生物医学信号采集分析.ppt

What&Why?生物医学信号检测?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采集.什么是生物医学信号处理？应用并发展信息处理的基本理论信息处理的基本理论,根据生物医学信号的生物医学信号的特点特点,对所采集到的生物医学信号进行分析,识别,解释,分类,显示,存贮和传输.目的：目的一是对生物体系结构与功能的了解,.目的二是协助对疾病的诊断和治疗.5/25/20245/25/20241 1主要内容简介:生物医学信号的采集和分析,包括信号与系统的基本知识，生物医学信号的特点及其量化采集,多部位检测的多通道采集系统,数字信号的处理方法（DSP）,掌握MatLab计算工具,数字滤波,频谱分析等DSP方法.用DSP方法对心电信号的分析.5/25/20245/25/20242 2预备知识Signals&systemsBasic electronicsDigital signal processing(DSP)MatLab(tool)5/25/20245/25/20243 3主要参考文献(1):(S&S)信号与系统分析基础，姜建国，曹建中，高玉明，清华大学出版社，1994年2月信号、系统与信号处理（上），吴湘淇，电子工业出版社，1996年8月信号与线性系统分析，吴大正，杨林耀，张永瑞，高等教育出版社，1998年10月数据采集与处理技术,马明建,周长成,西安交通大学出版社,1998年1月5/25/20245/25/20244 4主要参考文献(2):（DSP）信号处理技术基础，周浩敏，北京航空航天大学信号处理技术基础，周浩敏，北京航空航天大学信号处理技术基础，周浩敏，北京航空航天大学信号处理技术基础，周浩敏，北京航空航天大学出版社，出版社，出版社，出版社，2001200120012001年年年年9 9 9 9月月月月,recommended,recommended,recommended,recommended数字信号处理系统及应用,刘松强,清华大学出版社,1996年9月数字信号处理教程,程佩青，清华大学出版社,1995年8月数字信号处理-常见题型解析及模拟题，西北大学出版社，2001年10月生物医学信号处理,杨福生,高上凯,高等教育出版社,1989年5月生物医学信号的处理和识别,杨福生,吕扬生,天津科技翻译出版公司,1997年12月Biomedical Signal Processing and Signal Modeling,Eugene N.Bruce,JOHN WILEY&SONS,INC.,20015/25/20245/25/20245 5主要参考文献(3):Tools掌握和精通MATLAB,张志涌等，北京航空航天大学出版社，1997年8月精通MATLAB综合辅导与指南,DHanselmanandBLittlefield,西安交通大学出版社（PrenticeHall），1998年1月精通MATLAB6，D.Hanselman&B.Littlefield,清华大学出版社，2002年6月数字信号处理及其MATLAB实现,VKIngleandJGProakis,电子工业出版社,1998年9月MATLAB6.xMATLAB6.x信号处理，邹鲲，袁俊泉，龚享信号处理，邹鲲，袁俊泉，龚享铱，清华大学出版社，铱，清华大学出版社，20022002年年5 5月月5/25/20245/25/20246 6主要章节第一章:信号与系统的基本知识第二章:生物医学信号的量化采集第三章:数字信号处理方法第四章:心电信号处理*第五章:生物医学信号的计算机模拟*:optional,depending on the time5/25/20245/25/20247 7第一章：绪论信号系统信号处理模拟处理和数字处理的比较实时数字信号处理系统5/25/20245/25/20248 8第二章:生物医学信号的量化采集传感器(Transducer)信号调节(SignalConditioning)量化部分,A/D转换以及和计算机的连接典型系统的介绍,医用采集分析系统:PowerlaborBiopac多 道 信 息 采 集 系 统,64 or 128channels,single A/D or multipleA/DsLabVIEW5/25/20245/25/20249 9第三章:数字信号处理方法相关技术频谱分析数字滤波匹配滤波自适应滤波参数模型信号的时频分析(小波变换)5/25/20245/25/20241010第四章:心电信号处理心电信号的特点心电信号的噪声抑制与基线纠正一些典型的心电信号分析QRS判别,T波判别,QT段的提取,HRV，一些病态下的ECG分析：心肌缺血下的ST段位移，心率变异（HRV），QT离散度，T波交替（TWA).5/25/20245/25/20241111第五章:生物医学信号的计算机模拟数值计算的一些基本概念偏微分方程的数值解法:FDM,FEM,BEM实例,用FDM分析心脏电兴奋的传播5/25/20245/25/20241212Comparison with other universitiesBiomedical Signal Processing and Analysisin University of Pittsburgh.bioeng2510outline.htm Biomedical signal processing 2 Biomedical signal processing 3 Biomedical signal processing 4 Biomedical signal processing 55/25/20245/25/20241313第一章：第一章：绪论绪论Signals and systems5/25/20245/25/20241414一、信号（signals）信号:自然界中信息的一种物理体现，是信息的载体，在信号处理领域，信号被定义为一个随时间变化的物理量，信号的采集：用传感器把这些物理信号转换为电信号,再用电子技术采集处理.