第一章 生物医学信号概述

一、信号

​ 信号：携带信息的物理量

​ 来自于真实世界的信号各不相同，但大致可分为四种类型：

​ ①确定信号：确定信号在真实世界中较少出现，所谓确定信号是指在已知足够过去值的条件下，能够准确预测该信号未来值的一类信号，换句话说，只要能够用封闭的数学表达式来表示的一类信号就是确定信号。

​ ②随机信号：即使信号的全部过去值已知，也不能准确预测其未来值的一类信号。

​ ③分形信号：生物医学系统中存在分型信号在过去十多年里已经取得了广泛共识。分形信号具有十分有趣的特性，即它们在各种放大倍数下看上去都很类似，这种特性称为尺度不变性。

​ ④混沌信号：混沌信号是一类不能准确预测其未来的确定性信号。混沌信号的定义上的矛盾可用其初值敏感性来解释。对于一些确定性的信号，它们在未来的轨迹对其过去值很敏感，因此无法用足够的精度来预测未来值。理论上这些信号是确定的，但对未来值的预测误差很大。混沌信号在视觉上具有随机信号的一些特征，但是随机信号不是混沌的，混沌信号也不是随机的。

二、生物医学信号

​ 1.由于生理过程自发产生的

​ 例如：EGG/胃电、ECG/心电、EEG/脑电、EMG/肌电、EOG/眼电、体温、血压

​ 2.把人体作为通道，外界施加于人体产生的电生理信号和非电生理信号

​ 例如：超声波、同位素、X射线等

​ 3.生物医学信号特点：①复杂性；②随机性强；③噪声干扰强；④非平稳性 等

​ 4.医学上的应用

​ 医学仪器：便携式心律失常监护仪

​ 医学成像设备：电阻抗成像、超声、同位素等

​ 科研用途：信号代表的生理意义、人机交互

三、生物医学信号处理的内容

​ “生物医学信号处理”应该包含以下4个重要内容：

​ ①测量生物医学信号，即量化和校正测量仪器对待测信号的影响

​ ②操作（即滤波）生物医学信号，即识别和分离信号中的有用成分和无用成分

​ ③定量描述生物医学信号，即揭示产生生物医学信号的本质，根据第②步得出的结果预测信号未来的行为

​ ④探测生物医学信号源，即描述一个生物医学物理系统的输入和输出信号之间的内在联系

​ 从生物的细胞到器官组织都可以成为生物信号源。就人体而言，其生物医学信号大致有两类：①由生理过程自发产生的主动信号，例如心电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和体温、血压、脉搏、呼吸等非电生理信号，它们是对人体进行诊断、监护和治疗的重要依据。②外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X射线等。关于生理、病理的信息将通过被动信号的某些参数来携带。

三、处理生物医学信号的目的

信号处理定义为对一个信号的操作，并达到以下目的：

​ ①从信号中提取信息；

​ ②提取有关两个信号（或更多）关系的信息；

​ ③构建信号的表达式。

​ 处理信号的动机可归纳如下：

​ ①去除不必要的信号成分，因为它们污染了感兴趣的信号；

​ ②用更明显或更有用的形式表达提取的信息；

​ ③为了预测信号源的行为和信号的未来值。

​ 在两种情况下通常需要预测信号的未来值：第一，控制行为的时候；第二，一种疾病发作的早期检测。

References：
【1】饶妮妮，李凌. 生物医学信号处理[M]，成都，电子科技大学出版社，2005.7.

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