生物醫(yī)學(xué)電源模型和三維問(wèn)題.ppt

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第五章生物醫(yī)學(xué)電源模型和三維問(wèn)題(Electro-signalSourceModeland3DProblemsinBiomedicine),,第一節(jié)生物電信號(hào)源的偶極子模型（DipoleModelforBio-electro-signalSource）,理論上，任何細(xì)胞的興奮都會(huì)產(chǎn)生電現(xiàn)象。現(xiàn)在研究得較多的有肌電（心肌、骨骼肌和平滑?。┈F(xiàn)象和神經(jīng)系統(tǒng)（中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)、誘發(fā)）電現(xiàn)象。本章將以用得最廣的心肌電現(xiàn)象進(jìn)行說(shuō)明。,一、生物電現(xiàn)象,細(xì)胞受到刺激興奮時(shí)，細(xì)胞內(nèi)外電位差發(fā)生變化，離子通道開(kāi)放，產(chǎn)生通過(guò)通道的電解質(zhì)傳導(dǎo)電流，另外還有由于細(xì)胞內(nèi)外電位差發(fā)生變化而產(chǎn)生的位移電流。,二、生物電偶極子,三、心電偶極子和Einthoven學(xué)說(shuō),在研究人體電現(xiàn)象時(shí)，有解剖坐標(biāo)系（對(duì)象為參照）和幾何坐標(biāo)系（觀察者為參照）。Einthoven學(xué)說(shuō)是把整個(gè)心臟的電活動(dòng)等效于一個(gè)空間心電偶極子P。把雙極肢體導(dǎo)聯(lián)I、II、III看成人體正面（frontalview）一個(gè)等邊三角形，稱為Einthoven三角形。,第二節(jié)傳輸介質(zhì)和導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)（TrasmissionMediaandLeadSystm）,一、信號(hào)源和傳輸介質(zhì)特性(一)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)源特性1．體擴(kuò)展源特性（3Dextendedfeatureforbioelectrosignalsource）2．傳播的局限性（propagationlimitation）3．寬帶特性（widebandcharacteristics）,(二)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)傳輸介質(zhì)特性,1.非均勻性(inhomogeneity)生物信號(hào)在體內(nèi)的傳播，是在非常不均勻的傳輸介質(zhì)中的傳播。2.各向異性(anisotropy)不但生物電信號(hào)源沒(méi)有球?qū)ΨQ性，體內(nèi)傳輸介質(zhì)也無(wú)球?qū)ΨQ性。因此，在不同方向的測(cè)量，有不同的衰減，不同的相移，再加上介電常數(shù)的頻散特性，使之對(duì)信號(hào)的不同成分也有不同的衰減和相移，因而即使是在對(duì)稱方向測(cè)量的信號(hào)也可能并不具有對(duì)稱性。,(三)測(cè)量的近場(chǎng)性,生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的測(cè)量實(shí)踐，都是在靠近非對(duì)稱的擴(kuò)展信號(hào)源很近的距離上完成的。不滿足電偶極子近似的條件，更不滿足點(diǎn)源的條件。體表測(cè)量的信號(hào)主要反映其附近的組織的狀態(tài)（正常或病理）和特征。如要用心電信號(hào)反映后壁心肌梗塞要使用背部靠近左心室的電極（V8、V9）。因此，在心電、腦電測(cè)量中，采用多電極系統(tǒng)就成了一種自然的需要。,二、導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng),(一)Wilson導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)及其中心電端學(xué)說(shuō)1．加壓導(dǎo)聯(lián)(augmentedleads)2．中心電端3.單極胸導(dǎo)聯(lián)V1~V6六個(gè)單極胸導(dǎo)聯(lián)的位置如圖所示。,三、心電信號(hào)波形和時(shí)間參量,1.心電信號(hào)波形的命名和意義電勢(shì)不為0的各種形狀的波形，從左到右（幾何坐標(biāo)系）分別稱為P波（Pwave）、Q波（Qwave）、R波（Rwave）S波（Swave）、后三者合起來(lái)稱為QRS復(fù)合波（QRScomplex）、往后為T(mén)波(Twave)、U波(Uwave)。心電信號(hào)各波形的生理意義為：P波為心房去極化波。QRS復(fù)合波為心室去極化波。T波為心室復(fù)極化波。,,2.心電信號(hào)波形的間期間期是重要的波形特征點(diǎn)間的時(shí)距（timespan）3.心電信號(hào)波形的時(shí)限所謂時(shí)限是指特征波形延續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，即波形的寬度。