医学信号处理的原理和方法 曹 银 祥 Dept. of Physiology & Pathophysiology Shanghai Medical College Fudan University
第四讲 原始信号的改善
生物信号的特点 ★信号微弱，如体表诱发脑电、体表希氏束电位等。 ★信号噪声背景大，如诱发脑电伴有自发脑电、胎儿 心电伴有母亲心电等。 ★信号的随机性和非平稳性。 ★干扰 高频磁场干扰 高频电磁场干扰 电场干扰 接地回路的干扰 来自电极的干扰 刺激伪迹
改善信号质量的措施 挑选合适的记录电极和换能器 减小接触阻抗，增强接触稳定性 设计高质量放大器 抗干扰 信号滤波
对放大器稳定性的要求 减小放大器温度漂移 具体措施有：包括放大器元器件挑选、 元器件安装工艺和元器件合理搭配、 参数互补等。 提高放大器共模抑制比 减小电源的纹波系数。
直流电源的纹波系数
1。磁场干扰 2。电场干扰 静电干扰 工频电场的干扰 3。高频电磁场干扰 4。接地回路产生的干扰 5。电极干扰 抗干扰技术 1。磁场干扰 2。电场干扰 静电干扰 工频电场的干扰 3。高频电磁场干扰 4。接地回路产生的干扰 5。电极干扰
磁场干扰 在我们周围存在着各种磁场。它们是由一些磁体和通电的导线或线圈产生的，最常见的磁场干扰源是各种电气设备和仪器中的变压器。 法拉第电磁感应定律：当交变的磁通经过回路所包围的面积时，回路中产生的感生电动势的幅值εm与回路的面积S、磁通的变化频率ω、磁感应强度B以及B和S面的夹角θ等因素有关。当ω、θ、B等量都一定时。εm就与线圈面积S成正比。即εm=KS 。
磁场干扰防止方法(1) 减小输入回路空间面积 磁场干扰防止方法(1) 减小输入回路空间面积
磁场干扰防止方法(2) 变压器屏蔽 图中P为由高导磁率材料制成的外壳
磁场干扰防止方法(3) 屏蔽外磁场
静电干扰 静电干扰是由于静电感应作用而产生的， 干扰源有静电复印机，X光机等。 电场干扰 静电干扰 静电干扰是由于静电感应作用而产生的， 干扰源有静电复印机，X光机等。
对静电干扰的抑制方法是采用静电屏蔽。所谓静电屏蔽就是为了避免外界静电场对电 或非电设备的影响，或者为了避免设备的静电场对外界的影响，需要把这些设备放在导体壳（或导体丝网）里的措施。
工频电场的干扰 在我们周围环境中，工频电场干扰要比静电电场干扰作用大得多。 工频电场干扰一般是通过人体和测量仪器的引线以及人体自身的分布电容以位移电流的形成而产生的 。
位移电流的形成（1）
位移电流的形成（2） G D A Z I V ) ( 2 1 + =
抗工频电场干扰的措施 （1）对电极引线进行电屏蔽 （2）缩短引线长度 （3）把导线尽量靠近或绞合在一起 （3）减小皮肤接触阻抗 （4）缩短两个电极之间的距离，以减小电极 间的内阻抗
接地回路产生的干扰
（1）将两个或多台仪器接到同一 接地点。 （2）只允许有一条地线连接到病 人身上。 抑制接地回路干扰的方法 （1）将两个或多台仪器接到同一 接地点。 （2）只允许有一条地线连接到病 人身上。
刺激伪迹形成的原因
减小刺激伪迹的方法-1
减小刺激伪迹的方法-2
模拟滤波器 （1）简单的RC无源滤波器
时间常数和高频滤波的选取 肌张力和血压：时间常数取DC，高频滤波取50Hz或100Hz 心电、肌电、脑电：时间常数取2S或0.2S，高频滤波取1kHz或10kHz 神经干和细胞电信号：时间常数取0.02S或0.002S，高频滤波取10kHz
电容的隔直作用
(2)有源多阶滤波器 如巴特沃氏滤波器、切比雪夫滤波器等。 滤波器按滤波特性可分为： 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
滤波器滤波特性示意图
抗干扰方法汇总