第十二章复习.docx

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第十二章复习

第十二章心血管系统电信号处理

第一节常规心电信号数字处理

一、概述

常规心电信号处理系统有12导联系统：

分为真实12导联和计算12导联（实际8导联：

2个双极标准导联，6个单极胸导联）。

计算机化的心电图机，采样频率500Hz，采样间隔2ms。

根据采样定理，心电信号放大系统的截止频率fH=250Hz。

低端截止频率fL=0.05Hz。

心电工作站（electrocardiacworkstation）有模拟和数字部分。

二、导联系统

1．电极

电极（electrode）的作用是将体内的离子电流转换为金属导体中的电子电流。

现代使用的电极为可消除极化电位的银一卤化银电极，它是在银片上镀上一薄层氯化银，再涂上一层含氯离子的凝胶。

2．体表电极位置

12导联电极位置如图12—3，这些导联都是单极胸导联，前6个为常规导联，后6个为扩展导联。

由RA—LA、RA—LL、LA—LL构成三个标准肢体导联，分别称为I、II、III导联，RL称为参考电极。

常规ECS处理系统都设计了一个特殊的电阻输入网络，其目的：

一是造就等效0电势点的中心电端C，二是形成加压（肢体）导联。

12导心电系统的电阻网络如图12—4。

图中，RA、LA、LL分别接至图

三、参数测量

参数测量:

时间测量、幅度测量和波形分析。

时间测量：

如P波时限过长表示心房内传导阻滞，QRs时限过长表示室内传导阻滞。

RR间期过长表示心动过缓，RR间期过短表示心动过速。

在心电信号的电压测量中。

幅度测量：

R波电压幅度过高可能提示心室肥厚。

ST段电压过低提示心肌缺血。

波形分析：

如顿挫、双相、倒置、rs（小R波大s波）等，用人机对话方式完成。

四、QT间期测量

五、频域心电图（frequencydomaimcardiogram）。

第二节心电监测

心电监测系统分为有线系统和无线系统，可分为床旁系统和遥测系统，可分为医院系统和院外个人系统（Holter系统和基于Web的系统）。

遥测系统又可分为有线遥测系统（临床称为电话传输心电图）和无线遥测系统。

遥测系统还可分为普通专用系统和基于Wet的系统。

三、床旁心电监测

1．床旁检测技术

（1）普通床旁心电监测系统。

（2）无线遥测心电监测系统。

（3）中央心电监测系统。

第三节高频心电信号处理

高频成分

高频成分（highfrequencyc0Iriponent）是指频率在100Hz以上，时程<10ms（一般为l～7ms），幅度≤82μV的成分。

在时域中，可将高频成分分为三种类型：

切迹、扭挫和顿结。

三、软硬件要求

放大系统的高端截止频率、信号采样频率和信号采集点数，要根据要求统一设计。

如要求谱分辨率有0.5Hz，放大系统的高端截止频率为1500HZ，则根据采样定理，采样频率不得低于3000Hz。

由采样频率和谱分辨率的要求，至少应采集的数据点数N可由下式计算

N=fs/f0

式中，fs为采样频率，f0为谱分辨率。

四、分析方法

1．时域分析——波形识别与切迹计数

（1）一阶导数法。

一阶导数法是先求取心电信号的一阶导数（数值微分），再判断一阶导数的过零点。

（2）信号叠加平均技术。

信号叠加平均技术可排除无规律的随机噪声，而使固定存在于心电信号中的周期性的高频切迹显现出来（图12—8），从而可排除高频干扰造成的假阳性。

第五节心房和心室晚电位信号检测

心室晚电位是指出现在QRS终末部、ST段内的一种高频、低振幅、多形性的心电活动。

心房晚电位是由于心房肌病变和／或损伤产生去极化非同步和传导速度减慢，而由小块心肌内延迟发生除极所产生的心电信息。

心室晚电位非常微弱，一般在几十微伏（μV）以下，其频率下限为25～100Hz，上限为300～500Hz。

1．无创性体表记录法

无创性体表记录法都是采用叠加平均法记录SAEGS。

常用的工作程序是：

病人一前置放大一高通滤波一A／D转换一QRS波检测一建立模板一叠加平均一显示与记录。

第十三章声音信号处理

声音是与人体听觉有关的一种机械振动，是频率在16~20000Hz的机械振动。

第一节心音信号处理

正常人体的心音信号包括第一心音和第二心音，第一心音来自二尖瓣和三尖瓣的开放和关闭，第二心音来自主动脉瓣和肺动脉瓣的开放和关闭。

一、心音信号采集

计算机化心音信号采集系统主要包括：

换能器、信号放大器、模数转换器、计算机软硬件等。

二、心音信号处理方法

谱分析方法：

对确定性信号，时域信号与频谱是一对傅里叶变换；对随机信号，其自相关函数与功率谱是一对傅里叶变换。

时域与频域是分离的，条件为信号的频率特性时不变或统计特性平稳。

反映的是信号的静态频谱特征。

对于生物医学信号，通常表现为非平稳的、时变的。

信号的时频分析方法:

