生物醫(yī)學(xué)工程第1頁(yè)/共47頁(yè)第二講醫(yī)學(xué)圖形信號(hào)的采集、存儲(chǔ)與處理生物醫(yī)學(xué)信號(hào)一般特點(diǎn)信號(hào)微弱，隨機(jī)性強(qiáng)，噪聲和干擾背景強(qiáng)，動(dòng)態(tài)變化和個(gè)體差異大。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理技術(shù)研究從被檢測(cè)的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中提取有用的信息成分的方法。獲取生物信號(hào)的語(yǔ)法特征和信息語(yǔ)義特征的方法

對(duì)生理、生化各種測(cè)量指標(biāo)參數(shù)的處理先對(duì)各類生理生化測(cè)量參數(shù)數(shù)字化和指標(biāo)化，然后用數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)、參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)、多變量值分析等一些基本生物統(tǒng)計(jì)方法來(lái)描述和分析，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)性研究和觀察性研究；提取用于疾病診斷分類參數(shù)。對(duì)圖形類信號(hào)分析處理通過(guò)時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)頻分析，提取用于疾病診斷分類參數(shù)。第2頁(yè)/共47頁(yè)采集、存儲(chǔ)與處理醫(yī)學(xué)信號(hào)（一維）的采集簡(jiǎn)述信號(hào)的存儲(chǔ)管理信號(hào)預(yù)處理醫(yī)學(xué)信號(hào)的時(shí)域分析醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻域處理時(shí)頻分析第3頁(yè)/共47頁(yè)一、醫(yī)學(xué)信號(hào)（一維）的采集簡(jiǎn)述回顧醫(yī)學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)圖示如下:人體子系統(tǒng)信號(hào)變換子系統(tǒng)模擬放大子系統(tǒng)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)圖2-1醫(yī)學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)局部剖析圖體表電極力學(xué)量換能器熱學(xué)量換能器生物換能器…多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換卡第4頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)（一維）的采集簡(jiǎn)述1.信號(hào)的感應(yīng)器件和換能器(1)非電量生理信號(hào)按其能量方式，可以分為：①機(jī)械量信號(hào)脈搏和心音是振動(dòng)信號(hào)，血壓是壓力信號(hào)；②熱學(xué)量信號(hào)體溫；③化學(xué)量信號(hào)血液的pH值；④光學(xué)量信號(hào)血氧飽和度。第5頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)1(2)幾種換能器①體表電極體表電極是一種可以將離子電流變?yōu)殡娮与娏鞯膿Q能器件。②力學(xué)量換能器把力學(xué)量生理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的器件。如：測(cè)量心音、呼吸和脈搏的電容換能器，測(cè)量血壓和肌張力的電感換能器，測(cè)量眼壓、血壓、、脈搏波的壓電換能器。③熱學(xué)量換能器有熱電式、熱阻式和熱輻射式換能器。熱電式換能器利用金屬材料的熱電效應(yīng)將熱量轉(zhuǎn)為電量的；熱阻式換能器利用金屬或半導(dǎo)體材料的熱阻效應(yīng)將熱量轉(zhuǎn)為電量；熱輻射能器利用熱輻射成像原理將溫度分布以熱像圖的形式記錄下來(lái)。④生物換能器以生物活性單元（酶、抗體、核酸、細(xì)胞和組織等）作為敏感基元，以化學(xué)電極等作為換能器且對(duì)被測(cè)信號(hào)具有高度選擇的一類傳感器。它通過(guò)物理的或化學(xué)的換能方式捕捉目標(biāo)物和敏感基元之間的反應(yīng)，并將反應(yīng)的程度用離散或連續(xù)的電信號(hào)表達(dá)出來(lái)。典型應(yīng)用：血糖生物傳感器，快速分析葡萄糖、谷氨酸、乳酸鹽和乳糖等成分的多功能生物傳感器，測(cè)量機(jī)體內(nèi)三磷酸腺苷（ATP）變化的生物傳感器，用于傳染病和基因變異檢測(cè)的脫氧核糖核酸（DNA）生物傳感器。第6頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)2(3)應(yīng)用實(shí)例例如1：分娩過(guò)程中胎心的檢測(cè)，如圖2-2所示。圖2-２接收胎兒心電圖信號(hào)的圖示第7頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)3例如2：分娩過(guò)程中宮縮的檢測(cè)，如圖2-3所示。由腹壁外面間接測(cè)定宮縮壓力的方法。用一特制的壓力傳感器作為宮縮壓力探頭，將其縛在產(chǎn)婦腹壁，宮縮時(shí)子宮凸起，腹壁隨之凸起變硬，對(duì)探頭產(chǎn)生一定壓力，使探頭傳感器件發(fā)生位移而檢出表示壓力大小的電信號(hào)，通過(guò)儀器記錄下來(lái)。圖2-３獲取宮縮壓力的圖示第8頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)42.生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的數(shù)字化(1)信號(hào)采樣定理對(duì)連續(xù)信號(hào)按一定的時(shí)間間隔△進(jìn)行取值，所得x(n△)就是采樣，如圖2-4所示。△為采樣周期（或稱采樣間隔）。X(n△)為離散信號(hào)（或稱時(shí)間序列）。圖2-４連續(xù)信號(hào)及其離散信號(hào)的圖示xΔtx(t)x(nΔ)第9頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)4采樣定理：一個(gè)有限帶寬的連續(xù)信號(hào)f(t)，如果頻譜只占有限的范圍-m～+m，則信號(hào)f(t)可以用等間隔的采樣值來(lái)惟一地表示。假設(shè)f(t)的最高頻率為fm(m=2fm)，采樣頻率為發(fā)fs(s=2fs)，則滿足fs≥2fm，即采樣頻率大于或等于模擬信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，采樣后的離散序列就能無(wú)失真地恢復(fù)出原始連續(xù)模擬信號(hào)。通常把最低允許的采樣頻率s=2m稱為Nyquist頻率，把最大允許的采樣間隔

