1-2 Medical Devices and SystemsThis

1-2 Medical Devices and Systems
This may be due to the fact that the signal is noisy and thus must be “cleaned” (or in more professional
terminology, the signal has to be enhanced) or due to the fact that the relevant information is not “visible”
in the signal. In the latter case,we usually apply some transformation to enhance the required information.
The processing of biomedical signals poses some unique problems. The reason for this is mainly the
complexity of the underlying system and the need to performindirect, noninvasive measurements. A large
number of processing methods and algorithms is available. In order to apply the best method, the user
must know the goal of the processing, the test conditions, and the characteristics of the underlying signal.
In this chapter, the characteristics of biomedical signals will be discussed [Cohen, 1986]. Biomedical
signals will be divided into characteristic classes, requiring different classes of processing methods. Also
in this chapter, the basics of frequency-domain processing methods will be presented.
1.1 Origin of Biomedical Signals
From the broad definition of the biomedical signal presented in the preceding section, it is clear that
biomedical signals differ from other signals only in terms of the application—signals that are used in the
biomedical field. As such, biomedical signals originate from a variety of sources. The following is a brief
description of these sources:
1. Bioelectric signals. The bioelectric signal is unique to biomedical systems. It is generated by nerve cells
and muscle cells. Its source is the membrane potential, which under certain conditions may be excited
to generate an action potential. In single cell measurements, where specific microelectrodes are used
as sensors, the action potential itself is the biomedical signal. In more gross measurements, where, for
example, surface electrodes are used as sensors, the electric field generated by the action of many cells,
distributed in the electrode’s vicinity, constitutes the bioelectric signal. Bioelectric signals are probably
the most important biosignals. The fact that most important biosystems use excitable cells makes it
possible to use biosignals to study and monitor the main functions of the systems. The electric field
propagates through the biologic medium, and thus the potential may be acquired at relatively convenient
locations on the surface, eliminating the need to invade the system. The bioelectric signal requires a
relatively simple transducer for its acquisition. A transducer is needed because the electric conduction in
the biomedical medium is done by means of ions, while the conduction in the measurement system is by
electrons. All these lead to the fact that the bioelectric signal is widely used in most fields of biomedicine.
2. Bioimpedance signals. The impedance of the tissue contains important information concerning its
composition, blood volume, blood distribution, endocrine activity, automatic nervous system activity,
and more. The bioimpedance signal is usually generated by injecting into the tissue under test sinusoidal
currents (frequency range of 50 kHz–1 MHz, with low current densities of the order of 20–20 mA). The
frequency range is chosen to minimize electrode polarization problems, and the low current densities are
chosen to avoid tissue damage mainly due to heating effects. Bioimpedance measurements are usually
performed with four electrodes. Two source electrodes are connected to a current source and are used
to inject the current into the tissue. The two measurement electrodes are placed on the tissue under
investigation and are used to measure the voltage drop generated by the current and the tissue impedance.
3. Bioacoustic signals. Many biomedical phenomena create acoustic noise. The measurement of this
acoustic noise provides information about the underlying phenomenon. The flow of blood in the heart,
through the heart’s valves, or through blood vessels generates typical acoustic noise. The flow of air
through the upper and lower airways and in the lungs creates acoustic sounds. These sounds, known as
coughs, snores, and chest and lung sounds, are used extensively in medicine. Sounds are also generated
in the digestive tract and in the joints. It also has been observed that the contracting muscle produces
an acoustic noise (muscle noise). Since the acoustic energy propagates through the biologic medium, the
bioacoustic signal may be conveniently acquired on the surface, using acoustic transducers (microphones
or accelerometers).
4. Biomagnetic signals. Various organs, such as the brain, heart, and lungs, produce extremely weak
magnetic fields. The measurements of these fields provides information not included in other biosignals
© 2006 by Taylor & Francis Group, LLC

Kết quả (Việt) 1:

1-2 thiết bị y tế và hệ thốngĐiều này có thể là do thực tế là các tín hiệu là ồn ào và do đó phải được "làm sạch" (hoặc trong thêm chuyên nghiệpthuật ngữ, các tín hiệu đã được tăng cường) hoặc do thực tế là các thông tin có liên quan không phải là "Hiển thị"trong tín hiệu. Trong trường hợp thứ hai, chúng tôi thường áp dụng một số chuyển đổi để tăng cường thông tin cần thiết.Việc xử lý tín hiệu y sinh học đặt ra một số vấn đề duy nhất. Lý do cho điều này là chủ yếu là cácphức tạp của hệ thống cơ bản và sự cần thiết phải performindirect, đo đạc noninvasive. Một lớnkhách sạn có nhiều phương pháp chế biến và thuật toán. Để áp dụng phương pháp tốt nhất, người sử dụngphải biết mục đích của việc xử lý, kiểm tra các điều kiện và các đặc tính của tín hiệu cơ bản.Trong chương này, các đặc tính của tín hiệu y sinh học sẽ thảo luận [Cohen, 1986]. Y sinhtín hiệu sẽ được chia thành các lớp học đặc trưng, đòi hỏi phải có các lớp học khác nhau của phương pháp chế biến. Cũngtrong chương này, khái niệm cơ bản của phương pháp chế biến tần số-tên miền sẽ được trình bày.1.1 nguồn gốc của tín hiệu y sinh họcTừ định nghĩa rộng của tín hiệu y sinh trình bày trong phần trước, nó là rõ ràng rằngy sinh học tín hiệu khác nhau từ các tín hiệu chỉ trong điều khoản của các ứng dụng-tín hiệu được sử dụng trong cáclĩnh vực y sinh học. Như vậy, y sinh học tín hiệu có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau. Sau đây là một giới thiệu tóm tắtMô tả về các nguồn:1. bioelectric tín hiệu. Các tín hiệu bioelectric là duy nhất cho y sinh học hệ thống. Nó được tạo ra bởi tế bào thần kinhvà tế bào cơ bắp. Nguồn là màng tiềm năng, mà theo một số điều kiện có thể được vui mừngđể tạo ra một tiềm năng hành động. Trong đo đạc tế bào đơn lẻ, nơi microelectrodes cụ thể được sử dụngnhư cảm biến, tiềm năng hành động chính nó là tín hiệu y sinh học. Trong đo lường tổng thêm, ở đâu, choVí dụ, bề mặt điện cực được sử dụng như cảm biến, điện trường được tạo ra bởi các hành động của các tế bào nhiều,Chúng phân bố ở vùng lân cận của điện cực, cấu thành tín hiệu bioelectric. Bioelectric tín hiệu có lẽbiosignals quan trọng nhất. Một thực tế quan trọng nhất biosystems sử dụng kích động tế bào làm cho nócó thể sử dụng biosignals để nghiên cứu và giám sát các chức năng chính của các hệ thống. Điện trườngLan truyền thông qua các phương tiện sinh học, và do đó tiềm năng có thể được mua tại thuận tiện tương đốivị trí trên bề mặt, loại bỏ sự cần thiết để xâm nhập hệ thống. Các tín hiệu bioelectric yêu cầu mộtbộ biến tương đối đơn giản cho việc mua lại của nó. Bộ biến một là cần thiết vì dẫn điện trongCác phương tiện y sinh học được thực hiện bằng phương tiện của các ion, trong khi dẫn trong hệ thống đo lường là bởiđiện tử. Tất cả các dẫn đến một thực tế rằng các tín hiệu bioelectric được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực y sinh.2. Bioimpedance tín hiệu. Trở kháng của các tế bào có chứa thông tin quan trọng liên quan đến của nóthành phần, khối lượng máu, máu phân phối, hoạt động nội tiết, Hệ thống thần kinh tự động hoạt động,và nhiều hơn nữa. Tín hiệu bioimpedance thường được tạo ra bằng cách tiêm vào các tế bào theo thử nghiệm Sindòng (tần số khoảng 50 kHz-1 MHz, với mật độ dòng thấp of the Order of 20-20 mA). Cácdải tần số được lựa chọn để giảm thiểu điện cực phân cực vấn đề, và mật độ dòng thấpchọn để tránh tổn thương mô chủ yếu là do hiệu ứng hệ thống sưởi. Bioimpedance đo thườngthực hiện với bốn điện cực. Hai nguồn điện cực được kết nối với một nguồn hiện tại và được sử dụngđể tiêm hiện hành thành các mô. Các điện cực hai đo lường được đặt trên các mô dướiđiều tra và được sử dụng để đo lường điện áp thả được tạo ra bởi hiện tại và trở kháng mô.3. bioacoustic tín hiệu. Nhiều hiện tượng y sinh học tạo ra các âm thanh tiếng ồn. Đo lường nàyAcoustic tiếng ồn cung cấp thông tin về hiện tượng cơ bản. Dòng chảy của máu trong tim,thông qua Trung tâm của van, hoặc qua các mạch máu tạo ra tiếng ồn âm điển hình. Dòng chảy của không khíthông qua trên và dưới airways và trong phổi tạo ra âm thanh âm thanh. Những âm thanh, được gọi làho, snores, và âm thanh ngực và phổi, được sử dụng rộng rãi trong y học. Âm thanh cũng được tạo raở đường tiêu hóa và trong các khớp. Nó cũng đã được quan sát thấy rằng cơ bắp ký kết hợp đồng sản xuấtmột âm thanh ồn (cơ tiếng ồn). Kể từ khi năng lượng âm thanh Lan truyền qua các phương tiện sinh học, cácbioacoustic tín hiệu có thể được mua lại thuận tiện trên bề mặt, bằng cách sử dụng âm thanh cảm biến (Microhoặc gia tốc).4. Biomagnetic tín hiệu. Các cơ quan, chẳng hạn như não, tim và phổi, sản xuất rất yếutừ trường. Các số đo của các lĩnh vực này cung cấp thông tin không được bao gồm trong biosignals khác© 2006 bởi Taylor & Francis Group, LLC