计算机生物信号采集处理-PowerPointPrese
生物信号采集系统的使用讲解
生物信号采集系统的使用讲解计算机生物信号采集处理系统的认识及使用计算机是一种现代化、高科技的自动信息分析、处理设备。
随着电子计算机技术在生物、医学领域的广泛应用，使原先不易进行的某些生物信息的检测，变得简易可行。
利用计算机采集、处理生物信息，让计算机进入机能学实验室已成为必然趋势。
计算机生物信号采集处理系统就是以计算机为核心，结合可扩展的软件技术，集成生物放大器与电刺激器，并且具备图形显示、数据存储、数据处理与分析等功能的电生理学实验设备。
对生物信号采集系统的了解和熟练使用，是今后对完成生理学实验的数据和图形采集、储存和处理所必须具备的基本技能之一。
一、目的要求1、熟悉计算机生物信号采集处理系统的基本原理及组成；2、熟悉并掌握计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用方法。
二、内容1、学习计算机生物信号采集处理系统的组成及原理；2、计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用。
三、计算机生物信号采集处理系统的工作原理现代生物机能实验系统的基本原理是：首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大（有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，根本无法观察）、滤波（由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察）等处理，然后对处理的信号通过模数转换进行数字化并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集硬件传入的数字信号，然后对这些收到的信号进行实时处理，一方面进行生物机能波形的显示，另一方面进行生物机能信号的实时存贮，另外，它还可根据操作者的命令对数据进行指定的处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。
对于存贮在计算机内部的实验数据，生物机能实验系统软件可以随时将其调出进行观察和分析，还可以将重要的实验波形和分析数据进行打印。
生物医学信号处理ppt
<,>为广义的内积运算
12
傅立叶变换
基底（“滤波镜片”）的基本运算只有时间上的缩放， 本质是调节镜片的透光频率。
e jt cost j sin t
13
基底的缩放 20
f 10 Hz
12
f 6Hz
60
f 30Hz
14
傅立叶变换举例
电话机数字键“2”的波形 F(10*pi)=0, 不包含5Hz F(300*pi)=0, 不包含150Hz F(1394*pi)=20, 包含697Hz F(2672*pi)=20, 包含1336Hz
生物医学信号的分类
（1）由生理过程自发产生的主动信号，例如心 电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、 眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和 体温、血、脉博、呼吸等非电生信号。它们是 对人体进行诊断、监护和治疗的重要依据。 （2）外界施加于人体、把人体作为通道、用以 进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X 射线等。关于生理、病理状况的信息将通过被 动信号的某些参数来携带。
频率分辨率取1000Hz也可。
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傅立叶变换举例
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傅立叶变换举例
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干扰和噪声
• 随机信号或随机过程(random process)是普遍存在 的。一方面，任何确定性信号经过测量后往往就 会引入随机性误差而使该信号随机化；另一方面， 任何信号本身都存在随机干扰，通常把对信号或 系统功能起干扰作用的随机信号称之为噪声。
学中去。
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傅立叶变换 Fourier Transform
