سیگنال زیستی (Biomedical Signal / Biosignal)، در ریاضیات (Mathematics)

انواع سیگنال ها (Signal) را در آموزش زیر شرح دادیم :

سیگنال زیستی (Biomedical Signal / Biosignal) :

تعریف: سیگنال زیستی (biosignal) به هر سیگنالی گفته می شود که از یک موجود زنده (معمولا انسان) گرفته می شود و اطلاعاتی درباره وضعیت فیزیولوژیکی آن موجود ارائه می دهد. این سیگنال ها می توانند الکتریکی (مثل ECG, EEG, EMG)، مکانیکی (فشار خون، تنفس)، شیمیایی (غلظت اکسیژن خون)، یا نوری (پالس اکسیمتری) باشند.

انواع سیگنال های زیستی:

الکتریکی: ECG (قلب)، EEG (مغز)، EMG (عضله)، EOG (چشم)، EGG (معده).

مکانیکی: فشار خون، تنفس، صداهای قلب (فونوکاردیوگرام)، نبض.

شیمیایی: pH خون، غلظت گلوکز، اشباع اکسیژن (SpO2).

حرارتی: دمای بدن.

تصویری: MRI، CT، اولتراسوند.

ویژگی ها: سیگنال های زیستی معمولا: ۱- غیرمانا (non-stationary) هستند (خواص آماری با زمان تغییر می کند). ۲- همراه با نویز و آرتیفکت های متعدد. ۳- دامنه کوچک و فرکانس پایین (معمولا زیر ۵۰۰ هرتز). ۴- دارای تغییرات فردی زیاد.

پردازش سیگنال های زیستی: مراحل عمومی: ۱- پیش پردازش (حذف نویز و آرتیفکت). ۲- استخراج ویژگی (feature extraction). ۳- طبقه بندی یا تشخیص الگو (classification/pattern recognition). ۴- نمایش و تفسیر.

کاربردها: تشخیص بیماری (مثل تشخیص آریتمی از ECG)، پایش بیماران (ICU، هولتر مانیتورینگ)، پروتزهای هوشمند، بیوفیدبک، تحقیقات علوم اعصاب، و پزشکی ورزشی.

چالش ها: نویز زیاد (برق شهر، حرکت، سایر اعضای بدن)، تنوع بین افراد و حتی در یک فرد در زمان های مختلف، حجم بالای داده (در مانیتورینگ طولانی مدت).

ابزارهای تحلیل: تبدیل فوریه (برای تحلیل فرکانسی)، تبدیل موجک (برای سیگنال های غیرمانا)، فیلتر کالمن (برای تخمین)، شبکه های عصبی (برای طبقه بندی).

مثال عملی: یک دستگاه هولتر مانیتورینگ، سیگنال ECG بیمار را به مدت ۲۴ ساعت ضبط می کند. سپس با پردازش این سیگنال، پزشک می تواند آریتمی های نادر را که ممکن است در یک ECG کوتاه دیده نشوند، تشخیص دهد.

جمع بندی: سیگنال های زیستی پنجره ای به دنیای درون بدن هستند و پردازش آنها نقش کلیدی در پزشکی مدرن و مهندسی پزشکی دارد.