复旦大学上海医学院：《生理学》精品课程教学资源_医学信号处理教学大纲（曹银祥）The theory & method of medical signals processing

复旦大学课程教学大纲 课程代码3561931.01 编写时间2004-12-28 课程名称 医学信号处理的原理和方法 英文名称 The theory method of medical signals processing 学分数 周学时 任课教师*曹银祥 开课院系*上海医学院 预修课程 生理学,高等数学、医用物理学 课程性质:医学专业、药学专业选修课 教学目的:计算机在医学领域的应用日益广泛和深入,信号处理已成为医学研究的常用技术之 本课程以信号处理技术的应用为主线,深入浅出地讲解信号处理的数学原理,使学员能基本了解 医学信号分析和处理的常用方法及其原理,便于在以后的医学研究中予以引用,并为学员今后进 步深入学习打下基础 课程基本内容简介:介绍医学信号的种类和特点、模数转换、信号预处理、信号处理的基本原理 和具体应用、图像处理基本概念等 基本要求:通过教学使学生了解医学信号分析和处理的常用方法及其原理。要求学生掌握电子学, 数学、物理学、计算机等学科的有关知识,并了解这些知识在医学信号处理中的具体应用,以培 养学生在科研工作中以多学科知识解决问题的能力。 教学方式:本课程的教学时数为36学时,其中34学时为理论课,2学时为实验示教 救材和教学参考资料 作者 教材名称 出版社 出版年月 曹银祥 《医学信号处理的原理和方法》(讲义,未出版) 奥本海姆 《数字信号处理》 科学出版社1983年 张晓林(译)《数字信号处理一原理、算法与应用》 电子工业出版社|2004年

复旦大学课程教学大纲 课程代码 356.193.1.01 编写时间 2004-12-28 课程名称 医学信号处理的原理和方法 英文名称 The theory & method of medical signals processing 学分数 2 周学时 2 任课教师* 曹银祥 开课院系** 上海医学院 预修课程 生理学，高等数学、医用物理学 课程性质：医学专业、药学专业选修课 教学目的：计算机在医学领域的应用日益广泛和深入，信号处理已成为医学研究的常用技术之一。 本课程以信号处理技术的应用为主线，深入浅出地讲解信号处理的数学原理，使学员能基本了解 医学信号分析和处理的常用方法及其原理，便于在以后的医学研究中予以引用，并为学员今后进 一步深入学习打下基础。 课程基本内容简介：介绍医学信号的种类和特点、模/数转换、信号预处理、信号处理的基本原理 和具体应用、图像处理基本概念等。 基本要求：通过教学使学生了解医学信号分析和处理的常用方法及其原理。要求学生掌握电子学， 数学、物理学、计算机等学科的有关知识，并了解这些知识在医学信号处理中的具体应用，以培 养学生在科研工作中以多学科知识解决问题的能力。 教学方式: 本课程的教学时数为 36 学时，其中 34 学时为理论课，2 学时为实验示教。 教材和教学参考资料： 作者 教材名称 出版社 出版年月 曹银祥 《医学信号处理的原理和方法》（讲义，未出版） 奥本海姆 《数字信号处理》 科学出版社 1983 年 张晓林（译） 《数字信号处理—原理、算法与应用》 电子工业出版社 2004 年

教师教学、科研情况简介和主要社会兼职 课者主要从事电生理实验和数字信号处理工作。先后主持研制成功了基于 Apple、Z80、IBM和 Pentium微机的“生物信号处理系统”,并编写了配套的实验软件。近几年主要进行HRV和BRS的 究,研制的《心率变异性频谱分析仪》和《压力反射性无创检测仪》获得国家专利。曾讲授 用电子学”、“生理学计算机实验”“高级生理学I”等课程的有关章节 教学内容安排 第一周 绪论 (1)计算机发展历史、计算机结构、计算机操作系统。 (2)计算机在医学研究中的应用。 (3)模拟信号和数字信号的基本概念。 (4)常用的实验仪器和计算机实验系统 二周 第三周 医学信号的种类和特点 (1)主动信号和被动信号 (2)生物电信号的产生和在生物体上的传导。 (3)生物电信号的频、幅特性和内源性、外源性干扰。 (4)生物电信号记录对生物电放大器的要求 (5)生物电信号的引导和换能,常用的引导电极和换能器。 第四周 第五周 模拟信号的数字化 (1)数/模转换和模/数转换。 (2)医学数字信号处理对DAC和ADC的要求 (3) Nyquist采样定律。 (4)数字信号绝对量值的定标和换算。 第六周 生物信号预处理 (1)信号压缩储存。 (2)数字滤波 (3)数据平滑(滑动平均平滑、加权平滑、曲线拟合平滑等) (4)小波变换和自适应系统

