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机能学生物信号采集与处理基本知识

日期: 2019-04-02
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  机能学生物信号采集与处理基本知识


  生物信号可反映生物体的生命活动状态,因此,生物信号的采集与处理是生物科学研究的重要手段之一。


  生物信号的表现形式具有多样性,既有物理声、光、电、力、气体分压、温度等的变化,又有化学浓度、pH等的变化。生物信号具有种类繁多、信号微弱且互相混叠、非线性、高内阻、干扰因素多等特点。这些特征使得生物信号的采集与处理变得比较困难。


  传统的生物信号采集与处理系统是由功能不同的电子仪器组合而成,如由前置放大器、示波器、记录仪、分割规、尺和计算器等构成。由于近年计算机技术的飞速发展,特别是微型计算机的广泛应用,以及计算机生物信号采集与处理软件的应用,使得经过放大的生物电信号输入计算机进行观察、测量、处理和储存成为可能,而且更为方便、精确。因此,生物信号采集与处理系统逐渐变为以计算机及其相应软件和硬件为核心的数字信号采集处理系统。


  数字化生物信号采集与处理系统和传统的生物信号采集系统相比,生物信号的记录和分析的准确性、实时性、方便性和可靠性有了很大的提高。而且更多的参数可以灵活设置,并可以根据实验需要随时改变,使采集的数据能够共享和进行复杂的多维处理,从而大大提高了系统的性能和实验质量,简化了实验过程。


  一个完整的生物信号采集与处理系统一般包括:生物信号的引导生物信号的放大和滤波、生物信号的采集及生物信号的显示、记录和处理四部分。


  生物信号的引导:这是将生物信号传入到信号采集系统的过程,即将生物电信号(如心电图和脑电图)通过适合的引导电极,或生物非电信号(如血压、呼吸或张力等信号)通过相应的换能器转换为电信号,输入到信号采集与处理系统的放大器。


  生物信号的放大和滤波:首先将微弱的原始生物信号通过放大器进行多级放大,然后对放大后的生物信号进行滤波以减少其中的噪声和干扰。


  生物信号的采集:将放大和滤波后的模拟生物信号通过AD转换器变换为数字信号,然后传递给计算机。


  生物信号的显示、记录和处理:计算机根据用户的要求对传入的数字化生物信号进行显示、存贮和处理,以满足用户的最终要求。


  随着互联网的飞速发展,基于互联网的信息化功能已经融入到实验教学中。最新的信号采集与处理系统通常会融入信息化的功能。


  信息化功能在信号采集与处理系统上的应用主要体现在实验前对学生的指导,实验后对学生实验结果进行无纸化的管理以及实验设备的管理上。在实验前,学生可以从信息化系统学习到实验的相关知识,这些知识包括本实验的历史原理、方法和设备操作等;在实验后,学生可以在系统软件上方便地编辑自己的实验报告,然后传输到实验信息化管理中心,由老师进行网上批阅和管理,同时实验后学生还可以将实验数据传输到实验信息化管理中心存贮,方便以后在任何地方下载进行分析,相当于实验数据的云存贮。


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