生物醫(yī)學(xué)信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)，它是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號(hào)，從信號(hào)本身特征、檢測(cè)方式到處理技術(shù)，都不同于一般的信號(hào)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、生理醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域起著十分重要的作用。本文闡述了生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的組成、研究現(xiàn)狀和進(jìn)展。介紹了生物醫(yī)學(xué)信號(hào)時(shí)域、頻域與時(shí)頻域的處理方法。分析了生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中所面臨的關(guān)鍵問題和解決辦法。并對(duì)醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

一、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)由于受到人體諸多因素的影響，因而有著一般信號(hào)所沒有的特點(diǎn)。①信號(hào)弱，例如從母體腹部取到的胎兒心電信號(hào)10~50μV。腦干聽覺誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)小于1μV。②噪聲強(qiáng)，由于人體自身信號(hào)弱，加之人體又是一個(gè)復(fù)雜的整體，因此信號(hào)易受噪聲的干擾。如胎兒心電混有很強(qiáng)噪聲，它一方面來自肌電、工頻等干擾，另一方面，在胎兒心電中不可避免地含有母親心電，母親心電相對(duì)我們要提取的胎兒心電則變成了噪聲。③頻率范圍一般較低，除心音信號(hào)頻譜成份稍高外，其他電生理信號(hào)頻譜一般較低。④隨機(jī)性強(qiáng)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)不但是隨機(jī)的，而且是非平穩(wěn)的。正是因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)信號(hào)的這些特點(diǎn)，使得生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理成為當(dāng)代信號(hào)處理技術(shù)最可發(fā)揮其威力的一個(gè)重要領(lǐng)域。

二、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的分類

生物信號(hào)如從電的性質(zhì)來講，可以分成電信號(hào)和非電信號(hào)，如心電、肌電、腦電等屬于電信號(hào)；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號(hào)，非電信號(hào)又可分為：①機(jī)械量，如振動(dòng)（心音、脈搏、心沖擊、Korotkov音等）、壓力（血壓、氣血和消化道內(nèi)壓等）、力（心肌張力等）；②熱學(xué)量，如體溫；③光學(xué)量，如光透射性（光電脈波、血氧飽和度等）；④化學(xué)量，如血液的pH值、血?dú)?、呼吸氣體等。如從處理的維數(shù)來看，可以分成一維信號(hào)和二維信號(hào)，如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于一維信號(hào)；而腦電圖、心電圖、肌電圖、X光片、超聲圖片、CT圖片、核磁共振（MRI）圖像等則屬于二維信號(hào)。

三、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)方法

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)是對(duì)生物體中包含生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)、變量和成份等信息的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的研究，是根據(jù)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)所采集到的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)進(jìn)行分析、解釋、分類、顯示、存貯和傳輸，其研究目的一是對(duì)生物體系結(jié)構(gòu)與功能的研究，二是協(xié)助對(duì)疾病進(jìn)行診斷和治療。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科研究中的一個(gè)先導(dǎo)技術(shù)，由于研究者所站的立場(chǎng)、目的以及采用的檢測(cè)方法不同，使生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)的分類呈現(xiàn)多樣化，具體介紹如下：①無創(chuàng)檢測(cè)、微創(chuàng)檢測(cè)、有創(chuàng)檢測(cè)；②在體檢測(cè)、離體檢測(cè)；③直接檢測(cè)、間接檢測(cè)；④非接觸檢測(cè)、體表檢測(cè)、體內(nèi)檢測(cè)；⑤生物電檢測(cè)、生物非電量檢測(cè)；⑥形態(tài)檢測(cè)、功能檢測(cè)；⑦處于拘束狀態(tài)下的生物體檢測(cè)、處于自然狀態(tài)下的生物體檢測(cè)；⑧透射法檢測(cè)、反射法檢測(cè)；⑨一維信號(hào)檢測(cè)、多維信號(hào)檢測(cè)；⑩遙感法檢測(cè)、多維信號(hào)檢測(cè)；一次量檢測(cè)、二次量分析檢測(cè)；分子級(jí)檢測(cè)、細(xì)胞級(jí)檢測(cè)、系統(tǒng)級(jí)檢測(cè)。

四、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理

技術(shù)自然界中廣泛的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是連續(xù)的，人們處理生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的程序一般是先經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。本文對(duì)一維信號(hào)的處理方法進(jìn)行探討。

時(shí)域方法——AEV方法AEV方法原是通信研究中用于提高信噪比的一種疊加平均法，在醫(yī)學(xué)研究中也叫平均誘發(fā)反應(yīng)法，簡稱AEV（averagedevokedresponse）方法。所謂誘發(fā)反應(yīng)就是肌體對(duì)某個(gè)外加刺激所產(chǎn)生的反應(yīng)，AEV方法常用來檢測(cè)那些微弱的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，如希氏束電圖、腦電圖、耳蝸電圖等。希氏束電圖的信號(hào)幅度僅1~10μV，它們?cè)谟肁EV方法檢測(cè)之前，幾乎或完全淹沒在很強(qiáng)的噪聲中，這些噪聲包括自發(fā)反應(yīng)、外界干擾、儀器噪聲。AEV方法要求噪聲是隨機(jī)的，并且其協(xié)方差為零，信號(hào)是周期或重復(fù)產(chǎn)生的，這樣經(jīng)過N平方次疊加，信噪比可提高N倍，使用AEV方法的關(guān)鍵是尋找疊加的時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)。