《生物医学信号处理》实验演示软件开发.pdf

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《生物医学信号处理》实验演示软件开发李凌,蒋晓平,饶妮妮,尧德中(电子科技大学生命科学与技术学院,四川成都 610054)摘要:由于医学信号的随机性、广泛性和复杂性,使得生物医学信号处理课程的教学具有一定的挑战。为了提高教学效果,本文结合实际的教学过程,探讨了关于该课程实验演示软件制作的思路、方法、目的,指出如何把医学信号处理中抽象的算法用演示工具直观的表达出来。关键词:生物医学信号处理;Matlab;现代教学手段中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1005- 202X(2007)01- 0074- 03Developing the Experimental Demo Software of Biomedical Signal ProcessingLI Ling, JIANG Xiao-ping, RAO Ni-ni, YAO De-zhong(School of Life Science and Technology,University of Electronic Science and Technology of China, ChengduSichuan 61005(来源：[])4, China)Abstract:“Biomedical Signal Processing”requires that students have the basic skills of digital signal processing, physiologyand primary ability puter programming. Based on our survey, it is usually a difficult task for students to master thiscourse well. In order to improve the teaching effect, in the present paper we discuss on the idea, method and aim of developingthe experimental demo software and show that how to express abstractive si(来源：[])gnal processing algorithm in a simple way.Key words:biomedical signal processing; matlab; modern teaching method前言生物医学信号处理是国内外近年来迅速发展的数字信号处理应用的一个方面,它的任务是从由生理过程产生的信号中提取针对研究目的的信息。在医学研究中有各种待提取和处理的信号:有由生理过程自发产生的主动信号,例如心电、脑电、肌电、眼电、胃电等电生理信号和体温、血压、脉搏、呼吸等非电生理信号;还有外界施加于人体,把人体作为通道,用以进行探查的被动信号,例如超声波、同位素、X 射线、磁共振等。它们是对人体进行诊断、监护和治疗的重要依据。由于生命机理的复杂性,如何从这些信号中提取所需信息是困难的,但也是研究生命科学的一种有力工具。应用不同的现代教学手段提高教学质量是教学改革的重要方面。通过对教学实践的不断总结,并结合本校特点,我们自行研制了一套生物医学信号处理实验演示软件,演示内容紧跟(来源：[])理论教学,基本保证每个演示是每章理论内容的实践。2005 年本课程被评为四川省精品课程。1 演示软件设计思路通过近一年的准备,组织教学研讨,认真阅读和研究教材,讨论了课程的教学大纲和教材内容的取舍,我们选用了 2005 年科学出版社的《生物医学信号数字处理技术及应用》教材。该教材内容广泛,根据教学课时选择其中的一部分内容进行课堂教学,另外一些内容可以作为自学内容。结合本校理工特色,我们选择的内容偏重信号处理算法。基础部分的教学,包括数字信号处理的总结和归纳、随机信号的基础;方法部分的教学,包括卷积和相关技术、维纳滤波、参数建模法、自适应滤波。详细推导、讲解,尽量做到让学生了解该方法的来龙去脉,掌握该方法能处理什么样的信号,如何处理的,并且让学生进行实践验证。根据调查,学生反映生物医学信号处理课程的学习偏难,方法要结合应用才能真正被理解。因此结合理论知识,设计了五次上机实验,让学生实际对脑电、心电等信号进行仿真处理,学生反映效果较好“一次实验下来,对于理论的理解和个人编程水平都有提高”。学生要(来源：[])求增加这部分教学内容,设计更多的实验。根据学生的要求,并且考虑到学生个体的差异性,我们设计了一套演示软件,提供多种信号处理方收稿日期:2006- 05- 10作者简介:李凌(1975- ),女,电子科技大学生命科学与技术学院讲师,从事生物医学信号处理课程教学及相关的科研工作。E-mail:liling@uestc.。2007 年 1 月中国医学物理学杂志 Jan.,2007第 24 卷第 1 期 Chinese Journal of Medical Physics Vol.24. No.1 74- -图 2 利用相关函数进行信号检测Fig.2 Detect the signal by the correlation function法和典型处理方法的演示,让学生对任意的医学信号进行处理,以图形的方式显示结果,加深理论与实践结合,为学生提供直观的处理过程,激发学生的学习兴趣。2 演示软件的设计和功能实现考虑到 Matlab 语言在数值计算上的方便,易上手等优点,我们设计工具箱的开发平台选择使用(来源：[])Matlab6.5 版本。2.1 主界面的设计主界面主要实现数据的载入与调用,并且对所调用数据进行相关处理,实现人机交互。界面的制作遵循以下三个原则:简单性、一致性、习常性,所以应保持整个界面的简洁和容易操作,基于这些原则,界面只设置了必备的菜单项和按钮。界面采用 Matlab 提供的设计、修改图形用户界面的专用工作台 GUI 进行制作,在 Matlab 指令窗中运行 guide 指令,调用GUI 设计工作台进行设计,主界面如图 1 所示。演示工具箱设置了必要的三个菜单项:文件(file),实验(experiments)和帮助(help)。每个菜单项在点击时都有下拉菜单。其中 File 主要是实现对各类医学信号数据的装载, 可同时装载多个数据。Experiments 是对所选数据进行各种信号处理。帮助文件里主要对数据和处理方法进行了介绍。此外,在界面上设置了五

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