傅里叶变换的基本思想是将信号分解成 一系列不同频率的连续正弦波的叠加，或 者从另外一个角度来说是将信号从时间域 转换到频率域。
生物信号采集处理系统简介
生物信号采集处理系统简介微机生物信号采集处理系统近年来随着计算机技术的迅猛发展和普及及信号实时采集处理技术日趋成熟，生物信号采集处理仪器已在生理学科实验室得到普及应用。
一台生物信号采集处理仪往往具有对多个生物信号放大、记录、信号输出和刺激输出的功能，有的还具有对信号进行滤波、微分和积分的功能，生物信号采集处理仪能替代目前生理学科教学实验室中使用的前置放大器、示波器、记录仪、监听器和刺激器，甚至可替代微分器和积分器。
生物信号采集处理仪能对采集的信号进行自动分析、变换、频谱和功率谱分析。
生物信号采集处理仪能大大简化实验室仪器设备，提高实验效率，为深化现有实验和开设新的实验提供了非常好的实验平台。
一、微机生物信号采集处理系统构成生物信号采集处理系统由硬件与软件两大部分组成。
硬件主要完成对各种生物电信号（如心电、肌电、脑电）与非电生物信号（如血压、张力、呼吸）的调理、放大，并进而对信号进行模/数（A/D）转换，使之进入计算机。
软件主要用来对信号调理、放大、A/D转换的控制及对已经数字化了的生物信号进行显示、记录、存储、分析处理及打印。
工作原理如下图所示。
二、硬件平台微机生物信号采集处理系统利用微型计算机实现对生物信号的采集和处理，不同的微机生物信号采集处理仪对微机的要求有所不同。
国产微机生物信号采集处理仪要求普通PC机，MacLab 则要求以Macintosh计算机为硬件平台。
微机生物信号采集处理系统与计算机的连接方式有：1．通过计算机的ISA（Industry Standard Architecture）槽口连接，其信号采集卡插在计算机主板的ISA槽口上。
现在生产的计算机，其主板上很少有ISA槽口。
这种类型的仪器现已经被逐步淘汰。
2．通过计算机的USB（Universal Serial Bus）接口连接，Pentium Ⅱ及以上的微机都有USB接口。
采用USB1.1接口的仪器，其命令和数据传输不是很好。
生物医学信号处理(全套课件362P)
改变这给生物医学信号的处理带来了困难
医学资料 8
表1 一些医学信号的特点
医学资料 9
医学资料 10
医学资料 11
人体心脏磁信号
医学资料 12听神经动作电位
医学资料 13正常人心电信号
医学资料 14
生物医学信号分类化学信息指组成人体的有机物在发生
变化时所给出的信息它属于生物化学
带限信号
最高频率
fc又叫截止频率
为有限值的信号
采样频率
又叫采样率
单位时间内获取的数据点数是采样时间间隔的倒数即
采样频率fs1△t
0赖奎斯特频率fN等于两倍信号截止频率的频率fc即
fN 2fc
1赖奎斯特条件fs fN即fs 2fc采样定理若模拟信号xt是带限信号且采样频率满足赖奎斯
特条件则可由获得的数字信号xn完全确定原始信号xt
的关键技术隔离浮置1隔离
接入人体的测量回路与其
余电路隔离隔离技术有光隔离变压器隔离
场隔离采用发射与接收分离的方式2浮置
检查床和设备有良好的
本地接地接地电阻01Ω与人体测量回路
不能共地
医学资料 26放大器的主要性能参数有6个1共模抑制比
定
义为差模信号放大倍数与共模信号放大倍数之比通常用分
贝dB数表示如CMRR 90dB 表示差模信号放大倍数与
大倍数要求高的如大于90dB共模抑制比
的非时变线性系统
4模数数模转换子系统模拟量转换为数字量现有8位12位
16位及更多位转换精度及各种采样速率的器件或系统可选用
5计算机子系统 信号的处理分析保存显示等包括主机
和外设如打印机绘图仪鼠标器等
医学资料 24
数据采集与处理演示幻灯片
第三章 数据采集与处理技术
1
1、误差校正 2、数字滤波 3、标度转换 4、越限报警
2
在计算机控制系统中， 数据采集与处理是最 基本的功能。 生产过程的各参数通过传感器、 变送器、输入通道，以数字量的形式进入计算 机中。计算机在对这些数字量进行控制、显示、 存储、打印之前，必须根据 需要进行一定的数 据处理。
6
1）首先测量第0 路的校准信号（接地信号）。理论上电压 为零的信号，经放大电路、A/D转换电路进入CPU的数值应当 为零，而实际上由于零点偏移产生了一个不等于零的数值， 这个值就是零点偏移值N0。
2）然后依次采集1、2、… n各路的值，每次采集到的数字 量N1、N2、… Nn值是实际值与零点偏移值N0之和。
3)对经过前两步得到的测量数据进行分析，寻找规律，判断 事物性质，生成所需要的控制信号，此称为 二次处理。
