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2023 iThome 鐵人賽

DAY 7
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醫學信號的取樣是一個重要的過程,它涉及將連續時間的生理信號轉換為離散時間信號,以便進行數字處理、分析和存儲。這在醫學診斷、監測和研究中非常常見,例如心電圖(ECG)、脈搏波、血壓、生理監測等等。以下是有關醫學信號取樣的重點。

  1. 連續信號 vs. 離散信號
    • 連續信號是在連續時間內變化的信號,例如心臟的電活動。
    • 離散信號是在一些固定的時間間隔內對連續信號的樣本進行取樣的結果。
  2. 取樣頻率
    • 取樣頻率是指每秒取樣的次數,通常以赫茲(Hz)表示。
    • 醫學信號的取樣頻率需要足夠高,以捕捉信號中的重要信息,但不過高,以節省存儲和處理資源。
  3. 取樣過程
    • 取樣過程包括在固定時間間隔內記錄信號的數值,通常使用類比-數字轉換器(ADC)來實現。
    • 取樣值稱為樣本點,它們按照時間的順序存儲在數字形式中。
  4. 信號處理
    • 一旦信號被取樣並轉換為離散數據,可以進行各種信號處理技術,如濾波、頻譜分析、特徵提取等,以獲得有用的信息。
  5. 存儲和傳輸
    • 離散信號易於存儲和傳輸,這使得醫學設備可以捕捉數據並將其傳送給遠程醫生進行監測或診斷。

取樣程式是用來將連續信號轉換為離散信號的程序。在Python中,可以使用科學計算庫NumPy和信號處理庫SciPy來執行信號取樣。下面是一個簡單的Python範例:

第一步,安裝NumPy和SciPy:

pip install numpy scipy

接下來,下面是範例程式碼,假設有一個連續信號的數據,可以利用以下程式進行取樣:

import numpy as np
from scipy import signal

# 連續信號數據,假設心電圖(ECG)信號
continuous_signal = [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 4.0, 3.0, 2.0, 1.0, 0.0]

# 定義取樣頻率和時間間隔
sampling_frequency = 2.0  # 取樣頻率(每秒2次)
time_interval = 1.0 / sampling_frequency  # 每次取樣的時間間隔

# 使用SciPy的signal.resample函數執行信號取樣
num_samples = 6  # 要生成的樣本數
resampled_signal = signal.resample(continuous_signal, num_samples)

# 打印取樣後的離散信號
print("連續信號:", continuous_signal)
print("取樣信號:", resampled_signal)

這個範例程式碼假設原始信號是一個包含10個數值的連續信號。我們指定了取樣頻率為每秒2次,並使用signal.resample函數將連續信號轉換為包含6個樣本點的離散信號。最後,印出原始連續信號和取樣後的離散信號。

詳細參數調整需要依據你的實際需求調整程式碼中的數據和參數。

在醫學應用中,取樣的步驟會直接影響到後續信號處理和分析的準確性。不適當的取樣頻率或過程可能導致信號失真,使醫生無法做出正確的診斷或監測患者的狀況。因此,在醫學設備和應用中,取樣過程需要精心設計和驗證。


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