《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理》教學(xué)大綱

《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06151021課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等后續(xù)課程：無適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本課程主要任務(wù)是使學(xué)生掌握離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng)的基本理論和基本分析方法，熟悉常見生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與預(yù)處理方法，了解如何應(yīng)用數(shù)字頻譜分析、最優(yōu)濾波器等技術(shù)解決生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理領(lǐng)域中的具體問題。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的類型及其特點(diǎn)、醫(yī)學(xué)信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)和各種數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法和編程實(shí)現(xiàn)。課程目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)處理生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的能力。課程目標(biāo)3：具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，在復(fù)雜工程問題中能較好的運(yùn)用個(gè)人專業(yè)背景，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決多學(xué)科交叉的工程問題。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度2.問題分析2.2能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理，對(duì)復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題進(jìn)行表述。課程目標(biāo)1：掌握生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的類型及其特點(diǎn)、醫(yī)學(xué)信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)和各種數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法和編程實(shí)現(xiàn)。H4.研究4.3能夠分析和解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)處理生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的能力。M9.個(gè)人和團(tuán)隊(duì)9.1理解團(tuán)隊(duì)合作的重要性，具有與團(tuán)隊(duì)成員或負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)合作的團(tuán)隊(duì)精神和能力，能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中獨(dú)立或合作開展工作并發(fā)揮作用。課程目標(biāo)3：具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，在復(fù)雜工程問題中能較好的運(yùn)用個(gè)人專業(yè)背景，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決多學(xué)科交叉的工程問題。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理概述1.1學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理的目的1.2信號(hào)及其類型1.3典型的醫(yī)學(xué)信號(hào)簡(jiǎn)介1.4處理醫(yī)學(xué)信號(hào)的目的教學(xué)要求：了解本課程背景，以及與其他課程之間的聯(lián)系；掌握確定性、隨機(jī)、分形和混沌等4種類型信號(hào)的定義以及相互之間的聯(lián)系與差別；理解生理過程自發(fā)產(chǎn)生的信號(hào)；了解外界施加于人體的被動(dòng)信號(hào)；掌握醫(yī)學(xué)信號(hào)的主要特點(diǎn)。重點(diǎn)：信號(hào)及其類型；典型醫(yī)學(xué)信號(hào)的特征。難點(diǎn)：典型醫(yī)學(xué)信號(hào)的特征。41、2、32.數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)2.1傅立葉變換及其意義2.2傅立葉變換的性質(zhì)2.3頻域分析和譜圖表示2.4頻域分辨率2.5數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)教學(xué)要求：掌握傅立葉變換的意義及各種變換對(duì)、離散傅立葉變換；掌握傅立葉變換的性質(zhì)；掌握信號(hào)的頻域分析和譜圖表示方法；正確理解頻域分辨率的概念；了解常用的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。重點(diǎn)：傅里葉變換的性質(zhì)；數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。61、23.隨機(jī)信號(hào)基礎(chǔ)3.1隨機(jī)信號(hào)的概念3.2隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征描述3.3幾種典型的隨機(jī)過程；3.4隨機(jī)信號(hào)通過線性系統(tǒng)教學(xué)要求：了解隨機(jī)信號(hào)的表示方法；掌握概率分布函數(shù)和各態(tài)遍歷隨機(jī)過程；掌握隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征量和樣本數(shù)字特征；掌握高斯（正態(tài)）過程、理想白噪過程和限帶白噪過程；理解隨機(jī)信號(hào)通過線性系統(tǒng)的基本關(guān)系式。重點(diǎn)：隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征描述；典型的隨機(jī)過程。難點(diǎn)：隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征描述。621、24.數(shù)字相關(guān)和卷積運(yùn)算4.1線性相關(guān)與循環(huán)相關(guān)4.2線性卷積和循環(huán)卷積；4.3相關(guān)函數(shù)和功率譜估計(jì)4.4相關(guān)技術(shù)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用教學(xué)要求：掌握線性相關(guān)與循環(huán)相關(guān)的定義、計(jì)算方法，了解二者的異同；掌握線性卷積和循環(huán)卷積的定義、計(jì)算方法，了解二者的異同；掌握相關(guān)函數(shù)和功率譜估計(jì)的計(jì)算方法；通過腦機(jī)接口應(yīng)用實(shí)例，使學(xué)生初步了解相關(guān)技術(shù)解決生物醫(yī)學(xué)問題的方法。重點(diǎn)：線性相關(guān)與循環(huán)相關(guān)；線性卷積和循環(huán)卷積；相關(guān)函數(shù)和功率譜估計(jì)。難點(diǎn)：相關(guān)函數(shù)和功率譜估計(jì)。821、25.維納濾波5.1維納濾波器的時(shí)域解5.2維納預(yù)測(cè)器5.3維納濾波器的應(yīng)用教學(xué)要求：掌握最小均方誤差準(zhǔn)則的概念；理解維納－霍夫方程的推導(dǎo)方法；了解純預(yù)測(cè)器（N步）和一步線性預(yù)測(cè)器；掌握維納濾波器去除心電信號(hào)中高斯噪聲的原理和方法。