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生なま醫い信號しんごう處理しょり

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生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう處理しょり（biomedical signal processing）的てき主要しゅよう任務にんむ是ぜ根據こんきょ生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう（biomedical signal）的てき特とく點てん，應用おうよう資し訊科學かがく的てき基本きほん理論りろん和わ方法ほうほう，並なみ研究けんきゅう如何いか從したがえ被ひ干ひ擾和雜ざつ訊淹沒ぼつ的てき觀察かんさつ記錄きろく中ちゅう，提ひっさげ取ど各種かくしゅ生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう中ちゅう所しょ攜帶的てき資し訊，對たい它們進しん一いち步ほ分析ぶんせき、解釋かいしゃく、分類ぶんるい、顯示けんじ、儲もうか存そん和わ傳でん輸。

生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう處理しょり[编辑]

針はり對たい不同ふどう的てき生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう，如心電圖しんでんず(ECG)、腦波のうは圖ず(EEG)、肌はだ電でん圖ず(EMG)，有ゆう不同ふどう的てき演算えんざん法ほう設計せっけい，一方いっぽう面めん提つつみ取出とりで信號しんごう特徵とくちょう，另一方面有效的消除信號雜訊。由よし於生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう通常つうじょう是非ぜひ穩態信號しんごう(non-stationary signal)、時とき變へん率りつ高だか，較不適合てきごう使用しよう傅でん立葉たてば轉換てんかん分析ぶんせき，使用しよう時じ頻しき分析ぶんせき方法ほうほう或ある小波さざなみ轉換てんかん較能精確せいかく描述每ごと個こ時間じかん點てん的てき頻しき率りつ、波形なみかた變化へんか。如小波は轉換てんかん可か保留ほりゅう接近せっきん原始げんし信號しんごう成分せいぶん的てき低てい頻しき訊號，以及分離ぶんり出で疑似ぎじ雜ざつ訊的高だか頻しき訊號，對たい於即易えき受雜訊干擾的生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう來らい說せつ相當そうとう適合てきごう。

心電圖しんでんず(ECG)信號しんごう處理しょり[编辑]

心こころ跳とべ是ぜ重要じゅうよう生命せいめい跡あと象ぞう，而由心電圖しんでんず可か辨別べんべつ出で許多きょた疾病しっぺい徵ちょう兆ちょう，因いん此快而準確かく的てき心電圖しんでんず信號しんごう分析ぶんせき對たい於病情じょう診斷しんだん相當そうとう有ゆう幫助。 心電圖しんでんず信號しんごう處理しょり包含ほうがん以下いか幾いく個こ部分ぶぶん：特徵とくちょう萃取(feature extraction)、 特徵とくちょう選せん取と(feature detection)、資料しりょう壓縮あっしゅく、心こころ律りつ變異へんい分析ぶんせき(heart rate variability,HRV)以及R波なみ偵測(R-wave detection)。當とう中ちゅう又また以R波なみ偵測為ため心電圖しんでんず信號しんごう處理しょり當とう中なか的てき重要じゅうよう步ふ驟，相關そうかん演算えんざん法的ほうてき第だい一個步驟幾乎都是找到R波なみ波なみ峰ほう位置いち，再さい依よ照あきらR波なみ位置いち辨別べんべつ出でP、Q、T、S波なみ之の相對そうたい位置いち。而兩個りゃんこ相しょう鄰R波なみ波なみ峰ほう距離きょり(RR Interval)與あずか心しん率りつ(Heart Rate)可用かよう來らい進行しんこう心こころ律りつ變異へんい分析ぶんせき，可か由よし此分析ぶんせき判斷はんだん病びょう人的じんてき健康けんこう狀況じょうきょう。

