淺談實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生理信號的采集與處理

王 姝

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展與進(jìn)步，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將研究重點(diǎn)放在了醫(yī)藥、生物領(lǐng)域，而要想在這方面取得進(jìn)展就需要實(shí)驗(yàn)動(dòng)物作為研究對象，這樣才能為人類健康與生命科學(xué)的進(jìn)步作出重大貢獻(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是醫(yī)藥學(xué)研究的先鋒。人類在發(fā)展中通過了解自我、認(rèn)識自我、理解疾病機(jī)理、戰(zhàn)勝病狀、改善環(huán)境等方式來提高健康水平，這種方式是以實(shí)踐為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為指導(dǎo)的研究工作?？梢赃@么說，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可謂是人類疾病的首先承受者，是藥物的試驗(yàn)者，是生命科學(xué)研究工作開展的主要目標(biāo)，是人類生活質(zhì)量提升的階梯。在實(shí)際生活中，人們經(jīng)常會得病，可是要想使病情得到正確的診斷與及時(shí)的治療就需要先進(jìn)的醫(yī)學(xué)水平?？墒菍?dǎo)致人生病的因素有很多，每個(gè)病人的情況也存在眾多差異，這時(shí)就需要?jiǎng)游镞M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并從中找到最有效的治療方法。且在生物醫(yī)學(xué)發(fā)展的過程中也需要不斷地創(chuàng)新，新技術(shù)與新藥物的引進(jìn)是必須的，所以要依靠實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行研究，通過生物信號的采集與分析來了解各種副作用與不良反應(yīng)。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生理信號的采集與檢測原理

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生理信號主要包括血壓檢測信號、溫度測量信號以及心電信號搜集，由于每種信號都存在不同的特點(diǎn)，所以在采集的過程中也存在一定差異，具體內(nèi)容為：

1.1 血壓檢測信號采集與檢測原理

血液是維持生命體征的基礎(chǔ)，一旦出現(xiàn)異常就會嚴(yán)重影響到身體健康，所以血壓檢測信號的采集是非常重要的。只有血壓正常才能保證血液的正常循環(huán)，無論是過高或過低都會產(chǎn)生嚴(yán)重后果，一旦消失也就意味著生命的終結(jié)。在進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究的過程中，為了能夠找到調(diào)節(jié)血壓的各種因素，就會采集實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生理信號進(jìn)行分析。

檢測原理表現(xiàn)為血壓傳感器在應(yīng)用中主要是以硅壓敏電阻傳感器為主，這種傳感器是壓力傳感器中常見形態(tài)，采用了無毒塑料作為設(shè)備外殼，這樣一旦溶液中產(chǎn)生氣泡，我們可以迅速的觀察到其中的發(fā)生的變化，通過將血液從導(dǎo)管端部沖掉的方式來減少血凝的出現(xiàn)，從而達(dá)到提高檢驗(yàn)質(zhì)量的目的。在檢驗(yàn)之中，需要從安全隔離需求入手，將硅片和溶液嚴(yán)格控制，避免兩者接觸，通過采用彈性硅片來和溶液接觸，這樣避免了兩者接觸所產(chǎn)生的異變。

1.2 溫度測量采集及其原理

體溫是人體新陳代謝狀況的重要反應(yīng)現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)異常則代表人體機(jī)能不能正常進(jìn)行功能活動(dòng)，所以說在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生理信號中，溫度測量至關(guān)重要，同時(shí)還需要確保采樣工作的合理性。身體內(nèi)部溫度的測量與采集是非常重要的，其工作又被稱為體核溫度，主要反應(yīng)的是頭部或者是軀干的情況，在對動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)一般要從直腸開始進(jìn)行測量。

檢測原理主要是在檢測中采用熱敏電阻作為傳感器，通過電阻大小來斷定傳感器工作效率。在工作中，通常都傳感器直翻在導(dǎo)管的頂部，然后測量器官溫度，并且探索導(dǎo)管尺寸和溫度之間的關(guān)系，這種檢測工作是一種動(dòng)態(tài)工作，是根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自身特點(diǎn)來選擇適宜的溫度，從而保證檢測質(zhì)量。