1．短时傅里叶变换（STFT）

2．小波分析

第二节肺音和呼吸音信号处理

肺音信号是肺内气管产生的振动传导到胸壁的声学信号。

1．正常肺音的发生机理

呼吸系统内的气流有层流、湍流、涡流三种，气管和支气管的前几级中气流是湍流。

音源的频谱范围200～2000Hz,幅度随机变化的噪声，被称为白噪声（whitenoise）。

涡流的音源是具有宽频带的噪声。

三、肺音信号分析方法

1．时域分析（波形分析）

时域分析一般计算各特征波形的峰值、波形的持续时间等。

2．傅里叶频域分析

将肺音进行傅里叶变换后计算其功率谱，

3．动态谱

动态谱也称为时变谱，采用功率谱随时间变化而形成的一系列三维曲线图。

第十四章压强信号处理

第一节概述

心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压，它把血液推进到主动脉，并维持全身血液循环。

心脏舒张时所达到的最低压力称为舒张压，它使血液能回流到右心房。

收缩压和舒张压的差称为脉压差，它表示血压脉动量，一定程度上反映心脏的收缩能力。

血压波形在一周内的积分除以心周期了T称为平均压。

正常情况下，平均压可用舒张压加上三分之一的脉压差来表示。

（1）臂动脉。

收缩压一般在95～140mmHg范围内，平均值为110～120mmHg；正常舒张压为60～90mmHg，平均值为80mmHg。

血压测量技术：

直接法和间接法两种。

血压间接测量

一、柯氏音法

（a）血压测量系统；（b）装置：

①袖带；②气压表；③充气球；④阀门

柯氏音测压原理是通过充气球先给袖带充气，当袖带内压力超过动脉收缩压时，动脉血管封闭，血流不通。

然后打开针形阀使袖带内的压力以2～3mmHg／s的速度缓慢放气。

当收缩压高于袖带内压力时，部分动脉打开，血液喷射形成涡流或湍流，它使血管振动并传到体表即为柯氏音。

它由放在袖带下、动脉上的听诊器听到；第一个柯氏音所对应的袖带内压力为收缩压；当袖带内压力进一步降低，柯氏音的变化分为五个相，如图14—2所示。

从第IV相到第V相（无声）时，即为舒张压。

三、超声法

超声法的原理是利用超声波对血流和血管壁运动的多普勒效应来检测收缩压和舒张压。

在一心周期内，随着袖带内压力的增加，血管的开放和闭合的时间间隔就随之减小，直到开放和闭合两点重合，该点即为收缩压；相反，当袖带压力减低时，开放和闭合之间的时间间隔增加，直到脉搏的闭合信号与下一次脉搏的开放信号相重合，这一点可确定为舒张压。

第十五章阻抗信号测量与分析

生物阻抗是反映生物组织、器官、细胞或整个生物机体电学性质的物理量。

硬件装置主要有两类：

电桥法（两极法）和伏安法（四极法）。

所用的激励电源为20～200kHz的正弦交流电。

第一节生物阻抗测量的基本原理

一、生物组织的等效电路模型

对于整个生物组织而言，Ri、Rm、Cm是代表整个生物组织的等效内、外液电阻和膜电容，三元件生物阻抗模型。

二、频散理论

随着频率增加，膜电容的容抗减小，电流由低频时绕过细胞膜只流经细胞外液，到高频时穿过细胞膜流经细胞内、外液，因此表现为电导系数随频率升高而增大，相反介电系数随频率升高而减小。

在音频频段和射频频段对生物组织介电特性的研究可以同时反映出细胞内液和外液的特征。

第二节生物阻抗测量的基本方法

一、电桥法测定阻抗信号

通常用平衡交流电桥测量确定的电阻抗值，生物电阻抗一般是随时间变化的电阻抗，测量这种变化电阻抗可用非平衡交流电桥，交流电桥和电源可看成有源的阻抗信号的换能器。

二、伏安（四电极）法测定阻抗信号原理

1．伏安法阻抗测量基本原理——全电路欧姆定律

2．伏安（四极）法阻抗信号测量系统

第十六章神经和肌电信号的测量与处理

第一节脑电信号的采集与处理

1．脑电图仪与记录电极

在放大器方面，由于EEG信号非常微弱，一般在微伏数量级。

输入级应具有如下特性：

低输入噪声（≤3μV），高增益（0．5×103～10×104），高共模抑制比（KCMR≥80dB），低漂移和高输入阻抗（≥10MΩ）等。

第二节骨骼肌电信号处理

一、肌电信号获取系统

1．肌电信号的特点

肌电信号的幅度为：

10μV～100mV，带宽为：

5～2000kHz。

2．系统参数

肌电信号处理系统的参数建议如表16—3。

输入阻抗/MΩ

增益

共模抑制比/dB

带宽/Hz

输入噪声/nV

>100

105

>80

5～10k

<1