生物醫(yī)學(xué)信號屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號，它是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號，從信號本身特征、檢測方式到處理技術(shù)，都不同于一般的信號。生物醫(yī)學(xué)信號檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)、運(yùn)動醫(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)檢測中所面臨的關(guān)鍵問題和解決辦法。并對醫(yī)學(xué)信號檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

一、生物醫(yī)學(xué)信號的特點(diǎn)

生物醫(yī)學(xué)信號由于受到人體諸多因素的影響，因而有著一般信號所沒有的特點(diǎn)。①信號弱，例如從母體腹部取到的胎兒心電信號10~50μV。腦干聽覺誘發(fā)響應(yīng)信號小于1μV。②噪聲強(qiáng)，由于人體自身信號弱，加之人體又是一個(gè)復(fù)雜的整體，因此信號易受噪聲的干擾。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，除心音信號頻譜成份稍高外，其他電生理信號頻譜一般較低。④隨機(jī)性強(qiáng)，生物醫(yī)學(xué)信號不但是隨機(jī)的，而且是非平穩(wěn)的。正是因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)信號的這些特點(diǎn)，使得生物醫(yī)學(xué)信號處理成為當(dāng)代信號處理技術(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)信號的分類

生物信號如從電的性質(zhì)來講，可以分成電信號和非電信號，如心電、肌電、腦電等屬于電信號；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號，非電信號又可分為：①機(jī)械量，如振動（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)狻⒑粑鼩怏w等。如從處理的維數(shù)來看，可以分成一維信號和二維信號，如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于一維信號；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。

三、生物醫(yī)學(xué)信號的檢測方法

生物醫(yī)學(xué)信號檢測是對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進(jìn)行檢測和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)信號處理的研究，是根據(jù)生物醫(yī)學(xué)信號的特點(diǎn)，對所采集到的生物醫(yī)學(xué)信號進(jìn)行分析、解釋、分類、顯示、存貯和傳輸，其研究目的一是對生物體系結(jié)構(gòu)與功能的研究，二是協(xié)助對疾病進(jìn)行診斷和治療。生物醫(yī)學(xué)信號檢測技術(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、目的以及采用的檢測方法不同，使生物醫(yī)學(xué)信號的檢測技術(shù)的分類呈現(xiàn)多樣化，具體介紹如下：①無創(chuàng)檢測、微創(chuàng)檢測、有創(chuàng)檢測；②在體檢測、離體檢測；③直接檢測、間接檢測；④非接觸檢測、體表檢測、體內(nèi)檢測；⑤生物電檢測、生物非電量檢測；⑥形態(tài)檢測、功能檢測；⑦處于拘束狀態(tài)下的生物體檢測、處于自然狀態(tài)下的生物體檢測；⑧透射法檢測、反射法檢測；⑨一維信號檢測、多維信號檢測；⑩遙感法檢測、多維信號檢測；一次量檢測、二次量分析檢測；分子級檢測、細(xì)胞級檢測、系統(tǒng)級檢測。

四、生物醫(yī)學(xué)信號的處理

技術(shù)自然界中廣泛的生物醫(yī)學(xué)信號是連續(xù)的，人們處理生物醫(yī)學(xué)信號的程序一般是先經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。本文對一維信號的處理方法進(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)就是肌體對某個(gè)外加刺激所產(chǎn)生的反應(yīng)，AEV方法常用來檢測那些微弱的生物醫(yī)學(xué)信號，如希氏束電圖、腦電圖、耳蝸電圖等。希氏束電圖的信號幅度僅1~10μV，它們在用AEV方法檢測之前，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)。