重點(diǎn)：維納濾波器的時(shí)域解；維納預(yù)測(cè)器。難點(diǎn)：維納濾波器的時(shí)域解。821、26.隨機(jī)信號(hào)的參數(shù)建模法6.1AR、MA和ARMA三種參數(shù)模型6.2AR模型參數(shù)的估計(jì)6.3參數(shù)建模法的應(yīng)用教學(xué)要求：掌握AR模型的定義和建模方法；了解MA模型和ARMA模型的定義和建模方法；理解三種參數(shù)模型的特點(diǎn)；掌握L-D算法估計(jì)AR模型參數(shù)的方法；了解基于AR模型的線性預(yù)測(cè)器原理；掌握AR模型技術(shù)建模生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的方法。重點(diǎn)：AR、MA和ARMA三種參數(shù)模型；AR模型參數(shù)的估計(jì)。難點(diǎn)：AR模型參數(shù)的估計(jì)。821、2合計(jì)4082.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.譜分析和隨機(jī)信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用MATLAB生成的偽隨機(jī)序列，編制一個(gè)程序，計(jì)算隨機(jī)信號(hào)的數(shù)字特征。實(shí)驗(yàn)要求：掌握均勻分布的隨機(jī)變量產(chǎn)生的常用方法；掌握高斯分布隨機(jī)變量的仿真，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字特征進(jìn)行估計(jì)。21、22.數(shù)字相關(guān)和數(shù)字卷積程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：編寫函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)隨機(jī)序列的線性、循環(huán)相關(guān)和線性循環(huán)卷積。實(shí)驗(yàn)要求：掌握數(shù)字相關(guān)和數(shù)字卷積的實(shí)現(xiàn)方法。21、23.維納-霍夫方程的計(jì)算機(jī)求解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：編寫函數(shù)解W-H方程，尋找最優(yōu)的濾波器，并檢驗(yàn)該程序的準(zhǔn)確性和掌握用法。實(shí)驗(yàn)要求：掌握求解維納-霍夫方程的方法，尋找最小均方誤差意義下的最優(yōu)濾波器。21、2、34.L-D算法的實(shí)現(xiàn)和AR模型的仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：已知觀測(cè)信號(hào)，編寫函數(shù)解Y-W方程，尋找參數(shù)系數(shù)，并檢驗(yàn)該程序的準(zhǔn)確性和掌握用法。實(shí)驗(yàn)要求：掌握求解Y-W方程的方法和建立隨機(jī)信號(hào)的AR模型。21、2、3合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生應(yīng)比較全面地理解生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理的基本原理與方法，在掌握經(jīng)典數(shù)字信號(hào)分析與處理的方法基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行隨機(jī)信號(hào)處理與分析的初步能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理與分析的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：（1）邱天爽著.醫(yī)學(xué)信號(hào)分析與處理[M].北京：電子工業(yè)出版社.2020.03.2.參考書：（1）饒妮妮.生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理[M].成都：電子科技大學(xué)出版社.2005年．（2）楊福生，高上凱.生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理[M].北京：高等教育出版社.1988年.（3）D.C.Reddy.BiomedicalSignalProcessing:PrinciplesandTechniques[M].HillPublishingCompanyLimited.2005.（4）A.V.Oppenheim.Discretetime

Signal

Processing[M].1988.3.期刊：（1）醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志,中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院.（2）中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào),中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì).（3）生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志,四川大學(xué)華西醫(yī)院,四川生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì).（4）ComputersinBiologyandMedicine,Elsevier.（5）BiomedicalSignalProcessingandControl,Elsevier.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理，/course/bjut-1205699803（2）統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理，/learn/NUDT08071000084/NUDT08071000084/4230647七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√532實(shí)驗(yàn)10（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?32作業(yè)20（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?66期末考核60（1）大作業(yè)成績(jī)100分，以大作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核隨機(jī)信號(hào)的基本特點(diǎn)和分析方法、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、時(shí)域和頻域分析等技術(shù)和方法以及在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理與分析中的應(yīng)用等內(nèi)容。（3）大作業(yè)類型為綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)?！獭獭?52015合計(jì)：100分433225八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末大作業(yè)等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末大作業(yè)和過程性考核成績(jī)組成。其中：大作業(yè)成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），大作業(yè)類型為綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)25實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳實(shí)、結(jié)論清晰、討論合理實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)，能夠掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程正確、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正