Ts=/m=1/2fm稱為Nyquist間隔。第10頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)5(2)常用模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)①A/D（analog/digital）轉(zhuǎn)換的方法及芯片器件主要有逐次逼近比較型和雙積分型，根據(jù)采樣精度分為8位、10位、12位、14位的各類芯片器件。②A/D轉(zhuǎn)換器件的主要性能指標(biāo)分辨率——A/D轉(zhuǎn)換器的最低位LSB所對(duì)應(yīng)的模擬電壓值稱為A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率。轉(zhuǎn)換時(shí)間——完成一次A/D轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間為轉(zhuǎn)換時(shí)間。輸入電壓范圍——A/D轉(zhuǎn)換器的量程。轉(zhuǎn)換誤差——A/D轉(zhuǎn)換器的每個(gè)量化級(jí)所實(shí)際對(duì)應(yīng)的電壓值和理論值之間的誤差的最大值為絕對(duì)誤差。絕對(duì)誤差對(duì)于滿量程的百分比為相對(duì)誤差。第11頁(yè)/共47頁(yè)采集簡(jiǎn)述_續(xù)6③A/D轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的幾個(gè)組成部分的作用簡(jiǎn)介（如圖2-5虛線框2所示）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)——使多個(gè)模擬量共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行分時(shí)采樣和轉(zhuǎn)換的器件。采樣保持器——在A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換期間，保持輸入信號(hào)不變的電路。A/D轉(zhuǎn)換器——將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件。AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)格式——若A/D轉(zhuǎn)換器為12位，則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)12位，占二個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元，形式如下：第一字節(jié)D15D14D13D12D11D10D9D8第二字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D0其中第一字節(jié)低4位有效。D11符號(hào)位，D11=1-正數(shù)，D11=0負(fù)數(shù)第12頁(yè)/共47頁(yè)圖2-5A/D轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的圖示計(jì)算機(jī)其中虛線框1的部分是前面介紹的信號(hào)變換子系統(tǒng)和模擬放大子系統(tǒng)：1.傳感器——把非電量的模擬量轉(zhuǎn)換為電量的器件。2.量程放大器——把微弱的傳感器信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換器所需的輸入量程范圍的器件。3.低通濾波器——降低噪聲，濾去干擾，增加信噪比的器件。第13頁(yè)/共47頁(yè)二、信號(hào)的存儲(chǔ)管理1.信號(hào)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)格式為了減少占用存儲(chǔ)空間，通常采集信號(hào)數(shù)字化后的值以二進(jìn)制形式的文件格式存儲(chǔ)。例如：上述12位字長(zhǎng)的采集系統(tǒng)，在選擇單極性工作范圍時(shí)，可以按每字按高位字節(jié)低位字節(jié)的順序保存為二進(jìn)制格式文件。第14頁(yè)/共47頁(yè)信號(hào)的存儲(chǔ)管理_續(xù)12.臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的有組織、有一定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合。這些數(shù)據(jù)包含了數(shù)據(jù)本身、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系及其存取路徑。醫(yī)療數(shù)據(jù)的管理示例[例3]某婦產(chǎn)科的分娩監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)，除了記錄可以結(jié)構(gòu)規(guī)范化的孕婦和胎兒的體征測(cè)量數(shù)據(jù)，還要記錄大量孕婦宮縮和胎兒心電數(shù)據(jù)，進(jìn)行定期的胎兒監(jiān)護(hù)信息分析。該實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)模型、分級(jí)數(shù)據(jù)模型和XML數(shù)據(jù)模型，構(gòu)造以下結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)LaborDB（如圖2-6所示）來(lái)存儲(chǔ)本?？茦I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)有3張數(shù)據(jù)表，分別用于存貯病人基本不變的信息、病史表和隸屬病人的1張動(dòng)態(tài)子表的索引關(guān)鍵字，還有隸屬動(dòng)態(tài)子表的數(shù)據(jù)文件的索引關(guān)鍵字。表結(jié)構(gòu)如表9.3-1、9.3-2和9.3-3所示。第15頁(yè)/共47頁(yè)第16頁(yè)/共47頁(yè)(1)基本信息表MAIN_PDB