信号调理都是由硬件完成，而一次和二次处理一般由软件实 现。通常所说的数据处理多指上述的一次处理。一次处理的 主要任务是提高检测数据的可靠性，并使数据格式化、标准 化，以便运算、显示、打印或记录。
系统校准主要适用于传感器特性随时间会发生变化的场合。 如电容式湿度传感器，其输入输出特性会随着时间而发生变 进行一次系统校准。
9
3.2 数字滤波处理
计算机系统通过输入通道采集到的数据信号，虽经 硬件的抗干扰处理，仍会有很多随机干扰噪声。因 此，为了达到准确的测量与控制， 一般情况下还需 要进行数字滤波。
V ? VR N NR
8
如果在校准时，计算并存放VR／NR的值作为校准系数，则测 量校准时，只需行一次乘法即可。
有时校准输入信号 VR不容易得到，这时可采用输入信号 Vi。 校准时，计算机测出这时的对应输入 Ni，而人工采用其它的 高精度仪器测出这时的Vi，并输入计算机中，然后计算机计 算并存放Vi／Ni的值，代替前面的VR／NR来作校准系数
生物信号采集处理系统简介
生物信号采集处理系统简介微机生物信号采集处理系统近年来随着计算机技术的迅猛发展和普及及信号实时采集处理技术日趋成熟，生物信号采集处理仪器已在生理学科实验室得到普及应用。
一台生物信号采集处理仪往往具有对多个生物信号放大、记录、信号输出和刺激输出的功能，有的还具有对信号进行滤波、微分和积分的功能，生物信号采集处理仪能替代目前生理学科教学实验室中使用的前置放大器、示波器、记录仪、监听器和刺激器，甚至可替代微分器和积分器。
生物信号采集处理仪能对采集的信号进行自动分析、变换、频谱和功率谱分析。
生物信号采集处理仪能大大简化实验室仪器设备，提高实验效率，为深化现有实验和开设新的实验提供了非常好的实验平台。
一、微机生物信号采集处理系统构成生物信号采集处理系统由硬件与软件两大部分组成。
硬件主要完成对各种生物电信号（如心电、肌电、脑电）与非电生物信号（如血压、张力、呼吸）的调理、放大，并进而对信号进行模/数（A/D）转换，使之进入计算机。
软件主要用来对信号调理、放大、A/D转换的控制及对已经数字化了的生物信号进行显示、记录、存储、分析处理及打印。
工作原理如下图所示。
二、硬件平台微机生物信号采集处理系统利用微型计算机实现对生物信号的采集和处理，不同的微机生物信号采集处理仪对微机的要求有所不同。
国产微机生物信号采集处理仪要求普通PC机，MacLab 则要求以Macintosh计算机为硬件平台。
微机生物信号采集处理系统与计算机的连接方式有：1．通过计算机的ISA（Industry Standard Architecture）槽口连接，其信号采集卡插在计算机主板的ISA槽口上。
现在生产的计算机，其主板上很少有ISA槽口。
这种类型的仪器现已经被逐步淘汰。
2．通过计算机的USB（Universal Serial Bus）接口连接，Pentium Ⅱ及以上的微机都有USB接口。
采用USB1.1接口的仪器，其命令和数据传输不是很好。
生物信号采集系统的使用讲义
计算机生物信号采集处理系统得认识及使用
计算机就是一种现代化、高科技得自动信息分析、处理设备。随着电子计算机技术在生物、医学领域得广泛应用,使原先不易进行得某些生物信息得检测,变得简易可行。利用计算机采集、处理生物信息,让计算机进入机能学实验室已成为必然趋势。
计算机生物信号采集处理系统就就是以计算机为核心,结合可扩展得软件技术,集成生物放大器与电刺激器,并且具备图形显示、数据存储、数据处理与分析等功能得电生理学实验设备。对生物信号采集系统得了解与熟练使用,就是今后对完成生理学实验得数据与图形采集、储存与处理所必须具备得基本技系统得基本原理及组成;
2、熟悉并掌握计算机生物信号采集处理系统得基本操作与使用方法。
二、内容
1、学习计算机生物信号采集处理系统得组成及原理;
2、计算机生物信号采集处理系统得基本操作与使用。
三、计算机生物信号采集处理系统得工作原理
现代生物机能实验系统得基本原理就是:首先将原始得生物机能信号,包括生物电信号与通过传感器引入得生物非电信号进行放大(有些生物电信号非常微弱,比如减压神经放电,其信号为微伏级信号,如果不进行信号得前置放大,根本无法观察)、滤波(由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号,这些干扰信号得幅度往往比生物电信号本身得强度还要大,如果不将这些干扰信号滤除掉,那么可能会因为过大得干扰信号致使有用得生物机能信号本身无法观察)等处理,然后对处理得信号通过模数转换进行数字化并将数字化后得生物机能信号传输到计算机内部,计算机则通过专用得生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集硬件传入得数字信号,然后对这些收到得信号进行实时处理,一方面进行生物机能波形得显示,另一方面进行生物机能信号得实时存贮,另外,它还可根据操作者得命令对数据进行指定得处理与分析,比如平滑滤波,微积分、频谱分析等。对于存贮在计算机内部得实验数据,生物机能实验系统软件可以随时将其调出进行观察与分析,还可以将重要得实验波形与分析数据进行打印。