,四、正交導(dǎo)聯(lián)空間向量心電圖,一種組態(tài)的正交導(dǎo)聯(lián)：X（X+與X－）：左右腋中線與V2所處的同一水平面（橫面）的交點(diǎn)。Y（Y+與Y－）：通過(guò)鎖骨中線與X軸正交的直線，電極置于該直線上的鎖骨下緣和肋緣處。Z（Z+與Z－）：X、Y軸的交點(diǎn)的前胸與后背的對(duì)應(yīng)位置的連線。規(guī)定X、Y、Z軸的方向?yàn)樽?、前、下為?如圖5-7。,,,心電向量環(huán)的作法：實(shí)際上平面心電向量環(huán)就是平面李薩如圖形。在臨床上或心電學(xué)中心電向量環(huán)的作法如下：正面（frontal:額面）心電向量環(huán)：由測(cè)量的X、Y軸的心電信號(hào)合成。側(cè)面（sagittal:矢狀面）心電向量環(huán)：由測(cè)量的Y、Z軸的心電信號(hào)合成。水平面（horizontal:橫面或冠壯面）心電向量環(huán)：由測(cè)量的X、Z軸的心電信號(hào)合成。空間心電向量環(huán):可由測(cè)量的X、Y、Z軸的心電信號(hào)進(jìn)行三維合成。計(jì)算機(jī)技術(shù)使心電向量環(huán)的繪制十分方便和穩(wěn)定。,五、導(dǎo)聯(lián)陣體表電位標(biāo)測(cè),前面已經(jīng)論及，心電源是擴(kuò)展源（extendedsource），且體表心電測(cè)量屬于近場(chǎng)測(cè)量，再加上介質(zhì)和場(chǎng)的非均勻性（Nonhomogeneity）、各向異性（anisotropy），致使心前區(qū)的電極主要反映電極附近的心肌的電活動(dòng)，因此，就有了心前區(qū)電極陣的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。,第三節(jié)一維信號(hào)參數(shù)測(cè)量(1DSignal-ParameterMeasurement),一、基線校直（Baselinealignment）在典型的心電信號(hào)圖形中，一般認(rèn)為P-R段和U-P段基本上處于0電勢(shì)線。應(yīng)該特別指出的是，由于心電信號(hào)的ST段的抬高或降低有重要的生理和臨床診斷意義，因此，在心電信號(hào)處理中，要特別慎用高通濾波技術(shù)，因?yàn)楦咄V波技術(shù)對(duì)ST段的狀態(tài)（特別是電壓值）有嚴(yán)重影響。還要指出的是，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)，特別是心電信號(hào)，基線并非對(duì)稱軸，因此，在時(shí)域特征提取中要特別慎用去均值技術(shù)，因?yàn)槿ゾ狄矊?duì)ST段的電壓值有嚴(yán)重影響。,二、QRS復(fù)合波的檢測(cè)R波的準(zhǔn)確定位,在心電信號(hào)參數(shù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量中，QRS位置的確定，特別是R波位置的準(zhǔn)確測(cè)定是心電信號(hào)測(cè)量中的核心問(wèn)題。下面介紹一種成功用于R波的位置的準(zhǔn)確測(cè)定方法：最大一階導(dǎo)數(shù)加最大值雙重搜索算法。,,1．求一階導(dǎo)數(shù)2．向前搜索一階導(dǎo)數(shù)最大（絕對(duì)）值3．搜索局部一階導(dǎo)數(shù)最大值4．R波峰位置和幅值的搜索5.P、Q、S、T波峰位置和幅值的搜索(1)Q波峰位置和幅值的搜索(2)P波峰峰位置和幅值的搜索(3)S、T波峰位置和幅值的搜索,四、時(shí)間測(cè)量,對(duì)于心電信號(hào)的時(shí)間測(cè)量，大概分為兩類(lèi)：一類(lèi)叫間期（interval），另一類(lèi)叫時(shí)限（duration。對(duì)于心電信號(hào)來(lái)說(shuō)，一般首先確定QRS的位置，具體說(shuō)是R波的位置，常選II或V5這樣一些R波明顯且直立導(dǎo)聯(lián)。1.間期測(cè)量2.時(shí)限測(cè)量3.時(shí)段測(cè)量4．時(shí)間參數(shù)的計(jì)算,,五、幅值測(cè)量在校正了基線的情況下，幅值測(cè)量很容易完成。如果采樣序列，如ECS（n）已經(jīng)校準(zhǔn)，則某個(gè)特征點(diǎn)的值就是該點(diǎn)的幅值，兩點(diǎn)的幅度差，也就是序列兩點(diǎn)值之差。六、波的形態(tài)分析,第四節(jié)二維信號(hào)及合成(2DSignalandTheirSynthesis),一、二維信號(hào)的圖形合成二、二維信號(hào)的線性數(shù)字合成三、二維數(shù)字信號(hào)的矢量合成1.二維數(shù)字信號(hào)的矢量（向量）合成算法2.信號(hào)的矢量合成改變了頻率的分布特性3.交叉項(xiàng)的產(chǎn)生,第五節(jié)二維信號(hào)及合成(3DSignalandTheirSynthesis),信號(hào)的三維合成可以看成二維合成的簡(jiǎn)單推廣，故類(lèi)似問(wèn)題不再敘述。信號(hào)的三維合成也可分為三維圖形合成，三維線性合成和三維矢量合成。信號(hào)的三維圖形合成產(chǎn)生空間矢量圖,