  • R波なみ偵測

R波なみ偵測演算えんざん法ほう時じ作さく主要しゅよう有ゆう三さん大類おおるい：時とき域いき、頻しき域いき與あずか其他分析ぶんせき方法ほうほう。在ざい時じ域いき部分ぶぶん，通常つうじょう是ぜ將しょうR波なみ看み為ため一いち瞬間しゅんかん極大きょくだい振幅しんぷく變化へんか，對たい時間じかん域いき上じょう的てき信號しんごう微分びぶん，比較ひかく一次微分和二次微分的結果，得とく到いたR波なみ波なみ峰ほう位置いち，如So and Chan Algorithm。時とき域いき上じょう的てき分析ぶんせき通常つうじょう相當そうとう準じゅん確かく、快速かいそく，因いん此適合てきごう在ざい即時そくじ監かん測はか時とき使用しよう，但ただし容易ようい受雜訊干擾。頻しき域いき分析ぶんせき通常つうじょう使用しよう小波さざなみ轉換てんかん或ある希まれ爾しか伯はく特とく黃き轉換てんかん進行しんこう，通常つうじょう可か得え到いた精確せいかく且不受雜訊干擾的結果けっか，然しか而頻域いき分析ぶんせき所しょ需時間あいだ較長，不適合ふてきごう提供ていきょう即時そくじ數すう據よりどころ。其他分析ぶんせき方法ほうほう則そく包含ほうがんzero-crossing method、morphologic filtering、gene-based design……等とう方法ほうほう。[1]

  • 心電圖しんでんず資料しりょう壓縮あっしゅく

為ため了りょう有效ゆうこう分析ぶんせき心こころ跳とべ數すう據よりどころ，ECG訊號通常つうじょう是ぜ24小しょう時じ監かん控ひかえ，資料しりょう量りょう相當そうとう龐大，所しょ面めん臨的挑戰ちょうせん除じょ了りょう壓縮あっしゅく資料しりょう大小だいしょう，也必須ひっす確保かくほ資料しりょう復原ふくげん後ご的てき準じゅん確度かくど。Walsh Transform(WHT)是ぜ一種類似傳統離散傅立葉轉換(DFT)的てき信號しんごう處理しょり，除じょ了りょう與あずかDFT相似そうじ的てき正せい交性，WHT由よし於振幅はば為ため1，皆みな為ため實數じっすう運算うんざん且不需任何なん乘法じょうほう，因いん此具有ぐゆう快速かいそく演算えんざん法ほう，可か在ざい短時間たんじかん內進行しんこう頻しき譜ふ分析ぶんせき。相關そうかん演算えんざん法ほう包含ほうがん：Cooley-Tukey、Manz’s Sequence Algorithm、John L. Shark’s Algorithm。[2]

腦波のうは圖ず(EEG)信號しんごう處理しょり[编辑]

腦波のうは圖ず的てき紀き錄ろく可分かぶん為ため兩りょう種たね：腦のう電波でんぱ與あずか腦のう磁波。前者ぜんしゃ測量そくりょう大腦皮質だいのうひしつ的てき電流でんりゅう，後者こうしゃ則そく測量そくりょう腦のう磁波。大腦皮質だいのうひしつ電流でんりゅう是ぜ由よし細胞さいぼう群ぐん之の間あいだ電位差でんいさ所しょ造成ぞうせい，為ため細胞さいぼう外的がいてき電流でんりゅう。而在神經しんけい活かつ化か、產さん生せい電でん訊號的てき時候じこう，會かい因いん法ほう拉ひしげ第だい第だい一いち定律ていりつ產さん生せい磁場じば變化へんか，磁場じば訊號變化へんか大小だいしょう即そく為ため腦のう磁波。通常つうじょう會かい將はたEEG訊號標しるべ註刺激しげき(stimulus)、自發じはつ動作どうさ(event)或ある反應はんのう(response)等とう基點きてん，取と固定こてい的てき時間じかん間あいだ距中的てき訊號，再さい配合はいごうPCA(Principle Component Analysis)及ICA(Independent Component Analysis)確認かくにん正確せいかく發出はっしゅつ訊號的てき時間じかん點てん、波なみ頻しき和かず傳つたえ遞方向ほうこう。 人ひと腦のう中有ちゅうう許多きょた不同ふどう頻しき率りつ大小だいしょう的てき功こう能のう區域くいき性せい腦波のうは律動りつどう(Brain Rhythm)，如：感覺かんかく運動うんどう區く的てきMu Rhythm頻しき率りつ約やく在ざい10~20Hzへるつ之の間あいだ、枕まくら葉は視覺しかく區く的てきAlpha Rhythm約やく為ため10Hzへるつ。藉由判定はんてい特定とくてい區域くいき腦波のうは圖ず的てき訊號組成そせい，可か推測すいそく出で該區域くいき功こう能のう。

