مقاله درباره پردازش سیگنال های حیاتی

اختصاصی از حامی فایل مقاله درباره پردازش سیگنال های حیاتی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 16

فصل ششم

پردازش سیگنال های حیاتی

1- مقدمه و کلیات

سیگنال تابعی از یک یا چند متغیر مستقل است که اطلاعاتی را در مورد یک پدیدة فیزیکی یا بیولوژیکی در بردارد. موجودات زنده از سلول گرفته تا ارگان های بدن، سیگنال هایی با منشاء بیولوژیکی تولید می کنند. این سیگنا ل ها به صورت الکتریکی، مکانیکی یا شیمیایی اند. سیگنال های الکتریکی نتیجة دپلاریزاسیون سلول های عصبی یا ماهیچة قلبی اند. صدای تولید شده توسط دریچه های قلب نمونه ای از سیگنال های مکانیکی است یا PCO2 خون، سیگنال شیمیایی است. این سیگنال های بیولوژیکی یا سیگنال های حیاتی برای تشخیص پزشکی و تحقیقات زیست- پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.

سیگنال هایی که توسط ارگان های بدن تولید می شوند با هم دیگر مخلوط شده یا تحت تاثیر نویز قرار می گیرند. منظور از پردازش سیگنال های حیاتی جدا کردن سیگنال مورد نظر از سیگنال های در هم آمیخته و نویز دار و سپس استخراج پارامترهای مفید سیگنال است. این پارامترها برای تشخیص پزشکی به کار برده می شوند.

پردازش سیگنال های بیولوژیکی در 4 مرحله انجام می شود (شکل1):

اندازه گیری یا ثبت سیگنال

تبدیل سیگنال

محاسبة پارامترهای سیگنال

تفسیر یا طبقه بندی سیگنال ها

شکل1. مراحل پردازش سیگنال

در مرحلة 1 ، از مبدل ها برای ثبت جمع آوری سیگنال از بدن استفاده می شود. در این مرحله سیگنال های مکانیکی یا شیمیایی به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شوند و سیگنال های

الکتریکی تقویت می گردند. نکتة مهم در سیگنال گیری حداقل بودن میزان آنتروپی آن است یعنی سیگنال با کمترین اغتشاش یا به عبارتی بیشترین نسبت سیگنال به نویز ثبت شود. برای پردازش کامپیوتری، سیگنال ثبت شده نمونه برداری می شود. در مرحلة دوم تبدیل هایی بر روی سیگنال اعمال می شود به نحوی که امکان استخراج پارامترهای معنادار در قسمت سوم تسهیل شود. این مرحله پیش پردازش نامیده می شود که هدف آن کاهش نویز سیگنال و کم شدن حجم داده است تا استخراج ویژگی های سیگنال د رمرحلة سوم آسان تر باشد. در مرحلة سوم پارامترهای مناسب معنادار که ویژگی های سیگنال نامیده می شوند استخراج می شوند. نتایج حاصل از این مرحله برای فرایند تصمیم گیری در مرحلة چهارم مورد استفاده قرار می گیرد. در مرحلة چهارم با استفاده از ویژگی های استخراج شده پزشک یا کامپیوتر تفسیر نهایی را اعلام می کنند. مرحلة تفسیر یا طبقه بندی ویژگی های سیگنال، بازشناخت الگو نامیده می شود.

2- مشخصات سیگنالهای زیستی

سیگنال های زیستی از فرایندهای بیولوژیکی حاصل می شوند. این فرایند بسیار پیچیده و دینامیک هستند.سیگنال های زیستی معمولاً تابعی از زمان هستند. در کل سیگنالهای زیستی در دو دسته طبقه بندی می شوند:

سیگنال های معین

سیگنال های تصادفی یا آماری

شکل 2. دسته بندی سیگنال ها

سیگنال های معین سیگنال هایی هستند که در آنها شکل موج سیگنال مشخص بوده و کاملاً قابل پیش بینی است. سیگنال های معین سه دسته اند: متناوب، شبه متناوب و گذرا. در سیگنال های متناوب شکل موجود در فاصله های زمانی مشخص تکرار می شود. سیگنال های زیستی کاملاً تناوبی نیستند. بنابراین برای توصیف سیگنال های تکراری زیستی عنوان شبه پریودیک مناسب تر است. در سیگنال های شبه متناوب شکل موجود به صورت تقریبی در فاصله های زمانی مشخص تکرار می شود. سیگنال های گذرا فقط یکبار در طی زمان اتفاق می افتند. سیگنال های تصادفی یا آماری در اثر دپلاریزاسیون ناهماهنگ و تصادفی گروهی از سلول ها می شود مانند سلول های عصبی مغز که سیگنال (EEG)Electroencephalogram را تولید می کنند. شکل موج چنین سیگنال هایی نامعین است و تنها با استفاده از مفاهیم آماری قابل توصیف است. بسته به نوع فرآیند بیولوژیکی سیگنال های تصادفی به دو دستة ایستا و ناایستا تقسیم می شوند. در سیگنال های تصادفی ایستا خصوصیات آماری سیگنال با گذشت زمان تغییر نمی کند. اگر فرایند بیولوژیکی تولید کنندة سیگنال تصادفی در شرایط خاصی باشد سیگنال تصادفی تولید شده ناایستا خواهد بود. به عنوان مثال EEG بیماری که دچار حملة ناگهانی صرع شده یک سیگنال تصادفی ناایستا ست. شکل 2 این دسته بندی ها را همراه با مثال موردی نشان می دهد.

3- روشهای پردازش

در این بخش به صورت خلاصه مروری بر روش های پردازش سیگنال های زیستی خواهیم داشت. ابتدا مبانی نظریة تجزیه و تحلیل سیگنال به صورت خلاصه مرور خواهد شد. در ادامه کلیات روش های مبتنی بر دامنة سیگنال و سپس طیف فرکانسی و فیلتر کردن سیگنال مطرح خواهد شد. در ادامه در موردمفهوم سیگنال به نویز توضیحاتی داده شده و سپس چند مثال از روش تشخیص سیگنال ارائه می شود.

3-1- تجزیه و تحلیل سیگنال ها و سیستم ها

در ابتدای این فصل تعریف کلی سیگنال بیان شد. در ادامه توضیحاتی در مورد تقسیم بندی کلی سیگنال ها ارائه خواهد شد. سپس در مورد سیستم ها و خصوصیات مهم آنها توضیح داده می شود. این مفاهیم برای درک موضوع پردازش سیگنال ضروری هستند. سیگنال ها به دو دستة کلی تقسیم بندی می شوند:

سیگنال های پیوسته در زمان: که در آنها متغیر مستقل دارای تغییرات پیوسته است.

سیگنال های گسسته در زمان: که در آنها متغیر مستقل فقط مجموعة گسسته ای از مقادیر را اختیار می کند.

در شکل 3 چند سیگنال پایة مهم که در بحث تجزیه و تحلیل سیگنال ها اهمیت اساس دارند آورده شده است. u(t) تابع پله و تابع ضربه نامیده می شود.

شکل 3. تابع پله و ضربه

سیستم یک یا چند سیگنال ورودی را به یک یا چند سیگنال خروجی تبدیل می کند. سیستم ها می توانند به صورت متوالی یا موازی قرار گیرند. در اتصال متوالی یا سری خروجی سیستم اول