生物医学信号的检测与处理
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图 ２．２ 心电信号的基线漂移现象 这 一 典 型 分 量 有 时 可 使 ＥＣＧ 信 号 的 波 形 发 生 较 大 的 变 化 ， 因 而 是心电图噪声干扰的主要来源之一， 往往对于心电信号的识别和分 析 造 成 一 定 的 影 响 。 常 规 的 心 图 机 采 用 ＲＣ 滤 波 的 方 法 来 消 除 基 线 漂移， 即让病人保持不动， 等基线稳定以后再进行描述， 显然这种方 法用于计算机对病人进行长期监护是不适宜的。 用数字滤波的方法可以补偿基线漂移， 但如截止频率太低， 则无 法 很 好 地 消 除 基 线 漂 移 ， 而 截 止 频 率 选 的 太 高 ， 会 使 Ｓ－ Ｔ 段 定 义 波
３． ３． Ｓｔｒｕｔｓ 的 模 式 Ｓｔｒｕｔｓ 的 模 式 分 为 两 部 分 ， 既 Ａｃｔｉｏｎ 和 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 对 象 ， Ａｃｔｉｏｎ－ Ｆｏｒｍ 用 来 表 示 系 统 的 内 部 状 态 ， Ａｃｔｉｏｎ 用 来 改 变 系 统 状 态 的 动 作 。 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 组 件 对 象 用 来 定 义 描 述 客 户 端 表 单 的 属 性 ， 任 何 自 定 义 的 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ 都 是 它 派 生 子 类 ， 利 用 它 和 Ｓｔｒｕｔｓ 的 标 签 库 相 结 合 可 以 实 现 对 客 户 端 的 表 单 数 据 的 良 好 封 装 和 支 持 。 Ａｃｔｉｏｎ 处 理 器 对 象 可 以 通 过 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 对 象 对 表 单 数 据 进 行 读 写 ， 而 不 再 需 要 用 Ｒｅｑｕｅｓｔ 和 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ 对 象 进 行 繁 琐 的 数 据 交 互 。 Ｓｔｒｕｔｓ 框 架 假 设 用 户 在 应 用 程 序 中 为 每 个 表 单 均 创 建 了 一 个 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ ， 对 于 每 个 在 ｓｔｒｕｔｓ － ｃｏｎｆｉｇ．ｘｍｌ 文 件 中 定 义 的 Ｂｅａｎ ， 框 架 在 调 用 Ａｃｔｉｏｎ 类 的 ｅｘｅｃｕｔｅ （） 方 法 时 ， ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ 对 象 会 传 送 给 Ａｃｔｉｏｎ 类 ， 这 样 ， 网 页 中 表 单 中 各 项 的 值 就 可 以 立 即 使 用 了 。 Ａｃ－ ｔｉｏｎ 类 负 责 处 理 来 自 浏 览 器 的 请 求 。在 收 到 请 求 后 ， ＡｃｔｉｏｎＳｅｒｖｌｅｔ 会 根 据 配 置 文 件 为 这 个 请 求 选 择 适 当 的 Ａｃｔｉｏｎ 处 理 类 并 调 用 该 类 的 ｅｘｅ－ ｃｕｔｅ（）方 法 。 例 如 ， 一 个 简 单 的 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ 如 下 所 示 ： ｐｕｂｌｉｃ ｃｌａｓｓ ＬｏｇｉｎＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ ｅｘｔｅｎｄｓ ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ ｛ ｐｒｉｖａｔｅ Ｓｔｒｉｎｇ ｕｓｅｒＮａｍｅ；／ ／ ｉｎｄｅｘ．ｊａｐ 中 支 应 的 属 性 名 称 － － 用 户 名 ｐｕｂｌｉｃ ｖｏｉｄ ｓｅｔＵｓｅｒＮａｍｅ（Ｓｔｒｉｎｇ ｕｓｅｒＮａｍｅ） ｛ ｔｈｉｓ．ｕｓｅｒＮａｍｅ ＝ ｕｓｅｒＮａｍｅ； ｝ ｐｕｂｌｉｃ Ｓｔｒｉｎｇ ｇｅｔＵｓｅｒＮａｍｅ（） ｛ ｒｅｔｕｒｎ ｕｓｅｒＮａｍｅ； ｝
