器的输入阻抗不够高（与源阻抗相比），则造 成信号的低频分量的幅度减小，产生低频失真。电极阻抗还 随电极中电流密度的大小而变化。小面积电极（如脑电测量 的头皮电极，眼电测量的接触电极）在信号幅度变化时，电 极电流密度变化比较明显，相应的电极阻抗会随信号幅度的 变化而不同，即低幅度信号的电流密度小，电极阻抗大。如 果人体是在运动的情况下，电极和皮肤接触压力有变化，人 体组织液和导电膏中的离子浓度也有变化，都会导致电信号 在放大器输入端产生极大的干扰。表1 在放大器输入端产生极大的干扰。表1-1是部分生物电放大器 的输入阻抗指标。 用于细胞电位测量的微电极放大器的输入阻抗高达109 用于细胞电位测量的微电极放大器的输入阻抗高达109 量级。此外，放大器高输入阻抗也是高共模抑制比的必要条 件。 表1-1 部分生物电放大器的输入阻抗指标
生物医学信号处理技术在疾病检测中的应用
生物医学信号处理技术在疾病检测中的应用生物医学信号处理技术是一种将数学、工程学与医学相结合的学科，可以分析、处理，提取出生物医学信号中的有用信息，为医学研究、临床医疗提供有价值的数据支持。
生物医学信号处理技术广泛应用于疾病的检测、诊断和治疗，如心脏病、脑病、癫痫以及其它疾病。
在此，我们就介绍生物医学信号处理技术在疾病检测中的应用。
一、心脏病心脏病是一种严重的疾病，它使得心脏不再能够正常地工作，由于种种原因，如高血压、动脉硬化等，它可以导致严重的心脏病变。
生物医学信号处理技术可以应用于心脏病检测中，它可以分析心电图（ECG）信号，检测心脏的健康状况。
举例来说，通过各种过滤器，对ECG信号进行预处理，可以去除信号中的干扰成分，从而更好地分离出重要的心电波形信息。
而通过对心电信号中心率、QRS复合波、ST段分析，可以检测到心脏疾病。
因此，生物医学信号处理可以在心脏病的检测中发挥重要的作用。
二、脑病生物医学信号处理技术在脑病检测中也具有很大的应用。
脑病是指发生在大脑、脊髓以及周围神经系统的疾病。
脑病的研究与治疗一直是神经科学的一个重要领域。
常常使用脑电图（EEG）技术来检测脑病。
肌肉电位（EMG）也常用于检测肌肉疾病。
不论是脑电图还是肌肉电位信号都是复杂的信号，不同频段中含有的不同信息对疾病的检测有着不同的影响。
生物医学信号处理技术可以通过各种特征提取算法来从中提取出相关的信息。
比如，将频域特征和时域特征结合，可以检测出脑中的异常信号，进而可以检测出脑疾病。
三、癫痫癫痫是一种常见且严重的神经疾病，常常出现类似瘫痪的症状。
癫痫患者脑电信号中会出现一些“尖峰”或“炸裂波”，这些异常波形都是发生在癫痫发作时。
利用生物医学信号处理技术，可以对该信号进行特征提取，并在异常发生时提供准确的预测和协助。
通过对脑电数据进行频域分析或小波分析，可以对特定的频率区域进行识别和分类。
综上所述，生物医学信号处理技术在疾病检测中有着广泛的应用，这些应用包括心脏病、脑病和癫痫等。
生物医学信号实验报告
生物医学信号实验报告生物医学信号实验报告引言生物医学信号是指人体内部的各种生理活动所产生的电信号或机械信号。
通过对这些信号的采集、处理和分析，可以帮助医学研究人员了解人体的生理状态以及疾病的发展过程。
本实验旨在通过记录和分析生物医学信号，探索其在医学领域中的应用。
实验一：心电图信号分析心电图是一种记录心脏电活动的方法，通过对心电图信号的分析，可以了解心脏的节律和异常情况。
本实验中，我们使用了心电图仪器对志愿者进行监测，得到了一段心电图信号。
首先，我们对心电图信号进行了滤波处理，去除了噪声和干扰。
接着，我们通过计算心电图信号的QRS波群的峰值和间距，得到了心率的信息。
进一步，我们将心电图信号进行了时域和频域分析，得到了心脏的节律和频率分布。
实验结果显示，志愿者的心电图信号呈现出正常的节律和频率。
这些结果表明，心电图信号可以作为一种非侵入性的方法，用于检测心脏的功能状态和异常情况。
实验二：脑电图信号分析脑电图是一种记录脑电活动的方法，通过对脑电图信号的分析，可以了解大脑的功能状态和异常情况。
本实验中，我们使用了脑电图仪器对志愿者进行监测，得到了一段脑电图信号。
首先，我们对脑电图信号进行了滤波处理，去除了噪声和干扰。
接着，我们通过计算脑电图信号的频谱和相干性，得到了大脑的频率分布和功能连接情况。
实验结果显示，志愿者的脑电图信号呈现出正常的频率分布和功能连接。
这些结果表明，脑电图信号可以作为一种非侵入性的方法，用于研究大脑的功能活动和异常情况。
