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第一篇 生机电系统3

第1章 人脑－机器人接口系统3

1.1 人脑－机器人接口系统概述3

1.2 人脑－机器人接口系统结构5

1.2.1 信号采集5

1.2.2 信号处理6

1.2.3 命令执行6

1.2.4 反馈6

1.3 脑－机信息交互6

1.3.1 P3007

1.3.2 视觉诱发电位8

1.3.3 慢皮层电位9

1.3.4 μ节律与β节律10

1.3.5 ERD/ERS11

1.4 NEUBCⅠ-Ⅱ脑－机接口系统12

1.4.1 前级测量13

1.4.2 噪声处理13

1.4.3 安全性设计13

1.4.4 数据采集14

1.4.5 软件设计14

思考题15

第2章 肌电假肢17

2.1 肌电假肢系统结构17

2.2 信号处理与反馈20

2.3 膝上假肢设计22

2.4 仿人型假手机构设计24

2.4.1 手指结构24

2.4.2 驱动和传动设计25

2.4.3 整体结构26

思考题28

第3章 电子机器人系统29

3.1 人－机器人系统29

3.2 电子人系统31

3.3 电子舌33

思考题35

第4章 康复机器人37

4.1 康复机器人的发展概况37

4.2 康复机器人系统结构40

4.2.1 训练目标与场景41

4.2.2 机械支撑系统41

4.2.3 驱动、控制与反馈42

4.2.4 训练与评价模式43

4.3 骑马机设计44

思考题46

第5章 手术机器人47

5.1 手术机器人的发展概况47

5.2 手术机器人系统结构50

5.3 手术机器人手臂53

5.3.1 机械臂分类53

5.3.2 远端运动中心点54

5.4 手术机器人触觉55

5.5 激光手术机器人57

思考题58

第6章 体内机器人59

6.1 体内机器人系统概述59

6.2 体内机器人的运动原理61

6.3 内窥镜胶囊65

6.4 无线体域网67

思考题68

第二篇 生物信号检测71

第7章 细胞的电活动71

7.1 细胞的离子迁移71

7.2 细胞膜的电特性72

7.2.1 膜电位72

7.2.2 动作电位73

7.2.3 细胞膜的等效电路75

7.3 Hodgkin-Huxley模型76

7.4 生物电信号的采集77

思考题78

第8章 脑电信号检测79

8.1 脑及其功能79

8.2 脑电图81

8.3 自发脑电位和诱发脑电位83

8.3.1 自发脑电位83

8.3.2 诱发脑电位84

8.4 脑电信号的异常节律86

8.5 疲劳驾驶与脑电信号88

思考题91

第9章 肌电信号检测93

9.1 肌肉93

9.2 肌电图95

9.3 肌电信号与神经肌肉疾病97

思考题98

第10章 心电信号检测99

10.1 心脏的构造与功能99

10.1.1 心脏的基本构造99

10.1.2 心肌100

10.1.3 心脏的兴奋过程100

10.2 心电图102

10.2.1 心电信号102

10.2.2 电极导联103

10.2.3 心电向量105

10.2.4 心率108

10.2.5 心电信号特征提取108

10.3 异常心电图109

思考题111

第11章 生物磁信号检测113

11.1 生物磁场113

11.2 脑磁图114

11.3 心磁图116

思考题118

第12章 其他生物医学信号检测119

12.1 血压和血流119

12.1.1 血压119

12.1.2 血流120

12.2 眼电信号122

12.3 皮肤电反应123

12.4 电阻抗图125

12.5 磁共振成像127

12.5.1 基本原理127

12.5.2 核磁共振128

思考题130

第13章 生物组织的电刺激和磁刺激131

13.1 功能性电刺激131

13.1.1 有髓神经纤维电刺激131

13.1.2 神经肌肉电刺激133

13.1.3 电极与组织的相互作用134

13.2 经颅磁刺激135

13.2.1 经颅磁刺激的基本原理135

13.2.2 经颅磁刺激诱发脑神经反应137

13.3 心脏起搏138

13.3.1 电刺激模式138

13.3.2 起搏器供电139

思考题140

第三篇 生物电信号处理及模式识别143

第14章 生物电信号概述143

14.1 生物电信号的特点143

14.2 生物电信号的分析方法144

思考题145

第15章 生物电信号的预处理方法147

15.1 信号的重采样147

15.2 信号的数字滤波148

15.2.1 FIR滤波器149

15.2.2 IIR滤波器149

15.3 信号的空间滤波150

15.3.1 CAR滤波150

15.3.2 Laplacian滤波150

15.3.3 共空间模式151

15.4 主成分分析152

15.5 独立分量分析154

思考题156

第16章 生物电信号的谱分析157

16.1 信号之间的相关分析158

16.1.1 相关系数158

16.1.2 相关函数159

16.2 傅里叶分析159

16.2.1 连续傅里叶变换159

16.2.2 离散傅里叶变换160

16.3 经典功率谱分析161

16.4 基于参数模型的谱估计162

思考题165

第17章 生物电信号的时频分析167

17.1 短时傅里叶变换167

17.2 Wigner-Ville分布168

17.3 Choi-Williams分布170

思考题171

第18章 生物电信号的小波分析173

18.1 连续小波变换173

18.2 离散小波变换175

18.3 小小波能量177

18.4 小小波熵178

思考题178

第19章 生物电信号的非线性分析179

19.1 相空间重构179

19.1.1 嵌入维数的选择180

19.1.2 延迟时间的选择181

19.2 李亚普诺夫指数182

19.3 关联维数183

19.4 熵184

19.4.1 近似熵185

19.4.2 样本熵185

19.5 混沌与分形185

19.5.1 混沌185

19.5.2 分形186

思考题187

第20章 生物电信号的特征分类189

20.1 Fisher线性判别分析190

20.2 K－最近邻分类法193

20.3 概率神经元网络分类法194

20.4 支持向量机分类法197

20.5 结合特征选择方法的分类器设计200

20.5.1 Fisher准则201

20.5.2 L0优化201

20.5.3 基于支持向量机的特征回归消除202

思考题206

附录A207

附录B209

参考文献211