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医学数字信号处理实验——基于MATLAB（微课版）

作译者：陈昕,宋嵘

出版时间：2023-03 千字数：333 版次：01-01 页数：208

开本：16开装帧： I S B N ：9787121449925

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纸质书定价：￥48.0

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监护仪是医疗器械中的经典，历史悠久且使用简单，因此很多高校在进行课程设计时都首选监护仪或其子模块，如体温、呼吸、心电、血氧和血压等参数模块。监护仪的设计需要多门课程的知识支撑，包括电路设计与制作、嵌入式系统开发、医学信号处理、软件系统设计等。按照常规的学习路径，监护仪的设计可分为4个环节：①设计参数测量电路并制作电路板；②基于电路板设计嵌入式应用软件；③在嵌入式应用软件的基础上实现算法；④设计软件交互界面，实现参数测量与显示。这个学习路径存在一个显著的问题，就是下游环节严重依赖上游环节的验证通过，因此每个环节都不能出错。例如，电路板调试未通过，就无法启动嵌入式应用软件设计。为了解决这个问题，我们提出了一种创新式的学习路径——并行模式。例如，在电路设计环节，算法和软件已验证通过，学生只需要专注于模拟电路的设计，进行电路分析和PCB设计与制作；在算法实现环节，硬件和软件已验证通过，学生只需要专注于医学信号处理部分。用“黑盒”“白盒”来标记学习情况，当专注于一个环节时，其他3个环节均为“黑盒”，每当完成一个环节后，就将该环节从“黑盒”转换为“白盒”。当所有环节都变为“白盒”，即完成所有环节的学习之后，学生再按照正向设计理念，先设计参数测量电路并制作电路板，再进行嵌入式程序设计和算法实现，最后设计软件交互界面。“磨刀”过程看起来漫长，却不耽搁“砍柴”。而且，这种方式最大的优势在于，每个环节一旦出问题，都可以静下心来调试。
基于并行模式的学习路径，本书聚焦于第3个环节，即算法实现，也称为医学信号处理。本书不局限于理论，因为很多人都懂得信号处理的理论知识，如傅里叶变换、IIR滤波器设计和FIR滤波器设计等；同样，很多人都知道常见的人体生理参数测量原理，如通过脉搏波和袖带压拟合抛物线，然后根据抛物线计算收缩压、平均压和舒张压。但是，这些毕竟都是理论，，还须经过实战验证，正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。而且，实战环节也并非那么简单。首先，要有硬件设备；其次，要对软件环境非常熟悉；最后，需要反复实验，将理论与实践深度融合，直至得到满意的实验结果。
本书正是一本理论和实践相融合的实用型教材，全书共10章。其中，第1、2章主要介绍MATLAB软件的安装使用，以及MATLAB的程序设计和调试；第3章通过对打包解包小工具的设计介绍PCT通信协议，以及打包解包小工具中用到的GUI控件，如触控按钮、可编辑文本、静态文本和面板；第4章通过对串口助手小工具的设计介绍MATLAB中的串口应用，以及串口助手小工具中用到的GUI控件，如复选框和弹出式菜单；第5章通过对数据处理小工具的设计介绍MATLAB中的文件打开与保存对话框、数据格式化输出、基本的二维绘图、定时器，以及数据处理小工具中用到的GUI控件，如坐标轴、按钮组和单选按钮；第6～10章分别介绍体温信号处理、呼吸信号处理、心电信号处理、血氧监测与信号处理、血压监测与信号处理，包括实验原理及详细的实验步骤。
如何使用本书？建议读者分3个阶段进行学习。第一阶段：通过第1、2章学习MATLAB软件的安装使用，以及MATLAB程序设计和调试；通过第3～5章学习MATLAB常用GUI控件、PCT通信协议、绘图和串口通信等，为学习五大人体生理参数信号处理做铺垫。第二阶段：通过第6～10章的学习，对体温、呼吸、心电、血氧和血压信号处理形成较深刻的认识，并掌握基本的医学信号处理方法。第三阶段：从五大人体生理参数中选择一项或若干项，自行设计一套带有微控制器的生理参数测量系统，如心电测量系统，编写与MATLAB对应的C语言代码，并在硬件系统上进行验证。由于本书属于实战性很强的教材，建议读者按照实验步骤完成每章实验之后，进一步完成本章任务和本章习题。另外，在第三阶段中如果遇到电路设计的问题，可以参阅《现代医学电子仪器原理与设计实验》（余学飞、陈昕主编），寻找解决途径。第一阶段和第二阶段属于必做环节，第三阶段属于选做环节。
本书配有丰富的资料包，包括软件、示例程序、PPT讲义等。这些资料会持续更新，下载链接可通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。
陈昕和宋嵘确定了本书的编写思路，指导全书的编写，对全书进行统稿，并与王新沛、刁现芬、刘红秀和巩萍共同参与了本书的编写，吴凯对全书进行了严格的审核。本书配套的LY-A501型医学信号采集平台和示例程序由深圳市乐育科技有限公司开发，深圳市乐育科技有限公司还参与了本书的编写。
由于编者水平有限，书中难免有不成熟和错误的地方，恳请读者批评指正。读者反馈问题、获取相关资料或遇到实验平台技术问题，可发邮件至邮箱：ExcEngineer@163.com。

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