实验三：肌电图信号分析肌电图是一种记录肌肉电活动的方法，通过对肌电图信号的分析，可以了解肌肉的收缩和松弛情况。
本实验中，我们使用了肌电图仪器对志愿者进行监测，得到了一段肌电图信号。
首先，我们对肌电图信号进行了滤波处理，去除了噪声和干扰。
接着，我们通过计算肌电图信号的幅值和频率，得到了肌肉的收缩力和疲劳情况。
实验结果显示，志愿者的肌电图信号呈现出正常的幅值和频率。
这些结果表明，肌电图信号可以作为一种非侵入性的方法，用于评估肌肉的功能状态和疾病情况。
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Rt表示其泄漏电阻
Rt
该电路在很低频率及直流时，只呈现电阻特性
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13.2.3 电极的电性能与等效电路
• 第二类模型（考虑扩散过程）
若考虑扩散过程，电路中必须引入表征扩散作用的扩散阻抗。 且扩散阻抗与频率和电流相关，所以描述扩散特性用RC电路表 示。
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BACK
13.2.3 电极的电性能与等效电路
等效电路模型
第一类模型：未考虑流出双电层的离 子在电解液中扩散
第二类模型：考虑流出双电层的离子 在电解液中扩散
双电极检测及其等效模型
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13.2.3 电极的电性能与等效电路
• 第一类模型（未考虑扩散过程）
因为，经实验研究： • 电极性能类似一个非线性元件。
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本章内容： 13.1 引言 13.2生物电测量电极 13.3心电信号和心电图机 13.4 神经系统电信号检测与脑电图机 13.5 生物电检测前置放大器的设计
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13.1引言 生物医学电信号特点：
• 幅值低 • 频率低
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13.1引言
影响生物医学电信号测量的因素：
当某种金属（电极）浸入含有这种金属离子的电解质溶液， 溶液中的金属离子也将在金属电极上沉积，当两种过程相平 衡时，在金属和电解质溶液的接触面附近形成电荷分布－双 电层，并将建立起一个平衡的电位差，且对某种金属与电解 质溶液来说，这种电位差是一个完全确定的量。这种金属与 电解质的组合宛如半个电解质电池，故称之为半电池电极。
第13章 生物医学信号检测
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本章要点：
生物医学信号的特点及其检测要求 生物电测量电极的种类、电性能、特点及其应
用 采用微电极测量细胞电位信号的特点 心电信号的幅值、频率、波形，测量心电信号
时存在的主要干扰信号及其特点 共模驱动技术的作用和适用范围。 右腿驱动技术的作用和适用范围 生物电放大器的设计
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13.2生物电测量电极
13.2.1 引导电极的种类
体表电极 按位置分类： 皮下电极
湿电极 干电极
植入电极
按电极形状分类：
板状电极 针状电极 螺旋电极 环状电极 球状电极
按电极大小分类： 宏电极
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微电极
13.2生物电测量电极
13.2.1 引导电极的种类 常见宏电极：
• 电极性能与流过它的电流密度、电流频率相关。
所以，电极的电性能用其阻抗特性表示的一类模型（未考虑扩
散过程）：
串联模型：
Rf
C
R
R f 用来表示频率 为零时的电阻 特性
CH
并联模型：
Rt
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13.2.3 电极的电性能与等效电路
得并联模型电路：
Rf
CH
CH表示双电层的电容且与频率相关
板状四肢电极
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四肢电极夹
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13.2生物电测量电极
