關于生物醫學信號處理與分析軟件系統設計的問題

生物醫學信號處理

1、生物醫學信號處理

生物醫學信號處理，特別是長時間記錄的生物醫學信號處理，是研究生物節律，生理參數隨時間變化規律不可缺少的工具，也是從信號中提取發現偶發異常事件的必要方法手段。通常這些信號都是以時間序列的形式出現，如24小時記錄的心電圖、腦電圖、心率、血氧飽和度、血壓、體溫、體動、呼吸等，可以反映出人體處于不同狀態下的變化規律，如運動、休息、工作、睡眠等時人體基本生理參數的變化規律，從而評介人體的功能狀態，如疲勞，疾病，特別是慢性病的控制（心臟病、高血壓）是否適合某種工作（駕駛飛機、火車、預警飛機等），也可以衡量訓練鍛煉強度是否合適。

2、生物醫學信號處理方法

對于生物醫學信號處理根據實際的不同需要分為實時和回顧處理兩種，通常針對一項處理任務在不同階段這兩種都需要使用。實時處理包括獲取信號的實時顯示，對異常情況及時報警，并且保存數據；回顧分析則包括記錄信號的回顧顯示，交互式信號分析，可以仔細的研究信號的前后變化特點，發現規律。因此生物醫學信號處理方法包括實時數據采集存儲，實時信號顯示，實時參數提取和報警算法。回顧信號分析包括信號瀏覽，信號分析和參數提取，信號分析結果表示，交互式信號分析，信號分析報告打印等，提供醫生一個從信號中挖掘出所需要信息的工具。

3、通用軟件設計

生物醫學信號每時每刻都在產生，只要有手段把它們記錄下來，就會形成海量數據，對于每一類不同的信號都要采用不同的分析處理方法，即使大量的數據存在，也會因為缺少合適的分析軟件工具而使得大量數據中的許多寶貴信息沒有挖掘出來，編制各類信號處理軟件是一件非常繁雜的、經常有重復性的勞動，很費時費力。從把生物醫學信號是時間序列這個特點上來看，有一些共性的東西和通用的方法，因此需要把這些共性的東西抽取出來，形成標準的處理軟件包，可能以控件、類庫、動態連接庫等形式出現，在這些部件的基礎之上，結合特殊信號處理的特殊需要，可以快速打造出適合各種需求的信號處理軟件。節省大量重復性勞動，而且與用戶的交互也一致，即使是不同的軟件用戶學習起來也快。

4、軟件構件化

人類世代傳承與積累，豐富了知識寶庫。軟件作為人們思維與知識載體已經成為信息產業的靈魂與核心。軟件作為人們邏輯思維的知識產品，如何在互聯網時代持續不斷地共享、延續、傳播與發展？出路在于軟件復用，軟件復用歸根到底是知識復用。軟件構件化已經成為軟件工業化的必由之路，同時也是提高軟件生產率與質量、解決軟件危機的主要技術手段。構件的主要特點是可復用(Reusable)、可組裝(Assemblable)和可替換(Replaceable)。構件有5個要素：說明(Specification)、實現(Implementation)、標準(Standard)、部署(Deploy)、封裝(Wrapper)；構件可以是單件，也可以是復合件。軟件構件的前途無限，具有廣闊的市場空間，構件是工業化的標志，構件是軟件發展的新契機，基于構件的軟件開發是軟件產業的一次革命。

5、生物醫學信號處理問題

生物醫學信號處理是迅速發展的數字信號處理領域，在生物醫學研究中有各種各樣待提取和處理的信號。有由生理過程自發產生的主動信號，諸如心電（ECG）、腦電（EEG）、肌電（EMG）、眼電（EOG）、胃電（EGG）等電生理信號和體溫、血壓、脈搏、呼吸等非電生理信號，它們是對人體進行診斷、監護和醫療的重要依據。還有外界施加于人體用以進行探測的被動信號，如超聲波、同位素、X射線等，這時關于生理狀態的信息將通過被動信號的某些參數來攜帶。由于生命機理的復雜性使得生物系統變得復雜，因此如何從這些信號中提取所需的信息既是一個困難 而且重要的課題，又是一個研究生命科學的有力工具。

6、醫學信號的共同特點

（1）微弱 uV或者mV級；（2）超低頻，如呼吸信號0.3 Hz，胃電主頻0.05Hz左右，心電主成分小于50Hz，心音的高頻分量為1000Hz；（3）信噪比低，對放大器要求嚴格；（4）工頻干擾強，且在有效頻帶內，故濾除工頻干擾的技術要求高也比較難。

7、醫學信號分類

有的主要屬于確定性信號（如心電、心音、阻抗等），有的主要屬于隨機信號（含有確定性分量），如腦電、肌電、胃電（平滑肌電）等，因此對醫學信號處理涉及對確定性信號的處理及對隨機信號處理。人體信號的產生可以分成三類，其一是被動的或外源性的信號，探測的信號是人體對外源信號的響應（反射、吸收、散射等）；其二是主動信號或者叫內源信號，如心電信號，心音信號，血壓信號等，探測的是人體組織或者器官產生的信號；其三是感生信號，或者叫外源誘發的內源信號，如磁共振信號，某些熒光信號即屬該類。

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