淺談實驗動物生理信號的采集與處理

王 姝

中國農業大學，北京

隨著科學技術水平的不斷發展與進步，許多發達國家已經將研究重點放在了醫藥、生物領域，而要想在這方面取得進展就需要實驗動物作為研究對象，這樣才能為人類健康與生命科學的進步作出重大貢獻。

實驗動物是醫藥學研究的先鋒。人類在發展中通過了解自我、認識自我、理解疾病機理、戰勝病狀、改善環境等方式來提高健康水平，這種方式是以實踐為基礎，以實驗動物為指導的研究工作。可以這么說，實驗動物可謂是人類疾病的首先承受者，是藥物的試驗者，是生命科學研究工作開展的主要目標，是人類生活質量提升的階梯。在實際生活中，人們經常會得病，可是要想使病情得到正確的診斷與及時的治療就需要先進的醫學水平。可是導致人生病的因素有很多，每個病人的情況也存在眾多差異，這時就需要動物進行實驗，并從中找到最有效的治療方法。且在生物醫學發展的過程中也需要不斷地創新，新技術與新藥物的引進是必須的，所以要依靠實驗動物進行研究，通過生物信號的采集與分析來了解各種副作用與不良反應。

1 實驗動物生理信號的采集與檢測原理

實驗動物生理信號主要包括血壓檢測信號、溫度測量信號以及心電信號搜集，由于每種信號都存在不同的特點，所以在采集的過程中也存在一定差異，具體內容為：

1.1 血壓檢測信號采集與檢測原理

血液是維持生命體征的基礎，一旦出現異常就會嚴重影響到身體健康，所以血壓檢測信號的采集是非常重要的。只有血壓正常才能保證血液的正常循環，無論是過高或過低都會產生嚴重后果，一旦消失也就意味著生命的終結。在進行醫學研究的過程中，為了能夠找到調節血壓的各種因素，就會采集實驗動物的生理信號進行分析。

檢測原理表現為血壓傳感器在應用中主要是以硅壓敏電阻傳感器為主，這種傳感器是壓力傳感器中常見形態，采用了無毒塑料作為設備外殼，這樣一旦溶液中產生氣泡，我們可以迅速的觀察到其中的發生的變化，通過將血液從導管端部沖掉的方式來減少血凝的出現，從而達到提高檢驗質量的目的。在檢驗之中，需要從安全隔離需求入手，將硅片和溶液嚴格控制，避免兩者接觸，通過采用彈性硅片來和溶液接觸，這樣避免了兩者接觸所產生的異變。

1.2 溫度測量采集及其原理

體溫是人體新陳代謝狀況的重要反應現象，一旦出現異常則代表人體機能不能正常進行功能活動，所以說在實驗動物生理信號中，溫度測量至關重要，同時還需要確保采樣工作的合理性。身體內部溫度的測量與采集是非常重要的，其工作又被稱為體核溫度，主要反應的是頭部或者是軀干的情況，在對動物進行試驗時一般要從直腸開始進行測量。

檢測原理主要是在檢測中采用熱敏電阻作為傳感器，通過電阻大小來斷定傳感器工作效率。在工作中，通常都傳感器直翻在導管的頂部，然后測量器官溫度，并且探索導管尺寸和溫度之間的關系，這種檢測工作是一種動態工作，是根據實驗動物自身特點來選擇適宜的溫度，從而保證檢測質量。

1.3 心電信號采集檢測與其原理

心臟是人體最重要的器官之一，一旦停止跳動也就意味著生命的結束，而心電則是用來反映心臟跳動情況的，通過對心電參數的分析不僅可以清晰地了解到心臟的健康狀況，還可以觀察到藥物以及治療方法對心臟所造成的影響，是重要的臨床診斷方法。

臨床ECG的測量有三種基本的方法：標準臨床ECG（12導聯）、VCG（3向量導聯）和監護ECG（1或2導聯）。本文采用12導聯法。根據電極在實驗動物體表面放置位置的不同，可組成各種導聯，各種導聯的心電圖波形各有特點。目前均采用國際上通用的導聯，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ標準導聯、加壓單極肢體導聯和單極胸導聯。

2 ECG信號采集的處理

在對ECG信號進行采集的過程中經常會遇到各種噪聲的干擾，導致心電信號模糊不清，無法進行準確的分析與處理。而常見的干擾信號有基線漂移、肌電、工頻等，這就需要采取相應措施進行處理，從而保證ECG信號采集工作的順利進行，具體內容為：

2.1 解決基線漂移造成的干擾

心電信號的采集很容易受到外界因素的影響，基線漂移是干擾信號中最常見的一種，主要是由于呼吸和電極不穩定原因造成的，其頻率較低，一般在0.5Hz以下，屬于低頻干擾。而要想解決基線漂移給心電信號采集所造成的影響，就要運用科學、合理的方法找到出現這種狀況的原因，并針對原因采取相應措施。

2.2 去除肌電干擾

低通濾波器雖然能夠對混雜在ECG信號中的高頻干擾信號起到有效抑制作用，但卻不能去除，仍然會有殘留信號影響到動物生理信號的采集結果，具體表現在以下兩方面：第一、幅頻特性很差，不僅存在眾多旁瓣，而且主瓣的峰值比第一峰瓣高13dB左右，所以不能對高頻干擾起到良好的抑制作用；第二、雖然濾波器的相頻特性在通帶內保持線性，但進入阻帶后有幅度為π的跳變，有可能造成心電信號的高頻相位失真。

2.3 抑制工頻干擾

交流電源造成的工頻干擾大概是50Hz，這種噪聲對信號的影響是非常大的，嚴重降低了分析結果的準確性。所以，要想提高結果的準確性就要運用科學、有效的方法抑制工頻所造成的干擾，經過多年的研究認為數字濾波器是一種非常有效的抑制工頻干擾方法，而濾波器的設計則是決定心電信號是否清晰、準確的關鍵。其中自適應濾波法則是非常有用的一種抑制工頻干擾方法，經常被運用于生物醫學信號處理中，也就造成了自適應濾波器的出現，其特點主要有：自適應濾波器可以自動地調節其自身的參數，而在設計時，只需要很少的、或根本不需要任何關于信號和噪聲的先驗知識。

3 結束語

綜上所述，在對實驗動物生理信號進行采集與處理的過程中，應該運用科學、有效的方法，這樣才能取得良好的效果。雖然經過多年的探索與創新，研究取得了明顯的進步，但仍然存在一定不足，需要在今后的發展中不斷完善，這樣才能促進人類健康與生物科學的進步。

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