肌はだ電でん圖ず(EMG)信號しんごう處理しょり[编辑]

骨骼こっかく肌はだ收縮しゅうしゅく時じ會かい產さん生せい一いち動作どうさ電位でんい，收縮しゅうしゅく幅はば度ど越えつ大だい、運動うんどう越えつ大だい則のり該電位い振幅しんぷく越えつ大だい，肌はだ電でん圖ず即そく是ぜ紀き錄ろく骨骼こっかく肌はだ動作どうさ電位でんい變化へんか。肌はだ電でん圖ず可用かよう來らい判別はんべつ肌はだ肉的にくてき疲つかれ憊程度ていど，藉由時間じかん域いき上じょう的てき分析ぶんせき可か監かん控ひかえ可能かのう狀況じょうきょう和わ周邊しゅうへん疲つかれ憊，而頻率りつ域いき上じょう的てき分析ぶんせき則そく可か了解りょうかい運動うんどう單元たんげん的てき激發げきはつ率りつ。目前もくぜん在ざい時じ域いき及頻域いき分析ぶんせき上じょう已やめ有ゆう多項たこう指標しひょう可か做為醫療いりょう運用うんよう參考さんこう。時とき域いき指標しひょう包含ほうがん振幅しんぷく均ひとし方かた根ね值(root mean square，RMS)、積分せきぶん肌はだ電でん圖ず(integral electromyography，IEMG)、經けい全波ぜんぱ整流せいりゅう之の肌はだ電でん活動かつどう(Electrical Activity，EA)。而頻域いき則そく有ゆう平均へいきん功こう率りつ頻しき率りつ(mean power frequency，MPF)及中位い頻しき率りつ(median frequency，MDF)……等とう指標しひょう。[3]

生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう的てき特性とくせい[编辑]

信號しんごう是ぜ由よし一個或多個變量組成，攜帶有用ゆうよう資し訊的函數かんすう。如果有ゆう一いち個こ信號しんごう，是ぜ從したがえ某ぼう個こ生命せいめい系統けいとう（生物せいぶつ）上じょう記錄きろく而得，並なみ且能傳達でんたつ有ゆう關せき該生命いのち系統けいとう的てき狀態じょうたい或ある行為こうい的てき資し訊，則のり我わが們稱此信號ごう是ぜ生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう。例れい如，病人びょうにん的てき體溫たいおん記錄きろく、放置ほうち在ざい頭皮とうひ上じょう的てき電極でんきょく的てき電壓でんあつ記錄きろく，以及X射い線せん吸收きゅうしゅう從したがえCT掃描獲得かくとく的てき空間くうかん圖案ずあん 皆みな是ぜ生物せいぶつ信號しんごう。

信號しんごう可か以是一いち維的，如果他た們依賴いらい於一いち個こ單一たんいつ的てき變量へんりょう，如時間あいだ，或ある多た維如果はて他た們取決けつ於多個こ變量へんりょう，如空間あいだ坐すわ標しるべ生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう，是ぜ屬ぞく於強雜ざつ訊背景はいけい下か的てき低てい頻しき微弱びじゃく信號しんごう，它是由よし複雜ふくざつ的てき生命せいめい體たい發出はっしゅつ的てき不穩ふおん定じょう的てき自然しぜん信號しんごう，從したがえ信號しんごう本身ほんみ特徵とくちょう、檢けん測はか方式ほうしき到いた處理しょり技術ぎじゅつ，都と不同ふどう於一般いっぱん的てき信號しんごう。

生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう的てき分類ぶんるい[编辑]