第17頁(yè)/共47頁(yè)(2)個(gè)體動(dòng)態(tài)表(PD****)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的格式存貯。第18頁(yè)/共47頁(yè)三、信號(hào)預(yù)處理1．去除奇異項(xiàng)(1)采集過(guò)程中，由于環(huán)境的嚴(yán)重干擾、器件偶然故障或不穩(wěn)定，信號(hào)中會(huì)產(chǎn)生一些奇異項(xiàng)。(2)根據(jù)人體（被測(cè)系統(tǒng)）不可能突變的特點(diǎn)，消除奇異項(xiàng)的方法可以采用一階差分方程法。一階差分方程表達(dá)式為：式中，為第n點(diǎn)的預(yù)測(cè)值，xn-1為第n-1點(diǎn)的采樣值，xn-2為第n-2點(diǎn)的采樣值。根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)或?qū)?shù)據(jù)的分析給定閾值，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與進(jìn)行比較，如果超過(guò)某個(gè)閾值，就認(rèn)為是奇異項(xiàng)。然后用預(yù)測(cè)值代替奇異項(xiàng)，繼續(xù)往前搜索，直到奇異項(xiàng)消失為止。接著用非奇異項(xiàng)的最近兩點(diǎn)值進(jìn)行線性插值，用插值來(lái)代替奇異項(xiàng)。第19頁(yè)/共47頁(yè)[例4]由于胎兒運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)婦子宮收縮或體位變化，會(huì)引起胎兒心率信號(hào)有時(shí)出現(xiàn)失檢或產(chǎn)生強(qiáng)的干擾信號(hào)點(diǎn)。采用上述一階差分法（ABS(-)>40bpm）和零點(diǎn)法來(lái)判斷它。一旦計(jì)算機(jī)判斷第i點(diǎn)為奇異點(diǎn)時(shí)，用非奇異項(xiàng)的最近兩點(diǎn)值進(jìn)行線性插值修正i點(diǎn)的取值，如果是連續(xù)數(shù)點(diǎn)的奇異項(xiàng)，則按下式修正。