1.3 心電信號采集檢測與其原理

心臟是人體最重要的器官之一，一旦停止跳動(dòng)也就意味著生命的結(jié)束，而心電則是用來反映心臟跳動(dòng)情況的，通過對心電參數(shù)的分析不僅可以清晰地了解到心臟的健康狀況，還可以觀察到藥物以及治療方法對心臟所造成的影響，是重要的臨床診斷方法。

臨床ECG的測量有三種基本的方法：標(biāo)準(zhǔn)臨床ECG（12導(dǎo)聯(lián)）、VCG（3向量導(dǎo)聯(lián)）和監(jiān)護(hù)ECG（1或2導(dǎo)聯(lián)）。本文采用12導(dǎo)聯(lián)法。根據(jù)電極在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體表面放置位置的不同，可組成各種導(dǎo)聯(lián)，各種導(dǎo)聯(lián)的心電圖波形各有特點(diǎn)。目前均采用國際上通用的導(dǎo)聯(lián)，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)、加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián)和單極胸導(dǎo)聯(lián)。

2 ECG信號采集的處理

在對ECG信號進(jìn)行采集的過程中經(jīng)常會遇到各種噪聲的干擾，導(dǎo)致心電信號模糊不清，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與處理。而常見的干擾信號有基線漂移、肌電、工頻等，這就需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，從而保證ECG信號采集工作的順利進(jìn)行，具體內(nèi)容為：

2.1 解決基線漂移造成的干擾

心電信號的采集很容易受到外界因素的影響，基線漂移是干擾信號中最常見的一種，主要是由于呼吸和電極不穩(wěn)定原因造成的，其頻率較低，一般在0.5Hz以下，屬于低頻干擾。而要想解決基線漂移給心電信號采集所造成的影響，就要運(yùn)用科學(xué)、合理的方法找到出現(xiàn)這種狀況的原因，并針對原因采取相應(yīng)措施。

2.2 去除肌電干擾

低通濾波器雖然能夠?qū)祀s在ECG信號中的高頻干擾信號起到有效抑制作用，但卻不能去除，仍然會有殘留信號影響到動(dòng)物生理信號的采集結(jié)果，具體表現(xiàn)在以下兩方面：第一、幅頻特性很差，不僅存在眾多旁瓣，而且主瓣的峰值比第一峰瓣高13dB左右，所以不能對高頻干擾起到良好的抑制作用；第二、雖然濾波器的相頻特性在通帶內(nèi)保持線性，但進(jìn)入阻帶后有幅度為π的跳變，有可能造成心電信號的高頻相位失真。

2.3 抑制工頻干擾

交流電源造成的工頻干擾大概是50Hz，這種噪聲對信號的影響是非常大的，嚴(yán)重降低了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，要想提高結(jié)果的準(zhǔn)確性就要運(yùn)用科學(xué)、有效的方法抑制工頻所造成的干擾，經(jīng)過多年的研究認(rèn)為數(shù)字濾波器是一種非常有效的抑制工頻干擾方法，而濾波器的設(shè)計(jì)則是決定心電信號是否清晰、準(zhǔn)確的關(guān)鍵。其中自適應(yīng)濾波法則是非常有用的一種抑制工頻干擾方法，經(jīng)常被運(yùn)用于生物醫(yī)學(xué)信號處理中，也就造成了自適應(yīng)濾波器的出現(xiàn)，其特點(diǎn)主要有：自適應(yīng)濾波器可以自動(dòng)地調(diào)節(jié)其自身的參數(shù)，而在設(shè)計(jì)時(shí)，只需要很少的、或根本不需要任何關(guān)于信號和噪聲的先驗(yàn)知識。

3 結(jié)束語

綜上所述，在對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生理信號進(jìn)行采集與處理的過程中，應(yīng)該運(yùn)用科學(xué)、有效的方法，這樣才能取得良好的效果。雖然經(jīng)過多年的探索與創(chuàng)新，研究取得了明顯的進(jìn)步，但仍然存在一定不足，需要在今后的發(fā)展中不斷完善，這樣才能促進(jìn)人類健康與生物科學(xué)的進(jìn)步。

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