  • 從したがえ電でん的てき性質せいしつ來らい講こう，可か以分成なり電信でんしん號ごう和わ非ひ電信でんしん號ごう，如心電でん、肌はだ電でん、腦のう電でん等とう屬ぞく於電信號しんごう；其它如體溫たいおん、血壓けつあつ、呼吸こきゅう、血ち流量りゅうりょう、脈搏みゃくはく、心音しんおん等とう屬ぞく於非電信でんしん號ごう。

非ひ電信でんしん號ごう又また可分かぶん為ため：

  1. 機械きかい量りょう，如振動しんどう（心音しんおん、脈搏みゃくはく、心こころ衝擊しょうげき、Korotkov音おと等とう）、壓力あつりょく（血壓けつあつ、氣き血ち和わ消化しょうか道どう內壓等とう）、力ちから（心こころ肌はだ張力ちょうりょく等とう）；
  2. 熱ねつ學がく量りょう，如體溫たいおん；
  3. 光學こうがく量りょう，如光透とおる射しゃ性せい（光ひかり電でん脈みゃく波は、血ち氧飽和ほうわ度ど等とう）；
  4. 化學かがく量りょう，如血液えき的てきpH值、血氣けっき、呼吸こきゅう氣體きたい等とう。

如從處理しょり的てき維數來らい看み，可か以分成なり一維信號和二維信號：

  1. 一いち維信號ごう；體溫たいおん、血壓けつあつ、呼吸こきゅう、血ち流量りゅうりょう、脈搏みゃくはく、心音しんおん等とう；
  2. 二に維信號ごう；腦のう電でん圖ず、心電圖しんでんず、肌はだ電でん圖ず、x光ひかり片へん、超ちょう聲こえ圖ず片へん、CT圖ず片へん、核かく磁共振きょうしん圖像ずぞう等とう。

信號しんごう處理しょり的てき觀念かんねん──選擇せんたく性せい地ち消しょう除じょ資し訊[编辑]

信號しんごう處理しょり的てき本質ほんしつ其實是ぜ選擇せんたく性せい地ち消しょう除じょ資し訊，這原因げんいん往往おうおう不ふ是ぜ因いん為ため信號しんごう傳達でんたつ了りょう與あずか我わが們不相關そうかん的てき資し訊，或ある是ぜ我わが們感興趣きょうしゅ的てき資し訊，而是信號しんごう中本なかもと就混雜こんざつ了りょう各種かくしゅ資し訊。例れい如，腦のう電でん圖ず（EEG）的てき志願しがん測はか試ためし者しゃ，其頭皮がわ的てき電でん生理せいり活動かつどう記錄きろく，也許就沾染しみ了りょう心こころ電信でんしん號ごう和わ無む處しょ不在ふざい的てき60Hzへるつ交流こうりゅう電力でんりょく線せん信號しんごう。

什麼いんも構成こうせい了りょう我わが們感興趣きょうしゅ的てき資し訊？取と決けつ於特定とくてい的てき應用おうよう。例れい如，語ご音信いんしん號ごう包含ほうがん語ご言げん資し訊（這句話はなし說せつ了りょう些什麼いんも？）以及有ゆう關せき講こう者しゃ（誰だれ說せつ了りょう這句話ばなし？）的てき資し訊。對たい前者ぜんしゃ（語かたり言げん資し訊）有ゆう興趣きょうしゅ的てき應用おうよう，很顯然しか在ざい自動じどう語ご音おん內容識別しきべつ系統けいとう，而後者しゃ（講こう者しゃ資し訊）將はた被ひ講こう者しゃ識別しきべつ系統けいとう所しょ重視じゅうし。

信號しんごう處理しょり是ぜ有ゆう目的もくてき地ち選擇せんたく，從したがえ信號しんごう中ちゅう消しょう除じょ特定とくてい不ふ相關そうかん的てき資し訊，以便更さら容易ようい接觸せっしょく到いた人類じんるい觀察かんさつ者しゃ或ある計算けいさん機き系統けいとう所感しょかん興趣きょうしゅ的てき資し訊。

