白冰，趙添羽

（齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 引言

作為醫(yī)學(xué)研究的交叉學(xué)科，生物醫(yī)學(xué)工程對生命科學(xué)發(fā)展具有強(qiáng)大挖掘潛力。尤其是生物醫(yī)學(xué)信號處理，是數(shù)字化、信息化的結(jié)合，同時(shí)也是生物學(xué)研究理論基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)信號分析中應(yīng)用MATLAB技術(shù)，簡化生理信號處理技術(shù)，并且提高生物醫(yī)學(xué)信號處理的實(shí)用性，褪去復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算步驟，以命令輸入的方式迅速得到生物醫(yī)學(xué)信號處理結(jié)果，進(jìn)一步提高生理信號處理效率。

1 MATLAB 概述

醫(yī)療儀器產(chǎn)品的應(yīng)用主要負(fù)責(zé)采集醫(yī)療信號轉(zhuǎn)換成醫(yī)療信息。多數(shù)醫(yī)療儀器產(chǎn)品主要通過USB、RS-232C 等接口將連接硬件電路，同時(shí)將采集到的醫(yī)療信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)完成后續(xù)操作。這期間軟件編程必須承受巨大工作量。加上新型醫(yī)療器械產(chǎn)品正處于開發(fā)研究階段，因?yàn)楹芏喙δ軟]有定型，尤其是數(shù)據(jù)處理方法方面，所以需要頻繁修改軟件編寫程序，或者添加各種功能。反復(fù)研究中，選擇科學(xué)、恰當(dāng)?shù)木幊汰h(huán)境，對于軟件編寫程序完善十分關(guān)鍵。正常情況下，數(shù)據(jù)處理、分析、顯示等都可以通過圖形用戶界面編程語言完成（GUI）[1]。但是即便編程語言所形成的軟件，在信息處理與執(zhí)行方面效率很高，同時(shí)不管是數(shù)據(jù)分析還是統(tǒng)計(jì)速度都十分快，依然在很多方面與生物醫(yī)學(xué)信號處理相矛盾。小波理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等處理階段，涉及到的編程語言非常復(fù)雜，在此基礎(chǔ)上還需要進(jìn)一步細(xì)化與完善。

必須將軟件研究重點(diǎn)置于生物醫(yī)學(xué)信號處理方面，慎重考慮研究，選擇MATLAB 語言加以應(yīng)用。之所以選擇MATLAB 語言，主要因?yàn)槠淠依ň仃囘\(yùn)算軟件、圖形用戶界面（GUI）、數(shù)據(jù)處理工具箱等。首先MATLAB 語言作為信息處理軟件，其延伸于矩陣運(yùn)算，不管是二維亦或是三維，都能夠迅速繪制圖形，尤其是生物醫(yī)學(xué)復(fù)雜的信息內(nèi)容。例強(qiáng)噪聲背景下的生物信息處理或者干擾信號嘈雜環(huán)境中的生物信息處理。其次GUI 編程中，其編程能力較強(qiáng)，操作便利，為編程人員減輕了工作壓力。應(yīng)用程序中功能強(qiáng)大，即便工程類非專業(yè)人士，依然能夠操作簡便的程序。MATLAB 語言應(yīng)用，對環(huán)境要求嚴(yán)格，GUI對環(huán)境更為敏感，與醫(yī)學(xué)工程研究十分匹配。最后是數(shù)據(jù)處理工具箱，其數(shù)據(jù)處理、分析功能，幫助生物醫(yī)學(xué)研究有效處理數(shù)據(jù)信息。尤其是信號處理工具箱、時(shí)頻分析工具箱、統(tǒng)計(jì)工具箱等，完成生物醫(yī)學(xué)研究信息的獲取與處理，利用對應(yīng)設(shè)備操控工具箱，提高生物醫(yī)學(xué)工程研究效率。以USB 總線接口等醫(yī)療設(shè)備為基礎(chǔ)，選擇適當(dāng)?shù)慕涌诰€，并且及時(shí)與MATLAB 語言連接，做到生物醫(yī)學(xué)工程研究數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)互傳，并且及時(shí)發(fā)揮出儲備、分析、統(tǒng)計(jì)、顯示等優(yōu)勢[2]。