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图 ２．１ 正常的心电图波形 心 电 信 号 可 划 分 为 Ｐ － ＱＲＳ－ Ｔ 几 个 波 段 ， 不 同 波 段 的 频 率 特 征 是 不 同 的 ［２，３］， 其 中 各 波 意 义 为 ： Ｐ 波 ： 反 映 心 房 肌 去 极 化 过 程 的 电 位 变 化；Ｐ－ Ｒ 间 期 ： 代 表 激 动 从 窦 房 结 通 过 房 室 交 界 区 到 心 室 肌 开 始 去 极 化 的 过 程 ；ＱＲＳ 复 合 波 ： 反 映 心 室 肌 去 极 化 过 程 的 电 位 变 化 ；Ｔ 波 ： 代 表 心 室 肌 复 极 过 程 所 引 起 的 电 位 变 化 ；Ｓ－ Ｔ 段 ： 从 ＱＲＳ 复 合 波 终 点 到 Ｔ 波 起 点 间 的 一 段 水 平 线 ；Ｑ－ Ｔ 间 期 ： 从 ＱＲＳ 复 合 波 起 点 到 Ｔ 波终点间的过程。 心电图是目前临床心脏病诊断的一个主要工具， 应用及其广泛。 心电分析通常完全由医生来完成， 但阅读大量的心电图无疑是一项 极费时费力的工作， 计算机辅助的心电分析系统的出现在帮助医生 及 时 、准 确 地 诊 断 心 血 管 疾 病 方 面 具 有 重 要 的 意 义 。 ２．２ 心电信号的基线漂移现象 因此， 人体心电信号的检测和处理在生物医学信号的研究中具 有十分重要的价值。心电监护的作用就是实时的监测病人的心电波 形，并由心电波形给出诊断结果，判断病人的具体情况。通过导联电 极 采 集 到 的 心 电 信 号 中 主 要 的 噪 声 干 扰 有 工 频 干 扰 、 肌 电 干 扰 、呼 吸波干扰以及人体动作引起的基线漂移等。其中对于基线漂移传统 的 矫 正 方 法 有 ： ＲＣ 滤 波 、数 字 滤 波 补 偿 基 线 漂 移 以 及 基 线 拟 合 方 法 等方法， 目前较常用的方法是基线拟合， 但拟合基线需要一定的时 间， 因此上述方法均存在一定的不足之处。 心 电 信 号 的 基 线 漂 移 的 表 现 形 式 为 在 ＥＣＧ 信 号 上 形 成 一 个 缓 慢的变化量（ 如图 ２．２ 所示） ，
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提供了很多资源文件， 每个文件提供了用不同语言编写的消息。 ３． ２． Ｓｔｒｕｔｓ 视 图 视图层的功能比较单一， 它不提供业务逻辑， 仅仅提供模型的
表 示 ， 是 应 用 程 序 的 外 观 。 Ｓｔｒｕｔｓ 应 用 中 的 视 图 是 通 过 ＪＳＰ 技 术 实 现 的 。 Ｓｔｒｕｔｓ 提 供 了 自 定 义 的 标 签 库 ， 通 过 这 些 自 定 义 标 签 可 以 非 常 好 地 和 系 统 的 模 式 部 分 交 互 ， 通 过 使 用 这 些 自 定 义 标 签 创 建 的 ＪＳＰ 表 单 ， 可 以 实 现 和 模 式 部 分 中 的 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 的 映 射 ， 完 成 对 用 户 数 据 的 封 装 ， 同 时 这 些 自 定 义 标 签 还 提 供 了 像 国 际 化 支 持 、模 板 定 制 、布 局 管理等多种显示功能。