在ざい生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう處理しょり中ちゅう的てき幾いく個こ階段かいだん[编辑]

在ざい一いち個こ典型てんけい的てき生物せいぶつ醫學いがく應用おうよう中ちゅう，信號しんごう處理しょり可か包括ほうかつ四よん個こ階段かいだん：數かず據よりどころ採集さいしゅう（data acquisition）、信號しんごう調理ちょうり（signal conditioning）、特徵とくちょう提ひっさげ取ど（Feature extraction）和かず決けつ策さく（decision making）。

數かず據よりどころ採集さいしゅう的てき目的もくてき是ぜ捕獲ほかく信號しんごう，並なみ以適合てきごう於計算けいさん機き處理しょり的てき形式けいしき進行しんこう編へん碼。在ざい這個階段かいだん中ちゅう，主要しゅよう關心かんしん的てき是ぜ避免遺失いしつ有ゆう關せき的てき信號しんごう資し訊。

信號しんごう調節ちょうせつ的てき目標もくひょう是ぜ消しょう除じょ或ある減少げんしょう所しょ收集しゅうしゅう到いた信號しんごう的てき外來がいらい成分せいぶん，如從該信號ごう的てき雜ざつ訊（noise）。通常つうじょう情況じょうきょう下か，這個工作こうさく會かい利用りよう線せん性せい濾波器き，有ゆう時じ，會かい與あずか非ひ線せん性せい運算うんざん子こ組合くみあい使用しよう。主要しゅよう目標もくひょう是ぜ如何いか設計せっけい濾波器き能のう讓ゆずる信號しんごう從したがえ雜ざつ訊中獨立どくりつ出來でき的てき效果こうか最さい好このみ。

特徵とくちょう抽取的てき意思いし是ぜ分ぶん辨べん及量測はか少量しょうりょう的てき參さん數すう，或ある者もの在ざい一いち個こ信號しんごう中ちゅう，找出我わが們感興趣きょうしゅ的てき資し訊的部分ぶぶん的てき最さい好こう特徵とくちょう。特徵とくちょう提ひっさげ取ど和わ信號しんごう調節ちょうせつ之の間あいだ的てき區別くべつ主要しゅよう是ぜ在ざい維度的てき改變かいへん。鑑かん於調節ちょうせつ的てき結果けっか，通常つうじょう與あずか輸入ゆにゅう信號しんごう具有ぐゆう相しょう同どう的てき維度，而提取と特徵とくちょう集合しゅうごう應おう該具有ぐゆう比ひ輸入ゆにゅう信號しんごう低てい得とく多た的てき維度，以促進そくしん儲もうか存そん，處理しょり和わ可視かし化か。例れい如：Principal component analysis（PCA）。此外，特徵とくちょう提ひっさげ取ど技術ぎじゅつ往往おうおう要よう考慮こうりょ信號しんごう特性とくせい和わ特定とくてい於應用おうよう程ほど序じょ，而信號ごう調節ちょうせつ的てき方法ほうほう則そく是非ぜひ常つね普遍ふへん被ひ使用しよう於各種かくしゅ處理しょり。

決けつ策さく是ぜ生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう處理しょり的てき最後さいご階段かいだん，又また名めい假設かせつ檢けん驗けん（hypothesis testing）。在ざい臨床りんしょう應用おうよう中ちゅう的てき行動こうどう方針ほうしん尤ゆう其重要じゅうよう的てき，必須ひっす採取さいしゅ。它的目的もくてき是ぜ回答かいとう諸しょ如「根據こんきょ腦のう部ぶ掃描患者かんじゃ是ぜ否ひ患有腫しゅ瘤こぶ？」或ある「根據こんきょ心電圖しんでんず顯示けんじ，病人びょうにん的てき心臟しんぞう跳とべ動どう是ぜ否ひ呈てい現げん一いち個こ具體ぐたい的てき病理びょうり？」

生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう的てき檢けん測はか方法ほうほう[编辑]