[例5]由于肛檢引起產(chǎn)婦子宮收縮或體位變化，使宮縮信號(hào)上有時(shí)出現(xiàn)極強(qiáng)的干擾信號(hào)點(diǎn)，其幅值超出200mmHg。對(duì)這些奇異點(diǎn)，作者采用最高閾值限位法來(lái)修正它。一旦計(jì)算機(jī)判斷第i點(diǎn)為奇異點(diǎn)時(shí)，按下式修正i點(diǎn)的取值。

Xi=(Xi＋195mmHg)/2其中195mmHg是經(jīng)驗(yàn)取值。第20頁(yè)/共47頁(yè)信號(hào)預(yù)處理_續(xù)42.濾波(1)周期平均濾波在平均前選一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的心動(dòng)周期作模板，將它與其余心動(dòng)周期信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析，使其與相關(guān)系數(shù)≥99%的心動(dòng)周期信號(hào)進(jìn)行迭加平均，從而產(chǎn)生新的模板。如此進(jìn)行下去，直到達(dá)到預(yù)定值為止。(2)局部加權(quán)平均濾波局部加權(quán)平均法是在局部用最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出各點(diǎn)的權(quán)系數(shù)，然后逐點(diǎn)滑動(dòng)進(jìn)行加權(quán)平均，從而達(dá)到濾波（濾去高頻分量）的效果。

第21頁(yè)/共47頁(yè)第22頁(yè)/共47頁(yè)[例6]產(chǎn)婦子宮收縮時(shí)呼氣和吸氣使宮縮信號(hào)上疊加有呼吸的信號(hào)，這些信號(hào)影響了隨后的信號(hào)特征點(diǎn)判斷，因此，需要濾除呼吸信號(hào)。對(duì)于信號(hào)中的呼吸波及一些幅值微小的干擾尖峰波，采用11點(diǎn)局部平滑濾波技術(shù)進(jìn)行信號(hào)濾波。局部平滑濾波的方法是在局部用最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出各點(diǎn)的權(quán)系數(shù)，然后逐點(diǎn)滑動(dòng)進(jìn)行加權(quán)平均，從而達(dá)到濾波的效果。11點(diǎn)平滑濾波的公式如下：用平滑處理改善數(shù)據(jù)的效果如圖2-7所示。

第23頁(yè)/共47頁(yè)信號(hào)預(yù)處理_續(xù)53.基線校準(zhǔn)基線漂移是信號(hào)采集過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，一般根據(jù)波形分析的需要進(jìn)行校正。在例5中，則取宮縮波的兩個(gè)最低轉(zhuǎn)折點(diǎn)處附近的數(shù)點(diǎn)采樣值進(jìn)行斜率考察，取斜率變化趨陡峭的起始點(diǎn)，兼顧考慮其幅值和平緩值得差值來(lái)確定宮縮波的起點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，再取它們的平均值作為基線。如圖2-8所示。

圖2-8基線校正圖示第24頁(yè)/共47頁(yè)信號(hào)預(yù)處理_續(xù)64.隨機(jī)信號(hào)檢驗(yàn)利用概率直方圖的方法可以推斷信號(hào)的性質(zhì)。方法為：先求出數(shù)據(jù)的最大值和最小值，然后將數(shù)據(jù)值范圍分成若干段，求出落入每個(gè)值段的樣點(diǎn)數(shù)。計(jì)算概率密度的公式如下：設(shè)落入第j個(gè)數(shù)據(jù)值范圍的樣點(diǎn)數(shù)為Nj，數(shù)據(jù)段長(zhǎng)為：，K為數(shù)據(jù)段數(shù)，則落入第j段的樣本點(diǎn)的頻數(shù)為：，此處N為采樣點(diǎn)數(shù)。故概率密度近似為：。第25頁(yè)/共47頁(yè)四、醫(yī)學(xué)信號(hào)的時(shí)域分析1．均值計(jì)算對(duì)醫(yī)學(xué)信號(hào)作時(shí)域分析，通常是測(cè)量信號(hào)的某些絕對(duì)量（如波幅、均值、均方值、方根值、平均幅值、面積、各種間期和時(shí)限等），相對(duì)量（波形指標(biāo)、峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、銳度指標(biāo)、面積比等）和進(jìn)行波形的形態(tài)分析。