2 生物醫(yī)學(xué)信號處理中的MATLAB 應(yīng)用

MATLAB 在生物醫(yī)學(xué)信號處理中的具體應(yīng)用，文章以人體呼出的CO2采集、消化道信號處理等方面詳細(xì)分析研究。

2.1 GUI 對CO2 濃度采集處理

對CO2采集處理，生物醫(yī)學(xué)研究中，以MATLAB語言編寫為基礎(chǔ)，運(yùn)用圖形用戶界面方式，將人體呼出的CO2以氣體敏感元件加以處理，規(guī)劃為兩路電信號，分別為參考信號、CO2濃度曲線。根據(jù)CO2采集處理所得框圖，利用MATLAB 語言劃分為幾個(gè)板塊，分別為A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、CO2氣體、計(jì)算機(jī)處理、MATLAB 信號處理。具體分析圖如圖1 所示。

圖1 MATLAB 對CO2 濃度采集處理分析圖

將采集到的CO2氣體進(jìn)行敏感處理，放大電路，由著微弱的電信號，在放大之后及時(shí)進(jìn)入到A/D 采樣階段，由此利用轉(zhuǎn)換器加以處理，隨即以單片機(jī)的方式，將生物醫(yī)學(xué)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。當(dāng)然期間必須進(jìn)行數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換，確保RS-232C 接口傳輸功能的正常，確保數(shù)字信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確無誤。計(jì)算機(jī)根據(jù)MATLAB 語言程序，對數(shù)字信號科學(xué)處理。主要應(yīng)用GUI，通過數(shù)據(jù)控制工具箱，根據(jù)串行通信類分析功能，準(zhǔn)確接收單機(jī)片信號，通過平滑濾波一系列處理，獲得人體呼出CO2濃度曲線。

結(jié)合CO2濃度曲線形成過程，其中涉及到串口號、通信波特率，MATLAB 語言程序擁有自行設(shè)置權(quán)利，選擇SendFF 按鈕，給單片機(jī)發(fā)送十六進(jìn)制0xFF，幫助單片機(jī)在生物醫(yī)學(xué)信息采集中，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)模擬信號采集，同時(shí)將串口及時(shí)在圖形用戶界面加以反饋，并且以圖形形式展示出來。這期間及時(shí)計(jì)算CO2濃度信號采集的最大、最小均值、峰值，進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)算濃度數(shù)值。MATLAB 語言程序中還包含Load Data 按鈕，其功能主要是打開本地系統(tǒng)中存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)文件。

2.2 GUI 對人體消化道生物醫(yī)學(xué)信號處理

消化道問題是最常見的人體機(jī)能問題，同時(shí)也是生物醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)。MATLAB 在人體消化道信號處理方面的應(yīng)用，主要以人體消化道為對象，通過微型介入式的方式，采集與記錄人體消化道運(yùn)行中所產(chǎn)生的生理參數(shù)[3]。具體包括運(yùn)行速度、消化道面臨的壓力、消化道溫度變化等。當(dāng)然基于MATLAB語言程序，通過微型介入式遙測膠囊設(shè)備，在介入式監(jiān)測系統(tǒng)的推動與支持下，聯(lián)合便攜式體外數(shù)據(jù)記錄器、體外數(shù)據(jù)處理站、體外超聲探測定位裝置，及時(shí)對人體消化道信號加以采集。當(dāng)然MATLAB 語言系統(tǒng)模式下，人體消化道信號采集處理程序如下：

以微型膠囊為載體，將其送入到消化道管腔中。將膠囊放置于口腔，通過開水送服的方式將其送入到要求位置。其次膠囊進(jìn)入到管腔中，順著管腔運(yùn)行方向不斷蠕動前行，前行的過程也是膠囊采集信息的過程。最后膠囊順利通過肛門安全排除。整個(gè)監(jiān)測過程經(jīng)由上述步驟形成一個(gè)閉環(huán)，并且實(shí)現(xiàn)消化道全過程的監(jiān)測與信息采集。這期間，系統(tǒng)會接收到語音信號，MATLAB 以語音讀入的方式打開，并且繪制語音信號波形頻譜圖。

程序運(yùn)行及時(shí)根據(jù)聲音分析得到的圖形。

3 結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)研究不斷出現(xiàn)新技術(shù)。尤其是計(jì)算機(jī)在生活中的普及，將生物醫(yī)學(xué)研究中的新技術(shù)與日常生活緊密聯(lián)系，創(chuàng)新生物醫(yī)學(xué)研究模式，以MATLAB 系統(tǒng)為中心，更好的處理生物醫(yī)學(xué)研究信號，進(jìn)一步提高采集、處理速度與準(zhǔn)確性。