人體消化道生理信號(hào)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)及其非線性動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、目前臨床普遍采用的動(dòng)力障礙性疾病診斷儀器,如液體灌注式測(cè)壓、電子恒壓器等,需要清腸、禁食等前期處理,患者痛苦大,測(cè)得的生理參數(shù)也是在充盈狀態(tài)下的數(shù)據(jù),結(jié)果不夠真實(shí)。這些因素不僅大大制約了臨床對(duì)動(dòng)力性疾病的診查效果,也導(dǎo)致長(zhǎng)期以來(lái)醫(yī)學(xué)界對(duì)健康者和患者胃腸運(yùn)動(dòng)及其變化規(guī)律的了解不夠全面,對(duì)胃腸道動(dòng)力性能的評(píng)價(jià)缺乏科學(xué)、客觀的標(biāo)準(zhǔn)。 本文以國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(863項(xiàng)目)為依托,研究了人體消化道生

2、理信號(hào)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù),力圖在正常生理狀態(tài)下,獲取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并進(jìn)行了非線性動(dòng)力學(xué)分析,以期在整體上對(duì)壓力活動(dòng)作深入了解。本研究預(yù)期對(duì)人類保健普查、消化系統(tǒng)動(dòng)力性疾病的診查,構(gòu)建數(shù)字化醫(yī)療信息檔案等發(fā)揮進(jìn)一步的推動(dòng)作用。 本文的具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面: 1.介紹了消化道測(cè)壓意義及國(guó)外相關(guān)的研究現(xiàn)狀,并針對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和實(shí)際需求,提出了適合于我們的人體消化道生理信號(hào)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng).探討了該系統(tǒng)的組成、各功能模塊設(shè)

3、計(jì)、系統(tǒng)工作原理及數(shù)據(jù)處理和分析流程。 2.提出了基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遺傳算法搜索最優(yōu)特征子集,用以表征結(jié)腸壓力活動(dòng),并對(duì)結(jié)腸段特征進(jìn)行了模式分類。然后用單因素方差分析和盒圖,進(jìn)行了胃段和小腸段的特征分類顯著性檢驗(yàn)。 3.為了了解胃消化間期壓力活動(dòng)的平方相位耦合結(jié)構(gòu),應(yīng)用了兼?zhèn)涔β首V和高階譜優(yōu)良特性的對(duì)角切片譜,該方法包含相位信息,計(jì)算簡(jiǎn)單,二維圖形顯示,易于理解.針對(duì)我們感興趣的頻域范圍,同時(shí)為了獲得更高的頻率分辨率,提

4、出了基于小波和小波包變換的對(duì)角切片譜平方相位耦合分析方法。利用該方法,提取了1～12cpm范圍內(nèi)的胃消化間期壓力活動(dòng)的平方相位耦合關(guān)系。 4.結(jié)腸壓力活動(dòng)時(shí)間序列的自相關(guān)函數(shù)下降比指數(shù)規(guī)律還慢,呈雙曲線緩慢下降,是一個(gè)典型的長(zhǎng)記憶過(guò)程。本文應(yīng)用了自相關(guān)分析、重標(biāo)極差分析、功率譜分析和消除趨勢(shì)波動(dòng)分析研究了結(jié)腸壓力活動(dòng)及其替代模型和削波模型的長(zhǎng)程相關(guān)性改變情況。結(jié)果表明,結(jié)腸將來(lái)的收縮活動(dòng)對(duì)過(guò)去具有長(zhǎng)期的記憶特性,即過(guò)去持續(xù)強(qiáng)有力

5、的時(shí)相性收縮活動(dòng)可能導(dǎo)致將來(lái)持續(xù)強(qiáng)有力的時(shí)相性收縮活動(dòng),反之亦然.而對(duì)異常結(jié)腸壓力活動(dòng),這種長(zhǎng)程相關(guān)特性則減弱,甚至消失。 5.研究了結(jié)腸壓力活動(dòng)的非線性混沌特性。結(jié)腸是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)組織,其壓力活動(dòng)局部無(wú)規(guī)律,但整體上規(guī)整,有一定的節(jié)律,這正是混沌系統(tǒng)所表現(xiàn)的特征。研究表明,正常結(jié)腸壓力活動(dòng)具有混沌特性,其表征混沌特性的指標(biāo)一相關(guān)維數(shù)為非整數(shù)而最大Lyapunov指數(shù)為正值；而異常結(jié)腸壓力活動(dòng)的混沌狀態(tài)則可能遭到破壞。

6、 6.最后簡(jiǎn)單研究了結(jié)腸壓力活動(dòng)的分形特征。用計(jì)盒法估計(jì)分形維數(shù),結(jié)果顯示正常結(jié)腸壓力活動(dòng)具有豐富的結(jié)構(gòu),其分形維數(shù)為非整數(shù)；而動(dòng)力異常時(shí)的結(jié)腸壓力活動(dòng)波形更為“粗糙”,幾何結(jié)構(gòu)變得相對(duì)簡(jiǎn)單,表征其分形特征的分形維數(shù)變大；而消化間期結(jié)腸壓力活動(dòng)波動(dòng)頻率變緩,尖峰峰值變小,幾何波形相對(duì)平坦,分形維數(shù)比正常結(jié)腸壓力活動(dòng)要低得多。 上述長(zhǎng)程相關(guān)性分析、混沌特性分析和分形分析是從非線性理論的三個(gè)不同角度進(jìn)行了結(jié)腸壓力活動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)

7、分析。其中,混沌特性分析是從時(shí)間序列的相空間重構(gòu)角度進(jìn)行分析,分形分析則是從時(shí)間序列的幾何結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行分析,而長(zhǎng)程相關(guān)性分析則是研究時(shí)間序列未來(lái)對(duì)過(guò)去的記憶特性。具有混沌特征和分形幾何結(jié)構(gòu)的時(shí)間序列一般都有長(zhǎng)程相關(guān)特性,結(jié)腸壓力活動(dòng)就是這樣的例子。 盡管本文提出了基于遺傳算法和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征分類方法,應(yīng)用了諸如相位耦合分析、長(zhǎng)程相關(guān)分析、混沌特性分析和分形分析等非線性動(dòng)力學(xué)分析方法,但由于人體消化道生理信號(hào)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)