平均值：平均幅值：均方值：均方根幅值：方根幅值：第26頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的時(shí)域分析_續(xù)12.時(shí)距計(jì)算3.峰值計(jì)算4.面積計(jì)算其中ΔT為采樣間隔。

示例演示第27頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的時(shí)域分析_續(xù)25.相對(duì)測(cè)量的指標(biāo)6.波形分析波形分析主要關(guān)注波形的形態(tài)。通常對(duì)于不同的醫(yī)學(xué)背景需求，有不同的分析形態(tài)描述指標(biāo)。波形指標(biāo)：

峰值指標(biāo)：

脈沖指標(biāo)：裕度指標(biāo)：

銳度指標(biāo)：

面積比：

第28頁(yè)/共47頁(yè)[例7]在分娩監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)自監(jiān)測(cè)分析儀器從母體腹壁外采集到的宮外宮縮波進(jìn)行信號(hào)成分的特征值分析。①信號(hào)預(yù)處理及波形成分截取宮外宮縮波包含宮縮信號(hào)、胎動(dòng)信號(hào)、母體腹肌信號(hào)和呼吸信號(hào)，還含有孕婦轉(zhuǎn)身和肛檢等所引起的干擾信號(hào)。分析前進(jìn)行預(yù)處理。實(shí)時(shí)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后，可得到適用于分析的信號(hào)結(jié)果，如圖所示。②根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)和醫(yī)生描述的指征，采用系統(tǒng)提供的人工截波計(jì)算程序，對(duì)預(yù)處理后的18例分娩宮縮信號(hào)離線回放，分類選波。分別得到55個(gè)波次的宮縮波時(shí)距，90個(gè)波次的胎動(dòng)和腹肌波的相對(duì)幅值及時(shí)距。③采用STATISTCA統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)分類截取的胎動(dòng)、腹肌波和宮外宮縮波數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并對(duì)幅值和時(shí)距作頻數(shù)分布及t檢驗(yàn)，得到以下結(jié)果。第29頁(yè)/共47頁(yè)[例7]_續(xù)a)胎動(dòng)和腹肌波的幅值對(duì)數(shù)頻數(shù)呈正態(tài)分布，約75%的峰值位于2.66kPa(20mmHg)～5.32kPa(40mmHg)之間。最小值為1.33kPa(10mmHg)（如表1和圖9.3-6所示）。根據(jù)正態(tài)分布規(guī)律：下限＝均值－標(biāo)準(zhǔn)差×1.96，可獲取95%的胎動(dòng)、腹肌波，此時(shí)下限值為1.463kPa(11mmHg)。兼顧最小值，提取胎動(dòng)、腹肌波的幅值下限值取為1.33kPa(10mmHg)。胎動(dòng)和腹肌波的時(shí)距沒有顯著性差異（如表2、3、4所示），它們的提取上限值可取為10s。b)同樣的分析過(guò)程，可知宮縮波時(shí)距的頻數(shù)呈正態(tài)分布，約90%的時(shí)距位于60～90s之間。最小值為50s，提取宮縮波的時(shí)距下限值定為55s。Next第30頁(yè)/共47頁(yè)第31頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的時(shí)域分析_續(xù)37.心電診療數(shù)據(jù)的分析處理實(shí)例(1)信號(hào)采集超聲探頭將胎兒心臟反射信號(hào)波轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，經(jīng)胎心動(dòng)信號(hào)檢測(cè)模板進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、限幅等預(yù)處理，得到0~5V的胎兒心動(dòng)信號(hào)。此信號(hào)再經(jīng)A/D模板轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。(2)從心動(dòng)信號(hào)提取心率信號(hào)胎心率的檢測(cè)包括胎兒平均心率和瞬時(shí)心率的檢測(cè)。平均心率是單位時(shí)間的心搏次數(shù)；胎兒瞬時(shí)心率是相鄰兩次心搏的時(shí)間間隔的倒數(shù)。用的短時(shí)自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算公式：第32頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的時(shí)域分析_續(xù)4該系統(tǒng)采樣周期為5ms，每一次處理的信號(hào)長(zhǎng)度為256點(diǎn)，一次自相關(guān)計(jì)算需要512個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。經(jīng)256次矩陣運(yùn)算后，得到512個(gè)采樣點(diǎn)的自相關(guān)結(jié)果。在理想的自相關(guān)波群中，從Rxx(k)中檢出離原點(diǎn)的第一最大峰值及對(duì)應(yīng)的時(shí)值Kf，便可得到胎兒心動(dòng)周期Tf=Kf?Δτ，則胎兒瞬時(shí)心率為f=1/Tf。實(shí)際中，由于自相關(guān)結(jié)果并非在N→∞的理想條件下獲得的，存在一些不可抑制的干擾因素。因此，先用比率法降低噪聲，然后利用先驗(yàn)心率確定自相關(guān)結(jié)果搜索的范圍，并根據(jù)臨床胎心率變化的特征設(shè)定計(jì)算心率峰值位置判斷條件如下：第33頁(yè)/共47頁(yè)信號(hào)處理（圖形）①rate_now>180，心率失效點(diǎn)；②100<rate_now<160，心率有效點(diǎn)；③當(dāng)前次心率fheart=0，rate_now-fheart>180，取前次心率；④當(dāng)前次心率fheart≠0，rate_now=0，取前次心率；⑤當(dāng)前次心率fheart≠0，ABS(rate_now－fheart)>0.1×fheart，取前次心率；⑥連續(xù)4次rate_now=0，則當(dāng)前rate_now=0。經(jīng)過(guò)上述處理，可以從胎兒心搏信號(hào)提取出胎兒心率信號(hào)，如圖所示圖。