信号分类多种多样(typesofsignals),确定信号与随机信号,连续时间信号与离散时间信号,能量信号与功率信号等.5/25/20245/25/20241515确 定 信 号 和 随 机 信 号(Deterministicvs.stochastic)确定信号:信号随时间的变化有确定的规律,x=f(t)，或在相同条件下，能够重复实现的信号。随机信号:信号的变化不遵循任何确定性规律,而是一个随机变量随时间变化的过程；或在同样的条件下，不能重复实现的信号。5/25/20245/25/20241616信号确定性随机性非周期性周期性各态遍历非平稳平稳非各态遍历5/25/20245/25/20241717连续信号时间和离散时间信号continuous-timesignal,discrete-timesignal连续时间信号：信号在连续的时间范围内有定义,x(t)离散时间信号（序列）：如信号在规定的离散时间上有定义，x(nT)，称为抽样信号，对均匀的离散时间，表示为x(n)，当幅值也离散化时，即（A/D）转换，成为数字信号，5/25/20245/25/20241818模拟信号与数字信号5/25/20245/25/20241919能量信号和功率信号(1)如果把信号x(t)视为加在1欧姆电阻两端的电压或通过其中的电流，则单位电阻在|t|=T所消耗的总能量为：平均功率定义为：5/25/20245/25/20242020能量信号和功率信号(2)能量信号:信号总能量E有限，例:确定性的非周期信号,持续时间有限,功率信号:信号的总能量无限，但其功率是有限。例:确定的周期信号和随机信号,持续时间无限,一个信号不能既是能量信号又是功率信号，5/25/20245/25/20242121实信号与复信号实信号：信号是时间的函数，在各个时刻的值为实数的信号，复信号：函数值为复数的信号，5/25/20245/25/20242222信号的描述:两个最基本的参数是幅度和频率(amplitude&frequency)，在时间域内研究信号幅度随时间的变化，即波形分析，x(t),在频域内研究信号的频域成分,提供了时域无法提供的信号频谱特性,F()。5/25/20245/25/20242323(n)典型信号(typical signals)模拟信号:正弦信号、指数信号、抽样信号 x(t)=(sint/t)(its waveform?),单位冲激信号(t)离散信号：单位样值信号或单位冲激信号(n)、单位阶跃序列u(n),u(n)5/25/20245/25/20242424抽样函数Sa(t)Its expression:Its features:5/25/20245/25/20242525单位冲激信号Its features are:Its waveform?5/25/20245/25/20242626模拟信号的时域分解分解成矩形窄脉冲5/25/20245/25/20242727傅立叶级数当函数f(t)在区间t1,t2内具有连续的一阶导数和逐段连续的二阶导数时，f(t)可以用完备的正交集来表示。满足一定条件的周期信号可以分解为傅立叶级数的叠加，其中不同的频率成分构成频谱。频谱特点：离散谱，离散间隔等于基频，基频=2pi/T,频谱有无穷分量，时域参数的影响，T增大，基频减小，谱线变密，5/25/20245/25/20242828Fourier seriesFor a periodical function f(t)with period T,5/25/20245/25/202429295/25/20245/25/202430305/25/20245/25/202431315/25/20245/25/20243232典型非周期信号的频谱冲激信号，矩形脉冲信号，直流信号，f(t)=E5/25/20245/25/202433335/25/20245/25/20243434傅立叶变换的性质线性，奇偶性互易性时移特性频移特性尺度变换特性时域卷积定理5/25/20245/25/202435355/25/20245/25/202436365/25/20245/25/202437375/25/20245/25/202438385/25/20245/25/202439395/25/20245/25/202440405/25/20245/25/20244141频移特性的应用频移特性应用广泛于通讯技术中，如调幅等。将信号调制到一个高频信号上，控制高频信号的幅度，在频域中与原信号的频谱产生平移。5/25/20245/25/202442425/25/20245/25/20244343模拟信号的Fourier变换的特点 时频域的对偶性：连续周期信号的频谱：离散，非周期，连续非周期信号的频谱：连续，非周期，5/25/20245/25/202444445/25/20245/25/20244545模拟信号的Laplace变换5/25/20245/25/20244646拉氏变换的收敛域根据定义，使得信号的拉氏变换存在的s取值范围称为变换的收敛域。对正指数函数和阶跃函数：5/25/20245/25/20244747Laplace变换的性质线性尺度变换时移特性复频移特性时域微分特性时域积分特性卷积定理s域微分和积分5/25/20245/25/20244848数字信号的z变换:(ztransformation)一个数字信号x(n)的Z变换定义为:其中z为复变量,z=e(+j)=rej5/25/20245/25/202449495/25/20245/25/20245050