在醫(yī)療電子領(lǐng)域，生物信號(hào)的準(zhǔn)確處理與分析對(duì)于疾病的診斷、監(jiān)測(cè)和治療至關(guān)重要。心電圖（Electrocardiogram，ECG）和光電容積脈搏波（Photoplethysmography，PPG）是兩種常見(jiàn)的生物信號(hào)，它們分別從不同的生理角度反映了人體的健康狀況。ECG 主要用于記錄心臟的電活動(dòng)，而 PPG 則通過(guò)檢測(cè)血液容積的變化來(lái)反映心血管系統(tǒng)的功能。將 ECG 和 PPG 進(jìn)行多模態(tài)融合，并結(jié)合有效的共模抑制技術(shù)，能夠提高生物信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和可靠性，為醫(yī)療診斷提供更全面的信息。

ECG 與 PPG 信號(hào)的特點(diǎn)及局限性

ECG 信號(hào)

ECG 信號(hào)是心臟電活動(dòng)在體表的綜合表現(xiàn)，具有明顯的波形特征，如 P 波、QRS 波群和 T 波等。這些波形包含了心臟節(jié)律、傳導(dǎo)功能等重要信息，是診斷心律失常、心肌梗死等心臟疾病的重要依據(jù)。然而，ECG 信號(hào)容易受到多種干擾因素的影響，如肌電干擾、工頻干擾、電極接觸不良等。肌電干擾是由于人體肌肉活動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)，其頻率范圍與 ECG 信號(hào)部分重疊，難以完全濾除；工頻干擾則是由于電源線路產(chǎn)生的 50Hz 或 60Hz 電磁場(chǎng)干擾，會(huì)在 ECG 信號(hào)中引入周期性的噪聲。

PPG 信號(hào)

PPG 信號(hào)是通過(guò)光電傳感器檢測(cè)皮膚下血液容積變化得到的，它可以反映心率、血氧飽和度、血壓等生理參數(shù)。PPG 信號(hào)具有非侵入性、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴醫(yī)療設(shè)備和遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。但 PPG 信號(hào)同樣容易受到干擾，如運(yùn)動(dòng)偽影、環(huán)境光干擾等。運(yùn)動(dòng)偽影是由于人體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致傳感器與皮膚之間的相對(duì)位移，從而引起信號(hào)的失真；環(huán)境光干擾則是由于外界光線照射到傳感器上，影響光電檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

ECG + PPG 多模態(tài)融合的意義

提供更全面的生理信息

ECG 和 PPG 信號(hào)從不同的生理機(jī)制反映了心血管系統(tǒng)的狀態(tài)，將它們進(jìn)行多模態(tài)融合可以獲取更全面、更準(zhǔn)確的生理信息。例如，通過(guò)結(jié)合 ECG 信號(hào)的心率變異性分析和 PPG 信號(hào)的血氧飽和度測(cè)量，可以更全面地評(píng)估心血管系統(tǒng)的功能和健康狀況，為疾病的早期診斷提供依據(jù)。

提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性

單一生物信號(hào)可能存在一定的局限性，容易受到干擾或誤診。而多模態(tài)融合可以利用不同信號(hào)之間的互補(bǔ)性，提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在某些心律失常的診斷中，ECG 信號(hào)可能受到干擾而出現(xiàn)異常波形，但結(jié)合 PPG 信號(hào)的心率變化可以進(jìn)一步確認(rèn)診斷結(jié)果。

實(shí)現(xiàn)更智能的醫(yī)療監(jiān)測(cè)

多模態(tài)融合的生物信號(hào)可以為智能醫(yī)療監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供更豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。例如，在可穿戴設(shè)備中，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè) ECG 和 PPG 信號(hào)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)心率異常、血氧飽和度下降等潛在健康問(wèn)題，并向用戶發(fā)出預(yù)警。

共模抑制技術(shù)在生物信號(hào)處理中的應(yīng)用

共模干擾的產(chǎn)生與影響

在生物信號(hào)采集過(guò)程中，共模干擾是一種常見(jiàn)的干擾源。共模干擾是指同時(shí)作用在信號(hào)輸入端的兩個(gè)電極上的相同干擾信號(hào)，它通常由電源線路、電磁輻射等因素引起。共模干擾會(huì)疊加在生物信號(hào)上，降低信號(hào)的信噪比，影響信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。

共模抑制技術(shù)的方法與原理

為了抑制共模干擾，可以采用多種技術(shù)方法。常見(jiàn)的共模抑制技術(shù)包括差分放大、右腿驅(qū)動(dòng)、屏蔽和接地等。差分放大是利用差分放大器對(duì)兩個(gè)電極的信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算，從而抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)（即生物信號(hào)）。右腿驅(qū)動(dòng)技術(shù)則是通過(guò)將人體與一個(gè)低阻抗的參考點(diǎn)相連，形成一個(gè)反饋回路，有效地降低共模干擾。屏蔽和接地技術(shù)可以減少外界電磁輻射對(duì)生物信號(hào)采集系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

共模抑制技術(shù)在 ECG + PPG 多模態(tài)融合中的應(yīng)用

在 ECG + PPG 多模態(tài)融合系統(tǒng)中，共模抑制技術(shù)尤為重要。由于 ECG 和 PPG 信號(hào)采集過(guò)程中都可能受到共模干擾的影響，采用有效的共模抑制技術(shù)可以保證兩種信號(hào)的質(zhì)量，從而提高多模態(tài)融合的效果。例如，在 ECG 信號(hào)采集電路中采用差分放大和右腿驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在 PPG 信號(hào)采集模塊中采用屏蔽和接地技術(shù)，可以有效地抑制共模干擾，提高生物信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。

結(jié)論

醫(yī)療電子中的生物信號(hào)處理是一個(gè)復(fù)雜而重要的領(lǐng)域，ECG + PPG 多模態(tài)融合與共模抑制技術(shù)為提高生物信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和可靠性提供了有效的解決方案。通過(guò)多模態(tài)融合，可以獲取更全面、更準(zhǔn)確的生理信息，為醫(yī)療診斷和監(jiān)測(cè)提供更有力的支持。同時(shí)，采用有效的共模抑制技術(shù)可以降低干擾信號(hào)的影響，保證生物信號(hào)的質(zhì)量。未來(lái)，隨著醫(yī)療電子技術(shù)的不斷發(fā)展，ECG + PPG 多模態(tài)融合與共模抑制技術(shù)將不斷完善和創(chuàng)新，為人類的健康事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。