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生物醫(yī)學(xué)電源模型和三維問(wèn)題第1頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一第一節(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?,F(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。第2頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一一、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。
第3頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一二、生物電偶極子
第4頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一三、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5頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一第二節(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)第6頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一(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。
第7頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一(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?;虿±恚┖吞卣?。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。第8頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一二、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。
第9頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一三、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。
第10頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一2.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。第11頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一四、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。第12頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一心電向量環(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??臻g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。第13頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一五、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14頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一第三節(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。第15頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一二、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。第16頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一1.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第17頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一四、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:一類叫間期(interval),另一類叫時(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)算第18頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一五、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19頁(yè),共21頁(yè),2023年,2月20日,星期一第四節(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.
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