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HZC BME CSU Modern Technologies of Biomedical Signal Processing By Zhongchao Huang BME CSU Content Bio-electric Phenomena Fundamentals of Stochastic Signal Signal Detection Parameter Estimation Power Spectrum Estimation Traditional Methods (Non-Parametric Methods) Modern Methods (Parametric Methods ) Wave Estimation Winner Filtering Kalman Filtering Adaptive Filtering Other New Technologies of DSP Applied to Bio-signals References 张贤达，《现代信号处理》第二版，清华大学出版社，2002. 刘海龙，《生物医学信号处理》，化学工业出版社，2006.4. Biomedical and Biomedical Image Processing, John L.Semmlow, Marcel Dekker Inc. IEEE Transactions on Signal Processing; IEEE Transactions on Information Theory; IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Prerequisites and Time Signal and System Digital Signal Processing Matrix Theory Stochastic Process Class Time: 40hrs Lectures: 28hrs Self-study and exercise: 12hrs 考核要求 平时成绩：上课的出勤情况、专题讨论时的表现等，约占40％； 期终考核：包括作业、文献查询与翻译、或课题设计等，约占60％ 。 Introduction: Bioelectric Phenomena 生物电基础 常用的生物电信号及测量技术 ECG EEG EMG 生物电信号的基本特征 1.1 生物电基础 一、组织或细胞的兴奋和兴奋性 ④阈刺激threshold stimulus:具有阈强度的刺激 2.反应response:可兴奋组织或细胞对刺激所发生的应答。 ①兴奋excitation ②抑制inhibition (二)可兴奋细胞或组织和兴奋性 1.可兴奋细胞或组织excitable cell or tissue:受刺激后能产生反应(即AP)的细胞或组织。神经、肌肉、腺体的细胞或组织属于此类。 2.兴奋性 excitability: 可兴奋组织、细胞对刺激发生反应(即产生 动作电位)的能力。 衡量兴奋性高低的指标——阈值 Excitability∝ ———————— 阈上刺激 supraliminal stimulus 阈下刺激 subthreshold stimulus 3.电紧张电位electrotonic potential 随距刺激原点距离的增加而膜电位呈指数衰减的电位变化称电紧张电位。 该电位是由膜的固有电学特性决定的,其产生过程中没有离子通道的激活,也无膜电导的改变。 (二)静息电位产生机制 1.生物电活动的基础:钠泵活动造成膜内外离子不均衡分布:胞外[Na+]胞内[Na+],胞内[K+]胞外[K+] 2.离子扩散与离子平衡电位： ①扩散驱动力：浓度差和电位差 ②膜通透性：安静状态下,膜主要对K+通透 ③扩散平衡：电位差=浓度差,驱动力=0 ④根据Nernst公式可计算出离子平衡电位 离子平衡电位计算公式 Nernst方程(环境温度为27℃时): [K+]o EK=59.5 log —————(mV) [K+]i Nernst公式(环境温度为27℃时) EK=59.5 log —————(mV) 2.动作电位期间Gm的变化 用电压钳(voltage clamp,固定膜电位,测量膜电流)技术的研究结果表明: 动作电位期间,膜GNa首先增加,随即又衰减,在其衰减的同时GK增大。 用膜片钳技术研究的结果说明：膜电