一．研究背景 １． １ 数 字 信 号 处 理 （ ＤＳＰ ） 信息科学是研究信息的获取、传输、处理和利用的一门科学。 数 字 信 号 处 理 （ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ） ， 就 是 利 用 数 值 计 算 方 法 对 数 字 序 列 进 行 各 种 处 理 ， 把 信 号 变 换 成 符 合 需 要 的 某 种 形 式 。［１ ］ ２０ 世 纪 ６０ 年 代 以 来 ， 随 着 信 息 技 术 的 飞 速 发 展 ， 数 字 信 号 处 理 技 术 应 运而生并得到了迅速的发展， 并且在通信等诸多领域得到极为广泛 的应用。 数字信号处理在医学中的应用也日益广泛， 如对脑电图和心电 图 的 分 析 、胎 儿 心 音 的 自 适 应 检 测 等 。 １． ２ 生 物 医 学 信 号 检 测 （Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｍｅａｓｕｒａｔｉｏｎ ） 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。 １． ３ 生 物 医 学 信 号 处 理 （Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ） 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 。 因此若要把掺杂在噪声和干扰信号中的有用的生物医学信号检测 出来，除要求用于检测的传感器系统具有灵敏度高，噪声小，抗干扰能 力强，分辨力强，动态特性好之外，对信号提取和分析的手段亦有较高 的要求。 生物医学信号的检测与处理的方法，包括在强噪声背景下对微 弱生理信号的动态提取，多道生理信号的同步观察与处理，生理信号 的时间―频率表示，自适应处理，医学专家系统等。另外，生物传感器 输 出 的 信 号 一 般 十 分 微 弱 ， 需 要 放 大 。生 物 信 号 的 特 征 部 分 才 包 含 着 生物信息， 把这些信号的特征识别出来也是生物医学信号处理的主 要任务。 本文以心电信号为例对生物医学信号的检测和处理以及和 ＤＳＰ 的 结 合 应 用 予 以 说 明 。 二 、心 电 信 的 检 测 与 处 理 ２．１ 心电信号和心电图 一个典型的人类心电图波形如图 ２．１ 所示：
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生物医学信号的检测与处理
文 ／ 侯静
【摘 要 】 本 文 简 要 介 绍 了 数 字 信 号 处 理 的 研 究 现 状 ， 以 及 生 物 医 学 信 号 不 同 于 其 他 数 字 信 号 的 特 点 。 并 及 针对生物医学数字信号的特点介绍了相应的检测处理方法。文章重点以心电信号为例对生物医学信号的检 测与处理方法进行了分析。 【关 键 词 】 心 电 信 号 数 字 信 号 处 理 生 物 医 学 信 号
｝ 从 代 码 可 以 看 出 ， 这 是 一 个 ＪａｖａＢｅａｎ ， 两 个 属 性 变 量 名 和 ＪＳＰ 文 件 中 的 属 性 名 称 是 对 应 的 ， 而 且 这 个 文 件 名 必 须 和 ｓｔｒｕｔｓ － ｃｏｎｆｉｇ．ｘｍｌ 文件中定义的名子相同。 在 Ｓｔｒｕｔｓ 结 构 中 。 由 于 业 务 逻 辑 和 视 图 表 示 的 分 离 ， 可 以 很 容 易 地改变业务逻辑， 也可很容易改变页面的链接， 所做的只不过是修 改配置文件。 总 结 起 来 ， Ｓｔｒｕｔｓ 有 下 优 点 ： Ｓｔｒｕｔｓ 是 开 放 源 代 码 软 件 ， 使 开 发 者 能 更 深 入 的 了 解 其 内 部 实 现 机制， 这是它的一大优点。 业 务 逻 辑 和 视 图 表 示 分 开 ， 使 Ｊａｖａ 开 发 人 员 和 网 页 设 计 人 员 能 将精力集中于自己最擅长的方面， 有利于分工协作开发， 同时也降 低了开发成本。 标签库的使用， 增加了代码的可重用性， 大大提高开发效率。 通过标签库和资源文件， 实现了国际化支持。 通过一个配置文件， 可把握整个系统各部分之间的联系， 提高了 系统的可维护性。 ４．结束语 Ｓｔｒｕｔｓ 使 用 标 签 库 和 ＭＶＣ 模 型 解 决 了 Ｂ／ Ｓ 结 构 的 一 系 列 问 题 。 但 是 ， 随 着 可 重 用 性 和 灵 活 性 的 增 强 ， 复 杂 度 也 随 着 增 加 。对 于 非 常 简 单 的 系 统 ， 只 有 为 数 不 多 的 ＪＳＰ 页 面 ， 使 用 Ｓｔｒｕｔｓ 就 显 得 比 较 复 杂 ， 毕 竟 还 要 去 熟 悉 这 样 一 个 框 架 。但 对 于 大 型 的 较 为 复 杂 的 系 统 ， 页 面 非 常 多 ， 而 且 日 后 需 要 经 常 维 护 ， 使 用 Ｓｔｒｕｔｓ 能 够 充 分 地 体 现 它 的 优 越 性 。 如 果 想 混 合 使 用 Ｓｅｒｖｌｅｔ 和 ＪＳＰ 的 优 点 来 建 立 可 扩 展 的 应 用 ， Ｓｔｒｕｔｓ 是 一 个 不 错 的 选 择 。