13.2.1 引导电极的种类
体表心电电极
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13.2.1 引1导3电.2极生的物种电类测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ极
针状皮下电极：
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绝缘干电极
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13.2.1 引导电极的种类
13.2.2 生物电极的基本知识
• 半电池电位 几种常用电极 材料在25℃时的半电池电位
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13.2.2 生物电极的基本知识
• 电极的极化与电极电位
当有电流流经电极和电解质溶液之间时，电极会产生极化现象， 并产生极化电位，使电极－电解质溶液间的电位发生变化。
半电池电位与极化电位的组合电位差称为电极电位 电极电位特点：
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左图所示为锌电极放入含Zn 2+的溶 液中，锌电极中Zn 2+进入溶液中， 在金属上留下电子带负电，溶液带正 电。
进入水中的正离子和带负电的金属 彼此吸引,使大多数离子分布在靠近 金属片的液层中,形成的电场,阻碍 Zn 2+进一步迁移最终达到平衡。
此时金属与溶液之间形成电荷分布产 生一定的电位差。
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RETURN
13.2生物电测量电极
生物电测量电极：
即引导电极，用于检测心电图、脑电图、 肌电图、眼电图及细胞等体内、体表生物电 时所采用的一类传感器。 通常是由经处理的某种金属板、金属细针 或金属网制成。
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进一步理解：
生物电是生物体最基本生理现象，各种生物电位的测量都要 用电极
给生物组织施加电剌激也要用电极 电极实际上是把生物体电化学活动而产生的离子电位转换成
测量系统的电位 电极起换能器作用，是一种传感器。 电流在生物体内是靠离子传导的,在电极和导线中是靠电
子传导的, 在电极和溶液界面上则是将离子电流变成电子电流或将电
子电流变成离子电流,从而使生物体和仪器体系构成了电 流回路。
电极电位往往比所要测定的生物电信号强，且是一变化量， 因此为了有效地检测生物电信号，应尽量使电极电位趋于 恒定，并尽量降低其数值。
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13.2.2 生物电极的基本知识
稳定电极电位措施：
（1）采用电极电位稳定的电极：如 Ag/AgCI电级。（小
而稳定半电池电位，不可极化）
（2）用电路进行补偿：将电极电位与生物电信号分开； 两个电极采用完全对称结构，以便在放大器输入端进行补 偿；对电极所接触的组织表面进行处理，电极与组织之间 用饱和NaCl溶液浸湿加一层导电膏，提高放大器输入阻抗 以降低输入电流等措施。
• 被测生理量的难接近性 • 生理数据的时间变异性和个体差异 • 生理系统间存在相互的作用 • 缺乏对系统间本互关联关系的足够了解 • 传感器对被测生理量的影响 • 伪迹 • 能量限制 • 安全问题
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13.2生物电测量电极
13.2.1 引导电极的种类 13.2.2 生物电极的基本知识 13.2.3 电极的电性能与等效电路 13.2.4 微电极及其等效电路
柔性体表电极 环状电极
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13.2.2 生物电极的基本知识
• 电极的换能作用 离子导电
电子导体
在电极和溶液界面上则是将离子电流变成电子电流或 将电子电流变成离子电流,从而使生物体和仪器体系构成 了电流回路
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13.2.2 生物电极的基本知识
• 半电池电位