從胎兒心搏信號(hào)提取出胎兒心率信號(hào)第34頁(yè)/共47頁(yè)五、醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻域處理頻譜分析就是以組成信號(hào)的正弦波的頻率為變量研究一定頻率下信號(hào)特征（幅度）的方法。功率譜分析是說(shuō)明信號(hào)中各頻率分量對(duì)應(yīng)的功率分布。對(duì)于離散信號(hào)，采用離散傅立葉變換將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，從而了解信號(hào)的頻率成分和分布情況；用時(shí)域自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換或周期圖法計(jì)算信號(hào)的功率譜；第35頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻域處理_續(xù)1例如，從ECG表面電極獲取人體體表呼吸?。跫。┑募‰娦盘?hào)（EMG），混有極強(qiáng)的人體心電信號(hào)(ECG)的干擾，從圖可見到有規(guī)則的心電信號(hào)的干擾，此外還有來(lái)自于肌肉收縮的干擾、血液的流動(dòng)等。第36頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻域處理_續(xù)2選擇Butterworth高通濾波器，設(shè)置下限截止頻率為100Hz，對(duì)肌電信號(hào)先進(jìn)行數(shù)字濾波處理，下圖是經(jīng)濾波處理后的體表呼吸肌肌電信號(hào)效果。第37頁(yè)/共47頁(yè)圖15體表呼吸肌肌電信號(hào)的能量譜估計(jì)醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻域處理_續(xù)3對(duì)濾波后的體表呼吸肌肌電信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換分析，利用選定分析范圍（加窗）和數(shù)據(jù)平滑的方法，對(duì)體表呼吸肌肌電信號(hào)的能量譜估計(jì)。第38頁(yè)/共47頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)的頻域處理_續(xù)4頻域分析對(duì)兩信號(hào)，通過(guò)分析互相關(guān)函數(shù)譜的正弦和余弦分量，比較兩波形信號(hào)的相關(guān)性；通過(guò)計(jì)算它們的功率差譜和二階譜，了解兩信號(hào)同譜分量的差異和共有的同譜分量等，例如，測(cè)量左、右、上肢或下肢的阻抗或脈波信號(hào)間的譜差異，以判斷不同部位（如兩肢）的生理病理狀態(tài)[7]。第39頁(yè)/共47頁(yè)六、時(shí)頻分析時(shí)頻表示（Time－FrequencyRepresentation，TFR）是把一維信號(hào)或系統(tǒng)表