３． ３． Ｓｔｒｕｔｓ 的 模 式 Ｓｔｒｕｔｓ 的 模 式 分 为 两 部 分 ， 既 Ａｃｔｉｏｎ 和 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 对 象 ， Ａｃｔｉｏｎ－ Ｆｏｒｍ 用 来 表 示 系 统 的 内 部 状 态 ， Ａｃｔｉｏｎ 用 来 改 变 系 统 状 态 的 动 作 。 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 组 件 对 象 用 来 定 义 描 述 客 户 端 表 单 的 属 性 ， 任 何 自 定 义 的 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ 都 是 它 派 生 子 类 ， 利 用 它 和 Ｓｔｒｕｔｓ 的 标 签 库 相 结 合 可 以 实 现 对 客 户 端 的 表 单 数 据 的 良 好 封 装 和 支 持 。 Ａｃｔｉｏｎ 处 理 器 对 象 可 以 通 过 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 对 象 对 表 单 数 据 进 行 读 写 ， 而 不 再 需 要 用 Ｒｅｑｕｅｓｔ 和 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ 对 象 进 行 繁 琐 的 数 据 交 互 。 Ｓｔｒｕｔｓ 框 架 假 设 用 户 在 应 用 程 序 中 为 每 个 表 单 均 创 建 了 一 个 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ ， 对 于 每 个 在 ｓｔｒｕｔｓ － ｃｏｎｆｉｇ．ｘｍｌ 文 件 中 定 义 的 Ｂｅａｎ ， 框 架 在 调 用 Ａｃｔｉｏｎ 类 的 ｅｘｅｃｕｔｅ （） 方 法 时 ， ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ 对 象 会 传 送 给 Ａｃｔｉｏｎ 类 ， 这 样 ， 网 页 中 表 单 中 各 项 的 值 就 可 以 立 即 使 用 了 。 Ａｃ－ ｔｉｏｎ 类 负 责 处 理 来 自 浏 览 器 的 请 求 。在 收 到 请 求 后 ， ＡｃｔｉｏｎＳｅｒｖｌｅｔ 会 根 据 配 置 文 件 为 这 个 请 求 选 择 适 当 的 Ａｃｔｉｏｎ 处 理 类 并 调 用 该 类 的 ｅｘｅ－ ｃｕｔｅ（）方 法 。 例 如 ， 一 个 简 单 的 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ Ｂｅａｎ 如 下 所 示 ： ｐｕｂｌｉｃ ｃｌａｓｓ ＬｏｇｉｎＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ ｅｘｔｅｎｄｓ ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ ｛ ｐｒｉｖａｔｅ Ｓｔｒｉｎｇ ｕｓｅｒＮａｍｅ；／ ／ ｉｎｄｅｘ．ｊａｐ 中 支 应 的 属 性 名 称 － － 用 户 名 ｐｕｂｌｉｃ ｖｏｉｄ ｓｅｔＵｓｅｒＮａｍｅ（Ｓｔｒｉｎｇ ｕｓｅｒＮａｍｅ） ｛ ｔｈｉｓ．ｕｓｅｒＮａｍｅ ＝ ｕｓｅｒＮａｍｅ； ｝ ｐｕｂｌｉｃ Ｓｔｒｉｎｇ ｇｅｔＵｓｅｒＮａｍｅ（） ｛ ｒｅｔｕｒｎ ｕｓｅｒＮａｍｅ； ｝