3生物医学信号处理 ppt课件
生物医学传感器
应用化学传感器可检测血、尿等体液 中多种离子浓度；
用于检测酶、抗原、抗体、神经递质、 激素、受体、DNA和 RNA等生物活 性物质的生物传感器亦在研究及迅速 发展之中；
心磁、脑磁等生物磁信号的检测方法 的研究正在受到重视。
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生物医学信号检测的发展趋向
发展微型化、多参数生物医学传感器， 特别是加强化学传感器和生物传感器 的实用化研究；
亲心电所淹没。这给信号的检测与处理带 来了困难。 因此要求采用一系列有效去除噪声的算法。
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1 生物医学信号的特点
频率范围一般较低：经频谱分析可知， 除声音信号（如心音）频谱成分较高 外，其它电生理信号的频谱一般较低。 如心电的频谱为0.01～35Hz，脑电 的频谱分布在l～30Hz之间。
因此在信号的获取、放大、处理时要 充分考虑对信号的频率响应特性。
随机性强：生物医学信号是随机信号，一 般不能用确定的数学函数来描述
它的规律主要从大量统计结果中呈现出来， 必须借助统计处理技术来检测、辨识随机 信号和估计它的特征。
而且它往往是非平稳的，即信号的统计特 征（如均值、方差等）随时间变化而改变。
这给生物医学信号的处理带来了困难。
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生物医学信号处理的主要任务
• 主动的 • 被动的 • 电的和非电的人体物理信息。
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1 生物医学信号的特点
1．信号弱 2．噪声强 3．频率范围一般较低 4．随机性强
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1 生物医学信号的特点
信号弱：直接从人体中检测到的生理 电信号其幅值一般比较小。
• 如从母体腹部取到的胎儿心电信号仅为 10～50μV，
• 脑干听觉诱发响应信号小于1μV， • 自发脑电信号约5～150μV， • 体表心电信号相对较大，最大可达5mV。
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2020.10.20Tuesday, October 20, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。00:33:2900:33:2900:3310/20/2020 12:33:29 AM
实验26 计算机生物信号采集处理 系统的认识及使用
一、实验目的
1、熟悉计算机生物信号采集处理系统的 基本原理及组成。 2、熟悉并掌握计算机生物信号采集处理 系统的基本操作与使用方法 。
二、实验原理
计算机生物信号采集处理系 统是以计算机为核心，结合可扩 展的软件技术，集成生物放大器 与电刺激器，并且具备图形显示、 数据存储、数据处理与分析等功 能的电生理学实验设备。
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2000:33:2900:33Oc t-2020- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。00:33:2900:33:2900:33Tuesday, October 20, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2020.10.2000:33:2900:33:29October 20, 2020
软件主要用来对已经数字化了的生物信号进行显 示、记录、存储、处理及打印输出，同时对系统 各部分进行控制，与操作者进行对话。
Pclab系统工作原理模式图
三、实验材料、用具及试剂