生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう檢けん測はか是ぜ對生たいせい物體ぶったい中ちゅう包含ほうがん生命せいめい現象げんしょう、狀態じょうたい、性質せいしつ、變數へんすう和成かずなり份等信しん息いき的てき信號しんごう進行しんこう檢けん測はか和わ量りょう化か的てき技術ぎじゅつ。生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう處理しょり的てき研究けんきゅう，是ぜ根據こんきょ生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう的てき特とく點てん，對たい所しょ採集さいしゅう到いた的てき生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう進行しんこう分析ぶんせき、解釋かいしゃく、分類ぶんるい、顯示けんじ、儲もうか存そん和わ傳でん輸，其研究けんきゅう目的もくてき一是對生物體系結構與功能的研究，二是協助對疾病進行診斷和治療。

生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう檢けん測はか技術ぎじゅつ是ぜ生物せいぶつ醫學いがく工程こうてい學科がっか研究けんきゅう中ちゅう的てき一いち個こ先導せんどう技術ぎじゅつ，由ゆかり於研究けんきゅう者しゃ所しょ站的立場たちば、目的もくてき以及採用さいよう的てき檢けん測はか方法ほうほう不同ふどう，使つかい生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう的てき檢けん測はか技術ぎじゅつ的てき分類ぶんるい呈てい現げん多樣たよう化か，具體ぐたい介かい紹如下か：

  1. 無む創そう檢けん測はか、微ほろ創そう檢けん測はか、有ゆう創そう檢けん測はか；
  2. 在ざい體からだ檢けん測はか、離はなれ體たい檢けん測はか；
  3. 直接ちょくせつ檢けん測はか、間接かんせつ檢けん測はか；
  4. 非ひ接觸せっしょく檢けん測はか、體からだ表ひょう檢けん測はか、體からだ內檢測はか；
  5. 生物せいぶつ電でん檢けん測はか、生物せいぶつ非ひ電でん量りょう檢けん測はか；
  6. 形態けいたい檢けん測はか、功こう能のう檢けん測はか；
  7. 處しょ於拘束こうそく狀態じょうたい下か的てき生物せいぶつ體たい檢けん測はか、處しょ於自然しぜん狀態じょうたい下か的てき生物せいぶつ體たい檢けん測はか；
  8. 透とおる射しゃ法ほう檢けん測はか、反射はんしゃ法ほう檢けん測はか；
  9. 一維信號檢測、多た維信號ごう檢けん測はか；
  10. 遙はるか感かん法ほう檢けん測はか、多た維信號ごう檢けん測はか；
  11. 一いち次じ量りょう檢けん測はか、二次量分析檢測；
  12. 分子ぶんし級きゅう檢けん測はか、細胞さいぼう級きゅう檢けん測はか、系統けいとう級きゅう檢けん測はか。

生なま醫い信號しんごう處理しょり流りゅう程ほど[编辑]

  1. 生物せいぶつ醫學いがく信號しんごう透過とうか電極でんきょく拾ひろえ取ど或ある透過とうか感かん測はか器うつわ轉換てんかん成なり電信でんしん號ごう，
  2. 經けい放ひ大器たいき及預處理しょり器き進行しんこう信號しんごう放ひ大和やまと預あずか處理しょり，
  3. 然しか後こう經けいA/D轉換てんかん器き進行しんこう採と樣よう，將はた類比るいひ信號しんごう轉變てんぺん為ため數すう位い信號しんごう，
  4. 輸入ゆにゅう電腦でんのう，
  5. 然しか後こう通過つうか各種かくしゅ數すう位い信號しんごう處理しょり演算えんざん法ほう進行しんこう信號しんごう分析ぶんせき處理しょり，得とく到いた有意義ゆういぎ的てき結果けっか。

参まいり见[编辑]

參考さんこう資料しりょう[编辑]

  1. ^ Template:Title=Time-Frequency Analysis for for ECG signals
  2. ^ Template:Title=DSP for Electrocardiography Analysis
  3. ^ Template:Title=EMG Signal Analysis
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