生物医学电源模型和三维问题.ppt

第五章生物医学电源模型和三维问题 Electro signalSourceModeland3DProblemsinBiomedicine 第一节生物电信号源的偶极子模型 DipoleModelforBio electro signalSource 理论上 任何细胞的兴奋都会产生电现象 现在研究得较多的有肌电 心肌 骨骼肌和平滑肌 现象和神经系统 中枢和外周神经系统 自主神经系统 诱发 电现象 本章将以用得最广的心肌电现象进行说明 一 生物电现象 细胞受到刺激兴奋时 细胞内外电位差发生变化 离子通道开放 产生通过通道的电解质传导电流 另外还有由于细胞内外电位差发生变化而产生的位移电流 二 生物电偶极子 三 心电偶极子和Einthoven学说 在研究人体电现象时 有解剖坐标系 对象为参照 和几何坐标系 观察者为参照 Einthoven学说是把整个心脏的电活动等效于一个空间心电偶极子P 把双极肢体导联I II III看成人体正面 frontalview 一个等边三角形 称为Einthoven三角形 第二节传输介质和导联系统 TrasmissionMediaandLeadSystm 一 信号源和传输介质特性 一 生物医学信号源特性1 体扩展源特性 3Dextendedfeatureforbioelectrosignalsource 2 传播的局限性 propagationlimitation 3 宽带特性 widebandcharacteristics 二 生物医学信号传输介质特性 1 非均匀性 inhomogeneity 生物信号在体内的传播 是在非常不均匀的传输介质中的传播 2 各向异性 anisotropy 不但生物电信号源没有球对称性 体内传输介质也无球对称性 因此 在不同方向的测量 有不同的衰减 不同的相移 再加上介电常数的频散特性 使之对信号的不同成分也有不同的衰减和相移 因而即使是在对称方向测量的信号也可能并不具有对称性 三 测量的近场性 生物医学信号的测量实践 都是在靠近非对称的扩展信号源很近的距离上完成的 不满足电偶极子近似的条件 更不满足点源的条件 体表测量的信号主要反映其附近的组织的状态 正常或病理 和特征 如要用心电信号反映后壁心肌梗塞要使用背部靠近左心室的电极 V8 V9 因此 在心电 脑电测量中 采用多电极系统就成了一种自然的需要 二 导联系统 一 Wilson导联系统及其中心电端学说1 加压导联 augmentedleads 2 中心电端3 单极胸导联V1 V6六个单极胸导联的位置如图所示 三 心电信号波形和时间参量 1 心电信号波形的命名和意义电势不为0的各种形状的波形 从左到右 几何坐标系 分别称为P波 Pwave Q波 Qwave R波 Rwave S波 Swave 后三者合起来称为QRS复合波 QRScomplex 往后为T波 Twave U波 Uwave 心电信号各波形的生理意义为 P波为心房去极化波 QRS复合波为心室去极化波 T波为心室复极化波 2 心电信号波形的间期间期是重要的波形特征点间的时距 timespan 3 心电信号波形的时限所谓时限是指特征波形延续的时间长度 即波形的宽度 四 正交导联 空间向量心电图 一种组态的正交导联 X X 与X 左右腋中线与V2所处的同一水平面 横面 的交点 Y Y 与Y 通过锁骨中线与X轴正交的直线 电极置于该直线上的锁骨下缘和肋缘处 Z Z 与Z X Y轴的交点的前胸与后背的对应位置的连线 规定X Y Z轴的方向为左 前 下为正 如图5 7 心电向量环的作法 实际上平面心电向量环就是平面李萨如图形 在临床上或心电学中心电向量环的作法如下 正面 frontal 额面 心电向量环 由测量的X Y轴的心电信号合成 侧面 sagittal 矢状面 心电向量环 由测量的Y Z轴的心电信号合成 水平面 horizontal 横面或冠壮面 心电向量环 由测量的X Z轴的心电信号合成 空间心电向量环 可由测量的X Y Z轴的心电信号进行三维合成 计算机技术使心电向量环的绘制十分方便和稳定 五 导联阵 体表电位标测 前面已经论及 心电源是扩展源 extendedsource 且体表心电测量属于近场测量 再加上介质和场的非均匀性 Nonhomogeneity 各向异性 anisotropy 致使心前区的电极主要反映电极附近的心肌的电活动 因此 就有了心前区电极阵的设计出现 第三节一维信号 参数测量 1DSignal ParameterMeasurement 一 基线校直 Baselinealignment 在典型的心电信号图形中 一般认为P R段和U P段基本上处于0电势线 应该特别指出的是 由于心电信号的ST段的抬高或降低有重要的生理和临床诊断意义 因此 在心电信号处理中 要特别慎用高通滤波技术 因为高通滤波技术对ST段的状态 特别是电压值 有严重影响 还要指出的是 生物医学信号 特别是心电信号 基线并非对称轴 因此 在时域特征提取中要特别慎用去均值技术 因为去均值也对ST段的电压值有严重影响 二 QRS复合波的检测 R波的准确定位 在心电信号参数的计算机自动测量中 QRS位置的确定 特别是R波位置的准确测定是心电信号测量中的核心问题 下面介绍一种成功用于R波的位置的准确测定方法 最大一阶导数加最大值双重搜索算法 1 求一阶导数2 向前搜索一阶导数最大 绝对 值3 搜索局部一阶导数最大值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 时间测量 对于心电信号的时间测量 大概分为两类 一类叫间期 interval 另一类叫时限 duration 对于心电信号来说 一般首先确定QRS的位置 具体说是R波的位置 常选II或V5这样一些R波明显且直立导联 1 间期测量2 时限测量3 时段测量4 时间参数的计算 五 幅值测量在校正了基线的情况下 幅值测量很容易完成 如果采样序列 如ECS n 已经校准 则某个特征点的值就是该点的幅值 两点的幅度差 也就是序列两点值之差 六 波的形态分析 第四节二维信号及合成 2DSignalandTheirSynthesis 一 二维信号的图形合成二 二维信号的线性数字合成三 二维数字信号的矢量合成1 二维数字信号的矢量 向量 合成算法2 信号