Pclab-UE生物医学信号采集处理系统
三、实验内容 1.计算机生物信号采集处理系统的组成及原理。 2.计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用。
• 打印输出：
对于采样波形的打印输出，可以先通过工具栏上 的“预览”按钮或“文件”菜单中的“打印预 览”菜单项来进行波形的预览，然后通过“文 件”菜单中的“打印”菜单项直接打印输出。 （也可以通过打印预览中的“打印”直接进行 打印输出）
作业与思考
• （一）简述计算机生物信号采集处理系统 的组成及基本原理。
•
• 第二步：选择适当的刺激模式，调整相应的波宽、 幅度、周期、延时、间隔等参数，然后单击工具 栏上的“刺激”按钮即可发出所要刺激。
• 第三步：刺激标记想要显示在哪个通道上，就在 相对应的通道上打钩，这样在当前通道上就可以 显示相应的刺激幅度、波宽与标记。
5.实验结果的存盘及打印输出
• 存盘：
• 全部数据的保存。 • 记录保存。 • 选择保存。
该系统由硬件和软件两大部分组成。
Pclab-UE生物信号采集处理系统（硬件）
硬件主要完成对各种生物电信号（如心电、肌电、 脑电）与非生物电信号（如血压、张力、呼吸）的 采集。并对采集到的信号进行调整、放大，进而对 信号进行模/数（A/D）转换，使之进入计算机。
PclabUE应用软件 运行时窗口 图。
• 第一步，执行“设置”菜单中的“采样条件”菜 单项，打开采样条件设置窗口见下图：
• 第二步，为每个通道在控制面板的通道功能列表框 中选择对应的实验类别，同时确定要计算的内容 ：
• 第三步，适当调节输入范围，时间常数，低通滤 波，陷波，纵向放缩，时验时，要对通道进行调零，执行“设置”菜单中的“当 前通道调零”菜单项进行自动调零如图：（若是偏离太大， 则先调传感器的电位器）
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月20日星期 二12时33分29秒00:33:2920 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午12时33分29秒上午12时33分00:33:2920.10.20
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2020.10.2000:3300:33:2900:33:29Oc t-20
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月20日 星期二12时33分29秒 Tuesday, October 20, 2020
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相信相信得力量。20.10.202020年10月 20日星 期二12时33分 29秒20.10.20
谢谢大家！
四、实验方法与步骤
• 1.生物医学信号放大器使用介绍
PCLAB-UE生物医学信号采集处理系统 开
关
通道1
通道2
通道3
通道4
刺激输出
5V 10V
100V
电源
监听输出
地线接口
USB接口 北京微信斯达科技发展有限责任公司
电源接口
2. Pclab-UE应用软件窗口界面功能介绍
3.一般生物医学信号采集的软件设置操作
• 第五步，对非电信号如血压、张力等可以进行定 标，执行“设置”菜单中的“当前通道定标”菜 单项进行定标。
• 第六步，单击工具栏上的按钮开始采样，在采样 的过程中可以实时调整输入范围、低通滤波、纵 向放缩等各项指标以使波形达到最好的效果，再 次单击此按钮则可停止采样。
4. 刺激器的设置与调整
• 第一步：打开刺激器设置面板，可以通过“设置”菜单下的“刺激器 设置”菜单项来实现，也可以通过工具栏上的按钮在控制面板和刺激 面板间进行切换，此时刺激面板就会代替放大器控制面板以方便您进 行刺激器的参数设置。
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月20 日上午1 2时33 分20.10. 2020.1 0.20
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月20日星期 二上午12时33分29秒00:33:2920.10.20
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 上午12时33分20.10.2000:33October 20, 2020