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图 ２．１ 正常的心电图波形 心 电 信 号 可 划 分 为 Ｐ － ＱＲＳ－ Ｔ 几 个 波 段 ， 不 同 波 段 的 频 率 特 征 是 不 同 的 ［２，３］， 其 中 各 波 意 义 为 ： Ｐ 波 ： 反 映 心 房 肌 去 极 化 过 程 的 电 位 变 化；Ｐ－ Ｒ 间 期 ： 代 表 激 动 从 窦 房 结 通 过 房 室 交 界 区 到 心 室 肌 开 始 去 极 化 的 过 程 ；ＱＲＳ 复 合 波 ： 反 映 心 室 肌 去 极 化 过 程 的 电 位 变 化 ；Ｔ 波 ： 代 表 心 室 肌 复 极 过 程 所 引 起 的 电 位 变 化 ；Ｓ－ Ｔ 段 ： 从 ＱＲＳ 复 合 波 终 点 到 Ｔ 波 起 点 间 的 一 段 水 平 线 ；Ｑ－ Ｔ 间 期 ： 从 ＱＲＳ 复 合 波 起 点 到 Ｔ 波终点间的过程。 心电图是目前临床心脏病诊断的一个主要工具， 应用及其广泛。 心电分析通常完全由医生来完成， 但阅读大量的心电图无疑是一项 极费时费力的工作， 计算机辅助的心电分析系统的出现在帮助医生 及 时 、准 确 地 诊 断 心 血 管 疾 病 方 面 具 有 重 要 的 意 义 。 ２．２ 心电信号的基线漂移现象 因此， 人体心电信号的检测和处理在生物医学信号的研究中具 有十分重要的价值。心电监护的作用就是实时的监测病人的心电波 形，并由心电波形给出诊断结果，判断病人的具体情况。通过导联电 极 采 集 到 的 心 电 信 号 中 主 要 的 噪 声 干 扰 有 工 频 干 扰 、 肌 电 干 扰 、呼 吸波干扰以及人体动作引起的基线漂移等。其中对于基线漂移传统 的 矫 正 方 法 有 ： ＲＣ 滤 波 、数 字 滤 波 补 偿 基 线 漂 移 以 及 基 线 拟 合 方 法 等方法， 目前较常用的方法是基线拟合， 但拟合基线需要一定的时 间， 因此上述方法均存在一定的不足之处。 心 电 信 号 的 基 线 漂 移 的 表 现 形 式 为 在 ＥＣＧ 信 号 上 形 成 一 个 缓 慢的变化量（ 如图 ２．２ 所示） ，
（下 转 １０５ 页 ）
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提供了很多资源文件， 每个文件提供了用不同语言编写的消息。 ３． ２． Ｓｔｒｕｔｓ 视 图 视图层的功能比较单一， 它不提供业务逻辑， 仅仅提供模型的
表 示 ， 是 应 用 程 序 的 外 观 。 Ｓｔｒｕｔｓ 应 用 中 的 视 图 是 通 过 ＪＳＰ 技 术 实 现 的 。 Ｓｔｒｕｔｓ 提 供 了 自 定 义 的 标 签 库 ， 通 过 这 些 自 定 义 标 签 可 以 非 常 好 地 和 系 统 的 模 式 部 分 交 互 ， 通 过 使 用 这 些 自 定 义 标 签 创 建 的 ＪＳＰ 表 单 ， 可 以 实 现 和 模 式 部 分 中 的 ＡｃｔｉｏｎＦｏｒｍ 的 映 射 ， 完 成 对 用 户 数 据 的 封 装 ， 同 时 这 些 自 定 义 标 签 还 提 供 了 像 国 际 化 支 持 、模 板 定 制 、布 局 管理等多种显示功能。
一．研究背景 １． １ 数 字 信 号 处 理 （ ＤＳＰ ） 信息科学是研究信息的获取、传输、处理和利用的一门科学。 数 字 信 号 处 理 （ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ） ， 就 是 利 用 数 值 计 算 方 法 对 数 字 序 列 进 行 各 种 处 理 ， 把 信 号 变 换 成 符 合 需 要 的 某 种 形 式 。［１ ］ ２０ 世 纪 ６０ 年 代 以 来 ， 随 着 信 息 技 术 的 飞 速 发 展 ， 数 字 信 号 处 理 技 术 应 运而生并得到了迅速的发展， 并且在通信等诸多领域得到极为广泛 的应用。 数字信号处理在医学中的应用也日益广泛， 如对脑电图和心电 图 的 分 析 、胎 儿 心 音 的 自 适 应 检 测 等 。 １． ２ 生 物 医 学 信 号 检 测 （Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｍｅａｓｕｒａｔｉｏｎ ） 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。 １． ３ 生 物 医 学 信 号 处 理 （Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ） 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 。 因此若要把掺杂在噪声和干扰信号中的有用的生物医学信号检测 出来，除要求用于检测的传感器系统具有灵敏度高，噪声小，抗干扰能 力强，分辨力强，动态特性好之外，对信号提取和分析的手段亦有较高 的要求。 生物医学信号的检测与处理的方法，包括在强噪声背景下对微 弱生理信号的动态提取，多道生理信号的同步观察与处理，生理信号 的时间―频率表示，自适应处理，医学专家系统等。另外，生物传感器 输 出 的 信 号 一 般 十 分 微 弱 ， 需 要 放 大 。生 物 信 号 的 特 征 部 分 才 包 含 着 生物信息， 把这些信号的特征识别出来也是生物医学信号处理的主 要任务。 本文以心电信号为例对生物医学信号的检测和处理以及和 ＤＳＰ 的 结 合 应 用 予 以 说 明 。 二 、心 电 信 的 检 测 与 处 理 ２．１ 心电信号和心电图 一个典型的人类心电图波形如图 ２．１ 所示：
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文 ／ 侯静
【摘 要 】 本 文 简 要 介 绍 了 数 字 信 号 处 理 的 研 究 现 状 ， 以 及 生 物 医 学 信 号 不 同 于 其 他 数 字 信 号 的 特 点 。 并 及 针对生物医学数字信号的特点介绍了相应的检测处理方法。文章重点以心电信号为例对生物医学信号的检 测与处理方法进行了分析。 【关 键 词 】 心 电 信 号 数 字 信 号 处 理 生 物 医 学 信 号
｝ 从 代 码 可 以 看 出 ， 这 是 一 个 ＪａｖａＢｅａｎ ， 两 个 属 性 变 量 名 和 ＪＳＰ 文 件 中 的 属 性 名 称 是 对 应 的 ， 而 且 这 个 文 件 名 必 须 和 ｓｔｒｕｔｓ － ｃｏｎｆｉｇ．ｘｍｌ 文件中定义的名子相同。 在 Ｓｔｒｕｔｓ 结 构 中 。 由 于 业 务 逻 辑 和 视 图 表 示 的 分 离 ， 可 以 很 容 易 地改变业务逻辑， 也可很容易改变页面的链接， 所做的只不过是修 改配置文件。 总 结 起 来 ， Ｓｔｒｕｔｓ 有 下 优 点 ： Ｓｔｒｕｔｓ 是 开 放 源 代 码 软 件 ， 使 开 发 者 能 更 深 入 的 了 解 其 内 部 实 现 机制， 这是它的一大优点。 业 务 逻 辑 和 视 图 表 示 分 开 ， 使 Ｊａｖａ 开 发 人 员 和 网 页 设 计 人 员 能 将精力集中于自己最擅长的方面， 有利于分工协作开发， 同时也降 低了开发成本。 标签库的使用， 增加了代码的可重用性， 大大提高开发效率。 通过标签库和资源文件， 实现了国际化支持。 通过一个配置文件， 可把握整个系统各部分之间的联系， 提高了 系统的可维护性。 ４．结束语 Ｓｔｒｕｔｓ 使 用 标 签 库 和 ＭＶＣ 模 型 解 决 了 Ｂ／ Ｓ 结 构 的 一 系 列 问 题 。 但 是 ， 随 着 可 重 用 性 和 灵 活 性 的 增 强 ， 复 杂 度 也 随 着 增 加 。对 于 非 常 简 单 的 系 统 ， 只 有 为 数 不 多 的 ＪＳＰ 页 面 ， 使 用 Ｓｔｒｕｔｓ 就 显 得 比 较 复 杂 ， 毕 竟 还 要 去 熟 悉 这 样 一 个 框 架 。但 对 于 大 型 的 较 为 复 杂 的 系 统 ， 页 面 非 常 多 ， 而 且 日 后 需 要 经 常 维 护 ， 使 用 Ｓｔｒｕｔｓ 能 够 充 分 地 体 现 它 的 优 越 性 。 如 果 想 混 合 使 用 Ｓｅｒｖｌｅｔ 和 ＪＳＰ 的 优 点 来 建 立 可 扩 展 的 应 用 ， Ｓｔｒｕｔｓ 是 一 个 不 错 的 选 择 。