心電信號(hào)的特征提取分析與處理

　　生物醫(yī)學(xué)儀器包括了診斷儀器和治療儀器兩大類。在診斷儀器中要尋找對(duì)診斷有意義的具有某種特征的信號(hào)或信號(hào)的某種特征量。在治療儀器中同樣需要確定特征信號(hào)的存在或信號(hào)特征量的大小去控制治療部分的工作。一般說來，信號(hào)并不能直接提供這些信息，它們需要應(yīng)用信號(hào)處理方法去提取。例如，臨床的常規(guī)腦電圖檢查可為腦損傷、腦血栓、內(nèi)分泌疾病等的診斷、預(yù)防和治療提供信息。另外腦電圖也常用來作睡眠、麻醉深度的監(jiān)護(hù)。但是白發(fā)腦電圖的時(shí)域波形很不規(guī)則。不但它的節(jié)律隨精神狀態(tài)變化而改變，而且在基本節(jié)律的背景下還會(huì)不時(shí)地發(fā)生一些瞬態(tài)變化。傳統(tǒng)的分析方法是用領(lǐng)域分析方法，用它的基本節(jié)律作為腦電圖的基本特征量。?

　　從信號(hào)中提取特征量的常用方法有譜分析、波形分析、建立模型等多種。有了特征量，就要根據(jù)它們進(jìn)行診斷。診斷就是分類?，F(xiàn)用的模式分類方法有統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、句法分析、模糊模式識(shí)別等。上述這些內(nèi)容正是信號(hào)處理學(xué)科的主要研究對(duì)象，實(shí)際上這些方法現(xiàn)在也并不成熟。例如，在研究大腦感覺機(jī)制，提取誘發(fā)響應(yīng)時(shí)，常常采用重復(fù)刺激方法和相干平均技術(shù)來克服自發(fā)腦電活動(dòng)，增強(qiáng)有用信息。污染信號(hào)的噪聲可以是加性的（即觀測(cè)等于信號(hào)的噪聲之和）、相乘性的（即觀測(cè)等于信號(hào)與噪聲的積）；也可能有用的信息僅與信號(hào)的一部分有關(guān)，而與有用信息非相關(guān)部分也被看成噪聲?？傊?，噪聲的性質(zhì)是多種多樣的。數(shù)字濾波器是增強(qiáng)信息、抑制噪聲的常用方法，然而它對(duì)于頻帶重疊的信號(hào)與噪聲無能為力。因此消噪問題是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理研究的又一個(gè)重要內(nèi)容。?

　　?目前生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中應(yīng)用的抑制噪聲和信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)，常需要信號(hào)與噪聲統(tǒng)計(jì)特性的先驗(yàn)知識(shí)，先驗(yàn)知識(shí)越完整，增強(qiáng)信號(hào)的效果越顯著。然而得到這些先驗(yàn)知識(shí)常常又是困難的，這種要求限制了諸如維納濾波、卡爾曼濾波等技術(shù)的應(yīng)用。自適應(yīng)方法可以自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)來適應(yīng)信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性而不依賴先驗(yàn)知識(shí)，因而引起了廣泛的注意。在某種情況下，需要將信號(hào)從一個(gè)地點(diǎn)傳送到另一個(gè)地點(diǎn)。有不少突發(fā)性疾病對(duì)患者威脅極大，例如，猝死和呼吸障礙，為了及時(shí)搶救，在患者家里安裝監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采集的經(jīng)電話電路傳到監(jiān)護(hù)中心，使患者處于醫(yī)護(hù)人員的監(jiān)護(hù)之下。

? ? ? ? 心臟周圍的組織和體液都能導(dǎo)電，因此可將人體看成為一個(gè)具有長(zhǎng)、寬、厚三維空間的容積導(dǎo)體。心臟好比電源，無數(shù)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位變化的總和可以傳導(dǎo)并反映到體表。在體表很多點(diǎn)之間存在著電位差，也有很多點(diǎn)彼此之間無電位差是等電的。心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化，這些生物電的變化稱為心電。人體心電信號(hào)是非常微弱的生理低頻電信號(hào)，通常最大的幅值不超過5mV，信號(hào)頻率在0．05～100Hz之間。心電信號(hào)是通過安裝在人體皮膚表面的電極來拾取的。由于電極和皮膚組織之間會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，會(huì)對(duì)心電信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。加之人體是一個(gè)復(fù)雜的生命系統(tǒng)，存在各種各樣的其他生理電信號(hào)對(duì)心電信號(hào)產(chǎn)生干擾。同時(shí)由于我們處在一個(gè)電磁包圍的環(huán)境中，人體就像一根會(huì)移動(dòng)的天線，從而會(huì)對(duì)心電信號(hào)產(chǎn)生50Hz左右的干擾信號(hào)。心電信號(hào)具有微弱、低頻、高阻抗等特性，極容易受到干擾，所以分析干擾的來源，針對(duì)不同干擾采取相應(yīng)的濾除措施，是數(shù)據(jù)采集重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題。