教师教学、科研情况简介和主要社会兼职： 授课者主要从事电生理实验和数字信号处理工作。先后主持研制成功了基于 Apple、Z80、IBM 和 Pentium 微机的“生物信号处理系统”，并编写了配套的实验软件。近几年主要进行 HRV 和 BRS 的 研究，研制的《心率变异性频谱分析仪》和《压力反射性无创检测仪》获得国家专利。曾讲授“医 用电子学”、“生理学计算机实验”、“高级生理学 II”等课程的有关章节。 教学内容安排： 第一周： 绪论 （1）计算机发展历史、计算机结构、计算机操作系统。 （2）计算机在医学研究中的应用。 （3）模拟信号和数字信号的基本概念。 （4）常用的实验仪器和计算机实验系统。 第二周： 第三周： 医学信号的种类和特点 （1）主动信号和被动信号。 （2）生物电信号的产生和在生物体上的传导。 （3）生物电信号的频、幅特性和内源性、外源性干扰。 （4）生物电信号记录对生物电放大器的要求。 （5）生物电信号的引导和换能，常用的引导电极和换能器。 第四周： 第五周： 模拟信号的数字化 （1）数/模转换和模/数转换。 （2）医学数字信号处理对 DAC 和 ADC 的要求。 （3）Nyquist 采样定律。 （4）数字信号绝对量值的定标和换算。 第六周： 生物信号预处理 （1）信号压缩储存。 （2）数字滤波。 （3）数据平滑（滑动平均平滑、加权平滑、曲线拟合平滑等）。 （4）小波变换和自适应系统

第七周 从噪声中提取有用信息 (1)叠加法改善信号质量的统计学依据。 (2)诱发脑电、希氏束电位和运动电位的叠加方法。 (3)用自相关法检测外周神经放电中的周期性信号。 第八周 时域特征值测量 (1)信号时程和幅度的手工测量 (2)血压和脉搏波的常用特征值分析。 (3)心电波群的自动测量。 第九周 微积分技术的应用 (1)微分的二点公式和三点公式。 (2)积分的梯形公式、辛卜生公式和科特斯公式。 (3)用微积分技术作心肌力学分析 第十周: 第十一周 传导速度的测量 (1)神经干动作电位传导速度的手工测量。 (2)用互相关技术测量血流传导速度 频数分布图和脉冲的信息编码 (1)时间序列直方图 (2)非序列直方图 (3)神经放电脉冲的直方图表达和信息编码。 第十二周 十三周 频谱分析 (1)简单信号、复杂信号和富氏级数。 (2)快速富立叶变换(FFT)和自回归模型(AR)。 (3)自发脑电的频谱分析。 第十四周: 多个生物信号的相关分析 (1)信号的同源性和因果性判断。 (2)相干函数 (3)心率变异性(HRV)和压力反射敏感性(BRS)分析。 第十五周: 数据拟合和数学模型 (1)直线和可转换成直线的拟合

第七周： 从噪声中提取有用信息 （1）叠加法改善信号质量的统计学依据。 （2）诱发脑电、希氏束电位和运动电位的叠加方法。 （3）用自相关法检测外周神经放电中的周期性信号。 第八周： 时域特征值测量 （1）信号时程和幅度的手工测量。 （2）血压和脉搏波的常用特征值分析。 （3）心电波群的自动测量。 第九周： 微积分技术的应用 （1）微分的二点公式和三点公式。 （2）积分的梯形公式、辛卜生公式和科特斯公式。 （3）用微积分技术作心肌力学分析。 第十周： 第十一周： 传导速度的测量 （1）神经干动作电位传导速度的手工测量。 （2）用互相关技术测量血流传导速度。 频数分布图和脉冲的信息编码 （1）时间序列直方图。 （2）非序列直方图。 （3）神经放电脉冲的直方图表达和信息编码。 第十二周： 第十三周： 频谱分析 （1）简单信号、复杂信号和富氏级数。 （2）快速富立叶变换(FFT)和自回归模型(AR)。 （3）自发脑电的频谱分析。 第十四周： 多个生物信号的相关分析 （1）信号的同源性和因果性判断。 （2）相干函数。 （3）心率变异性(HRV)和压力反射敏感性(BRS)分析。 第十五周： 数据拟合和数学模型 （1） 直线和可转换成直线的拟合

(2)正态曲线拟合。 (3) Logistic曲线拟合 (4)心电R-R间隔(RRI)变异模型。 第十六周 医学图像处理基本知识 (1)图像设备和图像文档。 (2)图像模式转换和灰度、色彩调节 (3)轮廓提取和边缘跟踪 (4)图像腐蚀和膨胀。 (5)动态物体的自动跟踪。 第十七周: 实验示教(心率变异性和压力反射敏感性分析) 第十八周 信号处理方法在科研实验中的综合应用 作业和考核方式 课程考核为期末闭卷考试 *如该门课为多位教师共同开设,请在教学内容安排中注明 **考虑到有时同一门课有不同院系得教师开设,请任课教师填写此栏

（2） 正态曲线拟合。 （3） Logistic 曲线拟合。 （4） 心电 R-R 间隔（RRI）变异模型。 第十六周： 医学图像处理基本知识 （1）图像设备和图像文档。 （2）图像模式转换和灰度、色彩调节。 （3）轮廓提取和边缘跟踪。 （4）图像腐蚀和膨胀。 （5）动态物体的自动跟踪。 第十七周： 实验示教（心率变异性和压力反射敏感性分析）。 第十八周： 信号处理方法在科研实验中的综合应用。 作业和考核方式： 课程考核为期末闭卷考试。 *如该门课为多位教师共同开设，请在教学内容安排中注明。 **考虑到有时同一门课有不同院系得教师开设，请任课教师填写此栏